(57)【要約】【課題】燃料電池スタックでの発電開始時に導電率の高い冷却水が燃料電池スタックに流入するのを抑制する。【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池スタック１０、ラジエータ５１、冷却水供給通路５３ｆ、冷却水排出通路５３ｄ、スタック側バイパス冷却水通路５３ｂｓ、ラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒ、イオン除去器５５、スタック側冷却水ポンプ５６ｓ、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒ、供給側切換弁５７ｆ、及び排出側切換弁５７ｄを備える。燃料電池スタックでの発電開始時に冷却水の導電率があらかじめ定められた設定導電率よりも高いときに、供給側連通路及び排出側連通路を遮断しつつスタック側冷却水ポンプ及びラジエータ側冷却水ポンプをそれぞれ駆動し、それにより冷却水がスタック側循環路内及びラジエータ側循環路内をそれぞれ独立して循環するようにする。【選択図】図３
2016225061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生するように構成された燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタック用の冷却水の温度を低下させるように構成されたラジエータと、
前記ラジエータ内のラジエータ内冷却水通路の出口と前記燃料電池スタック内のスタック内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水供給通路、及び、前記スタック内冷却水通路の出口と前記ラジエータ内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水排出通路であって、前記冷却水供給通路は、前記ラジエータに相対的に近いラジエータ側供給側分岐点と、前記燃料電池スタックに相対的に近いスタック側供給側分岐点と、前記ラジエータ内冷却水通路の出口から前記ラジエータ側供給側分岐点までのラジエータ流出通路と、前記ラジエータ側供給側分岐点から前記スタック側供給側分岐点までの供給側連通路と、前記スタック側供給側分岐点から前記スタック内冷却水通路の入口までのスタック流入通路と、を備え、前記冷却水排出通路は、前記燃料電池スタックに相対的に近いスタック側排出側分岐点と、前記ラジエータに相対的に近いラジエータ側排出側分岐点と、前記スタック内冷却水通路の出口から前記スタック側排出側分岐点までのスタック流出通路と、前記スタック側排出側分岐点から前記ラジエータ側排出側分岐点までの排出側連通路と、前記ラジエータ側排出側分岐点から前記ラジエータ内冷却水通路の入口までのラジエータ流入通路と、を備え、前記スタック流入通路、前記スタック内冷却水通路、及び前記スタック流出通路によりスタック側冷却水通路が構成され、前記ラジエータ流入通路、前記ラジエータ内冷却水通路、及び前記ラジエータ流出通路によりラジエータ側冷却水通路が構成される、冷却水供給通路及び冷却水排出通路と、
前記スタック側供給側分岐点と前記スタック側排出側分岐点とを互いに連結するスタック側バイパス冷却水通路であって、前記スタック側冷却水通路及び前記スタック側バイパス冷却水通路によりスタック側循環路が構成される、スタック側バイパス冷却水通路と、
前記ラジエータ側供給側分岐点と前記ラジエータ側排出側分岐点とを互いに連結するラジエータ側バイパス冷却水通路であって、冷却水中のイオンを除去するように構成されたイオン除去器を備え、前記ラジエータ側冷却水通路及び前記ラジエータ側バイパス冷却水通路によりラジエータ側循環路が構成される、ラジエータ側バイパス冷却水通路と、
出口が前記スタック内冷却水通路の入口を向くように前記スタック側循環路内に配置されたスタック側冷却水ポンプ、及び、出口が前記ラジエータ内冷却水通路の入口を向くように前記ラジエータ側循環路内に配置されたラジエータ側冷却水ポンプであって、前記スタック側冷却水ポンプは前記スタック流入通路内もしくは前記スタック流出通路内に配置されると共に前記ラジエータ側冷却水ポンプは前記ラジエータ側循環路内に配置され、又は、前記スタック側冷却水ポンプは前記スタック側循環路内に配置されると共に前記ラジエータ側冷却水ポンプは前記ラジエータ流入通路内もしくは前記ラジエータ流出通路内に配置される、スタック側冷却水ポンプ及びラジエータ側冷却水ポンプと、
前記供給側連通路及び前記排出側連通路の遮断及び開放を切り換え可能な切換器と、
冷却水の導電率を検出するように構成された導電率センサと、
前記燃料電池スタックでの発電開始時に冷却水の導電率があらかじめ定められた設定導電率よりも高いときに、前記切換器により前記供給側連通路及び前記排出側連通路を遮断しつつ前記スタック側冷却水ポンプ及び前記ラジエータ側冷却水ポンプをそれぞれ駆動し、それにより冷却水が前記スタック側循環路内及び前記ラジエータ側循環路内をそれぞれ独立して循環するように構成されている、制御器と、
を備えた燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素ガスと空気との電気化学反応により電力を発生するように構成された燃料電池スタックと、燃料電池スタック用の冷却水の温度を低下させるように構成されたラジエータと、ラジエータ内のラジエータ内冷却水通路の出口と燃料電池スタック内のスタック内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水供給通路であって、供給側分岐点と、ラジエータ内冷却水通路の出口から供給側分岐点までのラジエータ流出通路と、供給側分岐点からスタック内冷却水通路の入口までのスタック流入通路と、を備える冷却水供給通路と、スタック内冷却水通路の出口とラジエータ内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水排出通路であって、排出側分岐点と、スタック内冷却水通路の出口から排出側分岐点までのスタック流出通路と、排出側分岐点からラジエータ内冷却水通路の入口までのラジエータ流入通路と、を備える冷却水排出通路と、供給側分岐点と排出側分岐点とを互いに連結するバイパス冷却水通路であって、冷却水中のイオンを除去するように構成されたイオン除去器を備えるバイパス冷却水通路と、入口がラジエータを向くようにラジエータ流出通路内に配置された冷却水ポンプと、バイパス冷却水通路内を流通する冷却水の量を制御するバイパス冷却水制御弁と、を備え、冷却水ポンプを駆動すると共にバイパス冷却水制御弁を制御し、それにより、ラジエータ流出通路内を流通した冷却水の一部がバイパス冷却水通路内を流通し、残りが燃料電池スタックのスタック内冷却水通路内を流通するようにした、燃料電池システムが公知である（例えば、特許文献１参照）。冷却水中にはラジエータなどからイオンが溶出し、その結果冷却水の導電率が上昇する。ところが、導電率が過度に高い冷却水が燃料電池スタック内に流入すると、燃料電池スタックの電気絶縁性が低下するおそれがある。特許文献１の燃料電池システムでは、冷却水の一部が常にイオン除去器内を流通するので、冷却水の導電率が低下され、それにより燃料電池スタックの電気絶縁性が低下するのが抑制される。なお、特許文献１の燃料電池システムでは、残りの冷却水が常に燃料電池スタック内を流通している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３１１０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料電池スタックの発電停止中に、ラジエータから冷却水中にイオンが徐々に溶出するので、燃料電池スタックの発電停止期間が長くなると、ラジエータ内の冷却水中の導電率が過度に高くなるおそれがある。
【０００５】
ところが、特許文献１の燃料電池システムでは、上述の説明からわかるように、冷却水ポンプが駆動されると、ラジエータから流出した冷却水の一部が必ず燃料電池スタック内に流入する。