(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、該燃料電池を冷却する燃料電池冷却液の放熱を行うラジエータと、前記燃料電池の出口と前記ラジエータとを接続する冷却液出口管と、前記ラジエータと前記燃料電池の入口とを接続する冷却液入口管とを備えた燃料電池冷却液の温度及び流量制御装置において、
前記冷却液出口管から分岐し、前記冷却液出口管と前記冷却液入口管とを前記ラジエータの上流側で短絡して接続する第１のバイパス管と、前記冷却液出口管に設けられ、前記冷却液出口管内の前記燃料電池冷却液を前記第１のバイパス管を通して前記冷却液入口管に流すように制御される第１の流量制御弁と、前記冷却液入口管の流路の一部が前記冷却液入口管から分岐して迂回する第２のバイパス管と、該第２のバイパス管に設けられたイオン交換器と、前記冷却液入口管と前記第２のバイパス管との分岐部に設けられ、前記冷却液入口管内の前記燃料電池冷却液を前記第２のバイパス管を通して前記イオン交換器に流すように制御される第２の流量制御弁とを備え、
前記冷却液入口管の前記第２のバイパス管の合流部よりも下流側には、前記燃料電池冷却液の温度を検出する冷却液温度測定部と、前記燃料電池冷却液の導電率を検出する導電率測定部が設置され、
前記冷却液温度測定部によって検出された前記燃料電池冷却液の温度が所定の温度未満であるとき、前記冷却液出口管内の前記燃料電池冷却液を前記第１のバイパス管を通して前記冷却液入口管に流すように前記第１の流量制御弁を制御し、前記導電率測定部によって検出された前記燃料電池冷却液の導電率が所定の導電率を超えるとき、前記燃料電池冷却液の空間速度が所定値範囲内となるように、前記第２の流量制御弁によって前記イオン交換器への前記燃料電池冷却液の流量を制御する空間速度コントローラを備え、
前記第２のバイパス管の前記イオン交換器の上流側には、前記燃料電池冷却液の温度を降下させる放熱部が設けられていることを特徴とする燃料電池冷却液の温度及び流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックを冷却する燃料電池冷却液の温度及び流量制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、高分子膜を有する固体高分子型（ＰＥＭ型）燃料電池を用いた通常の燃料電池搭載車両の１例を示している。燃料電池搭載車両のパワープラントは、水素系、空気系及び冷却系の各部品からなる燃料電池と、該燃料電池で発電した電力を駆動力として使用するための電気系部品で構成されている。
図１に示す燃料電池搭載車両１００には、複数の単一燃料電池セルを直列接続で積層してなる燃料電池スタック１が搭載されており、この燃料電池スタック１は、水素タンク４ａ、４ｂから水素管７を通して供給される水素と、空気管８を通して供給される酸素とを化学反応させることにより電力を発生するように構成されている。燃料電池スタック１の発生電力は、インバータ４を介してモータ３を回転駆動し、該モータ３に直結されている前輪６ａを回転駆動するようになっている。なお、インバータ４には電力回線９を介して二次電池５が連結され、該二次電池５によりインバータ４に電力が供給され、あるいはインバータ４から二次電池５に電力が供給されるようになっている。
【０００３】
ところで、燃料電池搭載車両１００では、燃料電池スタック１の発熱反応による温度上昇を抑えるため、該燃料電池スタック１内にポンプで燃料電池冷却液を循環させ、該燃料電池スタック１と冷却液入口管１１及び冷却液出口管１０を介して連結されたラジエータ２の放熱によって、燃料電池スタック１の作動温度が最適温度（例えば、８０℃程度）となるように燃料電池冷却液の流量制御を行っている。
このような燃料電池冷却液は、燃料電池スタック１内を連通して流れており、燃料電池冷却液に導電性があると、電池の短絡や漏電のおそれがあるため、燃料電池冷却液には、イオン交換水(導電率は１μS／ｃｍ以下)や低導電性不凍液(例えば、導電率１０μS／ｃｍ以下)が用いられている。
