(57)【要約】【課題】イオン除去フィルタに通過させる冷却媒体流量とバイパスする冷却媒体流量とを調整して消費電力効率を向上させると共に短時間で冷却媒体のイオン除去をする。【解決手段】電気伝導率Ｃが所定許容値以下の場合、燃料電池スタック１の発電量に応じて予め設定されたスタック供給流量Ｑとなるようにポンプ２を制御すると共に、イオン除去フィルタ４上流の冷却水圧力Ｐが所定許容圧力以下になるように第１三方弁３を制御してフィルタ通過流量Ｑ１を制御する。そして、コントロールユニット１０は、電気伝導率Ｃが所定許容値より大きい場合は、冷却水圧力Ｐが所定許容圧力以下となる範囲内であって電気伝導率Ｃが許容値以下の場合よりもフィルタ通過流量Ｑ１を増加させるようにポンプ２を制御して、電気伝導率Ｃの低下を促す。【選択図】　　　図１
2004071331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜を挟んで燃料極と酸化剤極が対設され、内部の冷却媒体流路に冷却媒体が循環される燃料電池スタックと、該燃料電池スタックに冷却媒体を循環させるポンプと、該ポンプから吐出した冷却媒体中のイオンを除去するイオン除去フィルタとを有する燃料電池システムの冷却媒体循環制御装置において、
冷却媒体の電気伝導率を検出する電気伝導率検出手段と、
上記イオン除去フィルタの上流側の冷却媒体圧力を検出する圧力検出手段と、
上記ポンプからの冷却媒体を上記イオン除去フィルタに通過させるフィルタ通過流路の流量、及び上記ポンプからの冷却媒体を上記イオン除去フィルタをバイパスさせるフィルタバイパス流路の流量を調整して、上記フィルタ通過流路及び上記フィルタバイパス流路を介して上記燃料電池スタック側に冷却媒体を供給するフィルタ供給流量調整手段と、
上記電気伝導率検出手段にて検出された電気伝導率が所定許容値以下の場合、上記燃料電池スタックの発電量に応じて予め設定された冷却媒体流量となるようにポンプを制御すると共に、上記圧力検出手段にて検出された冷却媒体圧力が所定許容圧力以下になるように上記フィルタ供給流量調整手段を制御してフィルタ通過流路の流量を制御し、
上記電気伝導率検出手段にて検出された電気伝導率が所定許容値より大きい場合、上記圧力検出手段にて検出される冷却媒体圧力が所定許容圧力以下となる範囲内であって電気伝導率が所定許容値以下の場合よりも冷却媒体流量を増加させるように上記ポンプを制御して、上記フィルタ通過流路の流量を増加させる制御手段と
を備えることを特徴とする燃料電池システムの冷却媒体循環制御装置。
【請求項２】
上記制御手段は、冷却媒体の電気伝導率が所定許容値以下であり、かつ、上記圧力検出手段にて検出される冷却媒体圧力が所定許容圧力以下の場合は、上記ポンプから吐出される冷却媒体の全流量を上記イオン除去フィルタを通過させるように上記フィルタ供給流量調整手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムの冷却媒体循環制御装置。
【請求項３】
上記制御手段は、冷却媒体の電気伝導率が所定許容値より大きい場合、上記燃料電池スタックの発電量に拘わらず、上記イオン除去フィルタの上流圧力を所定許容圧力となるように上記フィルタ通過流路の流量を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システムの冷却媒体循環制御装置。
【請求項４】
上記フィルタ通過流路及び上記フィルタバイパス流路を通過して合流した冷却媒体を、上記燃料電池スタックに供給するスタック供給流路の流量及び上記燃料電池スタックをバイパスするスタックバイパス流路の流量を調整するスタック供給流量調整手段を更に備え、
上記制御手段は、上記スタック供給流路の開度及び上記スタックバイパス流路の開度を調整するように上記スタック供給流量調整手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムの冷却媒体循環制御装置。
【請求項５】
上記燃料電池スタックの温度を検出するスタック温度検出手段を更に備え、
上記制御手段は、上記電気伝導率検出手段にて検出された電気伝導率が所定許容値より大きい場合に、上記燃料電池スタックの温度が低いほど上記スタックバイパス流路の流量を多くするように上記スタック供給流量調整手段を制御することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システムの冷却媒体循環制御装置。
【請求項６】
