JP2019160757A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池の燃料電池スタックを冷却できる燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system capable of cooling a fuel cell stack of a fuel cell.
例えば、下記特許文献１に開示された燃料電池システムでは、循環ポンプと燃料電池とを繋ぐ冷媒の流路は、循環ポンプと燃料電池との間の中間部で分岐されてイオン交換器へ接続されている。さらに、この循環路の分岐部分には三方流量調節弁が設けられており、循環ポンプが作動されることによる燃料電池側への冷媒の流量と、イオン交換器側への冷媒の流量とが三方流量調節弁によって調節されている。すなわち、燃料電池側への冷媒の流量を大きくする場合には、イオン交換器側への冷媒の流量が三方流量調節弁によって小さくされ、イオン交換器側への冷媒の流量を大きくする場合には、燃料電池側への冷媒の流量が三方流量調節弁によって小さくされる。 For example, in the fuel cell system disclosed in Patent Document 1 below, the refrigerant flow path connecting the circulation pump and the fuel cell is branched at an intermediate portion between the circulation pump and the fuel cell and connected to the ion exchanger. ing. Furthermore, a three-way flow rate control valve is provided at the branch portion of the circulation path so that the refrigerant flow rate to the fuel cell side and the refrigerant flow rate to the ion exchanger side when the circulation pump is operated are three-way. It is adjusted by the flow control valve. That is, when the refrigerant flow rate to the fuel cell side is increased, the refrigerant flow rate to the ion exchanger side is reduced by the three-way flow control valve, and when the refrigerant flow rate to the ion exchanger side is increased. The flow rate of the refrigerant to the fuel cell side is reduced by the three-way flow control valve.
ところで、このような構成の燃料電池システムでは、燃料電池側への冷媒の流量と、イオン交換器側への冷媒の流量とが三方流量調節弁によって調節されており、循環ポンプは、一定の出力（揚程）、例えば、最大出力で作動されている。しかしながら、燃料電池での発電量によっては、燃料電池側へ流れる冷媒が少なくてもよいことがある。このため、循環ポンプを作動させるための電力等のエネルギーの消費量の観点では、上記のような燃料電池システムは、未だ改良の余地が残されていた。 By the way, in the fuel cell system having such a configuration, the flow rate of the refrigerant to the fuel cell side and the flow rate of the refrigerant to the ion exchanger side are adjusted by a three-way flow control valve, and the circulation pump has a constant output. (Head), for example, operating at maximum power. However, depending on the amount of power generated by the fuel cell, the amount of refrigerant flowing to the fuel cell side may be small. For this reason, from the viewpoint of consumption of energy such as electric power for operating the circulation pump, the above fuel cell system still has room for improvement.
本発明は、上記事実を考慮して、ポンプの作動に要するエネルギーの消費量を低減できる燃料電池システムを得ることが目的である。 In view of the above facts, an object of the present invention is to obtain a fuel cell system capable of reducing energy consumption required for operating a pump.
請求項１に記載の燃料電池システムは、正極剤及び負極剤がセルに供給されることによって発電する燃料電池の燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックへ接続されて前記燃料電池スタック側へ冷媒を供給する上流側流路と、前記燃料電池スタックへ接続されて前記燃料電池スタック側から流れ出た前記冷媒が流れる下流側流路と、前記上流側流路における前記燃料電池スタックよりも前記冷媒の流れの上流側に接続されると共に、前記下流側流路における前記燃料電池スタックよりも前記冷媒の流れの下流側に接続され、通過する前記冷媒に含まれるイオンを除去して前記冷媒における前記イオンの含有量を低減するイオン除去装置と、前記上流側流路における前記イオン除去装置との接続部分よりも前記冷媒の流れの下流側又は前記下流側流路における前記イオン除去装置との接続部分よりも前記冷媒の流れの上流側に設けられ、前記燃料電池スタックでの発電量が一定の大きさ以上の場合に所定の出力で作動されると共に、前記発電量が一定の大きさ未満の場合に前記所定の出力よりも小さな出力で作動され、作動されることによって前記冷媒を上流側から吸い込んで下流側へ送り出す第１ポンプと、前記上流側流路における前記イオン除去装置との接続部分よりも前記冷媒の流れの上流側又は前記下流側流路における前記イオン除去装置との接続部分よりも前記冷媒の流れの下流側に設けられ、作動されることによって前記冷媒を上流側から吸い込んで下流側へ送り出す第２ポンプと、を備えている。 The fuel cell system according to claim 1 is a fuel cell stack of a fuel cell that generates power by supplying a positive electrode agent and a negative electrode agent to the cell, and a refrigerant that is connected to the fuel cell stack and is supplied to the fuel cell stack side. An upstream flow path to supply, a downstream flow path through which the refrigerant connected to the fuel cell stack flows out from the fuel cell stack side, and a flow of the refrigerant from the fuel cell stack in the upstream flow path Is connected to the downstream side of the flow of the refrigerant from the fuel cell stack in the downstream side flow path, and removes ions contained in the refrigerant passing therethrough to remove the ions in the refrigerant. The downstream side or the lower side of the flow of the refrigerant with respect to the connecting portion between the ion removing device for reducing the content and the ion removing device in the upstream channel. Provided on the upstream side of the flow of the refrigerant with respect to the connection portion with the ion removing device in the side flow path, and is operated with a predetermined output when the amount of power generation in the fuel cell stack is greater than a certain magnitude A first pump that is operated with an output smaller than the predetermined output when the power generation amount is less than a predetermined magnitude, and that is activated to suck the refrigerant from the upstream side and send it to the downstream side; and the upstream side Provided and operated on the upstream side of the flow of the refrigerant with respect to the ion removal device in the flow path or on the downstream side of the flow of the refrigerant with respect to the connection portion with the ion removal device in the downstream flow path. And a second pump that sucks the refrigerant from the upstream side and sends it out to the downstream side.
請求項１に記載の燃料電池システムでは、第１ポンプが上流側流路におけるイオン除去装置との接続部分よりも冷媒の流れの下流側又は下流側流路におけるイオン除去装置との接続部分よりも冷媒の流れの上流側に設けられる。また、本燃料電池システムでは、第２ポンプが上流側流路におけるイオン除去装置との接続部分よりも冷媒の流れの上流側又は下流側流路におけるイオン除去装置との接続部分よりも冷媒の流れの下流側に設けられる。 In the fuel cell system according to claim 1, the first pump is more downstream than the connection portion with the ion removal device in the upstream flow path, or more than the connection portion with the ion removal device in the downstream flow path. It is provided on the upstream side of the refrigerant flow. Further, in the present fuel cell system, the second pump has a refrigerant flow more than the connection portion with the ion removal device in the upstream or downstream flow channel than the connection portion with the ion removal device in the upstream flow channel. Is provided on the downstream side.
ここで、第１ポンプは、燃料電池スタックでの発電量が一定の大きさ以上の場合に所定の出力で作動される。第１ポンプが所定の出力で作動されている状態で、第２ポンプが作動されることによって、冷媒が燃料電池スタック側へ効果的に流れると共に冷媒の一部がイオン除去装置を通過する。これによって、燃料電池スタックを効果的に冷却できる。 Here, the first pump is operated at a predetermined output when the amount of power generated in the fuel cell stack is equal to or greater than a certain level. When the second pump is operated while the first pump is operated at a predetermined output, the refrigerant effectively flows to the fuel cell stack side, and part of the refrigerant passes through the ion removing device. As a result, the fuel cell stack can be effectively cooled.