【０００４】
また、燃料電池冷却液は、直列に接続された燃料電池セル間を通流しているため、上述したように導電性があると、燃料電池の液絡による発電効率の低下、漏電の可能性を生ずることになる。
さらに、燃料電池冷却液は、グリコールの熱劣化による有機酸生成や冷却系部品材料からのイオン溶出により導電率が上昇するため、冷却液系統中にイオン交換樹脂を設置してイオンを除去し、導電率値による冷却液の管理を行っている。
【０００５】
なお、イオン交換樹脂は、ハウジング内に密封充填された状態で使用されているが、この密封充填物の圧力損失が高いため燃料電池冷却液系統には直結できないことから、燃料電池冷却液系統のバイパスラインに設置されていると良い。
【０００６】
かかる燃料電池冷却液の温度あるいは流量の制御装置の従来技術としては、特許文献１（特開２００７−２９９５７４号公報）、特許文献２（特開２００７−３１１０８７号公報）あるいは特許文献３（特開２００３−３４６８４５号公報）等が提供されている。
【０００７】
特許文献１の技術は、長期停止後にｐＨが酸性あるいはアルカリ性に傾いた際の、燃料電池起動時にラジエータの腐食を防止するように構成されたものであり、燃料電池冷却液の温度を測定し、燃料電池の最短暖気に適した流量に調整する手段や、燃料電池冷却液のｐＨを測定し、ｐＨの測定値に応じてイオン交換樹脂に流す流量を調整する手段等が記載されている。
【０００８】
特許文献２の技術は、燃料電池冷却液中の冷媒の流量低減を抑制して、燃料電池冷却液系の冷却性能の向上を図ったものであり、燃料電池システムの使用開始初期にイオン交換器に流す冷媒の流量をその後にイオン交換器に流す冷媒の流量よりも多くなるように、イオン交換器に流す冷媒の流量を調整する三方弁を制御する制御部を備えるとともに、燃料電池冷却液をヒータで加熱し、２個のイオン交換樹脂のうちの１個で初期溶出分を除去する手段が記載されている。
【０００９】
特許文献３の技術は、イオン交換器に収納されたイオン交換樹脂の使用率を的確に把握できる燃料電池の冷却装置に関するものであり、イオン交換樹脂通液前後の燃料電池冷却水の導電率を測定してイオン交換樹脂の使用率を算出し、該イオン交換樹脂の使用率に応じた流量調整を行う手段が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−２９９５７４号公報
【特許文献２】特開２００７−３１１０８７号公報
【特許文献３】特開２００３−３４６８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このような従来技術において、燃料電池冷却液の温度、流量制御は、燃料電池冷却液導電率の低減、燃料電池冷却液のｐＨの中性化、燃料電池冷却液通液時の圧力損失低減による燃料電池冷却液ポンプ動力の低減を目的として行われている。このため、燃料電池冷却液は、燃料電池の冷却や暖気に適した冷却液温度管理が行われている。
【００１２】
しかしながら、従来の燃料電池冷却液の温度、流量制御においては、特許文献１〜３に示すように、流量制御イオン交換樹脂への燃料電池冷却液の通液量制御が、導電率の低減（液絡、漏電防止）、ｐＨの中性化（金属腐食の防止）、通液時の圧力損失低減による燃料電池冷却液ポンプ動力の低減、を主目的にして行われているため、下記（１）、（２）の問題点がある。
【００１３】
（１）イオン交換樹脂に流れる燃料電池冷却液の流量が、イオン交換樹脂の使用条件を厳密に考慮して決められていない。
（２）燃料電池冷却液の流量制御は、燃料電池の冷却を主目的とした燃料電池冷却液の温度管理がなされるため、イオン交換樹脂の最適使用温度よりも通液温度が高くなり、熱劣化によりイオン交換樹脂の寿命が短縮される可能性が高い。
すなわち、イオン交換樹脂としては、マクロポーラス型やゲル型のものが使用されているが、特に陰イオン交換樹脂はマクロポーラス型、ゲル型のいずれの場合も高熱に弱く、従って６０℃以下での使用が推奨されている。
【００１４】