上記制御手段は、上記電気伝導率検出手段にて検出した電気伝導率が所定許容値より大きい場合に、上記ポンプを制御して上記フィルタ通過流路の流量を増加させた分に相当する流量を上記スタックバイパス流路に流すように上記スタック供給流量調整手段を制御することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システムの冷却媒体循環制御装置。
【請求項７】
電解質膜を挟んで燃料極と酸化剤極が対設され、内部の冷却媒体流路に冷却媒体が循環される燃料電池スタックと、該燃料電池スタックに冷却媒体を循環させるポンプと、該ポンプから吐出した冷却媒体中のイオンを除去するイオン除去フィルタとを有する燃料電池システムの冷却媒体循環制御装置において、
冷却媒体の電気伝導率を検出する電気伝導率検出手段と、
上記ポンプからの冷却媒体を上記イオン除去フィルタに通過させるフィルタ通過流路の流量、及び上記ポンプからの冷却媒体を上記イオン除去フィルタをバイパスさせるフィルタバイパス流路の流量を調整して、上記フィルタ通過流路及び上記フィルタバイパス流路を介して上記燃料電池スタック側に冷却媒体を供給するフィルタ供給流量調整手段と、
上記フィルタ通過流路及び上記フィルタバイパス流路を通過して合流した冷却媒体を、上記燃料電池スタックに供給するスタック供給流路の流量及び上記燃料電池スタックをバイパスするスタックバイパス流路の流量を調整するスタック供給流量調整手段と、
上記電気伝導率検出手段にて検出した電気伝導率が所定許容値より大きい場合は、上記電気伝導率が許容値以下の場合よりも上記ポンプの流量を増大させて上記フィルタ通過流路の流量を増加させるように上記フィルタ供給流量調整手段を制御すると共に、上記スタックバイパス流路の流量を増加させるように上記スタック供給流量調整手段を制御することを特徴とする燃料電池スタックの冷却媒体循環制御装置。
【請求項８】
上記燃料電池スタックの温度を検出するスタック温度検出手段を更に備え、
上記制御手段は、上記スタック温度検出手段にて検出した温度が所定温度以下である場合に、上記スタックバイパス流路の流量を増加させるように上記スタック供給流量調整手段を制御することを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システムの冷却媒体循環制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば燃料電池車両に搭載され、燃料ガス及び酸化剤ガスを供給して発電する燃料電池スタックの温度を調整する燃料電池システムの冷却媒体循環制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、燃料電池スタックの温度調整をするための冷却水は、絶縁抵抗の悪化防止を図り、電気伝導率を低くすることが要求されている。燃料電池スタックを長時間運転した場合に冷却水の電気伝導率を抑制するためには、イオン除去フィルタ等のイオン除去装置が必要となる。
【０００３】
例えば、特開２００１−３５５１９号公報に開示された燃料電池の冷却水循環装置は、自動車等の移動体に搭載することを前提として、脱着自在なカートリッジ式イオン交換器を設けている。この冷却水循環装置では、イオン式交換器に充填されているイオン除去フィルタの交換頻度を低くするために、イオン除去フィルタに通過する冷却水量を抑制しており、冷却水の一部をイオン式交換器からバイパスする構成となっている。
【０００４】
このような冷却水循環装置では、イオン除去フィルタに冷却水を供給するラインの冷却水流量とバイパスラインの冷却水流量との比を厳密に制御する必要はなく、各ラインに圧力損失差を利用して流す方法、又は各ラインの分岐部に絞りや流量調整弁を設けて、より精度よく流量比を調整していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の従来の冷却水循環装置では、特に自動車等の移動体に燃料電池スタックを搭載する場合、燃料電池スタックをアイドルストップ状態から最高出力状態まで制御するために出力レンジが広く、ポンプの無駄運転を無くして電力燃費の向上を図る必要がある。このため、燃料電池スタックの出力に応じた冷却水の流量制御が必要となる。
【０００６】
