BRPI0619735A2

BRPI0619735A2 - sistema e método de refrigeração de uma célula de combustìvel

Info

Publication number: BRPI0619735A2
Application number: BRPI0619735-3A
Authority: BR
Inventors: Tomotaka Ishikawa
Original assignee: Toyota Motor Co Ltd
Priority date: 2005-12-12
Filing date: 2006-12-11
Publication date: 2011-10-11
Also published as: WO2007069022A3; KR100967686B1; US20090311565A1; US8642219B2; US20120045706A1; WO2007069022A2; CN101331634B; JP2007280927A; US8753782B2; EP1964200A2; KR20080067005A; BRPI0619735B1; CN101331634A

Abstract

SISTEMA E MéTODO DE REFRIGERAçãO DE UMA CéLULA DE COMBUSTìVEL. A presente invenção refere-se a um sistema de refrigeração (100) de uma célula de combustível que está provido com uma passagem de fluxo de refrigeração principal (102) e uma passagem de fluxo de refrigeração de desvio (104) a qual está disposta em paralelo com a passagem de fluxo de refrigeração principal (102) e desvia o mesmo refrigerante, como passagens de fluxo através das quais o refrigerante flui. Um radiador (110) e uma bomba de circulação de refrigerante (WP) (130) e similares estão dis- postos na passagem de fluxo de refrigeração principal (102). O refrigerante da passagem de fluxo de refrigeração principal (102) entra na passagem de fluxo de refrigeração de desvio (104) e atinge o segundo trocador de calor (120) através de uma carcaça de um motor (50) de um ACP (48) e similares. No segundo trocador de calor (120), a troca de calor é também é executada com uma passagem de fluxo de gás de suprimento (80), após o que o refri- gerante retorna para a passagem de fluxo de refrigeração principal (102). O modo no qual o refrigerante é distribuído pode ser mudado dependendo de onde o refrigerante é desviado da passagem de fluxo de refrigeração principal (102) e da disposição da bomba de circulação (130).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA E MÉTODO DE REFRIGERAÇÃO DE UMA CÉLULA DE COMBUSTÍVEL".

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um sistema e método de refrige- ração de uma célula de combustível a qual gera eletricidade por uma reação eletroquímica produzida pelo suprimento de um gás combustível para um lado de anodo e suprindo um gás oxidante a um lado de catodo.

DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELATIVA

As células de combustível estão sendo utilizadas em veículos porque estas tem pouco efeito sobre o ambiente. Uma célula de combustível produz a energia necessária, por exemplo, pelo suprimento de um gás com- bustível tal como o hidrogênio para um lado de anodo de uma pilha de célu- las de combustível e um gás oxidante que inclui o oxigênio, tal como o ar, para um lado de catodo, e produzindo uma reação entre os dois através de uma membrana de eletrólito. Esta reação gera calor dentro da célula de combustível, de modo que para resfriá-la, um refrigerante tal como a água de refrigeração é circulado através da pilha de células de combustível e en- tão resfriado por um radiador ou similar. De modo a aquecer uma célula de combustível fria na partida, o refrigerante é aquecido para uma temperatura apropriada por um aquecedor, por exemplo. Deste modo, o refrigerante é circulado através da pilha de células de combustível e a sua temperatura ajustada.