一方で、燃料電池スタックでの発電量が一定の大きさ未満の場合には、第２ポンプの出力は、燃料電池スタックでの発電量が一定の大きさ以上の場合と同じであるが、第１ポンプの出力は、燃料電池スタックでの発電量が一定の大きさ以上の場合の出力よりも小さくなる。このように第１ポンプ及び第２ポンプが作動されると、第１ポンプによる冷媒の単位時間当たりの吸い込み量及び送り出し量は、低下されるが、第２ポンプによる冷媒の単位時間当たりの吸い込み量及び送り出し量の変化は抑制される。 On the other hand, when the amount of power generated in the fuel cell stack is less than a certain amount, the output of the second pump is the same as that in the case where the amount of power generated in the fuel cell stack is greater than a certain amount. The output of one pump is smaller than the output when the amount of power generated by the fuel cell stack is greater than a certain level. When the first pump and the second pump are operated in this way, the suction amount and the delivery amount of the refrigerant per unit time by the first pump are reduced, but the suction amount of the refrigerant per unit time by the second pump. And the change of the delivery amount is suppressed.
これによって、燃料電池スタック側への冷媒の単位時間当たりの供給量を低下させつつも、イオン除去装置を通過する冷媒の単位時間当たりの流量の変化を抑制できる。したがって、例えば、燃料電池スタックでの発電量が小さいため、燃料電池スタック側への冷媒の単位時間当たりの供給量が少なくてよい場合には、イオン除去装置によってイオンが除去されてイオンの含有量が低減される冷媒の単位時間当たりの流量の変化を抑制しつつ、第１ポンプを作動させるためのエネルギーの消費量を低減できる。 Accordingly, it is possible to suppress a change in the flow rate of the refrigerant per unit time passing through the ion removing device while reducing the supply amount of the refrigerant per unit time to the fuel cell stack side. Therefore, for example, when the amount of refrigerant generated in the fuel cell stack is small and the amount of refrigerant supplied to the fuel cell stack per unit time may be small, the ions are removed by the ion removing device and the content of ions is reduced. It is possible to reduce energy consumption for operating the first pump while suppressing a change in the flow rate of the refrigerant per unit time that is reduced.
以上、説明したように、請求項１に記載の燃料電池システムでは、第１ポンプを作動させるためのエネルギーの消費量を低減できる。 As described above, in the fuel cell system according to the first aspect, energy consumption for operating the first pump can be reduced.
次に、本発明の各実施の形態について説明する。なお、以下の各実施の形態を説明するにあたり、説明している実施の形態よりも前出の実施の形態と基本的に同一の部位については、同一の符号を付与してその詳細な説明を省略する。また、以下の各実施の形態を説明するための図１、図３、図４、図５の各図は、冷却液の回路図であり、これらの図における方向と、実際の方向（例えば、車両を基準とする各方向）とは基本的に関係がない。 Next, each embodiment of the present invention will be described. In the following description of each embodiment, the same reference numerals are given to parts that are basically the same as those in the previous embodiment, and a detailed description thereof is given. Omitted. 1, 3, 4, and 5 for explaining the following embodiments are circuit diagrams of the coolant, and directions in these drawings and actual directions (for example, Each direction with respect to the vehicle) is basically unrelated.
＜第１の実施の形態の構成＞
図１に示されるように、第１の実施の形態に係る燃料電池システム１０は、熱交換器としてのラジエータ１２を備えている。ラジエータ１２は、例えば、複数のチューブ列を備えている。これらのチューブ列は、車幅方向に所定の間隔をおいて配置されている。また、チューブ列は、複数本のチューブを備えている。チューブの長手方向は、車両上下方向とされ、１つのチューブ列には、複数本のチューブが車両前後方向に所定の間隔をおいて設けられている。各チューブ列の間には放熱フィンが設けられている。放熱フィンは、車幅方向両側の各チューブ列のチューブへ当接されており、チューブの熱を放熱フィンへ伝えることができる。
<Configuration of First Embodiment>
As shown in FIG. 1, the fuel cell system 10 according to the first embodiment includes a radiator 12 as a heat exchanger. For example, the radiator 12 includes a plurality of tube rows. These tube rows are arranged at a predetermined interval in the vehicle width direction. The tube row includes a plurality of tubes. The longitudinal direction of the tubes is the vehicle vertical direction, and a plurality of tubes are provided at a predetermined interval in the vehicle longitudinal direction in one tube row. Radiating fins are provided between the tube rows. The radiating fins are in contact with the tubes of the respective tube rows on both sides in the vehicle width direction, and can transfer the heat of the tubes to the radiating fins.
また、ラジエータ１２は、第１タンク及び第２タンクを備えている。第１タンクは、上述したチューブ列の車両上側に配置されており、各チューブ列の各チューブの車両上側端が第１タンクに接続されている。また、第１タンクには、冷媒としての冷却液が貯留されており、第１タンク内の冷却液は、各チューブ列の各チューブへ流れることができる。一方、第２タンクは、上述したチューブ列の車両下側に配置されている、第２タンクには、各チューブ列の各チューブの車両下側端が接続されており、各チューブ列の各チューブを流れた冷却液は、第２タンクに貯留される。冷却液は、例えば、水に凍結防止剤、防腐剤等の添加剤が添加されることによって形成されている。 The radiator 12 includes a first tank and a second tank. The first tank is disposed on the vehicle upper side of the tube row described above, and the vehicle upper end of each tube in each tube row is connected to the first tank. The first tank stores a coolant as a refrigerant, and the coolant in the first tank can flow to each tube in each tube row. On the other hand, the second tank is disposed on the vehicle lower side of the tube row described above. The lower tank is connected to the vehicle lower end of each tube in each tube row, and each tube in each tube row. The coolant that has flowed through is stored in the second tank. The cooling liquid is formed, for example, by adding additives such as antifreezing agents and preservatives to water.
以上のような構成のラジエータ１２は、例えば、車両のエンジンルーム内におけるラジエータグリルの車両後側に配置される。これによって、車両走行時に生じた走行風が、ラジエータグリルを通ってエンジンルーム内に入ると、走行風がラジエータ１２のチューブ列の間を通る。 The radiator 12 having the above-described configuration is disposed, for example, on the rear side of the radiator grill in the engine room of the vehicle. Thus, when the traveling wind generated during traveling of the vehicle enters the engine room through the radiator grille, the traveling wind passes between the tube rows of the radiator 12.
また、本燃料電池システム１０は、上流側流路１４を構成する第１流路１６を備えている。第１流路１６の一端は、ラジエータ１２の第２タンクへ接続されている。第１流路１６の他端側には、第１三方弁１８が設けられている。第１三方弁１８は、第１流入ポートと、第２流入ポートと、流出ポートと、を備えており、第１流入ポート及び第２流入ポートの少なくとも１つから第１三方弁１８内へ流れた冷却液が流出ポートから流れ出るようになっている。また、第１三方弁１８は、弁体と、アクチュエータとを備えており、アクチュエータから出力された駆動力によって弁体が移動されると、第１流入ポート及び第２流入ポートの一方の開口面積（弁開度）が増加され、第１流入ポート及び第２流入ポートの他方の開口面積が減少される。上記の第１流路１６の他端は、第１三方弁１８の第１流入ポートへ接続されている。 Further, the fuel cell system 10 includes a first flow path 16 that constitutes the upstream flow path 14. One end of the first flow path 16 is connected to the second tank of the radiator 12. A first three-way valve 18 is provided on the other end side of the first flow path 16. The first three-way valve 18 includes a first inflow port, a second inflow port, and an outflow port, and flows into the first three-way valve 18 from at least one of the first inflow port and the second inflow port. The cooling liquid flows out from the outflow port. The first three-way valve 18 includes a valve body and an actuator. When the valve body is moved by the driving force output from the actuator, the opening area of one of the first inflow port and the second inflow port. (Valve opening) is increased, and the other opening area of the first inflow port and the second inflow port is decreased. The other end of the first flow path 16 is connected to the first inflow port of the first three-way valve 18.
