JP5231932B2

JP5231932B2 - 燃料電池の冷却システム

Info

Publication number: JP5231932B2
Application number: JP2008265194A
Authority: JP
Inventors: 周治郎野崎; 輝明河崎; 紀久小林
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-10-14
Filing date: 2008-10-14
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2028-10-14
Also published as: JP2010097709A

Description

本発明は、燃料電池を冷媒によって冷却する燃料電池の冷却システムに関する。

従来から燃料電池が低温の起動時には、冷媒保有量の少ない冷媒循環ルート（スタートアップ冷却剤ループ）に冷媒を流すための第１ポンプを起動させて、温度が上昇したら、スタックバルブを切り換えて第２ポンプを起動させ、標準の冷媒循環ルート（標準ループ）に冷媒を流す燃料電池の冷却システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この種の燃料電池の冷却システムでは、例えば、スタートアップの冷媒循環ルート側には、前記第１ポンプと、ヒータと、このヒータ側に流路を切り換える前記スタックバルブとが設けられている。一方、標準の冷媒循環ルート側には、前記第２ポンプと、ラジエータへの流路に切り換えるラジエータバルブとが設けられている。
特表２００７−５２２６２３号公報（図２）

しかしながら、燃料電池に冷媒を送る場合は、燃料電池の内部の流路が狭い構造となっているので、多大な圧力損失となっている。このため、前記特許文献１に開示された燃料電池の冷却システムでは、２つの冷媒循環ルートをそれぞれ第１ポンプと第２ポンプとで冷媒を流す場合、両方のポンプの能力を大きくしなければならないので、ポンプが極大化するという問題点があった。

また、前記特許文献１の燃料電池の冷却システムでは、冷媒をラジエータに送ったり、冷媒を送るのを停止させたりするのを制御するラジエータバルブと、冷媒の流れるルートをスタートアップの冷媒循環ルート側と標準の冷媒循環ルート側とに切り換えるバルブが２個必要となる。その結果、構成部品が多くなって、システム全体が大掛かりになり、構造が複雑化するという問題点があった。

そこで、本発明は、前記問題点を解消すべく創案されたものであり、ポンプを低出力化して駆動電圧を低減させると共に、ポンプを小型化して冷却システム全体の構造を簡素化することができる燃料電池の冷却システムを提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の燃料電池の冷却システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとが供給されて発電を行う燃料電池と、該燃料電池を冷却させる冷媒の温度を低下させるための熱交換部とを備えた燃料電池の冷却システムであって、前記熱交換部と前記燃料電池とを接続して前記冷媒を循環させる第１冷却回路と、前記熱交換部をバイパスするバイパス流路を介して前記燃料電池と接続して前記冷媒を循環させる第２冷却回路と、を備え、前記第１冷却回路は、前記バイパス流路を分岐点とする循環流路を形成する第１流路、第２流路、第３流路および第４流路からなり、前記第１流路および前記第４流路は、前記燃料電池に接続され、前記第４流路が、前記燃料電池に前記冷媒を導入し、前記第１流路が、前記燃料電池から前記冷媒を導出し、前記第２流路および前記第３流路は、前記熱交換部に接続され、前記第２流路が、前記熱交換部に前記冷媒を導入し、前記第３流路が、前記熱交換部から前記冷媒を導出し、前記第２冷却回路は、前記バイパス流路と前記第１流路と前記第４流路とからなり、前記第４流路には、前記冷媒を流動させる第１ポンプを設け、前記第２流路には、前記冷媒を流動させる第２ポンプを設け、前記バイパス流路には、前記第３流路と前記第４流路との間に設けられた前記分岐点から前記第１流路と前記第２流路との間に設けられた前記分岐点の方向へ向けて前記冷媒が流れるのを規制する逆止弁を設け、前記逆止弁は、前記第２流路に設けた前記第２ポンプが起動したときに、前記第１流路から前記第２流路に流れる前記冷媒により前記第１流路側の分岐点から前記逆止弁までの間に発生する負圧によって閉弁状態になることを特徴とする。