Também, um compressor de gás, tal como um compressor de ar (ACP) é utilizado para pressurizar apropriadamente o gás oxidante suprido para o lado de catodo da pilha de células de combustível. Conforme o ACP opera, este também gera calor e é portanto resfriado por um trocador de ca- lor, referido como um resfriador intermédio. Além disso, os veículos estão também providos com um trocador de calor para o condicionamento de ar da cabine. Deste modo, os veículos estão providos com vários trocadores de calor para diferentes propósitos de modo que seria razoável considerar a sua utilização compartilhada. Por exemplo, a Publicação de Pedido de Patente Japonesa Nú- mero JP-A-2005-79007 descreve um sistema de célula de combustível que impede a obstrução enquanto ajudando a acumular uma umidade suficiente de um umidificador provido no lado de catodo da célula de combustível. A- qui, tanto o refrigerante para resfriar o gás de suprimento de catodo quanto o refrigerante para resfriar a pilha de células de combustível são compartilha- dos e o trocador de calor para resfriar o gás de suprimento de catodo e a pilha de células de combustível estão conectados em série por uma passa- gem de fluxo de refrigerante. Duas válvulas de três vias as quais mudam a direção do fluxo de refrigerante dependendo se a temperatura da célula de combustível está alta ou baixa estão dispostas a meio caminho nesta passa- gem de fluxo de refrigerante.

Também, o Pedido de Fase nacional Japonês Publicado Número 2005-514261 de pedido PCT descreve um método para aquecer e resfriar um veículo que tem uma célula de combustível como um aparelho de condi- cionamento de ar e fonte de aquecimento a qual facilmente compensa por um calor insuficiente quando a temperatura externa é baixa, e a qual tam- bém permite tanto uma refrigeração suficiente do aparelho de célula de combustível quanto um condicionamento de ar confortável quando a tempe- ratura externa é alta. De acordo com a tecnologia descrita nesta publicação, um refrigerante comum é utilizado para resfriar a fonte de aquecimento e prover o condicionamento de ar para o veículo, de modo que somente um único circuito de refrigerante é utilizado. Este circuito de refrigerante ramifica em um primeiro subcircuito e um segundo subcircuito em um ponto de rami- ficação. O primeiro subcircuito distribui o refrigerante para o aparelho de cé- lula de combustível, enquanto que o segundo subcircuito distribui o refrige- rante para o aparelho de condicionamento de ar de veículo. Após circular através destes aparelhos, os refrigerantes distribuídos então mesclam juntos novamente em um ponto de mesclagem. Isto é, um trocador de calor do apa- relho de célula de combustível e um trocador de calor do aparelho de condi- cionamento de ar estão dispostos em série em um único laço.

Na técnica relativa, quando controlando independentemente es- tes trocadores de calor, o circuito de refrigerante e o seu controle são inde- pendentes um do outro o que é inconveniente. Quando o sistema de refrige- ração da pilha de células de combustível e o sistema de refrigeração do gás de suprimento de catodo são controlados independentemente, a temperatura do gás de suprimento de catodo que entra na pilha de células de combustí- vel é determinada pelo sistema de refrigeração do gás de suprimento de ca- todo, e a temperatura do gás de suprimento de catodo (assim denominado gás de saída de catodo) que sai da pilha de células de combustível é princi- palmente determinada pelo sistema de refrigeração da pilha de células de combustível. Se estes dois sistemas de refrigeração forem controlados inde- pendentemente um do outro, a diferença de temperatura entre a temperatura do gás de suprimento de catodo que entra na pilha de células de combustí- vel e a temperatura do gás de saída de catodo pode tornar-se muito grande, o que pode resultar nos seguintes problemas.

Por exemplo, um umidificador está provido em paralelo com a pilha de células de combustível para umidificar apropriadamente o gás de suprimento de catodo e suprir este gás umidificado para a pilha de células de combustível, mas a diferença de temperatura entre as extremidades do umidificador pode tornar-se muito grande. O umidificador utilizado pode ter uma construção tubular bem conhecida, mas se a diferença de temperatura entre ambas as extremidades do umidificador tornar-se muito grande, esta construção tubular pode tornar-se danificada e não funcionar suficientemen- te. Assim, tendo os circuitos de refrigerante e os seus controles independen- tes uns dos outros para cada um dos trocadores de calor de célula de com- bustível não somente torna a estrutura complicada, mas também resulta em uma utilização ineficiente do refrigerante e pode levar a problemas tais como aqueles acima descritos.