第１三方弁１８の流出ポートには、上流側流路１４を構成する第２流路２０の一端が接続されている。第２流路２０の他端は、第１ポンプ２２に接続されており、第１ポンプ２２が作動されると、第２流路２０内の冷却液が第１ポンプ２２に吸込まれる。 One end of the second flow path 20 constituting the upstream flow path 14 is connected to the outflow port of the first three-way valve 18. The other end of the second flow path 20 is connected to the first pump 22, and when the first pump 22 is operated, the coolant in the second flow path 20 is sucked into the first pump 22.
図２に示されるように、第１ポンプ２２（更に言えば、第１ポンプ２２のモータ）は、第１ドライバ２４へ電気的に接続されていると共に、車両に搭載されたバッテリー（図示省略）へ電気的に接続されている。第１ドライバ２４は、ポンプ制御装置２６へ電気的に接続されており、ポンプ制御装置２６から出力された第１ポンプ制御信号Ｄｓ１は、第１ドライバ２４へ入力される。この第１ポンプ制御信号Ｄｓ１がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り替わると、第１ドライバ２４は、第１ポンプ２２を作動させる（更に言えば、第１ポンプ２２のモータを駆動させる）。 As shown in FIG. 2, the first pump 22 (more specifically, the motor of the first pump 22) is electrically connected to the first driver 24 and a battery (not shown) mounted on the vehicle. Is electrically connected to. The first driver 24 is electrically connected to the pump control device 26, and the first pump control signal Ds 1 output from the pump control device 26 is input to the first driver 24. When the first pump control signal Ds1 is switched from the Low level to the High level, the first driver 24 operates the first pump 22 (more specifically, the motor of the first pump 22 is driven).
また、図１に示されるように、第１ポンプ２２には、上流側流路１４を構成する第３流路２８の一端が接続されており、第１ポンプ２２が作動されることによって第２流路２０から第１ポンプ２２に吸込まれた冷却液は、第３流路２８へ流れる。第３流路２８の他端側には、燃料電池３０を構成する燃料電池スタック３２が設けられている。燃料電池スタック３２は、複数のセルを備えている。水素を含んだ燃料ガスがセルの正極（アノード、燃料極）と正極側のセパレータとの間を流れ、酸素を含む酸化剤ガスとしての空気がセルの負極（カソード、空気極）と負極側のセパレータとの間を流れることによって発電される。 As shown in FIG. 1, the first pump 22 is connected to one end of a third flow path 28 that constitutes the upstream flow path 14, and the second pump 22 is activated by operating the first pump 22. The coolant sucked into the first pump 22 from the flow path 20 flows to the third flow path 28. A fuel cell stack 32 constituting the fuel cell 30 is provided on the other end side of the third flow path 28. The fuel cell stack 32 includes a plurality of cells. A fuel gas containing hydrogen flows between the positive electrode (anode, fuel electrode) of the cell and the separator on the positive electrode side, and air as an oxidant gas containing oxygen flows between the negative electrode (cathode, air electrode) and the negative electrode side of the cell. Electricity is generated by flowing between the separators.
燃料電池スタック３２は、車両に搭載された駆動ドライバを介して駆動装置としての車両駆動モータへ電気的に接続されており、燃料電池スタック３２から車両駆動モータへ電力が供給されることによって車両駆動モータが駆動される。車両駆動モータの出力軸は、車両の駆動輪へ機械的に接続されており、車両駆動モータの駆動力が駆動輪へ伝わることによって、車両は、走行できる。 The fuel cell stack 32 is electrically connected to a vehicle drive motor as a drive device via a drive driver mounted on the vehicle, and the vehicle is driven by supplying electric power from the fuel cell stack 32 to the vehicle drive motor. The motor is driven. The output shaft of the vehicle drive motor is mechanically connected to the drive wheels of the vehicle, and the vehicle can travel when the drive force of the vehicle drive motor is transmitted to the drive wheels.
一方、燃料電池スタック３２には、スタック側流路３４が設けられている。スタック側流路３４の一端は、上記の第３流路２８の他端が接続されており、第３流路２８を流れた冷却液がスタック側流路３４に供給されてスタック側流路３４内を流れる。燃料電池スタック３２のセルにおいて発電される際には、燃料電池スタック３２が発熱するが、燃料電池スタック３２とスタック側流路３４を流れる冷却液との間で熱交換が行なわれることによって燃料電池スタック３２が冷却される。 On the other hand, the fuel cell stack 32 is provided with a stack-side flow path 34. One end of the stack-side flow path 34 is connected to the other end of the third flow path 28, and the coolant that has flowed through the third flow path 28 is supplied to the stack-side flow path 34 so that the stack-side flow path 34. Flowing inside. When power is generated in the cells of the fuel cell stack 32, the fuel cell stack 32 generates heat. However, heat exchange is performed between the fuel cell stack 32 and the coolant flowing through the stack-side flow path 34, so that the fuel cell. The stack 32 is cooled.
スタック側流路３４の他端には、下流側流路３６を構成する第４流路４０の一端が接続されており、スタック側流路３４を流れた冷却液は、第４流路４０に流れる。第４流路４０の他端は、第２ポンプ４２に接続されており、第２ポンプ４２が作動されると、第４流路４０内の冷却液が第２ポンプ４２に吸込まれる。 One end of a fourth flow path 40 that constitutes the downstream flow path 36 is connected to the other end of the stack side flow path 34, and the coolant that has flowed through the stack side flow path 34 flows into the fourth flow path 40. Flowing. The other end of the fourth flow path 40 is connected to the second pump 42, and when the second pump 42 is operated, the coolant in the fourth flow path 40 is sucked into the second pump 42.
図２に示されるように、第２ポンプ４２（更に言えば、第２ポンプ４２のモータ）は、第２ドライバ４４へ電気的に接続されていると共に、車両に搭載されたバッテリー（図示省略）へ電気的に接続されている。第２ドライバ４４は、ポンプ制御装置２６へ電気的に接続されており、ポンプ制御装置２６から出力された第２ポンプ制御信号Ｄｓ２は、第２ドライバ４４へ入力される。この第２ポンプ制御信号Ｄｓ２がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り替わると、第２ドライバ４４は、第２ポンプ４２を作動させる（更に言えば、第２ポンプ４２のモータを駆動させる）。 As shown in FIG. 2, the second pump 42 (more specifically, the motor of the second pump 42) is electrically connected to the second driver 44 and has a battery (not shown) mounted on the vehicle. Is electrically connected to. The second driver 44 is electrically connected to the pump control device 26, and the second pump control signal Ds 2 output from the pump control device 26 is input to the second driver 44. When the second pump control signal Ds2 is switched from the Low level to the High level, the second driver 44 operates the second pump 42 (more specifically, drives the motor of the second pump 42).
また、ポンプ制御装置２６は、発電量検出装置４６へ電気的に接続されている。発電量検出装置４６は、燃料電池スタック３２を含んで構成される電気回路に設けられており、燃料電池スタック３２での発電量の大きさに対応する発電量検出信号Ｗｓを出力する。発電量検出装置４６から出力された発電量検出信号Ｗｓは、ポンプ制御装置２６へ入力される。 The pump control device 26 is electrically connected to the power generation amount detection device 46. The power generation amount detection device 46 is provided in an electric circuit including the fuel cell stack 32 and outputs a power generation amount detection signal Ws corresponding to the amount of power generation in the fuel cell stack 32. The power generation amount detection signal Ws output from the power generation amount detection device 46 is input to the pump control device 26.
