(57)【要約】【課題】燃料電池冷却システムにおいて、バイパス内の急激な圧力低下を抑制してバイパスのホースの閉塞を抑制する。【解決手段】燃料電池冷却システム１において、ラジエータ１０と、ラジエータ１０から燃料電池１１に冷媒を送り、燃料電池１１からラジエータ１０に冷媒を戻す循環路１２と、循環路１２における燃料電池１１とラジエータ１０との間のラジエータ１０の上流側とラジエータ１０の下流側とを接続する、ホースからなるバイパス１３と、ラジエータ１０の下流側のバイパス１３と循環路１２との接続部に設けられ、ラジエータ１０から燃料電池１１に送られる冷媒の量とバイパス１３から燃料電池１１に送られる冷媒の量とを相対的に調整可能な三方弁２１と、三方弁２１と燃料電池１１との間に設けられたポンプ２２と、ポンプ２２と燃料電池１１の間の循環路１２とバイパス１３を連通するサブバイパス２３とを有する。【選択図】図１
2010062031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を冷却する燃料電池冷却システムであって、
冷却器と、
前記冷却器から前記燃料電池に冷媒を送り、前記燃料電池から前記冷却器に前記冷媒を戻す循環路と、
前記循環路における前記燃料電池と前記冷却器との間の前記冷却器の上流側と前記冷却器の下流側とを接続し、前記燃料電池から排出された冷媒を前記冷却器を通さずに前記燃料電池に送るための、ホースからなるバイパスと、
前記冷却器の下流側の前記バイパスと前記循環路との接続部に設けられ、前記冷却器から前記燃料電池に送られる冷媒の量と前記バイパスから前記燃料電池に送られる冷媒の量とを相対的に調整可能な弁と、
前記循環路の前記弁と前記燃料電池との間に設けられ、前記冷媒を圧送するポンプと、
前記ポンプと前記燃料電池の間の前記循環路と前記バイパスを連通するサブバイパスと、を有することを特徴とする、燃料電池冷却システム。
【請求項２】
燃料電池を冷却する燃料電池冷却システムであって、
冷却器と、
前記冷却器から前記燃料電池に冷媒を送り、前記燃料電池から前記冷却器に前記冷媒を戻す循環路と、
前記循環路における前記燃料電池と前記冷却器との間の前記冷却器の上流側と前記冷却器の下流側とを接続し、前記燃料電池から排出された冷媒を前記冷却器を通さずに前記燃料電池に送るための、ホースからなるバイパスと、
前記冷却器の下流側の前記バイパスと前記循環路との接続部に設けられ、前記冷却器から前記燃料電池に送られる冷媒の量と前記バイパスから前記燃料電池に送られる冷媒の量とを相対的に調整可能な弁と、
前記循環路の前記弁と前記燃料電池との間に設けられ、前記冷媒を圧送するポンプと、
前記弁により前記冷却器から前記燃料電池に通じる冷媒の流路が閉鎖され、前記バイパスから前記燃料電池に通じる冷媒の流路のみが開放されている場合であって、前記ポンプの出力を上げる場合に、当該ポンプの出力を段階的に上げるように前記ポンプを制御する制御装置と、を有することを特徴とする、燃料電池冷却システム。
【請求項３】
燃料電池を冷却する燃料電池冷却システムであって、
冷却器と、
前記冷却器から前記燃料電池に冷媒を送り、前記燃料電池から前記冷却器に前記冷媒を戻す循環路と、
前記循環路における前記燃料電池と前記冷却器との間の前記冷却器の上流側と前記冷却器の下流側とを接続し、前記燃料電池から排出された冷媒を前記冷却器を通さずに前記燃料電池に送るための、ホースからなるバイパスと、
前記冷却器の下流側の前記バイパスと前記循環路との接続部に設けられ、前記冷却器から前記燃料電池に送られる冷媒の量と前記バイパスから前記燃料電池に送られる冷媒の量とを相対的に調整可能な弁と、
前記循環路の前記弁と前記燃料電池との間に設けられ、前記冷媒を圧送するポンプと、
前記ポンプの駆動による前記パイパス内の圧力変動を抑制する圧力変動抑制装置と、を有することを特徴とする、燃料電池冷却システム。
【請求項４】
前記圧力変動抑制装置は、エアオペレートバルブであることを特徴とする、請求項３に記載の燃料電池冷却システム。
【請求項５】
燃料電池を冷却する燃料電池冷却システムであって、
冷却器と、
前記冷却器から前記燃料電池に冷媒を送り、前記燃料電池から前記冷却器に前記冷媒を戻す循環路と、