A Publicação de Pedido de Patente Japonesa Número JP-A- 2005-79007 e o Pedido de Fase nacional Japonês Publicado Número 2005- 514261 de pedido PCT descrevem a técnica relativa a qual compartilha o refrigerante para resfriar o gás de suprimento de catodo e o refrigerante para resfriar a pilha de células de combustível e utilizam um refrigerante comum para resfriar a célula de combustível, isto é, a fonte de calor, e prover o con- dicionamento de ar para a cabine de veículo. Com estas tecnologias, uma pilha de células de combustível e outro trocador de calor para refrigeração estão dispostos em série na passagem de fluxo de refrigerante e o mesmo refrigerante é compartilhado. Como um resultado, a regulação da temperatu- ra da pilha de células de combustível e a regulação das temperaturas do gás de suprimento de catodo e da cabine de veículo são interdependentes. Con- seqüentemente, apesar do refrigerante ser utilizando mais eficientemente nestas tecnologias, as respectivas temperaturas não podem ser independen- temente controladas. Assim, é tão difícil regular apropriadamente as tempe- raturas como é quando os respectivos sistemas de refrigeração são inde- pendentemente controlados.

Deste modo, na técnica relativa, a regulação de temperatura da pilha de células de combustível e a regulação de temperatura do gás de su- primento de catodo e da cabine de veículo não são cooperativamente con- troladas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Em vista dos problemas acima, esta invenção assim prove um sistema de refrigeração de uma célula de combustível o qual cooperativa- mente controla um sistema de refrigeração de uma pilha de células de com- bustível e outro sistema de troca de calor.

Um aspecto da invenção refere-se a um sistema de refrigeração de uma célula de combustível a qual gera eletricidade por uma reação ele- troquímica produzida pelo suprimento de um gás combustível para um lado de anodo e um gás oxidante para um lado de catodo, o qual está caracteri- zado por incluir uma passagem de fluxo de refrigeração através da qual o refrigerante circula entre uma pilha de células de combustível e um radiador, e um segundo trocador de calor o qual está provido em paralelo com a pilha de células de combustível e utiliza o refrigerante que foi desviado da passa- gem de fluxo de refrigeração.

Também, outro aspecto da invenção refere-se a um sistema de refrigeração de uma célula de combustível a qual gera eletricidade por uma reação eletroquímica produzida pelo suprimento de um gás combustível para um lado de anodo e um gás oxidante para um lado de catodo, o qual está caracterizado por incluir uma passagem de fluxo de refrigeração através da qual o refrigerante circula entre uma pilha de células de combustível e um radiador, e um segundo trocador de calor o qual está provido em paralelo com o radiador e utiliza o refrigerante que foi desviado da passagem de fluxo de refrigeração.

Também, um segundo trocador de calor pode também servir como um aparelho de refrigeração de um compressor de gás para suprir o gás oxidante.

Também, a célula de combustível pode ser uma célula de com- bustível veicular montada em um veículo, um trocador de calor de condicio- namento de ar para o condicionamento de ar de uma cabine de veículo pode ser provido em paralelo com a pilha de células de combustível, e o refrige- rante que foi desviado da passagem de fluxo de refrigeração pode ser utili- zado no trocador de calor de condicionamento de ar.

O sistema de refrigeração de uma célula de combustível pode também incluir uma bomba de circulação de refrigerante disposta em série na passagem de fluxo de refrigeração, e um umidificador disposto em para- leio em relação a uma entrada do lado de catodo da pilha de células de combustível através da qual o gás oxidante é suprido para o lado de catodo da célula de combustível e uma saída do lado de catodo da pilha de células de combustível através da qual o gás é descarregado. O umidificador pode estar disposto a jusante da bomba de circulação de refrigerante e a montan- te da pilha de células de combustível, e o segundo trocador de calor pode utilizar o refrigerante retirado a jusante do radiador e a montante da bomba de circulação de refrigerante.

