(57)【要約】【課題】低温環境下での燃料電池の起動時間の短縮を図ることである。【解決手段】メイン回路１１は、冷却媒体がラジエータ３と燃料電池スタック１との間で循環する循環系を構成しており、回収タンク５は、鉛直方向において燃料電池スタック１よりも下方に配置される。回収回路１３は、メイン回路１１と回収タンク５とを接続しており、燃料電池スタック１へ循環する冷却媒体は、重力の作用によって回収タンク５へと導かれる。温度反応バルブ６は、外部周囲の温度が、自己の開閉状態を切り替えるための設定温度よりも高い場合には回収回路１３を閉弁し、外部周囲の温度が設定温度以下の場合には回収回路１３を開弁する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の冷却システムにおいて、
冷却媒体を冷却する冷却手段と前記燃料電池とを相互に接続し、前記冷却媒体が前記冷却手段と前記燃料電池との間で循環する循環系を構成する冷却回路と、
鉛直方向において前記燃料電池よりも下方に配置された回収タンクと、
前記冷却回路と前記回収タンクとを接続し、前記燃料電池へ循環する冷却媒体が重力の作用によって前記回収タンクへと導かれる回収回路と、
外部周囲の温度に応じて前記回収回路の開閉を自律的に行う温度反応バルブとを有し、
前記温度反応バルブは、外部周囲の温度が、自己の開閉状態を切り替えるための設定温度よりも高い場合には閉弁し、外部周囲の温度が前記設定温度以下の場合には開弁することを特徴とする燃料電池の冷却システム。
【請求項２】
前記温度反応バルブは、５℃から１５℃の間の温度に前記設定温度が設定されていることを特徴とする請求項１に記載された燃料電池の冷却システム。
【請求項３】
前記冷却回路に設けられ、自己の駆動に応じて前記循環系内の冷却媒体を循環させる循環手段と、
前記温度反応バルブをバイパスして、前記冷却回路と前記回収タンクとを接続するバイパス回路と、
前記バイパス回路に設けられており、前記バイパス回路の開閉を行う開閉バルブと、
前記回収タンクに冷却媒体が存在するか否かを検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて、前記開閉バルブを制御する制御手段とさらに有し、
前記制御手段は、前記燃料電池の発電始動時に、前記回収タンクに冷却媒体が存在する場合には、閉弁状態にある前記開閉バルブを開弁するとともに、前記循環手段を駆動させることを特徴とする請求項１または２に記載された燃料電池の冷却システム。
【請求項４】
前記回収回路は、前記冷却回路における前記循環手段の吸入側と、前記回収タンクとを接続し、
前記バイパス回路は、前記回収回路における前記温度反応バルブの上流側と下流側とを接続することを特徴とする請求項３に記載された燃料電池の冷却システム。
【請求項５】
前記回収回路は、前記冷却回路における前記循環手段の排出側と、前記回収タンクとを接続し、
前記バイパス回路は、前記冷却回路における前記循環手段の吸入側と、前記回収タンクとを接続することを特徴とする請求項３に記載された燃料電池の冷却システム。
【請求項６】
前記回収タンクは、回収された冷却水を加温する加温手段をさらに有し、
前記制御手段は、前記燃料電池の発電始動時に、前記回収タンクに冷却媒体が存在する場合には、前記加温手段をさらに作動させることを特徴とする請求項５に記載された燃料電池の冷却システム。
【請求項７】
冷却媒体を冷却する冷却手段と燃料電池との間で冷却媒体が循環する循環系を有する燃料電池の冷却システムにおいて、
外部周囲の温度が規定の温度以下となることを条件として、前記循環系に接続する回収回路の開閉状態が閉状態から開状態へと自律的に切り替わり、前記燃料電池内の冷却媒体が重力の作用によって前記回収回路を介して回収タンクへと回収されることを特徴する燃料電池の冷却システム。
【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の冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃料電池には、反応熱によって燃料電池の温度が必要以上に上昇することを抑制するため、冷却手段と燃料電池との間で冷却媒体を循環させて、燃料電池を冷却する冷却システムが設けられている。例えば、特許文献１に開示された冷却システムでは、燃料電池内の生成水の凍結を抑制するといった観点から、低温環境下での燃料電池の発電始動時には、循環系内の冷却媒体をタンクに回収し、燃料電池の熱容量を減少させた上で発電を行っている。そして、発電による反応熱により、燃料電池が通常運転時の温度まで回復すると、再度、冷却媒体を循環系に戻し、これを循環させて燃料電池を冷却する。