かかる構成によれば、第１冷却回路は、第１流路が燃料電池の冷媒導入部に接続され、第４流路が燃料電池の冷媒導出部に接続され、第２流路が熱交換部の冷媒導入部に接続され、さらに、第３流路が熱交換部の冷媒導出部に接続されて、冷媒が直列に流れて循環する循環流路に形成されている。第２冷却回路も、バイパス流路と前記第１流路と前記第４流路とからなる直列の循環回路に形成されている。第１ポンプは第４流路に直列に設け、第２ポンプは第２流路もしくは第３流路に直列に配置されている。また、バイパス流路は、逆止弁を設けたことによって、バイパス流路を流れる冷媒が常に一定の方向へスムーズに流れるようになる。このため、冷媒は、燃料電池に対して循環流路の上流側と下流側との２箇所に２分化して配置された第１ポンプと第２ポンプによって循環されるので、それぞれのポンプが受け持つ圧力損失が低減されて、ポンプの動力が小さくてもスムーズに流れるようになる。その結果、それぞれのポンプの出力を低減させて、各ポンプの駆動電圧を低減させることができる。これによって、システム全体の構造を簡素化することができる。

請求項２に記載の燃料電池の冷却システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとが供給されて発電を行う燃料電池と、該燃料電池を冷却させる冷媒の温度を低下させるための熱交換部とを備えた燃料電池の冷却システムであって、前記熱交換部と前記燃料電池とを接続して前記冷媒を循環させる第１冷却回路と、前記熱交換部をバイパスするバイパス流路を介して前記燃料電池と接続して前記冷媒を循環させる第２冷却回路と、を備え、前記第１冷却回路は、前記バイパス流路を分岐点とする循環流路を形成する第１流路、第２流路、第３流路および第４流路からなり、前記第１流路および前記第４流路は、前記燃料電池に接続され、前記第４流路が、前記燃料電池に前記冷媒を導入し、前記第１流路が、前記燃料電池から前記冷媒を導出し、前記第２流路および前記第３流路は、前記熱交換部に接続され、前記第２流路が、前記熱交換部に前記冷媒を導入し、前記第３流路が、前記熱交換部から前記冷媒を導出し、前記第２冷却回路は、前記バイパス流路と前記第１流路と前記第４流路とからなり、前記第４流路には、前記冷媒を流動させる第１ポンプを設け、前記第２流路もしくは前記第３流路には、前記冷媒を流動させる第２ポンプを設け、前記第１流路には、前記冷媒の温度を検出する温度センサを設け、前記バイパス流路には、前記温度センサで検出した冷媒の温度が規定温度よりも高くなったときに閉弁し、前記温度センサで検出した冷媒の温度が規定温度以下のときに開弁する電磁弁を設け、前記温度センサ、前記第１ポンプおよび前記第２ポンプは、それぞれ制御装置に電気的に接続され、前記制御装置は、前記第１ポンプのみを起動させて、前記温度センサで検出した前記燃料電池から流出した前記冷媒の温度が規定温度よりも高くなったときに、前記第１ポンプの起動を継続させて前記第２ポンプを起動させ、前記温度センサで検出した前記冷媒の温度が前記規定温度以下のときに、前記第２ポンプを停止状態にすることを特徴とする。
かかる構成によれば、前記請求項１に記載の発明と同様に、各ポンプの出力を低減させて、各ポンプの駆動電圧を低減させることができると共に、バイパス流路に、温度センサで検出した冷媒の温度が規定温度よりも高くなったときに閉弁し、温度センサで検出した冷媒の温度が規定温度以下のときに開弁する電磁弁を設けたことにより、バイパス流路を流れる冷媒が常に一定の方向へスムーズに流れるようになる。

請求項３に記載の燃料電池の冷却システムは、請求項１に記載の燃料電池の冷却システムであって、前記第１流路には、前記冷媒の温度を検出する温度センサが設けられ、前記温度センサ、前記第１ポンプおよび前記第２ポンプは、それぞれ制御装置に電気的に接続され、前記制御装置は、前記第１ポンプのみを起動させて、前記温度センサで検出した前記燃料電池から流出した前記冷媒の温度が規定温度よりも高くなったときに、前記第１ポンプの起動を継続させて前記第２ポンプを起動させ、前記温度センサで検出した前記冷媒の温度が前記規定温度以下のときに、前記第１ポンプのみを駆動させて、前記第２ポンプを停止状態にすることを特徴とする。
かかる構成によれば、制御装置は、温度センサで検出した冷媒の検出温度に基づいて、第１ポンプおよび第２ポンプの停止等をコントロールして冷媒の温度と、燃料電池の冷却温度を調整することができる。