O sistema de refrigeração de uma célula de combustível pode também incluir uma bomba de circulação de refrigerante disposta em série na passagem de fluxo de refrigeração, e um umidificador disposto em para- lelo em relação a uma entrada do lado de catodo da pilha de células de combustível através da qual o gás oxidante é suprido para o lado de catodo da célula de combustível e uma saída do lado de catodo da pilha de células de combustível através da qual o gás é descarregado. O umidificador pode estar disposto a jusante da bomba de circulação de refrigerante e a montan- te da pilha de células de combustível, e o segundo trocador de calor pode utilizar o refrigerante retirado a jusante da bomba de circulação de refrige- rante e a montante do umidificador.

O sistema de refrigeração de uma célula de combustível pode também incluir uma bomba de circulação de refrigerante disposta em série na passagem de fluxo de refrigeração, e um umidificador disposto em para- leio em relação a uma entrada do lado de catodo da pilha de células de combustível através da qual o gás oxidante é suprido para o lado de catodo da célula de combustível e uma saída do lado de catodo da pilha de células de combustível através da qual o gás é descarregado. O umidificador pode estar disposto a montante da bomba de circulação de refrigerante e a jusan- te do radiador, e o segundo trocador de calor pode utilizar o refrigerante reti- rado a jusante do radiador e a montante do umidificador.

O sistema de refrigeração de uma célula de combustível pode também incluir uma bomba de circulação de refrigerante disposta em série na passagem de fluxo de refrigeração, e um umidificador disposto em para- leio em relação a uma entrada do lado de catodo da pilha de células de combustível através da qual o gás oxidante é suprido para o lado de catodo da célula de combustível e uma saída do lado de catodo da pilha de células de combustível através da qual o gás é descarregado. O umidificador pode estar disposto a jusante da bomba de circulação de refrigerante e a montan- te da pilha de células de combustível, e o trocador de calor de condiciona- mento de ar pode utilizar o refrigerante retirado a jusante do umidificador e a montante da pilha de células de combustível.

O sistema de refrigeração de uma célula de combustível pode também incluir uma bomba de circulação de refrigerante disposta em série na passagem de fluxo de refrigeração, e um umidificador disposto em para- lelo em relação a uma entrada do lado de catodo da pilha de células de combustível através da qual o gás oxidante é suprido para o lado de catodo da célula de combustível e uma saída do lado de catodo da pilha de células de combustível através da qual o gás é descarregado. O umidificador pode estar disposto a jusante da bomba de circulação de refrigerante e a montan- te da pilha de células de combustível, e o trocador de calor de condiciona- mento de ar pode utilizar o refrigerante retirado a jusante do radiador e a montante da bomba de circulação de refrigerante.

O sistema de refrigeração de uma célula de combustível pode também incluir uma bomba de circulação de refrigerante disposta em série na passagem de fluxo de refrigeração, e um umidificador disposto em para- leio em relação a uma entrada do lado de catodo da pilha de células de combustível através da qual o gás oxidante é suprido para o lado de catodo da célula de combustível e uma saída do lado de catodo da pilha de células de combustível através da qual o gás é descarregado, e um meio de mudan- ça de localização de desvio para mudar uma localização de pelo menos uma de uma entrada e uma saída de uma passagem de fluxo de desvio a qual desvia o refrigerante da passagem de fluxo de refrigeração para o segundo trocador de calor.

O sistema de refrigeração de uma célula de combustível pode também incluir uma bomba de circulação de refrigerante disposta em série na passagem de fluxo de refrigeração, e um umidificador disposto em para- lelo em relação a uma entrada do lado de catodo da pilha de células de combustível através da qual o gás oxidante é suprido para o lado de catodo da pilha de células de combustível e uma saída do lado de catodo da pilha de células de combustível através da qual o gás é descarregado, e um meio de mudança de localização de desvio para mudar uma localização de pelo menos uma de uma entrada e uma saída de uma passagem de fluxo de desvio a qual desvia o refrigerante da passagem de fluxo de refrigeração para o trocador de calor de condicionamento de ar.