本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、燃料電池冷却液の流量制御を空間速度を用いて制御し、イオン交換樹脂の使用条件に厳密に適合した燃料電池冷却液の流量が得られるように制御するとともに、燃料電池冷却液の温度制御をイオン交換樹脂の最適使用温度以下に保持するようにした燃料電池冷却液の温度及び流量制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、燃料電池と、該燃料電池を冷却する燃料電池冷却液の放熱を行うラジエータと、前記燃料電池の出口と前記ラジエータとを接続する冷却液出口管と、前記ラジエータと前記燃料電池の入口とを接続する冷却液入口管とを備えた燃料電池冷却液の温度及び流量制御装置において、前記冷却液出口管から分岐し、前記冷却液出口管と前記冷却液入口管とを前記ラジエータの上流側で短絡して接続する第１のバイパス管と、前記冷却液出口管に設けられ、前記冷却液出口管内の前記燃料電池冷却液を前記第１のバイパス管を通して前記冷却液入口管に流すように制御される第１の流量制御弁と、前記冷却液入口管の流路の一部が前記冷却液入口管から分岐して迂回する第２のバイパス管と、該第２のバイパス管に設けられたイオン交換器と、前記冷却液入口管と前記第２のバイパス管との分岐部に設けられ、前記冷却液入口管内の前記燃料電池冷却液を前記第２のバイパス管を通して前記イオン交換器に流すように制御される第２の流量制御弁とを備え、前記冷却液入口管の前記第２のバイパス管の合流部よりも下流側には、前記燃料電池冷却液の温度を検出する冷却液温度測定部と、前記燃料電池冷却液の導電率を検出する導電率測定部が設置され、前記冷却液温度測定部によって検出された前記燃料電池冷却液の温度が所定の温度未満であるとき、前記冷却液出口管内の前記燃料電池冷却液を前記第１のバイパス管を通して前記冷却液入口管に流すように前記第１の流量制御弁を制御し、前記導電率測定部によって検出された前記燃料電池冷却液の導電率が所定の導電率を超えるとき、前記燃料電池冷却液の空間速度が所定値範囲内となるように、前記第２の流量制御弁によって前記イオン交換器への前記燃料電池冷却液の流量を制御する空間速度コントローラを備え、前記第２のバイパス管の前記イオン交換器の上流側には、前記燃料電池冷却液の温度を降下させる放熱部が設けられている。
【発明の効果】
【００１８】
上述の如く、本発明に係る燃料電池冷却液の温度及び流量制御装置では、前記冷却液出口管から分岐し、前記冷却液出口管と前記冷却液入口管とを前記ラジエータの上流側で短絡して接続する第１のバイパス管と、前記冷却液出口管に設けられ、前記冷却液出口管内の前記燃料電池冷却液を前記第１のバイパス管を通して前記冷却液入口管に流すように制御される第１の流量制御弁と、前記冷却液入口管の流路の一部が前記冷却液入口管から分岐して迂回する第２のバイパス管と、該第２のバイパス管に設けられたイオン交換器と、前記冷却液入口管と前記第２のバイパス管との分岐部に設けられ、前記冷却液入口管内の前記燃料電池冷却液を前記第２のバイパス管を通して前記イオン交換器に流すように制御される第２の流量制御弁とを備え、前記冷却液入口管の前記第２のバイパス管の合流部よりも下流側には、前記燃料電池冷却液の温度を検出する冷却液温度測定部と、前記燃料電池冷却液の導電率を検出する導電率測定部が設置され、前記冷却液温度測定部によって検出された前記燃料電池冷却液の温度が所定の温度未満であるとき、前記冷却液出口管内の前記燃料電池冷却液を前記第１のバイパス管を通して前記冷却液入口管に流すように前記第１の流量制御弁を制御し、前記導電率測定部によって検出された前記燃料電池冷却液の導電率が所定の導電率を超えるとき、前記燃料電池冷却液の空間速度が所定値範囲内となるように、前記第２の流量制御弁によって前記イオン交換器への前記燃料電池冷却液の流量を制御する空間速度コントローラを備え、前記第２のバイパス管の前記イオン交換器の上流側には、前記燃料電池冷却液の温度を降下させる放熱部が設けられているので、イオン交換器のイオン交換樹脂の燃料電池冷却液の通液が、空間速度コントローラで設定されたＳＶ＝２０〜５０の範囲での最低流量で行われることになり、常時所要の通液量つまり通液量不足や通液量過大となることがなく、最適使用温度を含めた温度イオン交換樹脂の使用条件に適合する燃料電池冷却液の流量を得ることができ、イオン交換器でのイオン交換樹脂の性能を十分に引き出すことができる。これによって、イオン交換器のイオン交換樹脂の交換頻度を減らすことができる。  