燃料電池スタック３２での発電量が第１の閾値未満の場合の発電量検出信号Ｗｓがポンプ制御装置２６に入力されると、ポンプ制御装置２６から出力される第１ポンプ制御信号Ｄｓ１及び第２ポンプ制御信号Ｄｓ２は、Ｌｏｗレベルとされる。また、燃料電池スタック３２での発電量が第１の閾値以上で第１の閾値よりも大きな「一定の大きさ」としての第２の閾値未満の場合の発電量検出信号Ｗｓがポンプ制御装置２６に入力されると、ポンプ制御装置２６から出力される第２ポンプ制御信号Ｄｓ２がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り替わる。さらに、燃料電池スタック３２での発電量が第２の閾値以上の場合の発電量検出信号Ｗｓがポンプ制御装置２６に入力されると、ポンプ制御装置２６から出力される第１ポンプ制御信号Ｄｓ１がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り替わる。 When the power generation amount detection signal Ws when the power generation amount in the fuel cell stack 32 is less than the first threshold is input to the pump control device 26, the first pump control signal Ds1 and the second pump control signal Ds1 output from the pump control device 26 are output. The pump control signal Ds2 is set to the low level. Further, the power generation amount detection signal Ws in the case where the power generation amount in the fuel cell stack 32 is less than the second threshold value, which is greater than or equal to the first threshold value and larger than the first threshold value, is less than the second threshold value. The second pump control signal Ds2 output from the pump control device 26 is switched from the Low level to the High level. Furthermore, when the power generation amount detection signal Ws when the power generation amount in the fuel cell stack 32 is equal to or greater than the second threshold is input to the pump control device 26, the first pump control signal Ds1 output from the pump control device 26 is It switches from the Low level to the High level.
また、図１に示されるように、第２ポンプ４２には、下流側流路３６を構成する第５流路４８の一端が接続されており、４流路４０から第２ポンプ４２に吸込まれた冷却液は、第２ポンプ４２が作動されることによって第５流路４８へ流れる。第５流路４８の他端には、下流側流路３６を構成する第６流路５０の一端が接続されている。第６流路５０の他端は、ラジエータ１２の第１タンクへ接続されており、第５流路４８を流れて更に第６流路５０を流れた冷却液は、ラジエータ１２の第１タンクへ流れ、ラジエータ１２の第１タンクに溜められる。 Further, as shown in FIG. 1, one end of a fifth flow path 48 constituting the downstream flow path 36 is connected to the second pump 42, and the second pump 42 is sucked into the second pump 42. The cooled liquid flows to the fifth flow path 48 when the second pump 42 is operated. One end of a sixth flow path 50 that constitutes the downstream flow path 36 is connected to the other end of the fifth flow path 48. The other end of the sixth flow path 50 is connected to the first tank of the radiator 12, and the coolant flowing through the fifth flow path 48 and further flowing through the sixth flow path 50 goes to the first tank of the radiator 12. The flow is accumulated in the first tank of the radiator 12.
一方、第５流路４８の他端には、第１バイパス流路５２の一端が接続されており、第５流路４８を流れた冷却液の一部は、第５流路４８の他端から第１バイパス流路５２に流れる。第１バイパス流路５２の他端は、上述した第１三方弁１８の第２流入ポートへ接続されており、第１バイパス流路５２を流れた冷却液は、第１三方弁１８の第２流入ポート及び流出ポートを介して第２流路２０へ流れることができる。第１バイパス流路５２を流れる冷却液の単位時間当たりの流量は、第６流路５０、ラジエータ１２、第１流路１６を流れる冷却液の単位時間当たりの流量よりも大きくなるように、第１バイパス流路５２が設定されている。 On the other hand, one end of the first bypass channel 52 is connected to the other end of the fifth channel 48, and a part of the coolant flowing through the fifth channel 48 is connected to the other end of the fifth channel 48. To the first bypass passage 52. The other end of the first bypass flow path 52 is connected to the second inflow port of the first three-way valve 18 described above, and the coolant that has flowed through the first bypass flow path 52 is the second of the first three-way valve 18. It can flow to the second flow path 20 via the inflow port and the outflow port. The flow rate per unit time of the coolant flowing through the first bypass flow path 52 is larger than the flow rate per unit time of the coolant flowing through the sixth flow path 50, the radiator 12, and the first flow path 16. One bypass flow path 52 is set.
また、第４流路４０の中間部には、短絡流路としての第２バイパス流路５４の一端が接続されている。第２バイパス流路５４の他端は、第２流路２０の中間部に接続されており、第２流路２０を流れる冷却液の一部は、第２バイパス流路５４へ流れる。第２バイパス流路５４の中間部には、イオン除去装置としてのイオン交換器５６が設けられており、第２バイパス流路５４を流れる冷却液は、イオン交換器５６を通過する。冷却液がイオン交換器５６を通過すると冷却液中のイオンが除去される。 In addition, one end of a second bypass channel 54 serving as a short circuit channel is connected to an intermediate portion of the fourth channel 40. The other end of the second bypass channel 54 is connected to an intermediate portion of the second channel 20, and a part of the coolant flowing through the second channel 20 flows to the second bypass channel 54. An ion exchanger 56 as an ion removing device is provided at an intermediate portion of the second bypass channel 54, and the coolant flowing through the second bypass channel 54 passes through the ion exchanger 56. When the coolant passes through the ion exchanger 56, ions in the coolant are removed.
＜第１実施の形態の作用、効果＞
次に、本燃料電池システム１０の作用、効果について説明する。
<Operation and Effect of First Embodiment>
Next, the operation and effect of the fuel cell system 10 will be described.
本燃料電池システム１０では、第２ポンプ４２のみ、又は、第１ポンプ２２及び第２ポンプ４２の双方が作動されると、ラジエータ１２の第２タンク内の冷却液が第１流路１６、第２流路２０、第３流路２８を流れて燃料電池スタック３２に設けられたスタック側流路３４へ供給される。また、上記のように第２ポンプ４２のみ、又は、第１ポンプ２２及び第２ポンプ４２の双方が作動されると、第１バイパス流路５２内の冷却液が第２流路２０、第１ポンプ２２、第３流路２８を流れて燃料電池スタック３２に設けられたスタック側流路３４へ供給される。このように、冷却液がスタック側流路３４に供給されて、冷却液がスタック側流路３４を流れると、燃料電池スタック３２とスタック側流路３４を流れる冷却液との間で熱交換が行なわれる。これによって燃料電池スタック３２が冷却される。 In the fuel cell system 10, when only the second pump 42 or both the first pump 22 and the second pump 42 are operated, the coolant in the second tank of the radiator 12 is transferred to the first flow path 16, the first The fuel flows through the second flow path 20 and the third flow path 28 and is supplied to the stack-side flow path 34 provided in the fuel cell stack 32. In addition, when only the second pump 42 or both the first pump 22 and the second pump 42 are operated as described above, the coolant in the first bypass passage 52 becomes the second passage 20, the first passage. The fuel flows through the pump 22 and the third flow path 28 and is supplied to the stack-side flow path 34 provided in the fuel cell stack 32. As described above, when the coolant is supplied to the stack side flow path 34 and the coolant flows through the stack side flow path 34, heat exchange is performed between the fuel cell stack 32 and the coolant flowing through the stack side flow path 34. Done. As a result, the fuel cell stack 32 is cooled.