【特許文献１】特開２００３−２５７４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に開示された手法では、冷却媒体を循環系から回収する際には、電磁バルブを開弁する必要があるが、システムが稼働した状態でなければこれを行うことができないという不都合がある。また、始動直後に冷却媒体を回収したとしても、これを回収するまでには、ある程度の時間を要する。そのため、燃料電池を暖めるための時間も長くなり、燃料電池が通常の発電動作に移行するまでの起動時間が長くなるという問題がある。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、低温環境下での燃料電池の起動時間の短縮を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
かかる課題を解決するために、本発明は、燃料電池の冷却システムを提供する。この冷却システムは、冷却回路と、回収タンクと、回収回路と、温度反応バルブとを有する。冷却回路は、冷却媒体を冷却する冷却手段と燃料電池とを相互に接続し、冷却媒体が冷却手段と燃料電池との間で循環する循環系を構成する。回収タンクは、鉛直方向において燃料電池よりも下方に配置される。回収回路は、冷却回路と回収タンクとを接続し、燃料電池へ循環する冷却媒体が重力の作用によって回収タンクへと導かれる。温度反応バルブは、外部周囲の温度に応じて回収回路の開閉を自律的に行う。この場合、温度反応バルブは、外部周囲の温度が、自己の開閉状態を切り替えるための設定温度よりも高い場合には閉弁し、外部周囲の温度が設定温度以下の場合には開弁する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、この温度反応バルブが、外部周囲の気温に反応して自律的に開閉状態が切り替わるので、その温度を適切に設定しておくことで、低温時には冷却水を自動的に回収タンクに回収することができる。すなわち、低温時には、停止中の状態であっても冷却水が回収タンクに回収されるので、始動時に循環系から冷却水を回収する必要がなく、起動時間の短縮を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の冷却システムの構成を示す図である。この第１の実施形態における冷却システムは、燃料電池スタック（燃料電池）１、循環ポンプ（循環手段）２、ラジエータ（冷却手段）３、リザーバタンク４および回収タンク５を主体に構成されている。
【０００９】
燃料電池スタック１は、固体高分子電解質膜を挟んでアノードとカソードとを対設した燃料電池構造体をセパレータで挟持し、これを複数積層して構成される。この燃料電池スタック１は、アノードに燃料ガス（一例として、水素）を供給し、カソードに酸化剤ガス（一例として、空気）を供給することにより、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う。
【００１０】
循環ポンプ２は、燃料電池スタック１が発電動作を行っている間、これを冷却する冷却媒体（本実施形態では、冷却水）をシステム系内で循環させるポンプである。この循環ポンプは、その回転数に応じて循環流量を調整することができる。循環ポンプ２の回転数は、後述する制御部１０によって制御される。ラジエータ３は、循環ポンプ２によってシステム系内を循環する冷却水を、ファンを回転させ送風することにより冷却する。
【００１１】
リザーバタンク４は、冷却水を貯蔵しているタンクである。回収タンク５は、システム系内の冷却水が回収されるタンクであり、システム系内の冷却水を全て回収できる程度の容量を備えている。この回収タンク５は、鉛直方向において、燃料電池スタック１よりも下方に配置されている。
【００１２】
この冷却システムでは、燃料電池スタック１を冷却する冷却水の経路が、メイン回路１１、サブ回路１２および回収回路１３で構成されている。メイン回路（冷却回路）１１は、冷却水が燃料電池スタック１とラジエータ３との間で循環する循環系を構成する回路であり、燃料電池スタック１とラジエータ３とを相互に接続している。このメイン回路１１には、循環ポンプ２が設けられており、冷却水は、循環ポンプ２から燃料電池スタック１、ラジエータ３を通って循環ポンプ２に戻る。