また、常時、空間速度を２０〜５０の範囲での最低流量に保持することができる。
さらに、イオン交換器内のイオン交換樹脂に通液する燃料電池冷却液の温度を低下させることができ、これによりイオン交換樹脂の熱劣化を効果的に防止できる。したがって、イオン交換樹脂の寿命を延ばすことが可能となり、ランニングコストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明が適用される燃料電池搭載車両を示す全体構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る燃料電池冷却系統を示す構成図である。
【図３】上記実施形態における空間速度コントローラの制御ブロック図である。
【図４】上記実施形態における空間速度コントローラの制御フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
図１は本発明が適用される燃料電池搭載車両の全体構成図である。
図１に示されるように、固体高分子型（ＰＥＭ型）燃料電池を用いた燃料電池搭載車両１００においては、燃料電池スタック１の発熱反応による温度上昇を抑えるため、燃料電池スタック１内にポンプで燃料電池冷却液、つまり、グリコール系冷却液(例えば、エチレングリコール／純水／インヒビタ混合溶液、初期導電率＝２μS／ｃｍ)を循環させ、燃料電池スタック１と冷却液入口管１１及び冷却液出口管１０を介して連結されたラジエータ２の放熱によって、燃料電池スタック１の作動温度が８０℃程度の最適温度となるように燃料電池冷却液の流量制御を行っている。
【００２４】
ラジエータ２へ流す燃料電池冷却液の流量は、燃料電池の発電状態、燃料電池搭載車両１００の走行状態等に応じた必要放熱量から燃料電池冷却液の温度をもとに設定されており、必要放熱量は次式から求められる。
必要放熱量Ｑ（Ｗ）＝燃料電池冷却液の流量（ｍ３／ｓ）×比熱（J／ｋｇ・Ｋ）×密度（ｋｇ／ｍ３）×ラジエータ出入口温度差（ΔＫ）
なお、図１に示す燃料電池搭載車両１００の他の構成は、従来技術の項で述べたものと同様である。
【００２５】
図２は本発明の実施形態に係る燃料電池冷却系統の構成図、図３はこの実施形態における空間速度コントローラの制御ブロック図である。
【００２６】
図２及び図３に示すように、本実施形態の燃料電池搭載車両１００においては、燃料電池スタック１の発熱反応による温度上昇を抑えるため、燃料電池スタック１の冷却液出口管１０及び冷却液入口管１１のそれぞれにラジエータ２が接続され、冷却液出口管１０の途中の中間部にモータ２２０及びポンプ２１０が設置されており、このポンプ２１０により、燃料電池冷却液が燃料電池スタック１から冷却液出口管１０、ポンプ２１０、ラジエータ２、冷却液入口管１１を流れて循環し、該ラジエータ２の放熱によって、燃料電池スタック１の作動温度が８０℃程度の最適温度となるように燃料電池冷却液の流量制御が行われている。
かかる燃料電池冷却液は、燃料電池スタック１内を連通して流れており、燃料電池冷却液に導電性があると、電池の短絡や漏電の可能性があるため、燃料電池冷却液には、イオン交換水(導電率は１μS／ｃｍ以下)や低導電性不凍液(例えば導電率１０μS／ｃｍ以下)が用いられている。  
【００２７】
また、本実施形態の燃料電池冷却系統においては、冷却液出口管１０から分岐し、冷却液出口管１０と冷却液入口管１１とをラジエータ２の上流側で短絡して互いに接続するための第１のバイパス管１９が設けられている。そのため、冷却液出口管１０と第１のバイパス管１９との分岐部には、冷却液出口管１０を流れる燃料電池冷却液を、ラジエータ２に流し、あるいは、第１のバイパス管１９を通して冷却液入口管１１に流すように切り換える第１の流量制御弁１３が設けられている。しかも、燃料電池冷却液の流量は、第１の流量制御弁１３の開度を調整することにより、制御可能となっている。