しかしながら、燃料電池スタックの負荷が高い場合に冷却水流量を多くすると、イオン除去フィルタに多量の冷却水が流れて圧損が大きくなり、ポンプの高容量化が必要となる。このようにポンプを高容量化すると、消費電力効率の低下、サイズの巨大化等の問題が生じる。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、イオン除去フィルタに通過させる冷却媒体流量とバイパスする冷却媒体流量とを調整して消費電力効率を向上させると共に短時間で冷却媒体のイオン除去をすることができる燃料電池システムの冷却媒体循環制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電解質膜を挟んで燃料極と酸化剤極が対設され、内部の冷却媒体流路に冷却媒体が循環される燃料電池スタックと、該燃料電池スタックに冷却媒体を循環させるポンプと、該ポンプから吐出した冷却媒体中のイオンを除去するイオン除去フィルタとを有する燃料電池システムにおいて、燃料電池スタックに冷却水を循環させるに際して以下のような処理をする。
【０００９】
本発明における制御手段は、電気伝導率検出手段にて検出された冷却媒体の電気伝導率が所定許容値以下の場合、燃料電池スタックの発電量に応じて予め設定された冷却媒体流量となるようにポンプを制御すると共に、圧力検出手段にて検出されたイオン除去フィルタ上流の冷却媒体圧力が所定許容圧力以下になるようにフィルタ供給流量調整手段を制御してフィルタ通過流量を制御する。
【００１０】
そして、制御手段は、電気伝導率検出手段にて検出された電気伝導率が所定許容値より大きい場合は、圧力検出手段にて検出される冷却媒体圧力が所定許容圧力以下となる範囲内であって電気伝導率が許容値以下の場合よりも冷却媒体流量を増加させるようにポンプを制御して、フィルタ通過流路の流量を増加させて、電気伝導率の低下を促すことで、上述の課題を解決する。
【００１１】
【発明の効果】
本発明によれば、冷却媒体の電気伝導率が所定許容値以下の場合は、イオン除去フィルタに必要以上の冷却媒体を流さないため、イオン除去フィルタの機能低下の抑制を実現すると共に、ポンプの低消費電力化による燃費向上を実現することができる。
【００１２】
また、本発明によれば、冷却水の電気伝導率が所定許容値より大きい場合は、イオン除去フィルタの上流圧力が許容値以下となる範囲内でイオン除去フィルタへの冷却媒体流量を増加させるので、ポンプの大型化を伴わず、冷却水からイオン除去が短時間で行うことが可能となり、燃料電池スタックの絶縁抵抗低下による漏電を防止できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
本発明は、例えば図１に示すように構成された冷却水循環装置に適用される。
【００１５】
［第１実施形態］
［冷却水循環装置の構成］
この冷却水循環装置は、固体高分子電解質膜を挟んで酸化剤極と燃料極を対設した燃料電池セル構造体をセパレータで挟持し、複数これを積層した燃料電池スタック１に冷却水（冷却媒体）を循環するのに使用される。この燃料電池スタック１は、内部に燃料ガス流路、酸化剤ガス流路、冷却水流路が設けられ、燃料ガスとして水素、酸化剤ガスとして空気が供給されることで化学反応して発電し、電気エネルギーが外部から取り出される。なお、図１では、燃料系、空気系、加湿系を省略している。
【００１６】
この冷却水循環装置では、冷却水供給流路Ｌ１、冷却水排出流路Ｌ２、ポンプ２、第１三方弁３、イオン除去フィルタ４、第２三方弁５、冷却水供給流路Ｌ１により燃料電池スタック１内に冷却水を循環させるように構成されている。この冷却水循環装置では、コントロールユニット１０によりポンプ２を駆動することで、ポンプ２により燃料電池スタック１に冷却水を吐出して圧送させ、燃料電池スタック１内の冷却水流路に冷却水を供給する。
【００１７】
このとき、コントロールユニット１０では、冷却水供給流路Ｌ１に設けられた電気伝導率センサ６、冷却水排出流路Ｌ２に設けられた温度センサ７及びフィルタ通過流路Ｌ３に設けられた圧力センサ８からのセンサ信号を読み込む。これにより、コントロールユニット１０では、燃料電池スタック１に供給する冷却水の電気伝導率を認識し、燃料電池スタック１から排出された冷却水温度から燃料電池スタック１の温度を認識し、更にフィルタ通過流路Ｌ３での冷却水圧力Ｐからイオン除去フィルタ４での圧損を認識する。
【００１８】
イオン除去フィルタ４は、ポンプ２の下流側に設けられ、第１三方弁３を介してフィルタ通過流路Ｌ３から供給された冷却水中のイオンを除去する。このイオン除去フィルタ４は、イオン交換樹脂を封入してなり、このイオン交換樹脂材により冷却水中に溶け込んだイオン種を有効に中和する。これにより、冷却水循環装置では、燃料電池スタック１を長時間運転した場合に、冷却水配管等によりイオンが冷却水中にとけ込んで冷却水の電気伝導率が高くなり、この冷却水が高電圧を発生する燃料電池スタック１に流れて絶縁抵抗低下による漏電の発生を防止する。