【００１３】
サブ回路１２は、メイン回路１１においてラジエータ３をバイパスする回路であり、この回路１１には、リザーバタンク４が設けられている。そのため、このサブ回路１２では、循環ポンプ２から燃料電池スタック１を経由した冷却水が、リザーバタンク４を通り、メイン回路に合流する。
【００１４】
回収回路１３は、メイン回路１１と回収タンク５とを接続する回路であり、具体的には、循環ポンプ２の吸入側から分岐して、回収タンク５へと接続されている。上述したように、燃料電池スタック１は、その位置関係において回収タンク５よりも鉛直上方に位置するので、燃料電池スタック１へ循環する冷却水は、この回収回路１３を介して、重力の作用によって回収タンク５へと導かれることとなる。なお、回収タンク５には、タンクの上部に開放管が連通しており、この開放管は、鉛直方向において、燃料電池スタック１よりも上方に縁在し、その端部は大気開放されている（それ故に、回収タンク５内に回収された冷却水が溢れ出ることなく、タンク内を大気圧にすることができる）。
【００１５】
回収回路１３には、外部周囲の温度に応じて回路を自律的に開閉する温度反応バルブ６が設けられている。温度反応バルブ６としては、例えば、サーモスタットバルブを用いることができる。この温度反応バルブ６は、外部周囲の温度が、自己の開閉状態を切り替えるための設定温度よりも高い場合には閉弁し、外部周囲の温度が設定温度以下の場合には開弁する。温度反応バルブ６に関する設定温度は、任意に設定することができる。本実施形態では、燃料電池スタック１内の反応水が凍結するような低温時には、温度反応バルブ６の状態が閉状態から開状態へと切り替わり、冷却媒体が回収タンク５へと回収されように、その最適値が実験やシミュレーションを通じて予め設定されている。例えば、冷却媒体として氷点下で凍る冷却水を用いるケースでは、この設定温度は、５℃〜１５℃の範囲の値を用いることが好ましい。この温度反応バルブ６は、運転中または常温下（外気温＞設定温度）での停止中の場合、外気温がこの設定温度よりも高いことを前提に、温度反応バルブ６が閉状態となる。そのため、回収タンク５には冷却水が進入せず、冷却水はメイン回路１１を含む循環系を循環する。
【００１６】
また、回収回路１３には、温度反応バルブ６をバイパスし、メイン回路１１と回収タンク５とを接続するバイパス回路１４が設けられている。本実施形態では、このバイパス回路１４は、回収回路１３において、温度反応バルブ６の上流側と下流側とを接続するように設けられている。このバイパス回路１４には、この回路を開閉する開閉バルブ７が設けられており、その開度に応じてバイパス回路１４を流れる冷却水の流量を調整することができる。この開閉バルブ７の開度は、後述する制御部１０によって制御される。
【００１７】
制御部（制御手段）１０としては、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェースを主体に構成されるマイクロコンピュータを用いることができる。この制御部１０は、ＲＯＭに格納された制御プログラムに従い、燃料電池スタック１の冷却に関する各種の処理を行う。制御部１０には、これらの処理を行うために、各種センサからの検出信号が入力される。本実施形態において、制御部１０に入力される検出信号としては、水位センサ８からの検出信号が挙げられる。水位センサ（検出手段）８は、回収タンク５の冷却水の水位を検出するレベルセンサであるが、より特定的には、そのタンク内に冷却水が存在するか否かを検出できれば足りる。
【００１８】
このような構成を有する冷却システムにおいて、以下、その詳細な動作について説明する。ここで、図２は、第１の実施形態に係る冷却システムの起動処理の手順を示すフローチャートである。同図に示す処理は、燃料電池スタック１の始動に応じて、制御部１０によって実行される。なお、この冷却システムの起動処理と平行して、燃料電池スタック１には燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給され、発電を始動する。この起動処理の前提となる燃料電池スタック１の停止中には、回収回路１３の温度反応バルブ６ａは外気温に感応して回収回路１３の開閉を行っており、バイパス回路１４の開閉バルブ７ａは閉じられたままとなっている。