その結果、燃料電池システムの発電開始時に、導電率が過度に高い冷却水が燃料電池スタック内に流入するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生するように構成された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタック用の冷却水の温度を低下させるように構成されたラジエータと、前記ラジエータ内のラジエータ内冷却水通路の出口と前記燃料電池スタック内のスタック内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水供給通路、及び、前記スタック内冷却水通路の出口と前記ラジエータ内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水排出通路であって、前記冷却水供給通路は、前記ラジエータに相対的に近いラジエータ側供給側分岐点と、前記燃料電池スタックに相対的に近いスタック側供給側分岐点と、前記ラジエータ内冷却水通路の出口から前記ラジエータ側供給側分岐点までのラジエータ流出通路と、前記ラジエータ側供給側分岐点から前記スタック側供給側分岐点までの供給側連通路と、前記スタック側供給側分岐点から前記スタック内冷却水通路の入口までのスタック流入通路と、を備え、前記冷却水排出通路は、前記燃料電池スタックに相対的に近いスタック側排出側分岐点と、前記ラジエータに相対的に近いラジエータ側排出側分岐点と、前記スタック内冷却水通路の出口から前記スタック側排出側分岐点までのスタック流出通路と、前記スタック側排出側分岐点から前記ラジエータ側排出側分岐点までの排出側連通路と、前記ラジエータ側排出側分岐点から前記ラジエータ内冷却水通路の入口までのラジエータ流入通路と、を備え、前記スタック流入通路、前記スタック内冷却水通路、及び前記スタック流出通路によりスタック側冷却水通路が構成され、前記ラジエータ流入通路、前記ラジエータ内冷却水通路、及び前記ラジエータ流出通路によりラジエータ側冷却水通路が構成される、冷却水供給通路及び冷却水排出通路と、前記スタック側供給側分岐点と前記スタック側排出側分岐点とを互いに連結するスタック側バイパス冷却水通路であって、前記スタック側冷却水通路及び前記スタック側バイパス冷却水通路によりスタック側循環路が構成される、スタック側バイパス冷却水通路と、前記ラジエータ側供給側分岐点と前記ラジエータ側排出側分岐点とを互いに連結するラジエータ側バイパス冷却水通路であって、冷却水中のイオンを除去するように構成されたイオン除去器を備え、前記ラジエータ側冷却水通路及び前記ラジエータ側バイパス冷却水通路によりラジエータ側循環路が構成される、ラジエータ側バイパス冷却水通路と、出口が前記スタック内冷却水通路の入口を向くように前記スタック側循環路内に配置されたスタック側冷却水ポンプ、及び、出口が前記ラジエータ内冷却水通路の入口を向くように前記ラジエータ側循環路内に配置されたラジエータ側冷却水ポンプであって、前記スタック側冷却水ポンプは前記スタック流入通路内もしくは前記スタック流出通路内に配置されると共に前記ラジエータ側冷却水ポンプは前記ラジエータ側循環路内に配置され、又は、前記スタック側冷却水ポンプは前記スタック側循環路内に配置されると共に前記ラジエータ側冷却水ポンプは前記ラジエータ流入通路内もしくは前記ラジエータ流出通路内に配置される、スタック側冷却水ポンプ及びラジエータ側冷却水ポンプと、前記供給側連通路及び前記排出側連通路の遮断及び開放を切り換え可能な切換器と、冷却水の導電率を検出するように構成された導電率センサと、前記燃料電池スタックでの発電開始時に冷却水の導電率があらかじめ定められた設定導電率よりも高いときに、前記切換器により前記供給側連通路及び前記排出側連通路を遮断しつつ前記スタック側冷却水ポンプ及び前記ラジエータ側冷却水ポンプをそれぞれ駆動し、それにより冷却水が前記スタック側循環路内及び前記ラジエータ側循環路内をそれぞれ独立して循環するように構成されている、制御器と、を備えた燃料電池システムが提供される。
【発明の効果】
【０００７】
燃料電池スタックでの発電開始時に導電率の高い冷却水が燃料電池スタックに流入するのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】燃料電池システムの全体図である。
【図２】冷却回路の模式図である。
【図３】独立循環モードを説明する冷却回路の模式図である。
【図４】バイパスレスモードを説明する冷却回路の模式図である。
【図５】ラジエータ部分バイパスモードを説明する冷却回路の模式図である。
【図６】ラジエータ全バイパスモードを説明する冷却回路の模式図である。
【図７】開始制御を説明するタイムチャートである。
【図８】開始制御を説明するタイムチャートである。
【図９】冷却水制御を実行するためのフローチャートである。
【図１０】開始制御を実行するためのフローチャートである。
【図１１】切換器の別の実施例を示す冷却回路の模式図である。
【図１２】本発明による別の実施例を示す冷却回路の模式図である。
【図１３】本発明による更に別の実施例を示す冷却回路の模式図である。
【図１４】本発明による更に別の実施例を示す冷却回路の模式図である。
【図１５】図１４に示される実施例における冷却水の流れを説明する冷却回路の模式図である。
【図１６】図１４に示される実施例における冷却水の流れを説明する冷却回路の模式図である。
【図１７】図１４に示される実施例における冷却水の流れを説明する冷却回路の模式図である。
【図１８】図１４に示される実施例における冷却水の流れを説明する冷却回路の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１を参照すると、燃料電池システムＡは燃料電池スタック１０を備える。燃料電池スタック１０は積層方向ＬＳに沿って互いに積層された複数の燃料電池単セル１０ａを備える。各燃料電池単セル１０ａは膜電極接合体２０を含む。膜電極接合体２０は膜状の電解質と、電解質の一側に形成されたアノード極と、電解質の他側に形成されたカソード極とを備える。
【００１０】
燃料電池単セル１０ａのアノード極及びカソード極はそれぞれ直列に電気的に接続され、積層方向ＬＳに関し最も外側のアノード極及びカソード極は燃料電池スタック１０の電極を構成する。燃料電池スタック１０の電極はＤＣ／ＤＣコンバータ１１を介してインバータ１２に電気的に接続され、インバータ１２はモータジェネレータ１３に電気的に接続される。また、燃料電池システムＡは蓄電器１４を備えており、この蓄電器１４はＤＣ／ＤＣコンバータ１５を介して上述のインバータ１２に電気的に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は燃料電池スタック１０からの電圧を高めてインバータ１２に送るためのものであり、インバータ１２はＤＣ／ＤＣコンバータ１１又は蓄電器１４からの直流電流を交流電流に変換するためのものである。ＤＣ／ＤＣコンバータ１５は燃料電池スタック１０又はモータジェネレータ１３から蓄電器１４への電圧を低くし、又は蓄電器１４からモータジェネレータ１３への電圧を高くするためのものである。なお、図１に示される燃料電池システムＡでは蓄電器１４はバッテリから構成される。
【００１１】
また、各燃料電池単セル１０ａ内には、アノード極に燃料ガスとしての水素ガスを供給するための水素ガス流通路３０ａと、カソード極に酸化剤ガスとしての空気を供給する空気流通路４０ａとがそれぞれ形成され、互いに隣接する２つの燃料電池単セル１０ａ同士間には燃料電池単セル１０ａに冷却水を供給するための冷却水流通路５０ａが形成される。複数の燃料電池単セル１０ａの水素ガス流通路３０ａ、空気流通路４０ａ、及び冷却水流通路５０ａをそれぞれ並列に接続することにより、燃料電池スタック１０内に水素ガス通路３０、空気通路４０、及び冷却水通路５０がそれぞれ形成される。図１に示される燃料電池システムＡでは、水素ガス通路３０、空気通路４０、及び冷却水通路５０の入口及び出口はそれぞれ、燃料電池スタック１０の積層方向ＬＳ一端に配置される。
【００１２】
積層方向ＬＳに延びる燃料電池スタック１０の中心軸線をスタック中心軸線と称すると、図１に示される燃料電池システムＡでは、水素ガス流通路３０ａの入口及び空気流通路４０ａの出口がスタック中心軸線の一側に配置され、水素ガス流通路３０ａの出口及び空気流通路４０ａの入口がスタック中心軸線の他側に配置される。したがって、水素ガス流通路３０ａ内を流れる水素ガスの向きと、空気流通路４０ａ内を流れる空気の向きとが互いにほぼ逆向きになっている。すなわち、燃料電池スタック１０は向流式の燃料電池スタックから構成される。図示しない別の実施例では、水素ガス流通路３０ａの入口及び空気流通路４０ａの入口がスタック中心軸線の一側に配置され、水素ガス流通路３０ａの出口及び空気流通路４０ａの出口がスタック中心軸線の他側に配置される。したがって、水素ガス流通路３０ａ内を流れる水素ガスの向きと、空気流通路４０ａ内を流れる空気の向きとが互いにほぼ同じ向きになっている。すなわち、図示しない別の実施例では、燃料電池スタック１０は並流式の燃料電池スタックから構成される。
【００１３】
水素ガス通路３０の入口には水素ガス供給管３１が連結され、水素ガス供給管３１は水素ガス源、例えば水素タンク３２に連結される。水素ガス供給管３１内には上流側から順に、電磁式の遮断弁３３と、水素ガス供給管３１内の圧力を調整するレギュレータ３４と、水素ガス源３２からの水素ガスを燃料電池スタック１０に供給するための水素ガス供給器３５と、が配置される。図１に示される燃料電池システムＡでは水素ガス供給器３５は電磁式の水素ガス供給弁から構成される。この水素ガス供給弁はニードル弁を備えており、したがって水素ガスは水素ガス供給弁から間欠的に供給される。一方、水素ガス通路３０の出口にはバッファタンク３６を介してパージ管３７が連結される。パージ管３７内には電磁式のパージ制御弁３８が配置される。遮断弁３３及び水素ガス供給弁３５が開弁されると、水素タンク３２内の水素ガスが水素ガス供給管３１を介して燃料電池スタック１０内の水素ガス通路３０内に供給される。このとき水素ガス通路３０から流出するガス、すなわちアノードオフガスはバッファタンク３６内に流入し、バッファタンク３６内に蓄積される。パージ制御弁３８は通常は閉弁されており、周期的に短時間にわたり開弁される。パージ制御弁３８が開弁されると、バッファタンク３６内のアノードオフガスがパージ管３７を介して大気に排出され、すなわちパージ処理が行われる。
【００１４】