【００１９】
第１三方弁３は、ポンプ２からの冷却水を、フィルタ通過流路Ｌ３及びフィルタバイパス流路Ｌ４に供給する。この第１三方弁３は、図示しないアクチュエータと接続され、コントロールユニット１０からの制御信号に従って、フィルタ通過流路Ｌ３に冷却水を供給する開度及びフィルタバイパス流路Ｌ４に冷却水を供給する開度がそれぞれ制御される。これにより、第１三方弁３は、フィルタ通過流路Ｌ３にフィルタ通過流量Ｑ１にて冷却水を供給すると共に、フィルタバイパス流路Ｌ４にフィルタバイパス流量Ｑ２にて冷却水を供給する。
【００２０】
第１三方弁３によりフィルタ通過流路Ｌ３及びフィルタバイパス流路Ｌ４に供給された冷却水は、第２三方弁５の上流側にて合流して、第２三方弁５に供給される。この第２三方弁５は、フィルタ通過流路Ｌ３及びフィルタバイパス流路Ｌ４からの冷却水を、燃料電池スタック１をバイパスするスタックバイパス流路Ｌ５及び冷却水供給流路Ｌ１に供給する。
【００２１】
この第２三方弁５は、図示しないアクチュエータと接続され、コントロールユニット１０からの制御信号に従って、冷却水供給流路Ｌ１に冷却水を供給する開度及びスタックバイパス流路Ｌ５に冷却水を供給する開度がそれぞれ制御される。これにより、第２三方弁５は、冷却水供給流路Ｌ１にスタック供給流量Ｑにて冷却水を供給すると共に、スタックバイパス流路Ｌ５にスタックバイパス流量Ｑ３にて冷却水を供給する。
【００２２】
［冷却水循環装置の循環制御処理］
つぎに、上述した冷却水循環装置におけるコントロールユニット１０による循環制御処理の処理手順について図２のフローチャートを参照して説明する。
【００２３】
先ず、ステップＳ１において、コントロールユニット１０は、図示しない燃料電池スタック１のスタック電流値を計測する電流センサからセンサ信号を読み込んで、燃料電池スタック１のスタック電流値を確認して、ステップＳ２に処理を進める。
【００２４】
ステップＳ２においては、コントロールユニット１０により、ステップＳ１にて検出したスタック電流値に応じたポンプ２の回転数を記述したマップデータを参照してポンプ２の回転数を設定して、ステップＳ３に処理を進める。このとき、コントロールユニット１０では、スタック供給流量Ｑがスタック電流値に比例して増加させる必要があり、スタック供給流量Ｑがポンプ２の回転数に比例するので、出力電流値に比例したポンプ２の回転数とする。
【００２５】
ステップＳ３においては、コントロールユニット１０により、電気伝導率センサ６からセンサ信号を読み込み、燃料電池スタック１に供給している冷却水の電気伝導率Ｃが予め設定した許容値以上か否かを判定する。この許容値は、燃料電池スタック１に冷却水を供給した場合に、燃料電池スタック１内部で漏電が発生しない電気伝導率の最大値が設定されている。
【００２６】
電気伝導率Ｃが許容値より小さい場合には、ステップＳ４に処理を進め、コントロールユニット１０により、圧力センサ８からセンサ信号を読み込み、フィルタ通過流路Ｌ３を介してイオン除去フィルタ４に供給している冷却水圧力Ｐが許容圧力よりも小さいか否かを判定する。この許容圧力は、イオン除去フィルタ４の圧損によりポンプ２の性能以上の流量が要求されるような値が予め設定されている。冷却水圧力Ｐが許容圧力よりも小さい場合には、ステップＳ５に処理を進め、冷却水圧力Ｐが許容圧力よりも大きい場合にはステップＳ６に処理を進める。
【００２７】
ステップＳ５においては、コントロールユニット１０により、第１三方弁３のフィルタバイパス流路Ｌ４側を閉状態にするように制御し、フィルタバイパス流量Ｑ２を「０」にしてステップＳ４に処理を戻す。このとき、コントロールユニット１０は、スタックバイパス流路Ｌ５側を閉状態にし、冷却水供給流路Ｌ１側を開状態にするように第２三方弁５を制御することで、フィルタ通過流量Ｑ１とスタック供給流量Ｑとを等しくする。なお、コントロールユニット１０では、燃料電池スタック１の出力電流値に応じてスタック供給流量Ｑを変化させるようにポンプ２の回転数を制御している。
【００２８】
このようにすることで、ステップＳ３にて電気伝導率Ｃが許容値よりも小さく冷却水中のイオン除去の必要性は無いが、電気伝導率Ｃの増加を抑制するために必要最低限の冷却水をイオン除去フィルタ４に流入させる。これにより、燃料電池スタック１に供給する全冷却水をイオン除去フィルタ４に通過させることができ、最大限に電気伝導率Ｃの増加を抑制する。