請求項４に記載の燃料電池の冷却システムは、請求項２または請求項３に記載の燃料電池の冷却システムであって、前記制御装置は、前記第１ポンプおよび前記第２ポンプを起動させている際に、前記温度センサで検出した前記冷媒の温度が前記規定温度よりも低くなったときに、前記第１ポンプのみを駆動させて、前記温度センサで検出した前記冷媒の温度が前記規定温度以上のときに、前記第１ポンプおよび前記第２ポンプの起動を続けることを特徴とする。

かかる構成によれば、燃料電池の冷却システムは、第１ポンプと第２ポンプとを必要に応じて、両方のポンプを駆動させたり、片方のポンプのみを駆動させたりするため、省エネで、燃費の向上に寄与する。

請求項５に記載の燃料電池の冷却システムは、請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池の冷却システムであって、前記熱交換部は、前記燃料電池を搭載した車両の前方の外気を吸引するラジエータファンを備え、前記制御装置は、前記第１ポンプ、前記第２ポンプおよび前記ラジエータファンを起動させている際に、前記温度センサで検出した前記冷媒の温度が前記規定温度よりも低くなったときに、前記第１ポンプのみを起動させて、前記第２ポンプおよび前記ラジエータファンを停止させることを特徴とする。
かかる構成によれば、熱交換部は、燃料電池を搭載した車両の前方からの走行風や外気を吸引するラジエータファンを備えていることによって、燃料電池車両に最適な燃料電池の冷却システムを提供することができる。

本発明に係る燃料電池の冷却システムによれば、ポンプを低出力化して駆動電圧を低減させると共に、ポンプを小型化して冷却システム全体の構造を簡素化することができる。

図１を参照して、本発明の実施形態に係る燃料電池の冷却システム１を説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池の冷却システムを示すブロック図である。

≪燃料電池の構成≫
図１に示すように、燃料電池ＦＣは、例えば、固体高分子型燃料電池を複数積層したものであり、空気供給系（図示省略）から酸化剤ガスとしての空気の供給を受けると共に、水素供給系（図示省略）から燃料ガスとしての水素の供給を受けて、酸素と水素との電気化学反応により発電する。この燃料電池ＦＣは、燃料電池車両に搭載される。

≪燃料電池の冷却システムの構成≫
燃料電池ＦＣの冷却システム１は、発電する際に発熱する前記燃料電池ＦＣに、冷媒（冷却水）を循環させて熱交換させることによって、燃料電池ＦＣを適宜な温度に冷却するための装置である。この冷却システム１は、前記燃料電池ＦＣと、それぞれ後記するラジエータ２（熱交換部）と、第１冷却回路３と、第２冷却回路４と、バイパス流路５と、第１ポンプＷ/Ｐ１と、第２ポンプＷ/Ｐ２と、逆止弁Ｖと、温度センサＴと、制御装置６とを備えている。

＜ラジエータの構成＞
ラジエータ２は、燃料電池ＦＣを冷却させる冷媒と空気とを熱交換させて冷媒の温度を低下させるための熱交換部である。このラジエータ２は、冷媒が蛇行するように流れて熱交換される冷媒循環路（図示省略）と、ラジエータファン２１とを備えている。ラジエータ２には、第１冷却回路３の一部を構成する第２流路３２および第３流路３３が接続されている。ラジエータ２は、例えば、車体の前端部に配置されている。
ラジエータファン２１は、冷媒と熱交換させる外気や走行風を取り入れて、ラジエータ２の熱交換面に風を当てて冷媒を冷却させるための送風機である。ラジエータファン２１のモータ２１ａは、制御装置６に接続されて、回転が制御されるようになっている。