O sistema de refrigeração de uma célula de combustível pode também incluir uma primeira bomba de circulação de refrigerante disposta em série na passagem de fluxo de refrigeração, uma passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar a qual é uma passagem de fluxo de desvio através da qual o refrigerante que foi desviado da passagem de fluxo de re- frigeração flui e na qual o trocador de calor de condicionamento de ar, um aquecedor, e uma segunda bomba de circulação de refrigerante estão dis- postos, uma passagem de fluxo de circulação disposta em paralelo com a passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar, e um meio de mu- dança de desvio de condicionamento de ar para mudar a conexão entre a passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar e a passagem de fluxo de refrigeração e uma conexão entre a passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar e a passagem de fluxo de circulação.

Também, o meio de mudança de desvio de condicionamento de ar pode mudar a conexão entre uma conexão de laço fechado na qual a passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar e a passagem de fluxo de circulação estão conectadas em um laço fechado e cortadas da passagem de fluxo de refrigeração, e uma conexão direta na qual a passa- gem de fluxo de desvio de condicionamento de ar e a passagem de refrige- ração estão diretamente conectadas e cortadas da passagem de fluxo de circulação.

A segunda bomba de circulação pode ser uma bomba a qual opera com uma eficiência melhor do que a primeira bomba de circulação quando a taxa de fluxo do refrigerante é baixa, e um meio de controle de operação de bomba pode também ser provido para controlar a operação da primeira bomba de circulação e a operação da segunda bomba de circulação uma em conexão com a outra de acordo com o estado de operação da célu- la de combustível e quando a célula de combustível está operando sob uma baixa carga, parar a operação da primeira bomba de circulação e circular o refrigerante para a pilha de células de combustível utilizando a segunda bomba de circulação.

Também, o sistema de refrigeração de uma célula de combustí- vel da invenção pode incluir uma bomba de circulação de refrigerante dis- posta em série na passagem de fluxo de refrigeração, e o segundo trocador de calor pode receber o refrigerante a montante do radiador e a jusante da pilha de células de combustível, e retornar o refrigerante a jusante do radia- dor e a montante da pilha de células de combustível.

Também, o sistema de refrigeração de uma célula de combustí- vel da invenção pode incluir uma bomba de circulação de refrigerante dis- posta em série na passagem de fluxo de refrigeração, e o segundo trocador de calor pode receber o refrigerante a jusante da bomba de circulação de refrigerante e a montante da pilha de células de combustível.

Também, o sistema de refrigeração de uma célula de combustí- vel da invenção pode incluir uma bomba de circulação de refrigerante dis- posta em série na passagem de fluxo de refrigeração, e o trocador de calor de condicionamento de ar pode receber o refrigerante a jusante da bomba de circulação de refrigerante e a montante da pilha de células de combustí- vel.

Também, o sistema de refrigeração de uma célula de combustí- vel da invenção pode incluir uma bomba de circulação de refrigerante dis- posta em série na passagem de fluxo de refrigeração, e o trocador de calor de condicionamento de ar pode receber o refrigerante a jusante da pilha de células de combustível e a montante do radiador.