図１に示される燃料電池システムＡでは、パージ管３７の出口は大気に連通されている。すなわち、水素ガス通路３０の出口は水素ガス供給管３１に連通されず、したがって水素ガス供給管３１から分離されている。このことは、水素ガス通路３０の出口から流出するアノードオフガスが水素ガス供給管３１に戻されない、ということを意味している。言い換えると、図１に示される燃料電池システムＡは水素ガス非循環式である。図示しない別の実施例では、水素ガス通路３０の出口が水素ガス戻し管を介して例えばレギュレータ３４と水素ガス供給弁３５との間の水素ガス供給管３１に連結される。水素ガス戻し管内には上流側から順に、気液分離器と、気液分離器により分離された水素ガスを水素ガス供給管３１に送り込む水素ガス戻しポンプと、が配置される。この場合、水素ガスを含むアノードオフガスが水素ガス戻し管を介して水素ガス供給管３１に戻される。その結果、水素ガス源３２からの水素ガスと水素ガス戻し管からの水素ガスとの混合体が水素ガス供給弁３５から燃料電池スタック１０に供給される。すなわち、図示しない別の実施例では、燃料電池システムＡは水素ガス循環式である。この図示しない別の実施例との比較において、図１に示される燃料電池システムＡでは、水素ガス戻し管、水素ガス戻しポンプ等が省略されているということになる。その結果、図１に示される燃料電池システムＡでは、構成が簡素化され、コストが低減され、水素ガス戻し管等のための空間を必要としない。
【００１５】
また、空気通路４０の入口には空気供給管４１が連結され、空気供給管４１は空気源、例えば大気４２に連結される。空気供給管４１内には上流側から順に、エアクリーナ４３と、空気を圧送するコンプレッサ４４と、コンプレッサ４４から燃料電池スタック１０に送られる空気を冷却するためのインタークーラ４５と、が配置される。一方、空気通路４０の出口にはカソードオフガス管４６が連結される。コンプレッサ４４が駆動されると、空気が空気供給管４１を介して燃料電池スタック１０内の空気通路４０内に供給される。このとき空気通路４０から流出するガス、すなわちカソードオフガスはカソードオフガス管４６内に流入する。カソードオフガス管４６内には上流側から順に、空気通路４０内の圧力であるカソード圧力を制御するための電磁式のカソード圧力制御弁４７と、希釈器４８とが配置される。この希釈器４８には上述したパージ管３７が連結される。その結果、パージ管３７からのパージガス中の水素ガスがカソードオフガスによって希釈される。図１に示される燃料電池システムＡでは更に、インタークーラ４５下流の空気供給管４１から分岐してカソード圧力制御弁４７下流のカソードオフガス管４６に到るバイパス管４１ａと、コンプレッサ４４から吐出された空気の量のうち燃料電池スタック１０に供給される空気の量及びバイパス管４１ａ内へ流れ込む空気の量を制御するバイパス制御弁４１ｂとが設けられる。
【００１６】
上述した燃料電池スタック１０内の冷却水通路５０の入口及び出口には冷却回路ＣＣが連結される。図２を参照すると、冷却回路ＣＣは、冷却水の温度を低下させるように構成されたラジエータ５１を備える。ラジエータ５１内には冷却水が流通するラジエータ内冷却水通路５２が形成されている。燃料電池スタック１０内の冷却水通路５０をスタック内冷却水通路と称すると、ラジエータ内冷却水通路５２の出口５２ｏとスタック内冷却水通路５０の入口５０ｉとは冷却水供給通路５３ｆにより互いに連結される。冷却水供給通路５３ｆは、ラジエータ５１に相対的に近いラジエータ側供給側分岐点５４ｆｒと、燃料電池スタック１０に相対的に近いスタック側供給側分岐点５４ｆｓと、ラジエータ内冷却水通路５２の出口５２ｏからラジエータ側供給側分岐点５４ｆｒまでのラジエータ流出通路５３ｒｏと、ラジエータ側供給側分岐点５４ｆｒからスタック側供給側分岐点５４ｆｓまでの供給側連通路５３ｆｃと、スタック側供給側分岐点５４ｆｓからスタック内冷却水通路５０の入口５０ｉまでのスタック流入通路５３ｓｉと、を備える。また、スタック内冷却水通路５０の出口５０ｏとラジエータ内冷却水通路５２の入口５２ｉとは冷却水排出通路５３ｄにより互いに連結される。冷却水排出通路５３ｄは、燃料電池スタック１０に相対的に近いスタック側排出側分岐点５４ｄｓと、ラジエータ５１に相対的に近いラジエータ側排出側分岐点５４ｄｒと、スタック内冷却水通路５０の出口５０ｏからスタック側排出側分岐点５４ｄｓまでのスタック流出通路５３ｓｏと、スタック側排出側分岐点５４ｄｓからラジエータ側排出側分岐点５４ｄｒまでの排出側連通路５３ｄｃと、ラジエータ側排出側分岐点５４ｄｒからラジエータ内冷却水通路５２の入口５２ｉまでのラジエータ流入通路５３ｒｉと、を備える。この場合、スタック流入通路５３ｓｉ、スタック内冷却水通路５０、及びスタック流出通路５３ｓｏによりスタック側冷却水通路５３ｓが構成される。また、ラジエータ流入通路５３ｒｉ、ラジエータ内冷却水通路５２、及びラジエータ流出通路５３ｒｏによりラジエータ側冷却水通路５３ｒが構成される。
【００１７】
冷却水供給通路５３ｆのスタック側供給側分岐点５４ｆｓと冷却水排出通路５３ｄのスタック側排出側分岐点５４ｄｓとはスタック側バイパス冷却水通路５３ｂｓにより互いに連結される。この場合、スタック側冷却水通路５３ｓ及びスタック側バイパス冷却水通路５３ｂｓによりスタック側循環路５３ｃｓが構成される、また、スタック側バイパス冷却水通路５３ｂｓ内には逆止弁が設けられておらず、したがって冷却水はスタック側供給側分岐点５４ｆｓとスタック側排出側分岐点５４ｄｓとの間を双方向に流通可能になっている。なお、図１及び図２に示される例ではスタック側バイパス冷却水通路５３ｂｓ内には冷却水ポンプが設けられていない。
【００１８】
また、冷却水供給通路５３ｆのラジエータ側供給側分岐点５４ｆｒと冷却水排出通路５３ｄのラジエータ側排出側分岐点５４ｄｒとはラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒにより互いに連結される。この場合、ラジエータ側冷却水通路５３ｒ及びラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒによりラジエータ側循環路５３ｃｒが構成される。また、ラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒは、ラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒから分岐してラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒに戻る分岐通路５３ｂｂを備えており、この分岐通路５３ｂｂ内には冷却水中のイオンを除去するように構成されたイオン除去器５５が配置される。したがって、ラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒ内に流入した冷却水の一部がイオン除去器５５内を流通し、イオン除去器５５内を流通した冷却水中のイオンが除去される。更に、ラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒ内には逆止弁が設けられておらず、したがって冷却水はラジエータ側供給側分岐点５４ｆｒとラジエータ側排出側分岐点５４ｄｒとの間を双方向に流通可能になっている。なお、図２に示される実施例ではラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒ内には冷却水ポンプが設けられていない。
【００１９】
冷却回路ＣＣは更に、スタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒを備える。スタック側冷却水ポンプ５６ｓは、出口５６ｒｏが燃料電池スタック１０のスタック内冷却水通路５０の入口５０ｉを向くようにスタック側循環路５３ｃｓ内に配置される。すなわち、スタック側冷却水ポンプ５６ｓは、出口５６ｓｏが燃料電池スタック１０を向くようにスタック流入通路５３ｓｉ内に配置され、又は、入口５６ｓｉが燃料電池スタック１０を向くようにスタック流出通路５３ｓｏ内に配置され、又は、出口５６ｓｏが冷却水供給通路５３ｆを向くようにスタック側バイパス冷却水通路５３ｂｓ内に配置される。一方、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒは、出口５６ｒｏがラジエータ５１のラジエータ内冷却水通路５２の入口５２ｉを向くようにラジエータ側循環路５３ｃｒ内に配置される。すなわち、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒは、出口５６ｒｏがラジエータ５１を向くようにラジエータ流入通路５３ｒｉ内に配置され、又は、入口５６ｒｉがラジエータ５１を向くようにラジエータ流出通路５３ｒｏ内に配置され、又は、出口５６ｒｏが冷却水排出通路５３ｄを向くようにラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒ内に配置される。ただし、スタック側冷却水ポンプ５６ｓがスタック側バイパス冷却水通路５３ｂｓ内に配置される場合には、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒはラジエータ流入通路５３ｒｉ又はラジエータ流出通路５３ｒｏ内に配置される。また、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒがラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒ内に配置される場合には、スタック側冷却水ポンプ５６ｓはスタック流入通路５３ｓｉ又はスタック流出通路５３ｓｏ内に配置される。