≪第１冷却回路の構成≫
第１冷却回路３は、前記ラジエータ２と前記燃料電池ＦＣとを接続して、燃料電池ＦＣを冷却する冷媒を循環させる循環流路を形成する流体回路である。第１冷却回路３は、バイパス流路５の上流および下流を分岐点ａ，ｂとする循環流路を形成する第１流路３１と、第２流路３２と、第３流路３３と、第４流路３４とから形成されている。この第１冷却回路３には、ラジエータ２と、第１ポンプＷ/Ｐ１と、燃料電池ＦＣと、温度センサＴと、第２ポンプＷ/Ｐ２とが設けられている。

＜第１流路の構成＞
前記第１流路３１は、燃料電池ＦＣと熱交換した冷媒を燃料電池ＦＣから導出するための流路である。このため、第１流路３１は、上流側が燃料電池ＦＣの流出口に接続され、下流側が温度センサＴを介して分岐点ａに接続された配管からなる。この第１流路３１は、前記第１冷却回路３の一部と、後記する第２冷却回路４の一部とを形成している。

＜第２流路の構成＞
前記第２流路３２は、燃料電池ＦＣとの熱交換で加熱されて第２ポンプＷ/Ｐ２から送り出される冷媒をラジエータ２に導入させるための流路である。このため、第２流路３２は、上流側が第２ポンプＷ/Ｐ２を介して分岐点ａに接続され、下流側がラジエータ２に接続された配管からなる。

＜第３流路の構成＞
前記第３流路３３は、ラジエータ２で空気と熱交換して冷却された冷媒をラジエータ２から導出して第１ポンプＷ/Ｐ１側に送るための流路である。このため、第３流路３３は、上流側がラジエータ２に接続され、下流側が分岐点ｂに接続された配管からなる。第３流路３３は、前記第１冷却回路３の一部を形成すると共に、この第３流路３３の下流側が後記する第２冷却回路４の一部も形成している。

＜第４流路の構成＞
前記第４流路３４は、分岐点ｂから第１ポンプＷ/Ｐ１に送られ、第１ポンプＷ/Ｐ１から送り出された冷媒を燃料電池ＦＣに導入させるための流路である。このため、この第４流路３４は、上流側が第１ポンプＷ/Ｐ１を介して分岐点ｂに接続され、下流側が燃料電池ＦＣの流入口に接続された配管からなる。第４流路３４は、前記第１冷却回路３の一部と、後記する第２冷却回路４の一部とで形成され、冷媒を流動させる第１ポンプＷ／Ｐ１が設けられている。

＜第１ポンプおよび第２ポンプの構成＞
第１ポンプＷ/Ｐ１および第２ポンプＷ/Ｐ２は、冷媒を流動させて循環させるための電動ポンプであり、制御装置６に電気的に接続されて制御される。第１ポンプＷ/Ｐ２は、第４流路３４に設けられている。第２ポンプＷ/Ｐ２は、第２流路３２に設けられている。換言すると、第２ポンプＷ／Ｐ２は、第２流路３２のバイパス流路５の近傍に設けられている。

＜温度センサの構成＞
温度センサＴは、冷媒の温度を検出するセンサであり、検出した温度検出信号が制御装置６に送られるように、その制御装置６に電気的に接続されている。この温度センサＴは、燃料電池ＦＣから冷媒が導出される導出口の近傍の第１流路３１に設置されている。

≪第２冷却回路≫
第２冷却回路４は、第２流路３２に配置された第２ポンプＷ/Ｐ２およびラジエータ２をバイパスするバイパス流路５を介して燃料電池ＦＣに接続されて、燃料電池ＦＣを冷却する冷媒を循環させる循環流路を形成する流体回路である。第２冷却回路４は、第１流路３１と、バイパス流路５と、第４流路３４とから形成されている。この第２冷却回路４には、前記第１ポンプＷ/Ｐ１と、前記燃料電池ＦＣと、前記温度センサＴと、逆止弁Ｖとが設けられている。

＜バイパス流路の構成＞
バイパス流路５は、冷媒の温度が低い場合に、燃料電池ＦＣを冷却する冷媒を、ラジエータ２を回避して近回りさせて、燃料電池ＦＣに送るための循環回路である。バイパス流路５は、上流側が、第１流路３１の温度センサＴと第２ポンプＷ/Ｐ２との間に設けられた分岐点ａに接続され、下流側が、第３流路３３と第４流路３４との接続部分に設けられた分岐点ｂに接続されている。