【００１９】
まず、ステップ１において、制御部１０は、水位センサ８の検出値を読み込み、回収タンク内の水位が判定値以上であるか否かを判定する。この判定値には、タンク内に冷却水があると見なせる程度のタンク内水位の下限値が、予め設定されている。すなわち、このステップ１において、制御部１０は、回収タンク５内に冷却水が存在するか否かを判定する。燃料電池スタック１が運転を停止している際に、温度反応バルブ６の設定温度以下に外気温が低下した場合には、この温度反応バルブ６が開状態となるため、循環系内の冷却水は、回収回路１３を介して回収タンク５に回収された状態となっている（それ故に、回収タンク５には冷却水が存在する）。一方、外気温が設定温度よりも高い場合には、温度反応バルブ６が閉状態のままを維持するので、冷却水は循環系内に留まったままとなる（それ故に、回収タンク５には冷却水は存在しない）。
【００２０】
このステップ１において肯定判定された場合、すなわち、回収タンク５に冷却水が存在する場合には、ステップ２に進む。一方、このステップ１において否定判定された場合、すなわち、回収タンク５に冷却水が存在しない場合には、ステップ２以降の処理をスキップして、本処理を終了する。
【００２１】
ステップ２において、制御部１０は、開閉バルブ７を開弁し、バイパス回路１４を開ける。そして、ステップ３において、制御部１０は、循環ポンプ２を駆動させる。燃料電池スタック１の始動時、外気温が設定温度以下の場合には、温度反応バルブ６が開状態であるので、この循環ポンプ２の駆動に応じて、回収タンク５内の冷却水は、回収回路１３またはバイパス回路１４を経由して、メイン回路１１を含む循環系へと導出される。
【００２２】
ステップ４において、制御部１０は、ステップ１と同様、回収タンク５内に冷却水が存在するか否かを判定する。このステップ４では、回収タンク５に冷却水が存在する限り、肯定判定されるため、後述するステップ５の処理には進まない。一方、回収タンク５の冷却水が存在しなくなると、ステップ４の判定結果が肯定から否定へと切り替わり、ステップ５に進む。そして、ステップ５において、制御部１０は、開閉バルブ７を閉弁し、バイパス回路１４を遮断し、本処理を終了する。
【００２３】
このように、本実施形態の冷却システムでは、燃料電池スタック１の運転停止時、外気温が設定温度以下となると温度反応バルブ６が閉状態から開状態へと切り替わる。そのため、燃料電池スタック１のセパレータ内にある冷却水は、ポンプの中を逆流し、また、ラジエータ３、メイン回路１１に存在する冷却水とともに、重力で回収タンク５内に回収される。この温度反応バルブ６は、外部周囲の気温に反応して自律的に開閉状態が切り替わるので、その温度を適切に設定しておくことで、低温時には冷却水を自動的に回収タンク５に回収することができる。すなわち、低温時には、停止中の状態であっても冷却水が回収タンク５に回収されるので、始動時に循環系から冷却水を回収する必要がなく、起動時間の短縮を図ることができる。
【００２４】
燃料電池スタック１の運転停止時と、始動時とがともに低温（外気温≦設定温度）の場合は、温度反応バルブ６があれば良い。すなわち、始動時には、回収回路１３の温度反応バルブが開状態となっているため、循環ポンプ２を駆動することにより、回収タンク５内に回収された冷却水を循環系に導くことができる。また、燃料電池スタック１が運転を再開し、反応熱などによって外気温が暖められることにより、温度反応バルブ６が閉状態となり、冷却水はメイン回路１１を含む閉ループ（循環系）内で循環することとなる。
【００２５】
一方、停止時が低温（外気温≦設定温度）でも、始動時に常温（外気温＞設定温度）になっている場合には、温度反応バルブ６は開状態から閉状態へと切り替わっている。この点、本実施形態では、開閉バルブ７を備えたバイパス回路１４が設けられている。そのため、起動時、回収タンク５から冷却水を汲み出すときのみ、開閉バルブ７を開き、バイパス回路１４を経由して、回収タンク５から冷却水を汲み出す。そして、回収タンク５内の冷却水がなくなった段階で、開閉バルブ７が閉じられる。これにより、停止中に外気温が低温に下がり、回収タンク５に冷却水が回収された後、起動時に常温に戻った場合でも、回収タンク５内の冷却水をメイン回路１１に戻すことができる。