【００２８】
そして、燃料電池スタック１の起動時であって、燃料電池冷却液の温度が低いときには、第１の流量制御弁１３によりラジエータ２側を閉じて、ラジエータ２に燃料電池冷却液が流れないようにし、燃料電池冷却液の温度を上げて早期暖気が行えるように設定されている。
また、車両走行直後等の燃料電池冷却液の温度が高い(例えば７０℃以上)ときには、第１の流量制御弁１３により第１のバイパス管１９には燃料電池冷却液を流さず、ラジエータ２側のみに燃料電池冷却液を流すように設定されている。
【００２９】
一方、冷却液入口管１１の流路の途中には、一部を冷却液入口管１１から分岐して迂回しつつ元の冷却液入口管１１の流路に合流するように形成した第２のバイパス管２０が設けられており、冷却液入口管１１と第２のバイパス管２０との上流側分岐部には、第２の流量制御弁１４が設けられている。しかも、第２のバイパス管２０の途中の中間部には、イオン交換器１５が設けられている。
このイオン交換器１５には、イオン交換樹脂が交換器本体のハウジング内に密封充填されているが、この密封充填物の圧力損失が高いため、燃料電池冷却液系統つまり燃料電池入口管１１の系統には設置できず、燃料電池冷却液系統の第２のバイパス管２０に設置されている。なお、第１の流量制御弁１３及び第２の流量制御弁１４としては、電磁式三方流量制御弁が用いられている。
【００３０】
第２の流量制御弁１４は、その開度を調整して燃料電池冷却液が第２のバイパス管２０を通って、イオン交換器１５に流れる量を制御することが可能となっている。そして、第２の流量制御弁１４が開くと、燃料電池冷却液が第２のバイパス管２０を通って、イオン交換器１５に流れ、該イオン交換器１５によって第２のバイパス管２０内を流れる燃料電池冷却液中のイオンを除去するように構成されている。
すなわち、燃料電池冷却液の熱劣化による有機酸生成や冷却系部品からのイオンの溶出により燃料電池冷却液の導電率が設定値(例えば、５μS／ｃｍ)以上になった場合には、第２の流量制御弁１４により第２のバイパス管２０及びイオン交換器１５に燃料電池冷却液を流し、イオン交換樹脂により燃料電池冷却液中のイオンを除去するように設定されている。
なお、導電率が設定値(例えば、５μS／ｃｍ)以下の場合は、第２の流量制御弁１４により第２のバイパス管２０を閉じ、第２のバイパス管２０及びイオン交換器１５に燃料電池冷却液を流さず、ラジエータ２側のみに燃料電池冷却液を流すように設定されている。
【００３１】
また、冷却液入口管１１の第２のバイパス管２０の合流部よりも下流側には、燃料電池冷却液の温度を検出する冷却液温度測定部２２と、燃料電池冷却液の導電率を検出する導電率測定部１２がそれぞれ設置されている。
【００３２】
さらに、本実施形態の燃料電池冷却系統には、コントローラ２３が設置されており、当該コントローラ２３によって、ポンプ２１０の駆動用モータ２２０の回転数を制御して燃料電池冷却液のポンプ２１０の送出量を制御するとともに、第１の流量制御弁１３の開度を調整して燃料電池冷却液のラジエータ２への流量を制御するように構成されている。
【００３３】
また、本発明の実施形態の温度及び流量制御装置では、イオン交換器冷却液の空間速度（ＳＶ）が予め設定された所定値範囲内となるように、第２の流量制御弁１４の開度による燃料電池冷却液のイオン交換器１５への流量制御が、図３に示すように、空間速度コントローラ２３１によって制御されるようになっている。
【００３４】
この空間速度ＳＶは、次式によって求められる。
空間速度ＳＶ＝イオン交換器１５への燃料電池冷却液の流量（Ｑ１）／イオン交換器１５の容量（Ｗ０）
【００３５】
図３において、空間速度コントローラ２３１は次のように作動する。