したがって、包括的に表現すると、スタック側冷却水ポンプ５６ｓはスタック流入通路５３ｓｉ内もしくはスタック流出通路５３ｓｏ内に配置されると共にラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒはラジエータ側循環路５３ｃｒ内に配置され、又は、スタック側冷却水ポンプ５６ｓはスタック側循環路５３ｃｓ内に配置されると共にラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒはラジエータ流入通路５３ｒｉ内もしくはラジエータ流出通路５３ｒｏ内に配置される、ということになる。図２に示される実施例では、スタック側冷却水ポンプ５６ｓはスタック流入通路５３ｓｉ内に配置され、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒはラジエータ流入通路５３ｒｉ内に配置される。スタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒはそれぞれ、冷却水の吐出方向を変更不能であるが冷却水の吐出量を制御可能なポンプから形成される。また、図２に示される実施例では、スタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒはそれぞれ、回転ポンプ、往復ポンプ、又は、非容積型ポンプから形成される。
【００２０】
冷却回路ＣＣは更に、供給側連通路５３ｆｃ及び排出側連通路５３ｄｃの遮断及び開放を切り換え可能な切換器を備える。図２に示される実施例では、切換器は、冷却水供給通路５３ｆ内に配置された供給側切換弁５７ｆと、冷却水排出通路５３ｄ内に配置された排出側切換弁５７ｄとを備える。また、図２に示される実施例では、供給側切換弁５７ｆ及び排出側切換弁５７ｄはそれぞれ、電磁式の三方弁から形成される。更に、図２に示される実施例では、供給側切換弁５７ｆはラジエータ側供給側分岐点５４ｆｒに配置され、排出側切換弁５７ｄはスタック側排出側分岐点５４ｄｓに配置される。ラジエータ流出通路内５３ｒｏ内を流通した冷却水は供給側切換弁５７ｆにより供給側連通路５３ｆｃ及びラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒのいずれか一方又は両方に導かれる。ラジエータ流出通路内５３ｒｏ内を流通した冷却水の全部が供給側切換弁５７ｆによりラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒに導かれると、冷却水は供給側連通路５３ｆｃ内を流通せず、すなわち供給側連通路５３ｆｃが遮断される。これに対し、ラジエータ流出通路内５３ｒｏ内を流通した冷却水の一部又は全部が供給側切換弁５７ｆにより供給側連通路５３ｆｃに導かれると、冷却水は供給側連通路５３ｆｃ内を流通し、すなわち供給側連通路５３ｆｃが開放される。この場合、供給側切換弁５７ｆは供給側連通路５３ｆｃ内又はスタック側冷却水通路５３ｓ内を流通する冷却水の量及びラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒ内を流通する冷却水の量をそれぞれ制御する制御弁としても作用する。同様に、すなわち流出通路内５３ｓｏ内を流通した冷却水は排出側切換弁５７ｄにより排出側連通路５３ｄｃ及びスタック側バイパス冷却水通路５３ｂｓのいずれか一方又は両方に導かれる。スタック流出通路内５３ｒｏ内を流通した冷却水の全部が排出側切換弁５７ｄによりスタック側バイパス冷却水通路５３ｂｓに導かれると、冷却水は排出側連通路５３ｄｃ内を流通せず、すなわち排出側連通路５３ｄｃが遮断される。これに対し、スタック流出通路内５３ｓｏ内を流通した冷却水の一部又は全部が排出側切換弁５７ｄにより排出側連通路５３ｄｃに導かれると、冷却水は排出側連通路５３ｄｃ内を流通し、すなわち排出側連通路５３ｄｃが開放される。この場合、排出側切換弁５７ｄは排出側連通路５３ｄｃ内又はラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を流通する冷却水の量及びスタック側バイパス冷却水通路５３ｂｓ内を流通する冷却水の量をそれぞれ制御する制御弁としても作用する。図示しない別の実施例では、供給側切換弁５７ｆはスタック側供給側分岐点５４ｆｓに配置され、排出側切換弁５７ｄはラジエータ側排出側分岐点５４ｄｒに配置される。
【００２１】
ラジエータ流出通路５３ｒｏ内にはラジエータ流出通路５３ｒｏ内の冷却水の導電率を検出するように構成された導電率センサ５８が配置される。また、スタック流入通路５３ｓｉ内にはスタック流入通路５３ｓｉ内の冷却水の温度を検出するように構成された温度センサ５９ｉが配置され、スタック流出通路５３ｓｏ内にはスタック流出通路５３ｓｏ内の冷却水の温度を検出するように構成された温度センサ５９ｏが配置される。スタック流出通路５３ｓｏ内の冷却水の温度は燃料電池スタック１０の温度であるスタック温度を表している。
【００２２】
図１及び図２に示される実施例では、燃料電池スタック１０での発電を開始すべき信号が発せられると、スタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの少なくとも一方が作動され、それにより冷却水が燃料電池スタック１０のスタック内冷却水通路５０内を流通され、したがって燃料電池スタック１０が冷却される。燃料電池スタック１０での発電を開始すべき信号は、例えば電動車両の操作者がスタートスイッチ（図示しない）を操作することにより発せられる。
【００２３】
再び図１を参照すると、電子制御ユニット又は制御器６０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス６１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）６２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）６３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）６４、入力ポート６５及び出力ポート６６を具備する。燃料電池スタック１０には、燃料電池スタック１０の出力電圧及び出力電流をそれぞれ検出する電圧計１６ｖ及び電流計１６ｉが設けられる。電圧計１６ｖ、電流計１６ｉ、導電率センサ５８（図２）、及び温度センサ５９ｉ，５９ｏ（図２）の出力信号は対応するＡＤ変換器６７を介して入力ポート６５にそれぞれ入力される。一方、出力ポート６６は対応する駆動回路６８を介してＤＣ／ＤＣコンバータ１１、インバータ１２、モータジェネレータ１３、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５、遮断弁３３、レギュレータ３４、水素ガス供給弁３５、パージ制御弁３８、バイパス制御弁４１ｂ、コンプレッサ４４、カソード圧力制御弁４７、スタック側冷却水ポンプ５６ｓ（図２）、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒ（図２）、供給側切換弁５７ｆ、及び排出側切換弁５７ｄ（図２）に電気的に接続される。
【００２４】
燃料電池スタック１０を起動すべきとき、すなわち燃料電池スタック１０での発電を開始すべきときには遮断弁３３及び水素ガス供給弁３５が開弁され、水素ガスが燃料電池スタック１０に供給される。また、コンプレッサ４４が駆動され、空気が燃料電池スタック１０に供給される。その結果、燃料電池スタック１０において電気化学反応（Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−，（１／２）Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ）が起こり、電気エネルギが発生される。この発生された電気エネルギはモータジェネレータ１３に送られる。その結果、モータジェネレータ１３が車両駆動用の電気モータとして作動され、車両が駆動される。一方、例えば車両制動時にはモータジェネレータ１３が回生装置として作動し、このとき回生された電気エネルギは蓄電器１４に蓄えられる。
【００２５】
さて、図１及び図２に示される実施例では、冷却水を種々の冷却水制御モードでもって流すことができる。以下、これらの冷却水制御モードを順に説明する。
【００２６】