EFEITOS DA INVENÇÃO

Pelo menos uma das estruturas acima inclui uma passagem de fluxo de refrigeração através da qual o refrigerante circula entre uma pilha de células de combustível e um radiador, e um segundo trocador de calor o qual está provido em paralelo com a pilha de células de combustível e utiliza o refrigerante que foi desviado da passagem de fluxo de refrigeração. Tam- bém, pelo menos uma das estruturas acima inclui uma passagem de fluxo de refrigeração através da qual o refrigerante circula uma pilha de células de combustível e um radiador, e um segundo trocador de calor o qual está pro- vido em paralelo com o radiador e utiliza o refrigerante que foi desviado da passagem de fluxo de refrigeração. Portanto, o refrigerante é compartilhado entre a pilha de células de combustível e o segundo trocador de calor. Como a passagem de fluxo de refrigeração principal que passa através do radiador e uma passagem de fluxo de refrigeração de desvio que passa através do segundo trocador de calor são paralelas uma à outra, o sistema de refrigera- ção de pilha de células de combustível e o segundo sistema de trocador de calor podem ser cooperativamente controlados pelo controle da razão de distribuição (isto é, a razão do refrigerante que flui através da passagem de fluxo de refrigeração principal com relação ao refrigerante que flui através da passagem de fluxo de refrigeração de desvio). A razão de distribuição pode também ser controlada ajustando ou mudando a razão de resistência de passagem de fluxo entre a passagem de fluxo de refrigeração principal e a passagem de fluxo de refrigeração de desvio, a posição na qual a bomba de suprimento de refrigerante está disposta, e a posição na qual a bomba de circulação de refrigerante está disposta. Alternativamente, a razão de distri- buição pode ser controlada determinando a quantidade de refrigerante que utiliza uma válvula de controle que controla a razão de distribuição. A razão de resistência de passagem de fluxo pode também ser ajustada de acordo com a localização onde a passagem de fluxo de refrigeração de desvio se- para da passagem de fluxo de refrigeração principal e as formas das passa- gens de fluxo e similares.

Também, o segundo trocador de calor também serve como o aparelho de refrigeração do compressor de gás para suprir o gás oxidante. Portanto, o sistema de refrigeração de pilha de células de combustível e o sistema de refrigeração do compressor de gás para suprir o gás oxidante podem ser cooperativamente controlados em combinação.

Mais ainda, o trocador de calor de condicionamento de ar para o condicionamento de ar da cabine de veículo está provido em paralelo com a pilha de células de combustível e o refrigerante na passagem de fluxo de refrigeração é desviado. Portanto, o sistema de refrigeração de pilha de célu- las de combustível e o sistema de condicionamento de ar da cabine de veí- culo podem ser cooperativamente controlados em combinação. Ainda, o sis- tema de refrigeração de pilha de células de combustível, o sistema de refri- geração do compressor de gás para suprir o gás oxidante, e o sistema de condicionamento de ar da cabine de veículo podem ser cooperativamente controlados em combinação.

Também, no sistema de refrigeração de uma célula de combus- tível a razão de distribuição de refrigerante difere dependendo da estrutura do sistema de refrigeração, especialmente da posição na qual a bomba de circulação está disposta. Portanto, a estrutura do sistema de refrigeração pode ser selecionada de acordo com como a refrigerante deve ser distribuí- 5 do entre a pilha de células de combustível, o segundo trocador de calor, e o trocador de calor de condicionamento de ar.

De acordo com pelo menos uma das estruturas acima, o umidifi- cador está disposto a jusante da bomba de circulação de refrigerante e a montante da pilha de células de combustível, e o segundo trocador de calor utiliza o refrigerante retirado a jusante do radiador e a montante da bomba de circulação de refrigerante. De acordo com esta estrutura, (a quantidade de refrigerante que flui através do radiador) + (a quantidade de refrigerante que flui através do segundo trocador de calor) = a quantidade total de refri- gerante = (a quantidade de refrigerante que flui através da pilha de células de combustível) + (a quantidade de refrigerante que flui através do umidifi- cador). Portanto, se (a quantidade de refrigerante que flui através do umidifi- cador) for reduzida, então uma quantidade considerável de refrigerante pode ser suprida para a pilha de células de combustível.