上記のようにしてスタック側流路３４を流れた冷却液は、第４流路４０へ供給される。第４流路４０へ供給された冷却液の一部は、第４流路４０、第２ポンプ４２、第５流路４８を流れる。第５流路４８を流れる冷却液の一部は、第６流路５０を流れてラジエータ１２の第１タンクへ流れ、ラジエータ１２の第１タンクに溜められる。ラジエータ１２の第１タンクに溜められた冷却液は、ラジエータ１２を構成するチューブ列の各チューブを流れる。冷却液がラジエータ１２の各チューブを流れると、冷却液の熱が放熱フィンへ伝えられる。この状態で、例えば、車両走行時にラジエータグリルを通ってエンジンルーム内に流れた走行風等の気流が、ラジエータ１２の各チューブ列の間を通ると、気流とラジエータ１２の各チューブ及び放熱フィンとの間で熱交換が行なわれる。これによって、冷却液が冷却されてラジエータ１２の第２タンクへ戻り、第１流路１６へ供給される。 The coolant that has flowed through the stack-side flow path 34 as described above is supplied to the fourth flow path 40. A part of the coolant supplied to the fourth flow path 40 flows through the fourth flow path 40, the second pump 42, and the fifth flow path 48. A part of the coolant flowing through the fifth flow path 48 flows through the sixth flow path 50 to the first tank of the radiator 12 and is stored in the first tank of the radiator 12. The coolant stored in the first tank of the radiator 12 flows through each tube of the tube row constituting the radiator 12. When the coolant flows through each tube of the radiator 12, the heat of the coolant is transmitted to the heat radiating fins. In this state, for example, when an airflow such as traveling wind that has flowed into the engine room through the radiator grille when the vehicle is traveling passes between the tube rows of the radiator 12, the airflow, the tubes of the radiator 12 and the radiation fins Heat exchange takes place between the two. As a result, the coolant is cooled, returned to the second tank of the radiator 12, and supplied to the first flow path 16.
一方、第５流路４８を流れる冷却液の他の一部は、第１バイパス流路５２を流れる。第１バイパス流路５２を流れた冷却液は、第２流路２０へ供給される。ここで、第１三方弁１８のアクチュエータから出力された駆動力によって第１三方弁１８の弁体が移動されると、第１三方弁１８の第１流入ポート及び第１三方弁１８の第２流入ポートの一方の開口面積（弁開度）が増加され、第１流入ポート及び第２流入ポートの他方の開口面積が減少される。これによって、第５流路４８から第６流路５０、ラジエータ１２、第１流路１６を介して第２流路２０へ流れる冷却液と、第５流路４８から第１バイパス流路５２を介して第２流路２０へ流れる冷却液と、の比率を調整できる。 On the other hand, another part of the coolant flowing through the fifth flow path 48 flows through the first bypass flow path 52. The coolant that has flowed through the first bypass flow path 52 is supplied to the second flow path 20. Here, when the valve body of the first three-way valve 18 is moved by the driving force output from the actuator of the first three-way valve 18, the first inflow port of the first three-way valve 18 and the second of the first three-way valve 18 are moved. One opening area (valve opening degree) of the inflow port is increased, and the other opening area of the first inflow port and the second inflow port is decreased. Thus, the coolant flowing from the fifth channel 48 to the second channel 20 via the sixth channel 50, the radiator 12, and the first channel 16, and the first bypass channel 52 from the fifth channel 48. The ratio of the coolant flowing to the second flow path 20 through the second flow path 20 can be adjusted.
したがって、第１三方弁１８の第１流入ポートの開口面積を大きくすることで、ラジエータ１２へ流れる冷却液の単位時間当たりの流量を大きくでき、冷却液を効果的に冷却できる。これに対して、第１三方弁１８の第２流入ポートの一方の開口面積を大きくすることで、スタック側流路３４に流れる冷却液の単位時間当たりの流量を大きくでき、燃料電池スタック３２を効果的に冷却できる。 Therefore, by increasing the opening area of the first inflow port of the first three-way valve 18, the flow rate of the coolant flowing to the radiator 12 can be increased per unit time, and the coolant can be effectively cooled. On the other hand, by increasing the opening area of one of the second inflow ports of the first three-way valve 18, the flow rate of the coolant flowing through the stack side flow path 34 can be increased, and the fuel cell stack 32 can be It can be cooled effectively.
一方、第２流路２０を流れる冷却液の一部は、第２バイパス流路５４を流れて第４流路４０へ供給される。冷却液が第２バイパス流路５４を流れると、冷却液は、イオン交換器５６を通過する。冷却液がイオン交換器５６を通過すると冷却液中のイオンが除去され、冷却液の帯電率が低下する。これによって、冷却液の絶縁性が向上され、冷却液を介した漏電を抑制又は防止できる。 On the other hand, a part of the coolant flowing through the second flow path 20 flows through the second bypass flow path 54 and is supplied to the fourth flow path 40. When the coolant flows through the second bypass channel 54, the coolant passes through the ion exchanger 56. When the cooling liquid passes through the ion exchanger 56, ions in the cooling liquid are removed, and the charging rate of the cooling liquid decreases. As a result, the insulation of the coolant is improved, and leakage through the coolant can be suppressed or prevented.
ところで、本燃料電池システム１０は、第１ポンプ２２と第２ポンプ４２とを備えている。ここで、第１ポンプ２２のポンプ揚程をΔＰ１、第２ポンプ４２のポンプ揚程をΔＰ２とした場合、第１ポンプ２２及び第２ポンプ４２の双方が作動されることによる総合的なポンプ揚程ΔＰは、第１ポンプ２２のポンプ揚程であるΔＰ１と第２ポンプ４２のポンプ揚程であるΔＰ２との和になる。これに対して、第１ポンプ２２を作動させずに第２ポンプ４２のみを作動させた場合には、ΔＰ１が０になり、したがって、総合的なポンプ揚程ΔＰは、第２ポンプ４２のポンプ揚程であるΔＰ２となる。 Incidentally, the fuel cell system 10 includes a first pump 22 and a second pump 42. Here, when the pump head of the first pump 22 is ΔP1 and the pump head of the second pump 42 is ΔP2, the total pump head ΔP obtained by operating both the first pump 22 and the second pump 42 is ΔP1 which is the pump head of the first pump 22 and ΔP2 which is the pump head of the second pump 42. On the other hand, when only the second pump 42 is operated without operating the first pump 22, ΔP 1 becomes 0, and therefore the total pump head ΔP is the pump head of the second pump 42. ΔP2 that is
ここで、本実施の形態では、第１ポンプ２２は、第２流路２０における第２バイパス流路５４と接続部分よりも冷却液の流れの下流、すなわち、上流側流路１４におけるイオン交換器５６との接続部分よりも冷却液の流れの下流側に設けられる。また、第２ポンプ４２は、第４流路４０の他端、すなわち、下流側流路３６におけるイオン交換器５６との接続部分よりも冷却液の流れの下流側に設けられる。 Here, in the present embodiment, the first pump 22 is connected to the second bypass passage 54 and the connection portion in the second passage 20 downstream of the coolant flow, that is, the ion exchanger in the upstream passage 14. 56 is provided on the downstream side of the flow of the coolant from the connection portion with 56. The second pump 42 is provided on the other end of the fourth flow path 40, that is, on the downstream side of the coolant flow with respect to the connection portion with the ion exchanger 56 in the downstream flow path 36.