すなわち、イオン交換樹脂容量設定部１７においては、イオン交換器１５のイオン交換樹脂容量（Ｗ０）を例えば３００ｍＬに設定する。そして、冷却液量算出部１８では、そのときの第２の流量制御弁１４の開度からイオン交換器１５に供給される燃料電池冷却液の量（Ｑ１）を算出する。
また、空間速度算出部１６では、上記式により空間速度ＳＶ（イオン交換器１５への燃料電池冷却液の流量（Ｑ１）／イオン交換器１５の容量（Ｗ０））を算出する。
空間速度設定部２１では、かかる空間速度ＳＶの適正値を、予めＳＶ＝２０〜５０となるように設定する。
【００３６】
したがって、空間速度コントローラ２３１は、空間速度算出部１６の空間速度ＳＶが、空間速度設定部２１のＳＶ＝２０〜５０となるように、第２の流量制御弁１４の開度を修正して、イオン交換器１５に供給される燃料電池冷却液の流量制御を行う。
また、空間速度コントローラ２３１は、イオン交換器１５に供給される燃料電池冷却液の導電率が極端に高い場合(例えば数十μS／ｃｍ)には、燃料電池保護の観点から第２のバイパス管２０への通液量を多くするため、ＳＶ＝５０となるような流量制御を行う。
さらに、イオン交換器１５に供給される燃料電池冷却液の冷却液温度は低いが、導電率が高い場合には、早期暖気およびポンプ動力低減の観点から第２のバイパス管２０への通液量がＳＶ＝２０になるような流量制御を行う。
【００３７】
次に、図４は本発明の実施形態における空間速度コントローラの制御フローチャートである。図４を参照しながら、本実施形態における空間速度コントローラ２３１の制御の１例について説明する。
【００３８】
まず、冷却液温度測定部２２により燃料電池冷却液の温度測定値Ｔを測定し、導電率測定部１２により燃料電池冷却液の導電率測定値Ｕを測定する。
【００３９】
（１）温度測定値Ｔ＜７０℃  、導電率測定値Ｕ＜５μS／ｃｍのとき、
第１の流量制御弁１３は開で燃料電池冷却液の循環流量＝必要最低流量、
ラジエータ２側は閉となりラジエータ２側の流量はゼロ（０）
第２の流量制御弁１４は閉で、燃料電池冷却液のイオン交換器１５側の流量＝ゼロ（０）
（２）温度測定値Ｔ＜７０℃と変わらず、導電率測定値Ｕ＞５μS／ｃｍと多くなったとき、
第１の流量制御弁１３は開で、燃料電池冷却液の循環流量＝必要最低流量、ラジエータ２側は閉となりラジエータ２側の流量はゼロ（０）
第２の流量制御弁１４は開で、燃料電池冷却液のイオン交換器１５側の流量は、ＳＶ＝２０〜５０の範囲での最低流量
（３）温度測定値Ｔ＞７０℃と上昇し，導電率測定値Ｕ＜５μS／ｃｍのように小さくなったとき、
第１の流量制御弁１３は閉で燃料電池冷却液の循環流量＝ゼロ（０）    
ラジエータ２側は開となりラジエータ２側の流量＝必要最低流量
第２の流量制御弁１４は閉で、燃料電池冷却液のイオン交換器１５側の流量＝ゼロ（０）
（４）温度測定値Ｔ＞７０℃と上昇し，導電率測定値Ｕ＞５μS／ｃｍも大きくなったとき、
第１の流量制御弁１３は閉で燃料電池冷却液の循環流量＝ゼロ（０）
ラジエータ２側は開となりラジエータ２側の流量＝必要最低流量
前記第２の流量制御弁１４は開で、燃料電池冷却液のイオン交換器１５側の流量は、ＳＶ＝２０〜５０の範囲での最低流量
【００４０】
かかる冷却液温度測定部２２による燃料電池冷却液の温度測定値Ｔと、導電率測定部１２による燃料電池冷却液の導電率測定値Ｕの測定を連続して行い、空間速度コントローラ２３１は上記（１）〜（４）の操作を連続して行う。
【００４１】
したがって、このように空間速度コントローラ２３１を構成すれば、イオン交換器１５のイオン交換樹脂の燃料電池冷却液の通液が、空間速度コントローラ２３１で設定されたＳＶ＝２０〜５０の範囲での最低流量で行われるので、常時、所要の通液量つまり通液量不足や通液量過大となることがなく、イオン交換器１５でのイオン交換樹脂の性能を十分に引き出すことができる。これによって、イオン交換器１５のイオン交換樹脂の交換頻度を減らすことができる。
【００４２】
一方、本発明の実施形態の燃料電池冷却系統では、図２に示すように、第２のバイパス管２０のイオン交換器１５の上流側に放熱部３１が設けられている。