＜逆止弁の構成＞
逆止弁Ｖは、冷媒が所定方向にのみ流れて、逆方向に流れるのを抑制するための弁である。この逆止弁Ｖは、冷媒がバイパス流路５の前記分岐点ａから分岐点ｂ方向に向けて流れるように規制するために、そのバイパス流路５に設けられている。

≪制御装置の構成≫
制御装置６は、温度センサＴで検出した冷媒の検出温度に基づいて、第１ポンプＷ／Ｐ１、第２ポンプＷ／Ｐ２およびラジエータファン２１のモータ２１ａの回転および停止等をコントロールして冷媒の温度と、燃料電池ＦＣの冷却温度を調整する装置である。制御装置６は、ＥＣＵからなる。

≪作用≫
次に、図１および図２を参照して本発明の実施形態に係る燃料電池ＦＣの冷却システム１の作用を説明する。
図２は、本発明の実施形態に係る燃料電池の冷却システムのポンプの作動を示すフローチャートである。

燃料電池ＦＣの冷却システム１の起動時には、燃料電池ＦＣの温度と、第１冷却回路３および第２冷却回路４中の冷媒の温度とが低温になっている。このため、温度センサＴで検出される冷媒温度も、低温となっている。温度センサＴで検出された低温の検出信号は、制御装置６に送られる。制御装置６は、この低温の検出信号に基づいて、第１ポンプＷ／Ｐ１のみを起動させて（ステップＳ１）、第２ポンプＷ／Ｐ２およびラジエータファン２１を停止させる。

第１ポンプＷ／Ｐ１が駆動して、第２ポンプＷ／Ｐ２が停止状態になっていることにより、冷却システム１は、第２流路３２にある第２ポンプＷ／Ｐ２が大きな圧力損失をする圧損体となり、閉栓されたバルブのように冷媒の流れを停止させて、ラジエータ２側へ冷媒が流れなくなる。このため、冷媒がバイパス流路５側の第２冷却回路４を循環する。

例えば、第４流路３４内の冷媒の圧力をΔＰ_１、燃料電池ＦＣ内の冷媒の圧力をΔＰ_Ｓ、第１流路３１内の冷媒の圧力をΔＰ_２、バイパス流路５内の冷媒の圧力をΔＰ_４、分岐点ｂから第１ポンプＷ／Ｐ１までの第４流路３４内の冷媒の圧力ΔＰ_６とすると、第１ポンプＷ／Ｐ１が受け持つ圧力Ｐ１は、
Ｐ１＝ΔＰ_１＋ΔＰ_Ｓ＋ΔＰ_２＋ΔＰ_４＋ΔＰ_６
となる。

第１ポンプＷ／Ｐ１のみが駆動した場合（ステップＳ１）、冷媒は、第２冷却回路４において、バイパス流路５に逆止弁Ｖが設けられていることによって、バイパス流路５を流れる際に、常に一定の方向へスムーズに流れる。

燃料電池ＦＣは、発電に応じて発熱量が増加し、発生した熱とこの燃料電池ＦＣ内を流動する冷媒とが熱交換されて、冷媒が加熱される。燃料電池ＦＣの流出口から出るこの冷媒の温度が予め設定した規定温度より高くなったことを温度センサＴが検出した場合には（ステップＳ２のＹｅｓ）、制御装置６が第２ポンプＷ／Ｐ２を起動させる（ステップＳ３）。温度センサＴで検出した冷媒温度が規定温度より低い場合には（ステップＳ２のＮｏ）、制御装置６が第１ポンプＷ／Ｐ１のみを駆動させた状態を維持して、冷媒温度が規定温度より高くなるまで第２ポンプＷ／Ｐ２の停止状態が維持される。