前記循環路における前記燃料電池と前記冷却器との間の前記冷却器の上流側と前記冷却器の下流側とを接続し、前記燃料電池から排出された冷媒を前記冷却器を通さずに前記燃料電池に送るための、ホースからなるバイパスと、
前記冷却器の下流側の前記バイパスと前記循環路との接続部に設けられ、前記冷却器から前記燃料電池に送られる冷媒の量と前記バイパスから前記燃料電池に送られる冷媒の量とを相対的に調整可能な弁と、
前記循環路の前記弁と前記燃料電池との間に設けられ、前記冷媒を圧送するポンプと、
前記弁が有する弁体には、閉弁時に冷媒を通す穴が形成されていることを特徴とする、燃料電池冷却システム。
【請求項６】
前記バイパスには、冷媒の温度を変更可能な温度変更装置が設けられていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を冷却する燃料電池冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池を搭載した燃料電池自動車が注目されている。燃料電池自動車は、燃料電池により燃料ガスと酸化ガスを電気化学反応させて発電して動力を得るものである。このときの電気化学反応は、発熱を伴い、また所定の温度範囲で良好に行われるため、燃料電池自動車には、燃料電池を冷却する燃料電池冷却システムが搭載されている。
【０００３】
上述の燃料電池冷却システムは、例えば図７に示すようにラジエータ１００で冷やされた冷媒を燃料電池１０１に送り、その後燃料電池１０１からラジエータ１００に冷媒を戻す循環路１０２を有している。循環路１０２には、ホースからなるバイパス１０３が形成されており、燃料電池１０１から排出された冷媒をラジエータ１００を通さずに燃料電池１０１に戻すこともできる。循環路１０２には、例えばサブラジエータ１０４がラジエータ１００と並列的に接続されている。また、バイパス１０３と循環路１０２の合流点には、三方弁１０５が設けられており、ラジエータ１００から燃料電池１０１への冷媒の流量とバイパス１０３から燃料電池１０１への冷媒の流量を適宜調整できる。これにより、最終的に燃料電池１０１に送られる冷媒の温度を適宜調整できる。また、三方弁１０５と燃料電池１０１の間には、冷媒を圧送するポンプ１０６が設けられている。
【０００４】
ところで、燃料電池自動車の低温起動時や、起動直後のアクセル全開時等には、上記燃料電池冷却システムではラジエータ１００を通さずに多量の冷媒を燃料電池１０１に供給する必要があるため、三方弁１０５によりラジエータ１００側からの流路が閉鎖され、バイパス１０３側からの流路のみが開放された状態で、ポンプ１０６の回転数が急激に上げられることがある。このときバイパス１０３内が急激に負圧になり、バイパス１０３のホースが閉塞する恐れがある。ホースが閉塞すると、燃料電池１０１に所望の量の冷媒が供給されなくなる。なお、単に管内の負圧を抑制する技術は、特許文献１に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１９８１６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、バイパス内の急激な圧力低下を抑制してバイパスのホースの閉塞を抑制することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明は、燃料電池を冷却する燃料電池冷却システムであって、冷却器と、前記冷却器から前記燃料電池に冷媒を送り、前記燃料電池から前記冷却器に前記冷媒を戻す循環路と、前記循環路における前記燃料電池と前記冷却器との間の前記冷却器の上流側と前記冷却器の下流側とを接続し、前記燃料電池から排出された冷媒を前記冷却器を通さずに前記燃料電池に送るための、ホースからなるバイパスと、前記冷却器の下流側の前記バイパスと前記循環路との接続部に設けられ、前記冷却器から前記燃料電池に送られる冷媒の量と前記バイパスから前記燃料電池に送られる冷媒の量を調整可能な弁と、前記循環路の前記弁と前記燃料電池との間に設けられ、前記冷媒を圧送するポンプと、前記ポンプと前記燃料電池の間の前記循環路と前記バイパスを連通するサブバイパスと、を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、サブバイパスにより、ポンプと燃料電池の間の循環路とバイパスが連通しているので、ポンプの急激な出力上昇によるバイパス内の急激な圧力低下を抑制でき、この結果バイパスのホースの閉塞を抑制できる。