【００２９】
そして、スタック電流値が大きくなるに従ってスタック供給流量Ｑを増加させることで、イオン除去フィルタ４上流の冷却水圧力Ｐがイオン除去フィルタ４の圧損により上昇すると、冷却水圧力Ｐが許容圧力よりも高くなる。このとき、コントロールユニット１０では、冷却水圧力Ｐからのセンサ信号から冷却水圧力Ｐが許容圧力よりも大きくなったことを認識し、処理をステップＳ６に進める。
【００３０】
ステップＳ６においては、コントロールユニット１０により、冷却水圧力Ｐが許容圧力と等しいか否かの判定をし、冷却水圧力Ｐが許容圧力と同じでない場合にはステップＳ７にてフィルタバイパス流路Ｌ４側の開度を増加させるように第１三方弁３を制御する。すなわち、コントロールユニット１０は、冷却水圧力Ｐと許容圧力とが等しくなるまでフィルタバイパス流路Ｌ４側の開度を増加させていく。そして、ステップＳ４にて冷却水圧力Ｐが許容圧力よりも大きい状態から、フィルタバイパス流路Ｌ４に冷却水を流すことでフィルタ通過流路Ｌ３での冷却水圧力Ｐが低下し、冷却水圧力Ｐと許容圧力とが同一値となったと判定した場合にはステップＳ８に処理を進める。
【００３１】
ステップＳ８においては、コントロールユニット１０により、温度センサ７からセンサ信号を読み込み、冷却水温度Ｔが下限温度よりも低いか否かを判定する。冷却水温度Ｔが下限温度よりも低くない場合には処理を終了し、冷却水温度Ｔが下限温度よりも低い場合にはステップＳ９にてスタックバイパス流路Ｌ５側の開度を増加させるように第２三方弁５を制御する。
【００３２】
このような処理では、図３に示すように、電気伝導率Ｃが所定の許容値より小さい場合、イオン除去フィルタ４の許容上流圧力になるスタック電流値（燃料電池発電量）をＤとすると（図３（ａ））、このスタック電流値Ｄよりもスタック電流値が小さい範囲（区間Ｃ）では、スタック電流値に応じたスタック供給流量Ｑの全量をイオン除去フィルタ４に流入させる（図３（ｂ）、図３（ｃ））。これにより、電気伝導率Ｃが上昇することを抑制する。このとき、スタックバイパス流路Ｌ５には冷却水を流さないようにスタックバイパス流量Ｑ３を制御する。
【００３３】
また、電気伝導率Ｃが所定の許容値より小さく、スタック電流値Ｄよりもスタック電流値が大きい場合、イオン除去フィルタ４へのフィルタ通過流量Ｑ１を、イオン除去フィルタ４上流での冷却水圧力Ｐと許容圧力とが等しくなるフィルタ通過流量Ｑ１’となるように第１三方弁４を制御すると共に（図３（ｄ））、フィルタバイパス流量Ｑ２を増加させ（図３（ｃ））、スタック供給流量Ｑをフィルタ通過流量Ｑ１’とフィルタバイパス流量Ｑ２とを加算した流量とする（図３（ｂ））。これにより、燃料電池スタック１の温度上昇を抑制する。このとき、スタックバイパス流路Ｌ５には冷却水を流さないように第２三方弁５を制御する。
【００３４】
このような冷却水循環装置では、ポンプ２の揚程が小さいと冷却水の更なる圧送が困難となる場合であっても、冷却水圧力Ｐに基づいて更なる燃料電池スタック１の冷却が必要なときにフィルタバイパス流量Ｑ２を増加させるようにしたので、冷却水の電気伝導率Ｃの向上を抑制を最大限に保ちつつ、燃料電池スタック１の冷却も行うことが可能となる。
【００３５】
一方、ステップＳ３にて電気伝導率Ｃが所定の許容値よりも大きいと判定した場合のステップＳ１０においては、コントロールユニット１０により、冷却水圧力Ｐが許容圧力よりも小さいか否かの判定をする。冷却水圧力Ｐが所定圧力よりも小さい場合、ステップＳ１１に処理を進め、冷却水中のイオン除去の短時間化を図り、できるだけ多くの冷却水量をイオン除去フィルタ４に流入させる必要があるために、フィルタバイパス流路Ｌ４側の開度を「０」にするように第１三方弁３を制御し、ステップＳ８以降の処理をする。一方、ステップＳ１０にて冷却水圧力Ｐが許容圧力よりも小さくないと判定した場合にはステップＳ６以降の処理をして、冷却水圧力Ｐと許容圧力を同じ値にする。
【００３６】
このような処理では、ステップＳ１１にてフィルタバイパス流路Ｌ４側の開度を「０」にすることで、フィルタ通過流量Ｑ１を上記流量Ｑ１’にする。そして、ステップＳ８にて冷却水温度Ｔが下限温度よりも低くないと判定した場合には処理を終了する。このような処理を行うことにより、図４に示すように、スタック電流値Ｄより小さい範囲（区間Ｃ）では、スタック電流に依存せずにフィルタ通過流量Ｑ１を流量Ｑ１’となるようにポンプ２の流量を増し（図４（ｂ））、スタック電流値Ｄ以上では、燃料電池スタック１の発電量に応じてフィルタバイパス流量Ｑ２を増加させる（図４（ｃ））。これにより、電気伝導率Ｃの改善を短時間で効果的に達成すると共に、燃料電池スタック１の温度上昇を防止することが可能となる。