【００２６】
なお、起動時間の短縮といった点に鑑みれば、燃料電池スタック１の発電を停止する際に、冷却水を回収タンクへ回収することも考えられる。燃料電池スタック１の停止直後に回収する場合には、冷却媒体の温度が運転中の温度のため、粘性が低い状態で排出することができる。しかしながら、冷却媒体を一旦排出してしまうと、停止中の燃料電池スタック１の熱容量が小さくなるため、燃料電池スタック１の温度が外気温に影響され易くなり、短期間の停止あるいは外気温があまり低い温度になっていなくても、スタック温度が低下してしまう。それ故に、起動時にスタックを温めるための時間を要することになるが、本実施形態によれば、このような不都合を解消することができる。
【００２７】
すなわち、停止直後には、運転中の燃料電池スタック１の発熱が作用して、温度反応バルブ６は閉状態となる。これにより、燃料電池スタック１内部には冷却水が保持されたままとなるので、燃料電池スタック１の熱容量は大きい状態を保つ。それ故に、燃料電池スタック１自体が冷めにくく、保温性が確保される。ところで、一旦冷却水が外気温にまで下がり、かつ、温度反応バルブ６が開状態となるような低温状態となった場合には、メイン回路１１を含む循環系の冷却水は回収タンク５に回収される。それ故に、起動時には、燃料電池スタック１は、始動時には熱容量が小さい分、昇温時間が短縮でき、効率よい発電状態まで短時間に到達することができる。
【００２８】
特に本実施形態では、温度反応バルブ６が、５℃〜１５℃の範囲の値を設定温度として、この設定温度を境に、開閉状態が切り替わる。そのため、冷却媒体が水など氷点下で凍る液体を使用する場合には、スタック内で凍結し、スタックが破壊することを抑制することができる。また、冷却媒体が不凍液の場合であっても、停止中に循環系から冷却媒体を排出することができるので、粘性が高く、排出までに時間を要するようなケースでも、始動後に冷却媒体を回収するケースと比較して、起動時間の短縮を図ることができる。
【００２９】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池の冷却システムの構成を示す図である。この第２の実施形態における冷却システムは、第１の実施形態と同様、燃料電池スタック１、循環ポンプ２、ラジエータ３、リザーバタンク４、回収タンク５を主体に構成されている。この第２の実施形態に係る燃料電池の冷却システムが、第１の実施形態のそれと相違する点は、燃料電池スタック１を冷却する冷却水の経路において、回収回路１３の位置が相違している。なお、第１の実施形態と同一の構成については説明を省略し、以下、相違点について説明する。
【００３０】
具体的には、この回収回路１３は、メイン回路１１と回収タンク５とを接続する点において第１の実施形態と同じであるが、循環ポンプ２の排出側から分岐して、回収タンク５へと接続されている。この回収回路１３には、第１の実施形態と同様、温度反応バルブ６ａが設けられている。この温度反応バルブ６ａは、第１の実施形態における温度反応バルブ６と同様の機能を担うものである。また、バイパス回路１４は、メイン回路１１の循環ポンプ２の吸入側から分岐して、回収タンク５へと接続されており、これにより、温度反応バルブ６をバイパスし、メイン回路１１と回収タンク５とを接続する。このバイパス回路１４には、開閉バルブ７ａが設けられており、この開閉バルブ７ａは、第１の実施形態における開閉バルブ７と同様の機能を担うものである。
【００３１】
このような構成を有する冷却システムにおいて、以下、その詳細な動作について説明する。ここで、図４は、第２の実施形態に係る冷却システムの起動処理の手順を示すフローチャートである。この図に示す処理は、制御部１０によって実行される。なお、この冷却システムの起動処理と平行して、燃料電池スタック１には燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給され、発電を始動する。この起動処理の前提となる燃料電池スタック１の停止中には、回収回路１３の温度反応バルブ６は外気温に感応して回収回路１３の開閉を行っており、バイパス回路１４の開閉バルブ７は閉じられたままとなっている。
【００３２】