【０００９】
別の観点による本発明は、燃料電池を冷却する燃料電池冷却システムであって、冷却器と、前記冷却器から前記燃料電池に冷媒を送り、前記燃料電池から前記冷却器に前記冷媒を戻す循環路と、前記循環路における前記燃料電池と前記冷却器との間の前記冷却器の上流側と前記冷却器の下流側とを接続し、前記燃料電池から排出された冷媒を前記冷却器を通さずに前記燃料電池に送るための、ホースからなるバイパスと、前記冷却器の下流側の前記バイパスと前記循環路との接続部に設けられ、前記冷却器から前記燃料電池に送られる冷媒の量と前記バイパスから前記燃料電池に送られる冷媒の量とを相対的に調整可能な弁と、前記循環路の前記弁と前記燃料電池との間に設けられ、前記冷媒を圧送するポンプと、前記弁により前記冷却器から前記燃料電池に通じる冷媒の流路が閉鎖され、前記バイパスから前記燃料電池に通じる冷媒の流路のみが開放されている場合であって、前記ポンプの出力を上げる場合に、当該ポンプの出力を段階的に上げるように前記ポンプを制御する制御装置と、を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、制御装置によりポンプの出力が段階的に上げられるので、ポンプの急激な出力上昇によるバイパス内の急激な圧力低下を抑制でき、この結果バイパスのホースの閉塞を抑制できる。
【００１１】
別の観点による本発明は、燃料電池を冷却する燃料電池冷却システムであって、冷却器と、前記冷却器から前記燃料電池に冷媒を送り、前記燃料電池から前記冷却器に前記冷媒を戻す循環路と、前記循環路における前記燃料電池と前記冷却器との間の前記冷却器の上流側と前記冷却器の下流側とを接続し、前記燃料電池から排出された冷媒を前記冷却器を通さずに前記燃料電池に送るための、ホースからなるバイパスと、前記冷却器の下流側の前記バイパスと前記循環路との接続部に設けられ、前記冷却器から前記燃料電池に送られる冷媒の量と前記バイパスから前記燃料電池に送られる冷媒の量とを相対的に調整可能な弁と、前記循環路の前記弁と前記燃料電池との間に設けられ、前記冷媒を圧送するポンプと、前記ポンプの駆動による前記パイパス内の圧力変動を抑制する圧力変動抑制装置と、を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、圧力変動抑制装置により、ポンプの急激な出力上昇によるバイパス内の急激な圧力低下を抑制でき、この結果バイパスのホースの閉塞を抑制できる。
【００１３】
前記圧力変動抑制装置は、エアオペレートバルブであってもよい。
【００１４】
別の観点による本発明は、燃料電池を冷却する燃料電池冷却システムであって、冷却器と、前記冷却器から前記燃料電池に冷媒を送り、前記燃料電池から前記冷却器に前記冷媒を戻す循環路と、前記循環路における前記燃料電池と前記冷却器との間の前記冷却器の上流側と前記冷却器の下流側とを接続し、前記燃料電池から排出された冷媒を前記冷却器を通さずに前記燃料電池に送るための、ホースからなるバイパスと、前記冷却器の下流側の前記バイパスと前記循環路との接続部に設けられ、前記冷却器から前記燃料電池に送られる冷媒の量と前記バイパスから前記燃料電池に送られる冷媒の量とを相対的に調整可能な弁と、前記循環路の前記弁と前記燃料電池との間に設けられ、前記冷媒を圧送するポンプと、前記弁が有する弁体には、閉弁時に冷媒を通す穴が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、弁の弁体に閉弁時に冷媒を通す穴が形成されているので、例えば弁により冷却器側からの流路を閉弁し、バイパス側からの流路のみを開放するときであっても、弁体の穴により冷却器側の流路と通じている。これにより、ポンプの急激な出力上昇によるバイパス内の急激な圧力低下を抑制でき、バイパスのホースの閉塞を抑制できる。
【００１６】
以上の燃料電池冷却システムにおいて、前記バイパスには、冷媒の温度を変更可能な温度変更装置が設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、燃料電池冷却システムにおいて、バイパス内の急激な圧力低下を抑制してバイパスのホースの閉塞を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態に係る燃料電池冷却システム１の構成の概略を示す説明図である。