【００３７】
これに対し、燃料電池スタック１の発電量がスタック電流値Ｄ以下の場合は、燃料電池スタック１の発電量に対する所定の冷却水量（図４（ｂ）中破線）よりも多いフィルタ通過流量Ｑ１’の冷却水を供給しているため、流量Ｑ１’を燃料電池スタック１に流入させると、燃料電池スタック１の温度が低下し、十分な出力を安定して取り出すことが困難となる場合もある。特に、暖機前の燃料電池スタック１の温度が低い場合は、燃料電池スタック１を暖機するのにある程度の時間を要するため、燃料電池スタック１から安定してスタック電流を取り出すことができない。
【００３８】
そこで、燃料電池スタック１の冷却水出口の冷却水温度Ｔが、下限温度以下の場合は（ステップＳ８）、図５に示すように、燃料電池スタック１をバイパスさせるスタックバイパス流路Ｌ５側の開度を増加させるように第２三方弁５を制御し、燃料電池スタック１に供給する冷却水のうちスタックバイパス流量Ｑ３だけ燃料電池スタック１をバイパスさせる制御をする（図５（ｅ））。これにより、イオン除去効果を維持しつつ、燃料電池スタック１の冷え過ぎ、燃料電池スタック１の暖機時間の短縮を達成することができる。この場合も、イオン除去フィルタ４の上流圧を許容値になるように、第１三方弁４を制御する（図５（ａ））。
【００３９】
なお、この第２三方弁４を制御することよる燃料電池スタック１の冷却水バイパスは、冷却水の電気伝導率Ｃが許容値以下の場合でも、気温が低い場合等、燃料電池スタック１の出口の冷却水温度Ｔが所定値よりも低い場合は、同様に行っても良い。
【００４０】
［第１実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、第１実施形態に係る冷却水循環装置によれば、冷却水の電気伝導率Ｃが所定許容値以下の場合、フィルタバイパス流路Ｌ４に冷却水を流してイオン除去フィルタ４に必要以上の冷却水を流さないため、イオン除去フィルタ４の機能低下の抑制と、ポンプ２の低消費電力化による燃費向上ができ、また、冷却水の電気伝導率Ｃが所定許容値より大きい場合は、イオン除去フィルタ４の上流圧力が許容値以下となる範囲内で、フィルタ通過流量Ｑ１を流量Ｑ１’に増加させるため、ポンプ２の大型化を伴わず、冷却水からイオン除去が短時間で行うことが可能となり、絶縁抵抗低下による漏電を防止できる。
【００４１】
また、この冷却水循環装置によれば、冷却水の電気伝導率Ｃが所定許容値以下で、かつ、イオン除去フィルタ４の上流部圧力が所定許容圧力以下の場合は、ステップＳ１１にてフィルタバイパス流路Ｌ４側を閉状態にするので、ポンプ２から吐出する冷却水の全量をイオン除去フィルタ４に流すことができ、冷却水の電気伝導率Ｃの向上を確実に抑制することができる。
【００４２】
更に、この冷却水循環装置によれば、冷却水の電気伝導率Ｃが所定許容値より大きい場合は、スタック発電量に関わらず、イオン除去フィルタ４上流の冷却水圧力Ｐを所定許容値となるようにフィルタ通過流量Ｑ１を制御するため、常にイオン除去フィルタ４に運転可能な範囲で最大の冷却水量を流入することができ、電気伝導率Ｃの低下を短期間で行うことができる。
【００４３】
更にまた、この冷却水循環装置によれば、特に燃料電池スタック１の出力が低い場合は、燃料電池スタック１の出力に対する冷却水量を多くするため、燃料電池スタック１の出口水温が所定温度以上になるまでは、燃料電池スタック１への流入冷却水量をバイパスするように第２三方弁５を制御するので、特に外気温が低い場合等、燃料電池スタック１が暖機前の場合には、冷却水のイオン除去を短時間で行うと共に、燃料電池スタック１の暖機時間も短縮でき、早期に燃料電池スタック１の安定した性能が取り出しが可能となる。
【００４４】
なお、本実施例では冷却水圧力Ｐを検出するのに圧力センサを用いたが、流量センサ等から間接的に圧力を求める構成としても良い。
【００４５】
［第２実施形態］
つぎに、第２実施形態に係る冷却水循環装置について説明する。なお、上述の第１実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【００４６】