図３に示される独立循環モードでは、スタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒがそれぞれ駆動される。また、供給側連通路５３ｆｃ及び排出側連通路５３ｄｃが供給側切換弁５７ｆ及び排出側切換弁５７ｄによりそれぞれ遮断される。すなわち、供給側切換弁５７ｆにより、ラジエータ流出通路５３ｒｏ及びラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒが互いに連通され、供給側連通路５３ｆｃがラジエータ流出通路５３ｒｏ及びラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒから隔離される。また、排出側切換弁５７ｄにより、スタック流出通路５３ｓｏ及びスタック側バイパス冷却水通路５３ｂｓが互いに連通され、排出側連通路５３ｄｃがスタック流出通路５３ｓｏ及びスタック側バイパス冷却水通路５３ｂｓから隔離される。その結果、ラジエータ流出通路５３ｒｏ内を流通した冷却水のほぼすべてがラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒ内に流入し、スタック流出通路５３ｓｏ内を流通した冷却水のほぼすべてがスタック側バイパス冷却水通路５３ｂｓ内に流入する。したがって、図３に矢印ＷＦで示されるように、冷却水が供給側連通路５３ｆｃ内及び排出側連通路５３ｄｃ内をほとんど流通することなく、ラジエータ側循環路５３ｃｒ内及びスタック側循環路５３ｃｓ内をそれぞれ独立して循環する。言い換えると、ラジエータ側循環路５３ｃｒ内の冷却水はスタック側循環路５３ｃｓ内にほとんど流入せず、スタック側循環路５３ｃｓ内の冷却水はラジエータ側循環路５３ｃｒ内にほとんど流入しない。なお、独立循環モードでは、供給側連通路５３ｆｃ内を流通する冷却水の量及び排出側連通路５３ｄｃ内を流通する冷却水の量がそれぞれゼロであるのが好ましい。
【００２７】
図４に示されるバイパスレスモードでは、スタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒがそれぞれ駆動される。また、供給側連通路５３ｆｃ及び排出側連通路５３ｄｃが供給側切換弁５７ｆ及び排出側切換弁５７ｄによりそれぞれ開放される。具体的には、供給側切換弁５７ｆにより、ラジエータ流出通路５３ｒｏ及び供給側連通路５３ｆｃが互いに連通され、ラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒがラジエータ流出通路５３ｒｏ及び供給側連通路５３ｆｃから隔離される。また、排出側切換弁５７ｄにより、スタック流出通路５３ｓｏ及び排出側連通路５３ｄｃが互いに連通され、スタック側バイパス冷却水通路５３ｂｓがスタック流出通路５３ｓｏ及び排出側連通路５３ｄｃから隔離される。その結果、ラジエータ流出通路５３ｒｏ内を流通した冷却水のほぼすべてが供給側連通路５３ｆｃ内に流入し、スタック流出通路５３ｓｏ内を流通した冷却水のほぼすべてが排出側連通路５３ｄｃ内に流入する。したがって、図４に矢印ＷＦで示されるように、冷却水がラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒ内及びスタック側バイパス冷却水通路５３ｂｓ内をほとんど流通することなく、ラジエータ側冷却水通路５３ｒ内、供給側連通路５３ｆｃ内、スタック側冷却水通路５３ｓ内、及び排出側連通路５３ｄｃ内を循環する。この場合、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの冷却水吐出量及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの冷却水吐出量は互いにほぼ等しく設定される。なお、バイパスレスモードでは、ラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒ内を流通する冷却水の量及びスタック側バイパス冷却水通路５３ｂｓ内を流通する冷却水の量がそれぞれゼロであるのが好ましい。
【００２８】
図５に示されるラジエータ部分バイパスモードでは、スタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒがそれぞれ駆動される。また、供給側連通路５３ｆｃ及び排出側連通路５３ｄｃが供給側切換弁５７ｆ及び排出側切換弁５７ｄによりそれぞれ開放される。具体的には、供給側切換弁５７ｆにより、ラジエータ流出通路５３ｒｏ及び供給側連通路５３ｆｃが互いに連通され、ラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒがラジエータ流出通路５３ｒｏ及び供給側連通路５３ｆｃから隔離される。また、排出側切換弁５７ｄにより、排出側連通路５３ｄｃ、スタック流出通路５３ｓｏ及びスタック側バイパス冷却水通路５３ｂｓが互いに連通される。その結果、ラジエータ流出通路５３ｒｏ内を流通した冷却水のほぼすべてが供給側連通路５３ｆｃ内に流入し、スタック流出通路５３ｓｏ内を流通した冷却水の一部が排出側連通路５３ｄｃ内に流入し、残りがスタック側バイパス冷却水通路５３ｂｓ内に流入する。したがって、図５に矢印ＷＦで示されるように、冷却水がラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒ内をほとんど流通することなく、排出側連通路５３ｄｃ内、ラジエータ側冷却水通路５３ｒ内、及び供給側連通路５３ｆｃ内を順次流通しつつ、スタック側循環路５３ｃｓ内を循環する。この場合、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの冷却水吐出量はラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの冷却水吐出量よりも多く設定される。また、排出側切換弁５７ｄの弁位置を制御することにより、排出側連通路５３ｄｃ内に流入する冷却水の量及びスタック側バイパス冷却水通路５３ｂｓ内に流入する冷却水の量が制御される。なお、ラジエータ部分バイパスモードでは、ラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒ内を流通する冷却水の量がゼロであるのが好ましい。
【００２９】
図６に示されるラジエータ全バイパスモードでは、スタック側冷却水ポンプ５６ｓが駆動され、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒが停止される。また、供給側連通路５３ｆｃ及び排出側連通路５３ｄｃが供給側切換弁５７ｆ及び排出側切換弁５７ｄによりそれぞれ遮断される。その結果、図６に矢印ＷＦで示されるように、冷却水が供給側連通路５３ｆｃ内、排出側連通路５３ｄｃ内、及びラジエータ側循環路５３ｃｒ内をほとんど流通することなく、スタック側循環路５３ｃｓ内を循環する。なお、ラジエータ全バイパスモードでは、供給側連通路５３ｆｃ内、排出側連通路５３ｄｃ内、及びラジエータ側循環路５３ｃｒ内を流通する冷却水の量がゼロであるのが好ましい。
【００３０】
なお、図５に示されるラジエータ部分バイパスモードにおいて、排出側切換弁５７ｄの弁位置が制御されてスタック側バイパス冷却水通路５３ｂｓ内に流入する冷却水量がほぼゼロまで減少されると、冷却水制御モードが図４に示されるバイパスレスモードに切り換えられる。これに対し、排出側切換弁５７ｄの弁位置が制御されて排出側連通路５３ｄｃ内に流入する冷却水量がほぼゼロまで減少されると、冷却水制御モードが図６に示されるラジエータ全バイパスモードに切り換えられる。
【００３１】
このように図１及び図２に示される実施例では、供給側切換弁５７ｆ及び排出側切換弁５７ｄを制御するだけで、すなわちスタック側バイパス冷却水通路５３ｂｓ及びラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒ内に弁及びポンプを配置することなく、冷却水を種々のモードで流すことができる。
【００３２】
さて、図１及び図２に示される実施例では、燃料電池スタック１０の発電開始時に、開始制御が行われる。すなわち、まず導電率センサ５８により冷却水の導電率が検出される。冷却水の導電率ＥＣがあらかじめ定められた第１の設定導電率ＥＣ１よりも高いときには、まず独立循環モードが行われ、次いで冷却水制御モードが通常モードに切り換えられる。図１及び図２に示される実施例の通常モードには、バイパスレスモード（図４）、ラジエータ部分バイパスモード（図５）、及びラジエータ全バイパスモード（図６）が含まれる。すなわち、通常モードを行うべきときには、バイパスレスモード、ラジエータ部分バイパスモード、及びラジエータ全バイパスモードのいずれかが行われる。これに対し、冷却水の導電率ＥＣが第１の設定導電率ＥＣ１よりも低いときには独立循環モードが行われることなく、通常モードが行われる。この開始制御を、図７及び図８を参照して更に説明する。
【００３３】
図７において、時間ｔａ１は燃料電池スタック１０での発電を開始すべき信号が発せられた時間を示している。図７に示される例では、時間ｔａ１における冷却水の導電率ＥＣが第１の設定導電率ＥＣ１よりも高く、したがってまず独立循環モード（図３）が行われる。その結果、供給側連通路５３ｆｃ及び排出側連通路５３ｄｃが遮断されるので、導電率の高い冷却水が燃料電池スタック１０内に流入するのが抑制される。また、冷却水がスタック側冷却水通路５３ｓ内に導かれしたがって燃料電池スタック１０が冷却されるので、燃料電池スタック１０での発電を開始すべき信号が発せられたときに燃料電池スタック１０での発電が遅滞なく開始される。同時に、冷却水がイオン除去器５５内に導かれるので、冷却水の導電率ＥＣが次第に低下される。この場合、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの冷却水吐出量は例えばスタック流出通路５３ｓｏ内の冷却水の温度とスタック流入通路５３ｓｉ内の冷却水の温度、すなわちスタック温度差が目標範囲内に維持されるように設定される。このようにすると、燃料電池スタック１０内の温度のバラツキが低減される。一方、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの冷却水吐出量は例えばラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの最大量に設定される。このようにすると、冷却水の導電率ＥＣが速やかに低下される。