【００１９】
例えば燃料電池冷却システム１は、冷却器としてのラジエータ１０と、ラジエータ１０から燃料電池１１に冷媒を供給し、燃料電池１１を通過した冷媒をラジエータ１０に戻す循環路１２と、循環路１２における燃料電池１１とラジエータ１０との間のラジエータ１０の上流側と下流側とを接続し、燃料電池１１を通過した冷媒をラジエータ１０を通さずに燃料電池１１側に送るためのバイパス１３を有している。
【００２０】
バイパス１３は、ゴムホースにより形成されている。バイパス１３には、例えば温度変更装置としてのサブラジエータ２０が設けられている。バイパス１３と循環路１２の合流部（ラジエータ１０の下流側の接続部）には、三方弁２１が設けられている。三方弁２１は、例えばボールバルブであり、弁体の開放度を変えることにより、ラジエータ１０側から燃料電池１１に送られる冷媒の量とバイパス１３側から燃料電池１１に送られる冷媒の量を相対的に調整できる。
【００２１】
三方弁２１と燃料電池１１との間の循環路１２には、冷媒を圧送するポンプ２２が設けられている。また、燃料電池冷却システム１には、サブラジエータ２０と三方弁２１との間のバイパス１３と、ポンプ２２と燃料電池１１との間の循環路１２とを連通するサブバイパス２３が設けられている。このサブバイパス２３は、燃料電池冷却システム１の稼働状況にかかわらず常にバイパス１３と循環路１２とを連通している。
【００２２】
燃料電池冷却システム１には、システム全体を統合制御する制御装置３０が設けられている。制御装置３０は、内部にＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータとして構成される。制御装置３０は、制御プログラムに従って所望の演算を実行して、ラジエータ１０、サブラジエータ２０の出力、三方弁２１の開放度、ポンプ２２の出力（回転数）など、種々の処理や制御を行うことができる。
【００２３】
以上のように構成された燃料電池冷却システム１の稼働時には、ポンプ２２が駆動し、冷媒が循環路１２やバイパス１３を通じて循環する。例えばラジエータ１０で所定温度に冷却された冷媒が循環路１２を通じて燃料電池１１に送られ、燃料電池１１を冷却した後、循環路１２を通じてラジエータ１０に戻される。ラジエータ１０に戻された冷媒は再び冷却され、燃料電池１１に送られる。また、燃料電池１１の発電状況に応じて、三方弁２１によりバイパス１３側の流路が開放され、燃料電池１１を通過した冷媒がバイパス１３に流れ込み、サブラジエータ２０で冷却される。そして、バイパス１３の冷媒は、三方弁２１においてラジエータ１０側からの冷媒と合流し或いは単独で、所定の温度に調整されて燃料電池１１に送られる。
【００２４】
例えば低温起動時や起動直後のアクセル全開時などには、三方弁２１によりラジエータ１０側の流路が閉鎖され、バイパス１３側の流路のみが開放され、ポンプ２２の回転数が例えば０ｒｐｍから５０００ｒｐｍ程度に急激に上げられる。このとき、バイパス１３とポンプ２２の下流側の循環路１２とを連通するサブバイパス２３により、バイパス１３内の急激な圧力低下が抑制される。
【００２５】
以上の実施の形態によれば、燃料電池冷却システム１にサブバイパス２３が形成され、ポンプ２２と燃料電池１１の間の循環路１２とバイパス１３が連通しているので、ポンプ２２の急激な出力上昇によるバイパス１３内の急激な圧力低下を抑制できる。この結果、バイパス１３のホースの閉塞を抑制できる。
【００２６】
以上の実施の形態では、サブバイパス２３によりバイパス１３内の急激な圧力低下を抑制していたが、三方弁２１によりラジエータ１０から燃料電池１１に通じる冷媒の流路が閉鎖され、バイパス１３から燃料電池１１に通じる冷媒の流路のみが開放されている場合であって、ポンプ２２の出力を上げる場合に、制御装置３０が、ポンプ２２の出力を段階的に上げるようにポンプ２２を制御するようにしてもよい。図２は、かかる場合のポンプ２２の回転数の経時的変動の一例を示すものであり、ポンプ２２の回転数を零から目標回転数Ａに上げる場合にステップ状に回転数を上げる。こうすることにより、ポンプ２２の急激な出力上昇によるバイパス１３内の急激な圧力低下を抑制でき、この結果バイパス１３のホースの閉塞を抑制できる。