第２実施形態に係る冷却水循環装置は、図６に示すように、イオン除去フィルタ４の上流側に設けた圧力センサが無い点で、第１実施形態に係る冷却水循環装置と異なる。このような冷却水循環装置では、ポンプ２の回転数、及び、第１三方弁３及び第２三方弁５の開閉状態に基づいて、イオン除去フィルタ４の上流の冷却水圧力を求める。
【００４７】
このような第２実施形態における循環制御処理について図７のフローチャートを参照して説明する。なお、上述した第１実施形態と同様の処理については同一のステップ番号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【００４８】
この循環制御処理では、ステップＳ３にて電気伝導率Ｃが所定の許容値以下か否かをコントロールユニット１０により判定し、電気伝導率Ｃが許容値以下である場合にはステップＳ２１に処理を進め、電気伝導率Ｃが許容値以下でない場合にはステップＳ２２に処理を進める。
【００４９】
ステップＳ２１及びステップＳ２２においては、コントロールユニット１０により、スタック電流が所定電流値Ｉ１より小さいか否かの判定をする。ステップＳ２１及びステップＳ２２において、コントロールユニット１０により、スタック電流が所定電流値Ｉ１よりも小さくないと判定した場合にはステップＳ２３に処理を進める。
【００５０】
ステップＳ２３においては、コントロールユニット１０により、フィルタバイパス流路Ｌ４側を閉状態にするように第１三方弁３を制御すると共に、スタックバイパス流路Ｌ５側を閉状態にするように第２三方弁５を制御して処理を終了する。すなわち、スタック電流が所定電流値Ｉ１よりも小さくないときには、電気伝導率Ｃに拘わらず、燃料電池スタック１に供給する全ての冷却水をイオン除去フィルタ４を通過させて、電気伝導率Ｃの向上を抑制する。
【００５１】
一方、ステップＳ２１にてスタック電流値が所定電流値Ｉ１より小さいと判定した場合にはステップＳ２４に処理を進め、フィルタバイパス流路Ｌ４側を閉状態にするように第１三方弁３を制御して処理を終了する。
【００５２】
このとき、スタック供給流量Ｑ、フィルタ通過流量Ｑ１、フィルタバイパス流量Ｑ２、スタックバイパス流量Ｑ３は、図８に示すように、電気伝導率Ｃが許容値以下であってスタック電流が所定電流値Ｉ１よりも小さい場合には、フィルタバイパス流量Ｑ２及びスタックバイパス流量Ｑ３が「０」となり、スタック供給流量Ｑとフィルタ通過流量Ｑ１とが同流量となっている。そして、スタック電流が所定電流値Ｉ１よりも大きくなると、ステップＳ２３にてフィルタバイパス流路Ｌ４側を開状態にすることで、フィルタバイパス流量Ｑ２を増加させる。これにより、電気伝導率Ｃの向上を抑制しつつ、燃料電池スタック１を適正温度に冷却する。
【００５３】
また、ステップＳ２２にてスタック電流が所定電流値Ｉ１よりも小さいと判定した場合には、ステップＳ２５に処理を進め、ポンプ２の回転数を増加させると共に、フィルタバイパス流路Ｌ４側を閉状態にするように第１三方弁３を制御する。ここで、イオン除去フィルタ４の上流圧力は、ポンプ２の回転数と第１三方弁３及び第２三方弁５の状態とからほぼ一義的に決まることから、電気伝導率Ｃが増加した時にはイオン除去フィルタ４上流の圧力が許容圧力を超えないような程度で増量するように予め増加量を決めておく。
【００５４】
次のステップＳ２６においては、コントロールユニット１０により、ポンプ２の流量を増加させたことによる燃料電池スタック１の温度低下を防止するために、冷却水温度Ｔが下限温度より低いか否かを判定する。冷却水温度Ｔが下限温度よりも低くない場合には、ステップＳ２７においてスタックバイパス流路Ｌ５側を閉状態のままにするように第２三方弁５を制御する。
【００５５】
このとき、スタック供給流量Ｑ、フィルタ通過流量Ｑ１、フィルタバイパス流量Ｑ２、スタックバイパス流量Ｑ３は、図９に示すように、電気伝導率Ｃが許容値より大きく冷却水温度Ｔが下限温度より大きい場合には、スタック電流が所定電流値Ｉ１よりも小さいとき、フィルタバイパス流量Ｑ２及びスタックバイパス流量Ｑ３が「０」となり、スタック供給流量Ｑとフィルタ通過流量Ｑ１とが同流量となっている。ここで、図８のスタック電流が所定電流値Ｉ１以下の場合と比較してフィルタ通過流量Ｑ１を多くすることで、短時間にて電気伝導率Ｃを低下させる。そして、スタック電流が所定電流値Ｉ１よりも大きくなると、ステップＳ２３にてフィルタバイパス流路Ｌ４側を開状態にしてスタック供給流量Ｑを多くする。
【００５６】