このため、第１ポンプ２２及び第２ポンプ４２の双方を作動させた場合、第１ポンプ２２を作動させずに第２ポンプ４２のみを作動させた場合の何れであっても、第２バイパス流路５４を流れる冷却液の単位時間当たりの流量は、基本的に変わらないか、第２バイパス流路５４を流れる冷却液の単位時間当たりの流量の変化は抑制される。 For this reason, in the case where both the first pump 22 and the second pump 42 are operated, and only when the second pump 42 is operated without operating the first pump 22, the second bypass flow is performed. The flow rate per unit time of the coolant flowing through the passage 54 is basically not changed, or the change in the flow rate per unit time of the coolant flowing through the second bypass channel 54 is suppressed.
これに対して、第１ポンプ２２及び第２ポンプ４２の双方を作動させた場合に燃料電池スタック３２のスタック側流路３４を流れる冷却液の単位時間当たりの流量をＦ１、第１ポンプ２２を作動させずに第２ポンプ４２のみを作動させた場合に燃料電池スタック３２のスタック側流路３４を流れる冷却液の単位時間当たりの流量をＦ２とすると、流量Ｆ１と流量Ｆ２との関係は、概ね、以下の式（１）で示されるようになる。 On the other hand, when both the first pump 22 and the second pump 42 are operated, the flow rate per unit time of the coolant flowing through the stack side flow path 34 of the fuel cell stack 32 is F1, and the first pump 22 is turned on. When only the second pump 42 is operated without being operated, and the flow rate per unit time of the coolant flowing through the stack side flow path 34 of the fuel cell stack 32 is F2, the relationship between the flow rate F1 and the flow rate F2 is: In general, the following equation (1) is obtained.
Ｆ２＝Ｆ１・ΔＰ２／（ΔＰ１＋ΔＰ２）・・・（１）
このように、第１ポンプ２２及び第２ポンプ４２の双方を作動させた場合における燃料電池スタック３２のスタック側流路３４を流れる冷却液の単位時間当たりの流量Ｆ１に比べ、第１ポンプ２２を作動させずに第２ポンプ４２のみを作動させた場合における燃料電池スタック３２のスタック側流路３４を流れる冷却液の単位時間当たりの流量Ｆ２は、減少する。
F2 = F1 · ΔP2 / (ΔP1 + ΔP2) (1)
As described above, the first pump 22 is compared with the flow rate F1 of the coolant flowing through the stack-side flow path 34 of the fuel cell stack 32 when both the first pump 22 and the second pump 42 are operated. When only the second pump 42 is operated without being operated, the flow rate F2 per unit time of the coolant flowing through the stack-side flow path 34 of the fuel cell stack 32 decreases.
このため、例えば、車両の高速走行時等、燃料電池スタック３２の発熱量が比較的大きくなる場合には、第１ポンプ２２及び第２ポンプ４２の双方を作動させる。これによって、本実施の形態は、燃料電池スタック３２のスタック側流路３４に多くの冷却液を供給でき、燃料電池スタック３２を効果的に冷却できる。 For this reason, for example, when the amount of heat generated by the fuel cell stack 32 is relatively large, such as when the vehicle is traveling at high speed, both the first pump 22 and the second pump 42 are operated. Thus, in the present embodiment, a large amount of coolant can be supplied to the stack-side flow path 34 of the fuel cell stack 32, and the fuel cell stack 32 can be effectively cooled.
これに対して、例えば、車両の停止時や車両の低速走行時等、燃料電池スタック３２の発熱量が比較的小さくなる場合には、第１ポンプ２２を作動させずに第２ポンプ４２のみを作動させる。第１ポンプ２２及び第２ポンプ４２を作動させるためには、車両に搭載されたバッテリーの電力が必要である。しかしながら、本実施の形態は、第１ポンプ２２を作動させずに第２ポンプ４２のみを作動させることによって、電力の消費を抑制できる。 On the other hand, when the amount of heat generated by the fuel cell stack 32 is relatively small, for example, when the vehicle is stopped or when the vehicle is traveling at a low speed, only the second pump 42 is operated without operating the first pump 22. Operate. In order to operate the 1st pump 22 and the 2nd pump 42, the electric power of the battery mounted in the vehicle is required. However, in the present embodiment, power consumption can be suppressed by operating only the second pump 42 without operating the first pump 22.
しかも、この状態では、第１ポンプ２２が作動しないため、基本的には第１ポンプ２２の作動音が発生しない。これによって、本実施の形態は、静粛性を向上できる。 In addition, in this state, since the first pump 22 does not operate, basically no operation sound of the first pump 22 is generated. Thereby, the present embodiment can improve quietness.
さらに、本実施の形態では、第１ポンプ２２の作動及び作動停止の切り替えによって、燃料電池スタック３２側のスタック側流路３４へ流れる冷却液と、イオン交換器５６へ流れる冷却液の流量と、の比率を変えることができる。このため、本実施の形態は、第２流路２０と第２バイパス流路５４との接続部分、すなわち、燃料電池スタック３２へ冷却液を供給するための上流側流路１４とイオン交換器５６との接続部分に三方弁等を設けなくてもよく、低コストにできる。 Furthermore, in the present embodiment, the flow rate of the coolant flowing to the stack-side flow path 34 on the fuel cell stack 32 side and the flow rate of the coolant flowing to the ion exchanger 56 by switching between the operation and stoppage of the first pump 22, The ratio of can be changed. Therefore, in the present embodiment, the connection portion between the second flow path 20 and the second bypass flow path 54, that is, the upstream flow path 14 for supplying the coolant to the fuel cell stack 32 and the ion exchanger 56. It is not necessary to provide a three-way valve or the like at the connection portion with the, and the cost can be reduced.
また、燃料電池スタック３２のスタック側流路３４に最大量の冷却液が供給される際には、第１ポンプ２２及び第２ポンプ４２の双方が作動される。このため、本実施の形態は、スタック側流路３４に最大量の冷却液を供給するための第１ポンプ２２及び第２ポンプ４２の個々の揚程（第１ポンプ２２及び第２ポンプ４２の個々の最大出力）を小さくできる。これによって、スタック側流路３４に最大量の冷却液が供給される際に上流側流路１４、下流側流路３６、第１バイパス流路５２、第２バイパス流路５４等を形成するホースに作用される負圧を抑制でき、ホースの変形を抑制できる。このため、本実施の形態は、このようなホースの機械的強度や剛性等の機械的特性を特に高くしなくてもよく、この意味でも低コストにできる。 Further, when the maximum amount of coolant is supplied to the stack-side flow path 34 of the fuel cell stack 32, both the first pump 22 and the second pump 42 are operated. For this reason, in the present embodiment, the individual heads of the first pump 22 and the second pump 42 for supplying the maximum amount of cooling liquid to the stack-side flow path 34 (the individual pumps 22 and 42). Can be reduced. As a result, the hose that forms the upstream channel 14, the downstream channel 36, the first bypass channel 52, the second bypass channel 54, and the like when the maximum amount of coolant is supplied to the stack side channel 34. The negative pressure acting on the hose can be suppressed, and deformation of the hose can be suppressed. For this reason, the present embodiment does not require particularly high mechanical properties such as mechanical strength and rigidity of such a hose, and in this sense, the cost can be reduced.