前記のように冷媒温度が規定温度より高くなると、第１ポンプＷ／Ｐ１に加えて第２ポンプＷ／Ｐ２およびラジエータ２も制御装置６からの駆動信号を受けて駆動される（ステップＳ３）。冷媒は、第２ポンプＷ／Ｐ２が駆動することにより、この第２ポンプＷ／Ｐ２の直近の上流が負圧状態になるため、逆止弁Ｖが閉弁されて、バイパス流路５への流れが止まる。つまり、分岐点ａから分岐点ｂへ向かう逆止弁Ｖを介しての流れが止まる。
これにより、冷媒の全流量が、ラジエータ２側に流れるようになる。つまり、冷媒が流れる流路は、第２ポンプＷ／Ｐ２の駆動で第２流路３２からラジエータ２に流れて外気と熱交換して冷却されて、さらに、第３流路３３、第１ポンプＷ／Ｐ１を介して第４流路３４から燃料電池ＦＣに流入する第１冷却回路３に切り換えられる。

このようにバイパス流路５に逆止弁Ｖを設け、第２ポンプＷ/Ｐ２を冷却システム１の第１冷却回路３に設けたことにより、冷媒の温度に合わせて、冷媒をラジエータ２に循環させて適宜な冷媒温度に維持することができる。
また、制御装置６によって第２ポンプＷ/Ｐ２の回転数を温度センサＴで検出した冷媒温度に応じて調整できるようにすれば、ラジエータ２で冷却される冷媒の供給量、および、燃料電池ＦＣを冷却する冷媒の供給量をコントロールして冷媒の冷却能力を適宜に調整することも可能になる。

この第１冷却回路３では、第１ポンプＷ/Ｐ１と第２ポンプＷ/Ｐ２とが直列に設けられて、燃料電池ＦＣの上流側と下流側との２箇所に２分化して冷媒を流動させる流動源が配置されている。
第１流路３１内の冷媒の圧力をΔＰ_２、ラジエータ２内の冷媒の圧力をΔＰ_Ｒ、ラジエータ２の流出口から分岐点ｂまでの第３流路３３内の冷媒の圧力ΔＰ_５とすると、このとき、第１ポンプＷ／Ｐ１が受け持つ圧力Ｐ１は、
Ｐ１＝ΔＰ_１＋ΔＰ_２＋ΔＰ_Ｓ
となる。
第２ポンプＷ／Ｐ２が受け持つ圧力Ｐ２は、
Ｐ２＝ΔＰ_３＋ΔＰ_Ｒ＋ΔＰ_５＋ΔＰ_６
となる。

このため、第１ポンプＷ／Ｐ１と第２ポンプＷ／Ｐ２とが受け持つ第１冷却回路３中の圧力損失が２分化されて低減され、両ポンプの動力が小さくても、ラジエータ２で冷却された冷媒がスムーズに流れるようになる。その結果、第１ポンプＷ／Ｐ１および第２ポンプＷ／Ｐ２の出力を低減させて、両ポンプの駆動電圧を低減させることができる。

第１ポンプＷ／Ｐ１と第２ポンプＷ／Ｐ２とが駆動したことにより、ラジエータ２によって冷媒温度が規定温度より低くなった場合（ステップＳ４のＹｅｓ）、制御装置６は、第２ポンプＷ／Ｐ２を停止させて第１ポンプＷ／Ｐ１のみを駆動させる（前記ステップＳ１に戻る）。

冷媒温度が規定温度より低くなっていない場合（ステップＳ４のＮｏ）、制御装置６は、第１ポンプＷ／Ｐ１と第２ポンプＷ／Ｐ２とを駆動させて、冷媒が、ラジエータ２がある第１冷却回路３を流動して燃料電池ＦＣを冷却させる状態を続ける。

このようにすることによって、小さなポンプからなる第１ポンプＷ／Ｐ１および第２ポンプＷ／Ｐ２であっても効率よく冷媒を循環させて燃料電池ＦＣを冷却させることができる。また、燃料電池ＦＣの冷却システム１は、第１ポンプＷ／Ｐ１と第２ポンプＷ／Ｐ２とを必要に応じて、両方のポンプを駆動させたり、片方のポンプのみを駆動させたりするため、省エネで、燃費の向上に寄与する。