【００２７】
上記実施の形態では、例えばサブバイパス２３によりバイパス１３内の急激な圧力低下を抑制していたが、サブパイパス２３に代えて、燃料電池冷却システム１に、ポンプ２２の駆動によるパイパス１３内の圧力変動を抑制する圧力変動抑制装置を設けるようにしてもよい。
【００２８】
図３は、かかる場合の燃料電池冷却システム１の構成の概略を示すものであり、サブラジエータ２０と三方弁２１の間のバイパス１３に圧力変動抑制装置であるエアオペレートバルブ４０が設けられる。エアオペレートバルブ４０は、例えば図４に示すようにバイパス１３上の流入路５０と流出路５１との間に直方体状の内部空間５２が形成されている。内部空間５２内には、内部空間５２を上下の２つの空間に仕切りながら、空気圧により上下動する弁体５３が設けられている。弁体５３が上下動することにより、弁体５３の側壁面で流入路５０と流出路５１を開閉できる。弁体５３の上下動は、内部空間５３の上面に通じる吸気ポート５４と排気ポート５５により弁体５３の上側空間の圧力を変動することにより行うことができる。そして、ポンプ２２の出力が上昇し、バイパス１３内に圧力変動が生じる際には、エアオペレートバルブ４０の弁体５３が上下動し、その圧力変動が吸収される。この結果、バイパス１３のホースの脈動や閉塞が抑えられる。
【００２９】
なお、この例では、バイパス１３にエアオペレートバルブ４０が設けられていたが、ポンプ２２と燃料電池１１との間の循環路１２にエアオペレートバルブ４０が設けられていてもよい。またこの例では、圧力変動抑制装置がエアオペレートバルブであったが、他の構造の装置であってもよい。
【００３０】
上記実施の形態では、例えば例えばサブバイパス２３によりバイパス１３内の急激な圧力低下を抑制していたが、サブパイパス２３を設ける代わりに、三方弁２１の弁体に閉弁時に冷媒を通す穴を形成するようにしてもよい。図５は、かかる場合の一例を示すものであり、半球状の弁体６０の中央に小径の貫通穴６０ａが形成される。こうすることにより、例えば図６に示すように三方弁２１によりラジエータ１０から燃料電池１１に通じる冷媒の流路が閉弁され、バイパス１３から燃料電池１１に通じる冷媒の流路が開放されている場合であっても、弁体６０の貫通穴６０ａによりラジエータ１０側に通じている。この結果、ポンプ２２の出力を急激に上げた場合でも、バイパス１３内が急激な圧力低下が抑制され、バイパス１３のホースの閉塞を抑制できる。
【００３１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００３２】
例えば以上の実施の形態では、バイパス１３にサブラジエータ２０が設けられていたが、バイパス１３にヒータなどの他の温度変更装置が設けられている場合も、本発明は適用できる。また、バイパス１３にサブラジエータ２０などの温度変更装置が設けられていない場合も、本発明は適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】燃料電池冷却システムの構成の概略を示す説明図である。
【図２】ポンプの回転数の経時的変動を示すグラフである。
【図３】エアオペレートバルブを備えた燃料電池冷却システムの構成の概略を示す説明図である。
【図４】エアオペレートバルブの構成の概略を示す説明図である。
【図５】弁体に穴を形成した場合の三方弁の構成を示す説明図である。
【図６】ラジエータ側を閉弁した場合の三方弁の構成を示す説明図である。
【図７】改良前の燃料電池冷却システムの構成の概略を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  燃料電池冷却システム
１０  ラジエータ
１１  燃料電池
１２  循環路
１３  バイパス
２０  サブラジエータ
２１  三方弁
２２  ポンプ
２３  サブバイパス
３０  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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