さらに、本実施の形態では、第１ポンプ２２及び第２ポンプ４２の制御は、作動と停止だけでよい。このため、本実施の形態は、ポンプ制御装置２６を含んで構成される第１ポンプ２２及び第２ポンプ４２を制御するための構成を簡素化でき、この意味でも低コストにできる。 Further, in the present embodiment, the control of the first pump 22 and the second pump 42 may be only the operation and stop. For this reason, this Embodiment can simplify the structure for controlling the 1st pump 22 and the 2nd pump 42 comprised including the pump control apparatus 26, and can also be made low-cost also in this meaning.
＜第２の実施の形態＞
図３に示されるように、第２の実施の形態に係る燃料電池システム１０では、第１流路１６の他端側に第１三方弁１８が設けられておらず、第１流路１６の他端、第２流路２０の一端、第１バイパス流路５２の他端が互いに接続されている。また、本第２燃料電池システム１０は、第５流路４８を備えておらず、更に、本第２燃料電池システム１０は、第２三方弁６２を備えている。第２三方弁６２は、流入ポートと、第１流出ポートと、第２流出ポートとを備えている。第２三方弁６２の流入ポートには第２流路２０の他端が接続されている。また、第２三方弁６２の第１流出ポートには、第６流路５０の一端が接続されており、第２三方弁６２の第２流出ポートには、第１バイパス流路５２の一端が接続されている。これによって、第２流路２０を流れた冷却液は、第６流路５０の及び第１バイパス流路５２の少なくとも一方へ流れることができる。
<Second Embodiment>
As shown in FIG. 3, in the fuel cell system 10 according to the second embodiment, the first three-way valve 18 is not provided on the other end side of the first flow path 16, and the first flow path 16 The other end, one end of the second flow path 20, and the other end of the first bypass flow path 52 are connected to each other. The second fuel cell system 10 does not include the fifth flow path 48, and the second fuel cell system 10 further includes the second three-way valve 62. The second three-way valve 62 includes an inflow port, a first outflow port, and a second outflow port. The other end of the second flow path 20 is connected to the inflow port of the second three-way valve 62. One end of the sixth flow path 50 is connected to the first outflow port of the second three-way valve 62, and one end of the first bypass flow path 52 is connected to the second outflow port of the second three-way valve 62. It is connected. Accordingly, the coolant that has flowed through the second flow path 20 can flow to at least one of the sixth flow path 50 and the first bypass flow path 52.
また、第２三方弁６２は、弁体と、アクチュエータとを備えており、アクチュエータから出力された駆動力によって弁体が移動されることによって、第２三方弁６２の第１流出ポート及び第２流出ポートの一方の開口面積（弁解度）が増加され、第１流入ポート及び第２流入ポートの他方の開口面積が減少される。したがって、第２三方弁６２のアクチュエータを駆動させて弁体を移動させることによって、第６流路５０側へ流れる冷却液の流量と、第１バイパス流路５２側へ流れる冷却液の流量とを変えることができる。すなわち、第２三方弁６２は、前記第１の実施の形態における第１三方弁１８と基本的に同じ作用を奏する。 In addition, the second three-way valve 62 includes a valve body and an actuator. When the valve body is moved by the driving force output from the actuator, the second outflow port and the second outflow port of the second three-way valve 62 are provided. One opening area (valve answer) of the outflow port is increased, and the other opening area of the first inflow port and the second inflow port is decreased. Therefore, by driving the actuator of the second three-way valve 62 and moving the valve body, the flow rate of the coolant flowing to the sixth flow path 50 side and the flow rate of the coolant flowing to the first bypass flow path 52 side are set. Can be changed. That is, the second three-way valve 62 has basically the same operation as the first three-way valve 18 in the first embodiment.
さらに、本実施の形態では、第２ポンプ４２が第２流路２０の一端と第２流路２０における第２バイパス流路５４の他端との接続部分との間、すなわち、上流側流路１４におけるイオン交換器５６との接続部分よりも冷却液の流れの上流側に設けられている。本実施の形態では、第２ポンプ４２が作動されると、第２流路２０における第２ポンプ４２よりも上流側の冷却液が第２ポンプ４２に吸い込まれ、第２流路２０における第２ポンプ４２よりも下流側へ冷却液が送り出される。 Furthermore, in the present embodiment, the second pump 42 is connected between one end of the second flow path 20 and the other end of the second bypass flow path 54 in the second flow path 20, that is, the upstream flow path. 14 is provided on the upstream side of the flow of the coolant from the connection portion with the ion exchanger 56 in FIG. In the present embodiment, when the second pump 42 is operated, the coolant on the upstream side of the second pump 42 in the second flow path 20 is sucked into the second pump 42, and the second liquid in the second flow path 20. The coolant is sent downstream from the pump 42.
以上の構成の第２の実施の形態は、基本的に第１の実施の形態と同様の作用を奏し、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。 The second embodiment having the above configuration basically exhibits the same effects as those of the first embodiment, and can obtain the same effects as those of the first embodiment.
＜第３の実施の形態＞
図１と図４とを比べてわかるように、第３の実施の形態に係る燃料電池システム１０は、第１ポンプ２２の配置位置が第１の実施の形態に係る燃料電池システム１０と異なる。
<Third Embodiment>
As can be seen by comparing FIG. 1 and FIG. 4, the fuel cell system 10 according to the third embodiment differs from the fuel cell system 10 according to the first embodiment in the arrangement position of the first pump 22.
すなわち、本実施の形態に係る燃料電池システム１０は、第３流路２８を備えておらず、第２流路２０の他端は、燃料電池スタック３２のスタック側流路３４の一端へ接続されている。また、本実施の形態では、第４流路４０の一端と第４流路４０における第２バイパス流路５４との接続部分との間、すなわち、下流側流路３６におけるイオン交換器５６との接続部分よりも上流側に第１ポンプ２２が設けられている。本実施の形態では、第１ポンプ２２が作動されると、第４流路４０における第１ポンプ２２よりも上流側の冷却液が第１ポンプ２２に吸い込まれ、第４流路４０における第１ポンプ２２よりも下流側へ冷却液が送り出される。 That is, the fuel cell system 10 according to the present embodiment does not include the third flow path 28, and the other end of the second flow path 20 is connected to one end of the stack-side flow path 34 of the fuel cell stack 32. ing. In the present embodiment, between the one end of the fourth flow path 40 and the connection portion of the fourth flow path 40 with the second bypass flow path 54, that is, with the ion exchanger 56 in the downstream flow path 36. A first pump 22 is provided upstream of the connection portion. In the present embodiment, when the first pump 22 is operated, the coolant on the upstream side of the first pump 22 in the fourth flow path 40 is sucked into the first pump 22, and the first liquid in the fourth flow path 40. The coolant is sent out downstream of the pump 22.
以上の構成の第３の実施の形態は、基本的に第１の実施の形態と同様の作用を奏し、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。 The third embodiment having the above configuration basically exhibits the same operation as that of the first embodiment, and can obtain the same effects as those of the first embodiment.
＜第４の実施の形態＞
図３と図５とを比べてわかるように、第４の実施の形態に係る燃料電池システム１０と、第２の実施の形態に係る燃料電池システム１０とでは、第１ポンプ２２の配置位置が異なる。また、図４と図５とを比べてわかるように、第４の実施の形態における第１ポンプ２２の配置位置は、前記第３の実施の形態と同じである。
<Fourth embodiment>
As can be seen by comparing FIG. 3 and FIG. 5, in the fuel cell system 10 according to the fourth embodiment and the fuel cell system 10 according to the second embodiment, the arrangement position of the first pump 22 is Different. Further, as can be seen from a comparison between FIG. 4 and FIG. 5, the arrangement position of the first pump 22 in the fourth embodiment is the same as that in the third embodiment.