さらに、制御装置６は、温度センサＴの温度検出値によって、第２ポンプＷ／Ｐ２とラジエータファン２１とを駆動させるので、ラジエータ２へ冷媒が流れていないときに、無駄にラジエータファン２１が駆動されるのを解消することができる。つまり、制御装置６は、ラジエータファン２１が回転している際には、第２ポンプＷ／Ｐ２を駆動させて、必ずラジエータ２に冷媒が流れるようにすることができる。
また、第２ポンプＷ／Ｐ２の駆動は、燃料電池ＦＣの流出口に設置された温度センサＴで検出した温度に基づいて制御装置６が駆動させるので、サーモスタットを使用する場合と比較して、応答遅れが発生することがなく、タイムリーに燃料電池ＦＣの冷却が行える。

［第１変形例］
なお、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その技術思想の範囲内で種々の改造および変更が可能であり、本発明はこれら改造および変更された発明にも及ぶことは勿論である。
図３は、本発明の実施形態に係る燃料電池の冷却システムの第１変形例を示すブロック図である。以下、前記実施形態で説明したものと同一なものはその説明を省略して同一符号を付記する。なお、図３および後記する図４は、電気回路部分を省略してある。

図３に示すように、第１ポンプＷ／Ｐ１の上流側等を大気開放するバルブ等を設けて、泡状になった冷媒を適宜に第１冷却回路３および第２冷却回路４から抜くことができるようにしてもよい。このようにすれば、冷媒による冷却効率を向上させることができる。
また、バイパス流路５Ａは、下流側の分岐点ｂを第１ポンプＷ／Ｐ１の上流側の第３流路３３に隣接して設けても、前記実施形態と同じ作用効果を得ることができる。

［第２変形例］
図４は、本発明の実施形態に係る燃料電池の冷却システムの第２変形例を示すブロック図である。
図４に示すように、第２ポンプＷ／Ｐ２は、第３流路３５に設けても、前記実施形態と同じ作用効果を得ることができる。つまり、第２ポンプＷ／Ｐ２は、第２流路３２に設けても、第３流路３５に設けても、どちらであっても構わない。

［その他の変形例］
また、バイパス流路５に設置した逆止弁Ｖは、制御装置６により、温度センサＴの検出温度に基づいて開栓、閉栓される電磁弁であってもよい。このようにしても、冷媒が流れる流路を、この冷媒の温度によって適宜にバイパス流路５側に切り換えたり、ラジエータ２がある第１冷却回路３側に切り換えたりすることができる。

本発明の実施形態に係る燃料電池の冷却システムを示すブロック図である。本発明の実施形態に係る燃料電池の冷却システムのポンプの作動を示すフローチャートである。本発明の実施形態に係る燃料電池の冷却システムの第１変形例を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る燃料電池の冷却システムの第２変形例を示すブロック図である。

符号の説明

１燃料電池の冷却システム
２ラジエータ（熱交換部）
３第１冷却回路
４第２冷却回路
５，５Ａバイパス流路
２１ラジエータファン
３１第１流路
３２第２流路
３３，３５第３流路
３４第４流路
ａ，ｂ分岐点
ＦＣ燃料電池
Ｖ逆止弁
Ｗ／Ｐ１第１ポンプ
Ｗ／Ｐ２第２ポンプ