【００３４】
次いで、冷却水の導電率ＥＣがあらかじめ定められた第２の設定導電率ＥＣ２（＜ＥＣ２）よりも低くなると、独立循環モードが終了され、通常モードが開始される。図示しない別の実施例では、独立循環モードがあらかじめ定められた設定時間にわたり行われたときに、独立循環モードが終了される。
【００３５】
一方、図８において、時間ｔｂ１は燃料電池スタック１０での発電を開始すべき信号が発せられた時間を示している。図８に示される例では、時間ｔｂ１における冷却水の導電率ＥＣが第１の設定導電率ＥＣ１よりも低い。したがって、独立循環モードが行なわれることなく、通常モードが開始される。また、図８に示される例でも、燃料電池スタック１０での発電を開始すべき信号が発せられたときに、燃料電池スタック１０での発電が遅滞なく開始される。
【００３６】
通常モードを行うべきときには、例えば冷却水の温度に応じて、バイパスレスモード、ラジエータ部分バイパスモード、及びラジエータ全バイパスモードのいずれかが行われる。すなわち、冷却水の温度ＴＷがあらかじめ定められた第１の設定温度ＴＷ１よりも高いときにはバイパスレスモードが行われる。バイパスレスモードでは、ほぼすべての冷却水がラジエータ５１に送られるので、冷却水の温度上昇が確実に抑制され、燃料電池スタック１０が確実に冷却される。バイパスレスモード時におけるスタック側冷却水ポンプ５６ｓの冷却水吐出量及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの冷却水吐出量は例えばスタック温度ＴＳ及びスタック温度差がそれぞれの目標範囲内に維持されるように設定される。この場合、冷却水がスタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒにより搬送される。その結果、スタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒを小型化することができる。
【００３７】
冷却水の温度ＴＷが第１の設定温度ＴＷ１よりも低くかつあらかじめ定められた第２の設定温度ＴＷ２（＜ＴＷ１）よりも高いときにはラジエータ部分バイパスモードが行われる。ラジエータ部分バイパスモードでは、冷却水の一部がラジエータ５１を迂回するので、冷却水の温度が過度に低下されるのが阻止され、燃料電池スタック１０が冷却水により過度に冷却されるのが阻止される。ラジエータ部分バイパスモード時におけるスタック側冷却水ポンプ５６ｓの冷却水吐出量及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの冷却水吐出量並びに排出側切換弁５７ｄの弁位置は例えばスタック温度ＴＳ及びスタック温度差がそれぞれの目標範囲内に維持されるように設定される。
【００３８】
冷却水の温度ＴＷが第２の設定温度ＴＷ２よりも低いときにはラジエータ全バイパスモードが行われる。ラジエータ全バイパスモードでは、ほぼすべての冷却水がラジエータ５１を迂回するので、冷却水の温度が低下されるのが抑制され、燃料電池スタック１０が冷却水により冷却されるのが抑制される。ラジエータ全バイパスモード時におけるスタック側冷却水ポンプ５６ｓの冷却水吐出量は例えばスタック温度ＴＳ及びスタック温度差がそれぞれの目標範囲内に維持されるように設定される。
【００３９】
したがって、燃料電池スタック１０での発電開始時に冷却水の導電率ＥＣがあらかじめ定められた設定導電率ＥＣ１よりも高いときには、切換器により供給側連通路５３ｆｃ及び排出側連通路５３ｄｃを遮断しつつスタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒをそれぞれ駆動し、それにより冷却水がスタック側循環路５３ｃｓ内及びラジエータ側循環路５３ｃｒ内をそれぞれ独立して循環するようにしている、ということになる。一方、燃料電池スタック１０での発電開始時に冷却水の導電率ＥＣが設定導電率ＥＣ１よりも低いとき又は低くなったときには、切換器により供給側連通路５３ｆｃ及び排出側連通路５３ｄｃが開放されるのを許容しつつスタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの一方又は両方を駆動している、ということになる。
【００４０】
図９は、上述した冷却水制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンは燃料電池スタック１０での発電を開始すべき信号が発せられた後にあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
【００４１】
図９を参照すると、ステップ１００では、燃料電池スタック１０での発電開始時に上述の開始制御が完了したか否かが判別される。開始制御が完了していないときには次いでステップ１０１に進み、開始制御を実行するための開始制御ルーチンが実行される。この開始制御ルーチンは図１０に示されている。
【００４２】
図１０を参照すると、ステップ２００では冷却水の導電率ＥＣが第１の設定導電率ＥＣ１よりも高いか否かが判別される。ＥＣ≦ＥＣ１のときには処理サイクルを終了する。すなわち、開始制御が完了される。これに対し、ＥＣ＞ＥＣ１のときにはステップ２００からステップ２０１に進み、独立循環モードが行われる。続くステップ２０２では冷却水の導電率ＥＣが第２の設定導電率ＥＣ２よりも低いか否かが判別される。ＥＣ≧ＥＣ２のときにはステップ２０１に戻る。ＥＣ＜ＥＣ２のときには処理サイクルを終了する。すなわち、開始制御が完了される。
【００４３】
再び図９を参照すると、開始制御ルーチンが完了したときにはステップ１００からステップ１０２に進み、通常モードが行われる。
【００４４】
図７から図１０に示される実施例では、開始制御が完了した後には独立循環モードは行われない。図示しない別の実施例では、開始制御が完了した後に冷却水の導電率ＥＣが第１の設定導電率ＥＣ１よりも高くなったときに一時的に独立循環モードが行われる。
【００４５】
ラジエータ部分バイパスモードの図示しない別の実施例では、スタック流出通路５３ｓｏ内を流通した冷却水のほぼすべてが排出側連通路５３ｄｃ内に流入するように排出側切換弁５７ｄが制御される。一方、排出側連通路５３ｄｃ内を流通した冷却水の一部がラジエータ側冷却水通路５３ｒ内に流入し、残りがラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒ内に流入するように供給側切換弁５７ｆが制御される。その結果、冷却水がスタック側バイパス冷却水通路５３ｂｓ内をほとんど流通することなく、ラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を流通しつつ、供給側連通路５３ｆｃ内、スタック側冷却水通路５３ｓ内、排出側連通路５３ｄｃ内、及びラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒ内を循環する。このようにすると、冷却水の温度をラジエータ５１により低下させつつ燃料電池スタック１０を冷却水により冷却しながら、冷却水の導電率ＥＣを低下させることができる。
【００４６】
ラジエータ全バイパスモードの図示しない別の実施例では、供給側連通路５３ｆｃ及び排出側連通路５３ｄｃが供給側切換弁５７ｆ及び排出側切換弁５７ｄによりそれぞれ開放される。具体的には、スタック流出通路５３ｓｏ内を流通した冷却水のほぼすべてが排出側連通路５３ｄｃ内に流入するように排出側切換弁５７ｄが制御される。一方、排出側連通路５３ｄｃ内を流通した冷却水のほぼ全部がラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒ内に流入するように供給側切換弁５７ｆが制御される。その結果、冷却水がスタック側バイパス冷却水通路５３ｂｓ内及びラジエータ側冷却水通路５３ｒ内をほとんど流通することなく、供給側連通路５３ｆｃ内、スタック側冷却水通路５３ｓ内、排出側連通路５３ｄｃ内、及びラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒ内を循環する。このようにすると、冷却水の温度がラジエータ５１により低下されるのを阻止しつつ燃料電池スタック１０を冷却水により冷却しながら、冷却水の導電率ＥＣを低下させることができる。
【００４７】
図１１は切換器の別の実施例を示している。図１１に示される実施例では、切換器は供給側連通路５３ｆｃ内に配置された供給側切換弁５７ｆと、排出側連通路５３ｄｃ内に配置された排出側切換弁５７ｄを備え、供給側切換弁５７ｆ及び排出側切換弁５７ｄはそれぞれ電磁式の開閉弁から形成される。供給側切換弁５７ｆが完全に閉弁されると供給側連通路５３ｆｃが遮断され、供給側切換弁５７ｆが部分的に又は完全に開弁されると供給側連通路５３ｆｃが開放される。同様に、排出側切換弁５７ｄが完全に閉弁されると排出側連通路５３ｄｃが遮断され、排出側切換弁５７ｄが部分的に又は完全に開弁されると排出側連通路５３ｄｃが開放される。
【００４８】