以上の構成の第４の実施の形態は、基本的に第１の実施の形態と同様の作用を奏し、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。 The fourth embodiment having the above configuration basically exhibits the same operation as that of the first embodiment, and can obtain the same effects as those of the first embodiment.
なお、上記の各実施の形態では、燃料電池スタック３２での発電量が第２の閾値未満の場合には第１ポンプ２２は、停止され、燃料電池スタック３２での発電量が第２の閾値以上の場合に第１ポンプ２２が作動される構成であった。しかしながら、例えば、燃料電池スタック３２での発電量が第１の閾値以上で第２の閾値未満の場合に第１ポンプ２２が燃料電池スタック３２での発電量の大きさに対応する出力（揚程）で作動される構成であってもよい。 In each of the above embodiments, when the amount of power generated in the fuel cell stack 32 is less than the second threshold, the first pump 22 is stopped and the amount of power generated in the fuel cell stack 32 is equal to the second threshold. In the above case, the first pump 22 is operated. However, for example, when the power generation amount in the fuel cell stack 32 is equal to or greater than the first threshold value and less than the second threshold value, the first pump 22 outputs (head) corresponding to the magnitude of the power generation amount in the fuel cell stack 32. The structure operated by may be sufficient.
また、上記の各実施の形態では、第１バイパス流路５２を備える構成であったが、第１バイパス流路５２を備えない構成であってもよい。 In each of the above embodiments, the first bypass flow path 52 is provided. However, the first bypass flow path 52 may be omitted.
さらに、上記の各実施の形態では、冷媒としての冷却液は、水に凍結防止剤、防腐剤等の添加剤が添加されることによって形成される構成であった。しかしながら、冷却液は、水（純水）であってもよいし、水以外の液体であってもよい。更には、冷媒は、上流側流路１４、下流側流路３６等を流れることができる構成であれば、液体以外の流体であってもよい。 Furthermore, in each of the above-described embodiments, the coolant as the refrigerant is formed by adding an additive such as an antifreezing agent or a preservative to water. However, the coolant may be water (pure water) or a liquid other than water. Furthermore, the refrigerant may be a fluid other than a liquid as long as it can flow through the upstream flow path 14 and the downstream flow path 36.
また、上記の各実施の形態では、発電量検出装置４６によって燃料電池スタック３２での発電量を検出する構成であった。しかしながら、発電量検出装置は、例えば、車両の走行速度を検出して車両の走行速度から間接的に燃料電池スタック３２での発電量を検出する構成でもよい。また、発電量検出装置は、車両の駆動輪へ駆動力を伝える駆動装置としての車両駆動モータの出力軸の回転数、車両駆動モータに流れる電流等に基づいて間接的に燃料電池スタック３２での発電量を検出する構成でもよい。さらに、発電量検出装置は、燃料電池スタック３２のセルの正極への水素の供給量、セルの負極への空気の供給量等に基づいて間接的に燃料電池スタック３２での発電量を検出する構成でもよい。また、発電量検出装置は、燃料電池スタック３２の温度に間接的に燃料電池スタック３２での発電量を検出する構成でもよい。このように、燃料電池スタック３２での発電量を検出する発電量検出装置の構成については、特に限定されるものではなく、適宜に適用が可能である。 Further, in each of the above embodiments, the power generation amount in the fuel cell stack 32 is detected by the power generation amount detection device 46. However, the power generation amount detection device may be configured to detect the power generation amount in the fuel cell stack 32 indirectly from the vehicle travel speed by detecting the travel speed of the vehicle, for example. In addition, the power generation amount detection device is indirectly connected to the fuel cell stack 32 based on the rotational speed of the output shaft of the vehicle drive motor as a drive device that transmits the drive force to the drive wheels of the vehicle, the current flowing through the vehicle drive motor, and the like. It may be configured to detect the amount of power generation. Further, the power generation amount detection device indirectly detects the power generation amount in the fuel cell stack 32 based on the supply amount of hydrogen to the positive electrode of the cell of the fuel cell stack 32, the supply amount of air to the negative electrode of the cell, and the like. It may be configured. Further, the power generation amount detection device may be configured to detect the power generation amount in the fuel cell stack 32 indirectly based on the temperature of the fuel cell stack 32. As described above, the configuration of the power generation amount detection device that detects the power generation amount in the fuel cell stack 32 is not particularly limited, and can be appropriately applied.
１０ 燃料電池システム
１４ 上流側流路
２２ 第１ポンプ
３２ 燃料電池スタック
３６ 下流側流路
４２ 第２ポンプ
５６ イオン交換器（イオン除去装置）
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell system 14 Upstream flow path 22 1st pump 32 Fuel cell stack 36 Downstream flow path 42 2nd pump 56 Ion exchanger (ion removal apparatus)
Claims (1)
前記燃料電池スタックへ接続されて前記燃料電池スタック側へ冷媒を供給する上流側流路と、
前記燃料電池スタックへ接続されて前記燃料電池スタック側から流れ出た前記冷媒が流れる下流側流路と、
前記上流側流路における前記燃料電池スタックよりも前記冷媒の流れの上流側に接続されると共に、前記下流側流路における前記燃料電池スタックよりも前記冷媒の流れの下流側に接続され、通過する前記冷媒に含まれるイオンを除去して前記冷媒における前記イオンの含有量を低減するイオン除去装置と、
前記上流側流路における前記イオン除去装置との接続部分よりも前記冷媒の流れの下流側又は前記下流側流路における前記イオン除去装置との接続部分よりも前記冷媒の流れの上流側に設けられ、前記燃料電池スタックでの発電量が一定の大きさ以上の場合に所定の出力で作動されると共に、前記発電量が一定の大きさ未満の場合に前記所定の出力よりも小さな出力で作動され、作動されることによって前記冷媒を上流側から吸い込んで下流側へ送り出す第１ポンプと、
前記上流側流路における前記イオン除去装置との接続部分よりも前記冷媒の流れの上流側又は前記下流側流路における前記イオン除去装置との接続部分よりも前記冷媒の流れの下流側に設けられ、作動されることによって前記冷媒を上流側から吸い込んで下流側へ送り出す第２ポンプと、
を備える燃料電池システム。 A fuel cell stack of a fuel cell that generates electricity by supplying a positive electrode agent and a negative electrode agent to the cell;
An upstream channel connected to the fuel cell stack and supplying a refrigerant to the fuel cell stack side;
A downstream flow path through which the refrigerant connected to the fuel cell stack flows out of the fuel cell stack side;
It is connected to the upstream side of the flow of the refrigerant from the fuel cell stack in the upstream side flow path, and is connected to and passes the downstream side of the flow of the refrigerant from the fuel cell stack in the downstream side flow path. An ion removing device that removes ions contained in the refrigerant to reduce the content of the ions in the refrigerant;
Provided on the upstream flow path downstream of the refrigerant flow from the connection with the ion removal device or upstream of the refrigerant flow from the connection of the downstream flow path with the ion removal device. When the power generation amount in the fuel cell stack is greater than or equal to a certain amount, the fuel cell stack is operated with a predetermined output, and when the power generation amount is less than a certain amount, the fuel cell stack is operated with an output smaller than the predetermined output. A first pump that is actuated to suck the refrigerant from the upstream side and send it to the downstream side;
Provided at the upstream side of the flow of the refrigerant with respect to the connection portion with the ion removal device in the upstream flow path or at the downstream side of the flow of the refrigerant with respect to the connection portion with the ion removal device in the downstream flow path. A second pump that is actuated to suck the refrigerant from the upstream side and send it to the downstream side;
A fuel cell system comprising:
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