Claims

燃料ガスと酸化剤ガスとが供給されて発電を行う燃料電池と、該燃料電池を冷却させる冷媒の温度を低下させるための熱交換部とを備えた燃料電池の冷却システムであって、
前記熱交換部と前記燃料電池とを接続して前記冷媒を循環させる第１冷却回路と、
前記熱交換部をバイパスするバイパス流路を介して前記燃料電池と接続して前記冷媒を循環させる第２冷却回路と、を備え、
前記第１冷却回路は、前記バイパス流路を分岐点とする循環流路を形成する第１流路、第２流路、第３流路および第４流路からなり、
前記第１流路および前記第４流路は、前記燃料電池に接続され、前記第４流路が、前記燃料電池に前記冷媒を導入し、前記第１流路が、前記燃料電池から前記冷媒を導出し、
前記第２流路および前記第３流路は、前記熱交換部に接続され、前記第２流路が、前記熱交換部に前記冷媒を導入し、前記第３流路が、前記熱交換部から前記冷媒を導出し、
前記第２冷却回路は、前記バイパス流路と前記第１流路と前記第４流路とからなり、
前記第４流路には、前記冷媒を流動させる第１ポンプを設け、
前記第２流路には、前記冷媒を流動させる第２ポンプを設け、
前記バイパス流路には、前記第３流路と前記第４流路との間に設けられた前記分岐点から前記第１流路と前記第２流路との間に設けられた前記分岐点の方向へ向けて前記冷媒が流れるのを規制する逆止弁を設け、
前記逆止弁は、前記第２流路に設けた前記第２ポンプが起動したときに、前記第１流路から前記第２流路に流れる前記冷媒により前記第１流路側の分岐点から前記逆止弁までの間に発生する負圧によって閉弁状態になることを特徴とする燃料電池の冷却システム。
燃料ガスと酸化剤ガスとが供給されて発電を行う燃料電池と、該燃料電池を冷却させる冷媒の温度を低下させるための熱交換部とを備えた燃料電池の冷却システムであって、
前記熱交換部と前記燃料電池とを接続して前記冷媒を循環させる第１冷却回路と、
前記熱交換部をバイパスするバイパス流路を介して前記燃料電池と接続して前記冷媒を循環させる第２冷却回路と、を備え、
前記第１冷却回路は、前記バイパス流路を分岐点とする循環流路を形成する第１流路、第２流路、第３流路および第４流路からなり、
前記第１流路および前記第４流路は、前記燃料電池に接続され、前記第４流路が、前記燃料電池に前記冷媒を導入し、前記第１流路が、前記燃料電池から前記冷媒を導出し、
前記第２流路および前記第３流路は、前記熱交換部に接続され、前記第２流路が、前記熱交換部に前記冷媒を導入し、前記第３流路が、前記熱交換部から前記冷媒を導出し、
前記第２冷却回路は、前記バイパス流路と前記第１流路と前記第４流路とからなり、
前記第４流路には、前記冷媒を流動させる第１ポンプを設け、
前記第２流路もしくは前記第３流路には、前記冷媒を流動させる第２ポンプを設け、
前記第１流路には、前記冷媒の温度を検出する温度センサを設け、
前記バイパス流路には、前記温度センサで検出した冷媒の温度が規定温度よりも高くなったときに閉弁し、前記温度センサで検出した冷媒の温度が規定温度以下のときに開弁する電磁弁を設け、
前記温度センサ、前記第１ポンプおよび前記第２ポンプは、それぞれ制御装置に電気的に接続され、
前記制御装置は、前記第１ポンプのみを起動させて、
前記温度センサで検出した前記燃料電池から流出した前記冷媒の温度が規定温度よりも高くなったときに、前記第１ポンプの起動を継続させて前記第２ポンプを起動させ、
前記温度センサで検出した前記冷媒の温度が前記規定温度以下のときに、前記第２ポンプを停止状態にすることを特徴とする燃料電池の冷却システム。
前記第１流路には、前記冷媒の温度を検出する温度センサが設けられ、
前記温度センサ、前記第１ポンプおよび前記第２ポンプは、それぞれ制御装置に電気的に接続され、
前記制御装置は、前記第１ポンプのみを起動させて、
前記温度センサで検出した前記燃料電池から流出した前記冷媒の温度が規定温度よりも高くなったときに、前記第１ポンプの起動を継続させて前記第２ポンプを起動させ、
前記温度センサで検出した前記冷媒の温度が前記規定温度以下のときに、前記第２ポンプを停止状態にすることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の冷却システム。
前記制御装置は、前記第１ポンプおよび前記第２ポンプを起動させている際に、
前記温度センサで検出した前記冷媒の温度が前記規定温度よりも低くなったときに、前記第１ポンプのみを駆動させて、
前記温度センサで検出した前記冷媒の温度が前記規定温度以上のときに、前記第１ポンプおよび前記第２ポンプの起動を続けることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の燃料電池の冷却システム。
前記熱交換部は、前記燃料電池を搭載した車両の前方の外気を吸引するラジエータファンを備え、
前記制御装置は、前記第１ポンプ、前記第２ポンプおよび前記ラジエータファンを起動させている際に、前記温度センサで検出した前記冷媒の温度が前記規定温度よりも低くなったときに、前記第１ポンプのみを起動させて、前記第２ポンプおよび前記ラジエータファンを停止させることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池の冷却システム。