独立循環モードを行うべきときには、スタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒがそれぞれ駆動されると共に、供給側切換弁５７ｆ及び排出側切換弁５７ｄがそれぞれ完全に閉弁される。バイパスレスモードを行うべきときには、スタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒがそれぞれ駆動されると共に、供給側切換弁５７ｆ及び排出側切換弁５７ｄがそれぞれ完全に開弁される。ラジエータ部分バイパスモードを行うべきときには、スタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒがそれぞれ駆動されると共に、供給側切換弁５７ｆが完全に開弁され、排出側切換弁５７ｄが部分的に開弁される。ラジエータ全バイパスモードを行うべきときには、スタック側冷却水ポンプ５６ｓのみが駆動されると共に、供給側切換弁５７ｆ及び排出側切換弁５７ｄがそれぞれ完全に閉弁される。
【００４９】
図１２は本発明による別の実施例を示している。図１２に示される実施例は、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒがラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒ内に配置される点、及び、図１及び図２に示される実施例に比べて、ラジエータ側供給側分岐点５４ｆｒ及びラジエータ側排出側分岐点５４ｄｒがラジエータ内冷却水通路５２の入口５２ｉ及び出口５２ｏにそれぞれ隣接配置される点で、図１及び図２に示される実施例と構成を異にしている。
【００５０】
図１２に示される実施例の独立循環モードでは、スタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒがそれぞれ駆動される。また、供給側連通路５３ｆｃ及び排出側連通路５３ｄｃが供給側切換弁５７ｆ及び排出側切換弁５７ｄによりそれぞれ遮断される。この場合、図１及び図２に示される実施例に比べてラジエータ側循環路５３ｃｒの容積が小さくされているので、ラジエータ側循環路５３ｃｒの冷却水の導電率を速やかに低減することができる。また、冷却水がラジエータ側循環路５３ｃｒ内を循環するためのラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒを小型化することができる。
【００５１】
図１２に示される実施例のバイパスレスモードでは、スタック側冷却水ポンプ５６ｓが駆動され、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒが停止される。また、供給側連通路５３ｆｃ及び排出側連通路５３ｄｃが供給側切換弁５７ｆ及び排出側切換弁５７ｄによりそれぞれ開放される。具体的には、供給側切換弁５７ｆにより、ラジエータ流出通路５３ｒｏ及び供給側連通路５３ｆｃが互いに連通され、ラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒがラジエータ流出通路５３ｒｏ及び供給側連通路５３ｆｃから隔離される。また、排出側切換弁５７ｄにより、スタック流出通路５３ｓｏ及び排出側連通路５３ｄｃが互いに連通され、スタック側バイパス冷却水通路５３ｂｓがスタック流出通路５３ｓｏ及び排出側連通路５３ｄｃから隔離される。
【００５２】
図１２に示される実施例のラジエータ部分バイパスモードでは、スタック側冷却水ポンプ５６ｓが駆動され、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒが停止される。また、供給側連通路５３ｆｃ及び排出側連通路５３ｄｃが供給側切換弁５７ｆ及び排出側切換弁５７ｄによりそれぞれ開放される。具体的には、供給側切換弁５７ｆにより、ラジエータ流出通路５３ｒｏ及び供給側連通路５３ｆｃが互いに連通され、ラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒがラジエータ流出通路５３ｒｏ及び供給側連通路５３ｆｃから隔離される。また、排出側切換弁５７ｄにより、排出側連通路５３ｄｃ、スタック流出通路５３ｓｏ及びスタック側バイパス冷却水通路５３ｂｓが互いに連通される。
【００５３】
図１２に示される実施例のラジエータ全バイパスモードでは、スタック側冷却水ポンプ５６ｓが駆動され、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒが停止される。また、供給側連通路５３ｆｃ及び排出側連通路５３ｄｃが供給側切換弁５７ｆ及び排出側切換弁５７ｄによりそれぞれ遮断される。
【００５４】
ところで、図１２に示される実施例では、バイパスレスモード及びラジエータ部分バイパスモードを行うために、スタック側冷却水ポンプ５６ｓのみが駆動される。このため、スタック側冷却水ポンプ５６ｓが大型化するおそれがある。そこで、図１３に示される実施例では、追加の冷却水ポンプ５６ａが設けられ、バイパスレスモード及びラジエータ部分バイパスモードにおいてスタック側冷却水ポンプ５６ｓと共に駆動される。図１３に示される例では、追加の冷却水ポンプ５６ａは、入口５６ｉがスタック側排出側分岐点５４ｄｓを向き出口５６ａｏがラジエータ側排出側分岐点５４ｄｒを向くように排出側連通路５３ｄｃ内に配置される。図示しない別の実施例では、追加の冷却水ポンプ５６ａは、入口５６ｉがラジエータ側供給側分岐点５４ｆｒを向き出口５６ａｏがスタック側供給側分岐点５４ｆｓを向くように供給側連通路５３ｆｃ内に配置される。
【００５５】
図１４は本発明による更に別の実施例を示している。図１４に示される実施例は、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒが、駆動回転数を変更することにより吐出される冷却水の方向及び量を変更可能な回転ポンプから構成される点、及び、冷却水供給通路５３ｆ内及び冷却水排出通路５３ｄ内に弁が設けられない点で、図１及び図２に示される実施例と構成を異にしている。回転ポンプとしては、例えば、ギアポンプ、又は、ベーンポンプのような偏心ポンプ、又は、ねじポンプが用いられる。この場合、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数が正値に設定されると、冷却水が出口５６ｒｏから正方向ＦＤに吐出されるようにラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒが駆動され、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数が負値に設定されると冷却水が入口５６ｒｉから逆方向ＲＤに吐出されるようにラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒが駆動される。これに対し、スタック側冷却水ポンプ５６ｓは図１及び図２に示される実施例と同様に、冷却水の吐出方向を変更不能であるが冷却水の吐出量を変更可能なポンプから構成される。なお、図１４に示される実施例では、スタック側冷却水ポンプ５６ｓはスタック流入通路５３ｓｉ内又はスタック流出通路５３ｓｏ内に配置され、スタック側バイパス冷却水通路５３ｂｓ内には配置されない。また、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒはラジエータ流入通路５３ｒｉ内又はラジエータ流出通路５３ｒｏ内に配置され、ラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒ内には配置されない。なお、図１４に示される実施例では、ラジエータ５１はラジエータ内冷却水通路５２内を冷却水が双方向に、すなわち入口５２ｉから出口５２ｏに向けて及び出口５２ｏから入口５２ｉに向けて流通可能に形成されており、イオン除去器５５もその内部を冷却水が双方向に流通可能に形成されている。
【００５６】
図１４に示される実施例では、スタック側冷却水ポンプ５６ｓを駆動しながらラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数を変更することにより、供給側連通路５３ｆｃ及び排出側連通路５３ｄｃの遮断及び開放が切り換えられる。このことを、図１５から図１７を参照して説明する。
【００５７】
図１４に示される実施例において、スタック側冷却水ポンプ５６ｓが駆動されると共に、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの正方向ＦＤの冷却水吐出量がスタック側冷却水ポンプ５６ｓの冷却水吐出量にほぼ等しくなるようにラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数が正値に設定されると、スタック側排出側分岐点５４ｄｓの圧力はスタック側供給側分岐点５４ｆｓの圧力及びラジエータ側排出側分岐点５４ｄｒの圧力よりも高くなり、ラジエータ側供給側分岐点５４ｆｒの圧力はラジエータ側排出側分岐点５４ｄｒの圧力及びスタック側供給側分岐点５４ｆｓの圧力よりも高くなる。その結果、スタック流出通路５３ｓｏ内を流通した冷却水の一部はスタック側バイパス冷却水通路５３ｂｓ内をスタック側供給側分岐点５４ｆｓに向けて流通し、残りは排出側連通路５３ｄｃ内をラジエータ側排出側分岐点５４ｄｒに向けて流通する。また、ラジエータ流出通路５３ｒｏ内を流通した冷却水の一部はラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒ内をラジエータ側排出側分岐点５４ｄｒに向けて流通し、残りは供給側連通路５３ｆｃ内をスタック側供給側分岐点５４ｆｓに向けて流通する。したがって、図１５に矢印ＷＦで示されるように、冷却水は、供給側連通路５３ｆｃ内及び排出側連通路５３ｄｃ内をそれぞれ流通しつつ、スタック側循環路５３ｃｓ内及びラジエータ側循環路５３ｃｒ内をそれぞれ循環する。以下では、このようにラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの正方向ＦＤの冷却水吐出量がスタック側冷却水ポンプ５６ｓの冷却水吐出量にほぼ等しくなるラジエータ側冷却水ポンプの駆動回転数を第１の駆動回転数ＮＰＲ１（＞０）と称することにする。