まず、ステップ１０において、制御部１０は、水位センサ８からの検出を読み込み、回収タンク内の水位が判定値以上であるか否か、すなわち、回収タンク５内に冷却水が存在するか否かを判定する。このステップ１０において肯定判定された場合、すなわち、回収タンク５に冷却水が存在する場合には、ステップ１１に進む。一方、このステップ１０において否定判定された場合、すなわち、回収タンク５に冷却水が存在しない場合には、ステップ１１以降の処理をスキップして、本処理を終了する。
【００３３】
ステップ１１において、制御部１０は、開閉バルブ７ａを開弁し、バイパス回路１４を開ける。そして、ステップ１２において、制御部１０は、循環ポンプ２を駆動させる。
【００３４】
ステップ１３において、制御部１０は、ステップ１０と同様、回収タンク５内に冷却水が存在するか否かを判定する。このステップ１３では、回収タンク５に冷却水が存在する限り、肯定判定されるため、後述するステップ１４の処理には進まない。一方、回収タンク５の冷却水が存在しなくなると、ステップ１３の判定結果が肯定から否定へと切り替わり、ステップ１４に進む。そして、ステップ１４において、制御部１０は、開閉バルブ７ａを閉弁し、バイパス回路１４を遮断し、本処理を終了する。
【００３５】
このように、本実施形態の冷却システムでは、運転中または常温下（外気温＞設定温度）で停止している場合、温度反応バルブ６ａは閉状態となる。また、開閉バルブ７ａも閉状態となっているため、回収タンク５内には冷却水が進入せず、メイン回路１１を含む循環系のみに冷却水が存在することとなる。一方、システムが停止し、かつ、外気温が氷点下などの低温（外気温≦設定温度）になった場合、温度反応バルブ６ａは開状態となる。そのため、燃料電池スタック１内部を含む循環系内の冷却水は、回収タンク５に回収される。
【００３６】
また、燃料電池スタック１の発電始動時、冷却水が回収タンク５に存在する場合には、開閉バルブ７ａが開状態に制御される。外気温が低温（外気温≦設定温度）のままである場合には、温度反応バルブ６ａも開状態のままであり、循環ポンプ２を駆動することにより、回収タンク５と循環ポンプ２との間で冷却水が循環を始める。この間、燃料電池スタック１内部には冷却水がないため、その熱容量は小さく、発電による発熱が促進される。そのため、循環ポンプ２の発熱や、燃料電池スタック１の発電による発熱などで周囲の温度が上がり、冷却水が温まった段階で、温度反応バルブ６ａが自然に閉状態となる。そして、回収タンク５内の冷却水が循環ポンプ２によって汲み出され、冷却水は、メイン回路１１を含む循環系へと導出される。そして、回収タンク５内に冷却水がなくなる、すなわち、メイン回路１１を含む循環系に冷却水が満たされた段階で、開閉バルブ７ａが閉じられる。これらにより、メイン回路１１を含む循環系内において、冷却水が循環する。
【００３７】
このように、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏するとともに、更に、以下のような効果を奏する。すなわち、始動時、冷却水が氷点下などの低温状態のまま燃料電池スタック１に戻ると、燃料電池スタック１が逆に冷却されてしまう。この点、本実施形態によれば、冷却水の温度が温度反応バルブ６ａの設定温度まで上昇した段階で、燃料電池スタック１に冷却水が導出されるので、燃料電池スタック１の発熱による昇温を抑制することなく、燃料電池スタック１の始動をスムーズに行うことができる。
【００３８】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池の冷却システムの構成を示す図である。この第３の実施形態に係る燃料電池の冷却システムは、基本的に第２の実施形態のそれと同じであるが、その相違点は、回収タンクの構成である。具体的には、第３の実施形態において、回収タンク５ａは、タンク内に回収されている冷却水を加温する加温手段として、タンク内にヒータ９を内蔵している。なお、加温手段としては、電熱タイプでもよいし、熱交換器タイプでもよい。また、燃料電池スタック１に供給される圧縮空気の熱を利用し、冷却水を加温する構成であってもよい。
【００３９】
このような構成を有する冷却システムにおいて、以下、その詳細な動作について説明する。ここで、図４は、第３の実施形態に係る冷却システムの起動処理の手順を示すフローチャートである。この図に示す処理は、制御部１０によって実行される。なお、この冷却システムの起動処理と平行して、燃料電池スタック１には燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給され、発電を始動する。この起動処理の前提となる燃料電池スタック１の停止中には、回収回路１３の温度反応バルブ６ａは外気温に感応して回収回路１３の開閉を行っており、バイパス回路１４の開閉バルブ７ａは閉じられたままとなっている。