一方、冷却水温度Ｔが下限温度よりも低い場合には、ステップＳ２８に処理を進め、スタックバイパス流路Ｌ５側を開状態にするように第２三方弁５を制御する。ここで、スタックバイパス流量Ｑ３をステップＳ２５にてポンプ２により増加させた流量分とすることで、燃料電池スタック１の冷却性能に全く影響を与えることなく、フィルタ通過流量Ｑ１を増やして電気伝導率Ｃを速やかに低下させることができる。
【００５７】
このとき、スタック供給流量Ｑ、フィルタ通過流量Ｑ１、フィルタバイパス流量Ｑ２、スタックバイパス流量Ｑ３は、図１０に示すように、スタック電流が所定電流値Ｉ１より小さい場合、冷却水温度Ｔが下限値以下となっているので、スタックバイパス流路Ｌ５側を開状態にする。これにより、フィルタ通過流量Ｑ１からスタックバイパス流量Ｑ３だけ減算した流量のスタック供給流量Ｑを燃料電池スタック１に供給する状態にする。一方、スタック電流が所定電流値Ｉ１よりも大きい場合には、フィルタバイパス流路Ｌ４側を開状態にし、スタック供給流量Ｑを大きくする。
【００５８】
なお、更に簡略化して、温度センサ７も省き、電気伝導率Ｃが許容値以上の場合に、ポンプ２の流量を増加する場合には常にスタックバイパス流路Ｌ５を通すようにしても良い。この場合では、制御精度は劣るものの、よりいっそう低コストなシステム構成で、圧損の防止と電気伝導率Ｃを低下させることができる。
【００５９】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した第１実施形態に係る冷却水循環装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用した第１実施形態における循環制御処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明を適用した第１実施形態において、電気伝導率が許容値よりも小さい場合のスタック電流に応じた動作を説明するための図であり、（ａ）は冷却水圧力、（ｂ）はスタック供給流量、（ｃ）はフィルタバイパス流量、（ｄ）はフィルタ通過流量、（ｅ）はスタックバイパス流量である。
【図４】本発明を適用した第１実施形態において、電気伝導率が許容値よりも高く冷却水温度が下限値よりも高い場合のスタック電流に応じた動作を説明するための図であり、（ａ）は冷却水圧力、（ｂ）はスタック供給流量、（ｃ）はフィルタバイパス流量、（ｄ）はフィルタ通過流量、（ｅ）はスタックバイパス流量である。
【図５】本発明を適用した第１実施形態において、電気伝導率が許容値よりも高く冷却水温度が下限値よりも低い場合のスタック電流に応じた動作を説明するための図であり、（ａ）は冷却水圧力、（ｂ）はスタック供給流量、（ｃ）はフィルタバイパス流量、（ｄ）はフィルタ通過流量、（ｅ）はスタックバイパス流量である。
【図６】本発明を適用した第２実施形態に係る冷却水循環装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明を適用した第２実施形態における循環制御処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図８】第２実施形態における冷却水循環装置において、電気伝導率が許容値よりも小さい場合のスタック電流に応じたスタック供給流量、フィルタ通過流量、フィルタバイパス流量、スタックバイパス流量の変化について説明する図である。
【図９】第２実施形態における冷却水循環装置において、電気伝導率が許容値よりも大きく冷却水温度が下限温度より高い場合のスタック電流に応じたスタック供給流量、フィルタ通過流量、フィルタバイパス流量、スタックバイパス流量の変化について説明する図である。
【図１０】第２実施形態における冷却水循環装置において、電気伝導率が許容値よりも大きく冷却水温度が下限温度より低い場合のスタック電流に応じたスタック供給流量、フィルタ通過流量、フィルタバイパス流量、スタックバイパス流量の変化について説明する図である。
【符号の説明】
１　燃料電池スタック
２　ポンプ
３　第１三方弁
４　イオン除去フィルタ
５　第２三方弁
６　電気伝導率センサ
７　温度センサ
８　圧力センサ
１０　コントロールユニット
Ｌ１　冷却水供給流路
Ｌ２　冷却水排出流路
Ｌ３　フィルタ通過流路
Ｌ４　フィルタバイパス流路
Ｌ５　スタックバイパス流路
Ｑ　スタック供給流量
Ｑ１　フィルタ通過流量
Ｑ２　フィルタバイパス流量
Ｑ３　スタックバイパス流量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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