【００５８】
次いで、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの冷却水吐出量が維持されたまま、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数が第１の駆動回転数ＮＰＲ１から低下されていくと、ラジエータ側供給側分岐点５４ｆｒの圧力が次第に低下し、ラジエータ側排出側分岐点５４ｄｒの圧力が次第に上昇する。次いで、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数が更に低下されると、ラジエータ側供給側分岐点５４ｆｒの圧力とラジエータ側排出側分岐点５４ｄｒの圧力とが互いにほぼ等しくなる。その結果、ラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒ内を流通する冷却水の量がほぼゼロになる。したがって、図１６に矢印ＷＦで示されるように、冷却水はラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒ内をほとんど流通することなく、排出側連通路５３ｄｃ内、ラジエータ側冷却水通路５３ｒ内、及び供給側連通路５３ｆｃ内を順次流通しつつ、スタック側循環路５３ｃｓ内を循環する。以下では、このように冷却水がラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒ内をほとんど流通しなくなるラジエータ側冷却水ポンプの駆動回転数を第２の駆動回転数ＮＰＲ２（＞０）と称することにする。
【００５９】
次いで、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数が第２の回転数ＮＰＲ２から更に低下されると、ラジエータ側供給側分岐点５４ｆｒの圧力が更に低下し、ラジエータ側排出側分岐点５４ｄｒの圧力が更に上昇する。その結果、冷却水がラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒ内をラジエータ側排出側分岐点５４ｄｒからラジエータ側供給側分岐点５４ｆｒに向けて流通する。したがって、図１７に矢印ＷＦで示されるように、冷却水はラジエータ側バイパス冷却水通路５３ｂｒ内を流通しながら、排出側連通路５３ｄｃ内、ラジエータ側冷却水通路５３ｒ内、及び供給側連通路５３ｆｃ内を順次流通しつつ、スタック側循環路５３ｃｓ内を循環する。
【００６０】
次いで、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数がゼロまで低下されても、すなわちラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒが停止されても、冷却水は図１７に示されるように流通する。冷却水ポンプが停止されたとしても、インペラとケーシングとの間、又はインペラ同士の間を通って冷却水がラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒを通過するからである。
【００６１】
次いで、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数がゼロから更に低下されると、すなわちラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数が負値に設定されると、ラジエータ側供給側分岐点５４ｆｒの圧力が更に低下し、ラジエータ側排出側分岐点５４ｄｒの圧力が更に上昇する。次いで、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数が更に低下されると、ラジエータ側排出側分岐点５４ｄｒの圧力がスタック側排出側分岐点５４ｄｓの圧力とほぼ等しくなり、ラジエータ側供給側分岐点５４ｆｒの圧力がスタック側供給側分岐点５４ｆｓの圧力とほぼ等しくなる。その結果、供給側連通路５３ｆｃ内及び排出側連通路５３ｄｃ内を流通する冷却水の量がそれぞれ、ほぼゼロになる。したがって、図１８に矢印ＷＦで示されるように、冷却水は供給側連通路５３ｆｃ内及び排出側連通路５３ｄｃ内をほとんど流通することなく、ラジエータ側循環路５３ｃｒ内及びスタック側循環路５３ｃｓ内をそれぞれ独立して循環する。以下では、このようにラジエータ側排出側分岐点５４ｄｒの圧力及びスタック側排出側分岐点５４ｄｓの圧力が互いにほぼ等しくなり、ラジエータ側供給側分岐点５４ｆｒの圧力及びスタック側供給側分岐点５４ｆｓの圧力が互いにほぼ等しくなるラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数を第３の駆動回転数ＮＰＲ３（＜０）と称することにする。
【００６２】
すなわち、図１４に示される実施例では、スタック側冷却水ポンプ５６ｓが駆動されつつラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数が第３の駆動回転数ＮＰＲ３に設定されると、供給側連通路５３ｆｃ及び排出側連通路５３ｄｃがそれぞれ遮断される。これに対し、スタック側冷却水ポンプ５６ｓが駆動されつつラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数が第３の駆動回転数ＮＰＲ３よりも高く設定されると、供給側連通路５３ｆｃ及び排出側連通路５３ｄｃがそれぞれ開放される。このように図１４に示される実施例では、切換器はスタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒを備えている。
【００６３】
図１４に示される実施例では、独立循環モードを行うべきときには、スタック側冷却水ポンプ５６ｓが駆動されると共に、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数が第３の駆動回転数ＮＰＲ３に設定される。一方、通常モードを行うべきときには、スタック側冷却水ポンプ５６ｓが駆動されると共に、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数が第３の駆動回転数ＮＰＲ３よりも高くかつ第１の駆動回転数ＮＰＲ１以下に設定される。この場合、例えば冷却水の温度が高いときには冷却水の温度が低いときに比べて、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数が高く設定される。
【符号の説明】
【００６４】
Ａ    燃料電池システム
１０    燃料電池スタック
５０    スタック内冷却水通路
５１    ラジエータ
５２    ラジエータ内冷却水通路
５３ｆ    冷却水供給通路
５３ｄ    冷却水排出通路
５３ｓｉ    スタック流入通路
５３ｓｏ    スタック流出通路
５３ｒｉ    ラジエータ流入通路
５３ｒｏ    ラジエータ流出通路
５３ｓ    スタック側冷却水通路
５３ｒ    ラジエータ側冷却水通路
５３ｂｓ    スタック側バイパス冷却水通路
５３ｂｒ    ラジエータ側バイパス冷却水通路
５３ｆｃ    供給側連通路
５３ｄｃ    排出側連通路
５３ｃｓ    スタック側循環路
５３ｃｒ    ラジエータ側循環路
５４ｆｓ    スタック側供給側分岐点
５４ｆｒ    ラジエータ側供給側分岐点
５４ｄｓ    スタック側排出側分岐点
５４ｄｒ    ラジエータ側排出側分岐点
５５    イオン除去器
５６ｓ    スタック側冷却水ポンプ
５６ｒ    ラジエータ側冷却水ポンプ
５７ｆ    供給側切換弁
５７ｄ    排出側切換弁
５８    導電率センサ
【図１】
2016225061.tif 000003
【図２】
2016225061.tif 000004
【図３】
2016225061.tif 000005
【図４】
2016225061.tif 000006
【図５】
2016225061.tif 000007
【図６】
2016225061.tif 000008
【図７】
2016225061.tif 000009
【図８】
2016225061.tif 000010
【図９】
2016225061.tif 000011
【図１０】
2016225061.tif 000012
【図１１】
2016225061.tif 000013
【図１２】
2016225061.tif 000014
【図１３】
2016225061.tif 000015
【図１４】
2016225061.tif 000016
【図１５】
2016225061.tif 000017
【図１６】
2016225061.tif 000018
【図１７】
2016225061.tif 000019
【図１８】
2016225061.tif 000020