【００４０】
まず、ステップ２０において、制御部１０は、水位センサ８からの検出値を読み込み、回収タンク内の水位が判定値以上であるか否か、すなわち、回収タンク５内に冷却水が存在するか否かを判定する。このステップ２０において肯定判定された場合、すなわち、回収タンク５に冷却水が存在する場合には、ステップ２１に進む。一方、このステップ２０において否定判定された場合、すなわち、回収タンク５に冷却水が存在しない場合には、ステップ２１以降の処理をスキップして、本処理を終了する。
【００４１】
ステップ２１において、制御部１０は、開閉バルブ７ａを開弁し、バイパス回路１４を開放する。そして、ステップ２２において、制御部１０は、循環ポンプ２に制御信号を出力することで、循環ポンプ２を駆動する。また、ステップ２３において、制御部１０は、回収タンク５のヒータ９を作動させ、回収タンク５内の冷却水を加温する。
【００４２】
ステップ２４において、制御部１０は、ステップ２０と同様、回収タンク５内に冷却水が存在するか否かを判定する。このステップ２４では、回収タンク５に冷却水が存在する限り、肯定判定されるため、後述するステップ２５の処理には進まない。一方、回収タンク５の冷却水が存在しなくなると、ステップ２４の判定結果が肯定から否定へと切り替わり、ステップ２５に進む。そして、ステップ２５において、制御部１０は、開閉バルブ７ａを閉弁し、バイパス回路１４を遮断する。また、ステップ２６において、制御部１０は、ヒータ９を停止し、本処理を終了する。
【００４３】
このように、第３の実施形態によれば、第２の実施形態と同様の効果を奏するとともに、更に、以下のような効果を奏する。燃料電池スタック１の発電始動時には、冷却水を回収タンク５と循環ポンプ２との間で循環させるが、この間、ヒータ９が作動しているため、冷却水が加温される。これにより冷却水の温度の上昇が促進される。そのため、始動時に冷却水を早く温めることができ、また、燃料電池スタック１の電力をより多く取り出すことができる。よって、燃料電池スタック１の発熱を促進させることができ、起動時間の短縮を図ることができる。また、冷却水が不凍液ではなく、水のように凍ってしまう場合でも、起動時に始動させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】第１の実施形態に係る燃料電池の冷却システムの構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る冷却システムの起動時に実行される制御動作の手順を示すフローチャートである。
【図３】第２の実施形態に係る燃料電池の冷却システムの構成を示す図である。
【図４】第２の実施形態に係る冷却システムの起動時に実行される制御動作の手順を示すフローチャートである。
【図５】第３の実施形態に係る燃料電池の冷却システムの構成を示す図である。
【図６】第３の実施形態に係る冷却システムの起動時に実行される制御動作の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４５】
１      燃料電池スタック
２      ポンプ
３      ラジエータ
４      リザーバタンク
５      回収タンク
５ａ    回収タンク
６      温度反応バルブ
６ａ    温度反応バルブ
７      開閉バルブ
７ａ    開閉バルブ
８      水位センサ
９      ヒータ
１０      制御部
１１      メイン回路
１２      サブ回路
１３      回収回路
１４      バイパス回路
【図１】
2006260896.tif 000003
【図２】
2006260896.tif 000004
【図３】
2006260896.tif 000005
【図４】
2006260896.tif 000006
【図５】
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【図６】
2006260896.tif 000008