燃料電池スタック１の作動温度は８０℃程度、燃料電池冷却液の温度も８０℃程度であるため、燃料電池冷却液をそのままイオン交換器１５に通液すると、イオン交換樹脂を熱劣化させることになる。そのため、本実施形態の燃料電池冷却系統では、イオン交換器１５への導入管部分に放熱部３１を設けて、燃料電池冷却液の温度を低下させるように構成されている。
放熱部３１としては、アルミニウム等の熱伝導率が高い材質の配管に放熱フインを設ける手段、あるいは放熱部にベルチェ素子を貼り付ける手段等がある。
【００４３】
このように、本実施形態の燃料電池冷却系統では、第２のバイパス管２０のイオン交換器１５の上流側に放熱部３１が設けられているので、イオン交換器１５内のイオン交換樹脂に通液する燃料電池冷却液の温度を６０℃以下に低下させることが可能となり、イオン交換樹脂の熱劣化を防止できる。これにより、イオン交換樹脂の寿命を延長できる。
【実施例】
【００４４】
ここで、イオン交換器１５への通液条件の空間速度ＳＶ＝２０〜５０が本発明の実際のシステムで、実現可能か否かを検証した。
・前提条件：イオン交換樹脂容量＝５００ｍL
ＳＶ＝２０設定時流量＝０．１６L／ｍｉｎ
ＳＶ＝５０設定時流量＝０．４L／ｍｉｎ
【００４５】
（１）燃料電池起動直後等の暖気時
流路：燃料電池スタック１出口→第１の流量制御弁１３→第１のバイパス管１９→第２の流量制御弁１４→第２のバイパス管２０→イオン交換器１５→燃料電池スタック１入口
燃料電池冷却液流量：１Ｌ／ｍｉｎ程度
第１の流量制御弁１３：主流路全閉、第１のバイパス管１９側全開→可能
第２の流量制御弁１４：主流路、第２のバイパス管２０側を分流比率制御→可能
Ｓｖ＝２０設定時：主流路流量０，８４L／ｍｉｎ、第２の流量制御弁１４側流量０．１６L／ｍｉｎ
ＳＶ＝５０設定時：主流路流量０，６L／ｍｉｎ、第２の流量制御弁１４側流量０．４L／ｍｉｎ
・第２の流量制御弁１４に分解能０．２％以下の性能を持つ三方流量制御弁を使用することで実現可能
【００４６】
（２）定常運転時等燃料電池冷却時
流路：燃料電池スタック１出口→第１の流量制御弁１３→ラジエータ２→第２の流量制御弁１４→第２のバイパス管２０→イオン交換器１５→燃料電池スタック１入口
燃料電池冷却液流量：８０L／ｍｉｎ程度
第１の流量制御弁１３：主流路全開、第１のバイパス管１９側全閉→可能
第２の流量制御弁１４：主流路、第２のバイパス管２０側を分流比率制御→可能
ＳＶ＝２０設定時：主流路流量７８．８４L／ｍｉｎ、第２の流量制御弁１４側流量０．１６L／ｍｉｎ
ＳＶ＝５０設定時：主流路流量７９．６L／ｍｉｎ、第２の流量制御弁１４側流量０．４L／ｍｉｎ
第２の流量制御弁１４に分解能０．２％以下の性能を持つ三方流量制御弁を使用することで実現可能
以上のように、ＳＶの適正値をＳＶ＝２０〜５０とした本発明の実際のシステムにおいて、実現可能であった。
【００４７】
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１  燃料電池スタック
２  ラジエータ
３  モータ
４  インバータ
４ａ，４ｂ  水素タンク  
５  二次電池
７  水素管
８  空気管    
１０  冷却液出口管
１１  冷却液入口管
１２  導電率測定部
１３  第１の流量制御弁
１４  第２の流量制御弁
１５  イオン交換器
１６  空間速度算出部  
１７  イオン交換樹脂容量設定部
１８  冷却液量算出部  
１９  第１のバイパス管
２０  第２のバイパス管
２１  空間速度設定部
２２  冷却液温度測定部
２１  空間速度設定部
２３  コントローラ
３１  放熱部
２１０  ポンプ
２２０  モータ
２３１  空間速度コントローラ
ＳＶ  空間速度
Ｑ１  イオン交換器への燃料電池冷却液の流量
Ｗ０  イオン交換器の容量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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