Também, de acordo com pelo menos uma das estruturas acima, o umidificador está disposto a jusante da bomba de circulação de refrigeran- te e a montante da pilha de células de combustível, e o segundo trocador de calor utiliza o refrigerante retirado a jusante da bomba de circulação de refri- gerante e a montante do umidificador. De acordo com esta estrutura, (a quantidade de refrigerante que flui através do radiador) = a quantidade total de refrigerante = (a quantidade de refrigerante que flui através do segundo trocador de calor) + (a quantidade de refrigerante que flui através da pilha de células de combustível) + (a quantidade de refrigerante que flui através do umidificador). Portanto, a quantidade máxima de refrigerante pode ser supri- da para o radiador.

Também, de acordo com pelo menos uma das estruturas acima, o umidificador está disposto a montante da bomba de circulação de refrige- rante e a jusante do radiador, e o segundo trocador de calor utiliza o refrige- rante retirado a jusante do radiador e a montante do umidificador. De acordo com esta estrutura, (a quantidade de refrigerante que flui através do radia- dor) + (a quantidade de refrigerante que flui através do segundo trocador de calor) + (a quantidade de refrigerante que flui através do umidificador) = a quantidade total de refrigerante = (a quantidade de refrigerante que flui atra- vés da pilha de células de combustível). Portanto, a quantidade máxima de refrigerante pode ser suprida para a pilha de células de combustível.

Também, de acordo com pelo menos uma das estruturas acima, a bomba de circulação de refrigerante está disposta em série na passagem de fluxo de refrigeração, o umidificador está disposto a jusante da bomba de circulação de refrigerante e a montante da pilha de células de combustível, e o trocador de calor de condicionamento de ar utiliza o refrigerante retirado a jusante do umidificador e a montante da pilha de células de combustível. De acordo com esta estrutura, (a quantidade de refrigerante que flui através do radiador) + (a quantidade de refrigerante que flui através do segundo troca- dor de calor) = a quantidade total de refrigerante = (a quantidade de refrige- rante que flui através do umidificador) + (a quantidade de refrigerante que flui através da pilha de células de combustível) + (a quantidade de refrige- rante que flui através do trocador de calor de condicionamento de ar). Por- tanto, o refrigerante pode ser suprido para o trocador de calor de condicio- namento de ar enquanto uma quantidade apropriada de refrigerante é supri- da para a pilha de células de combustível.

Também, de acordo com pelo menos uma das estruturas acima, a bomba de circulação de refrigerante está disposta em série na passagem de fluxo de refrigeração, o umidificador está disposto a jusante da bomba de circulação de refrigerante e a montante da pilha de células de combustível, e o trocador de calor de condicionamento de ar utiliza o refrigerante retirado a jusante do radiador e a montante da bomba de circulação de refrigerante. De acordo com esta estrutura, (a quantidade de refrigerante que flui através do radiador) + (a quantidade de refrigerante que flui através do trocador de ca- lor de condicionamento de ar) + (a quantidade de refrigerante que flui atra- vés do segundo trocador de calor) = a quantidade total de refrigerante = (a quantidade de refrigerante que flui através do umidificador) + (a quantidade de refrigerante que flui através da pilha de células de combustível). Portanto, o refrigerante pode ser suprido para outros elementos enquanto que uma quantidade considerável de refrigerante é suprida para a pilha de células de combustível.

Mais ainda, o meio de mudança de localização de desvio está provido para mudar a localização da entrada e da saída da passagem de fluxo de desvio a qual desvia o refrigerante da passagem de fluxo de refrige- ração para o segundo trocador de calor. Portanto, por exemplo, uma quanti- dade de refrigerante apropriada para o estado de operação da pilha de célu- las de combustível é capaz de ser suprida para a pilha de células de com- bustível trocando a localização do desvio de acordo com o estado de opera- ção da pilha de células de combustível.

Também, o meio de mudança de localização de desvio está pro- vido para mudar a posição da passagem de fluxo de refrigeração da entrada e da saída da passagem de fluxo de desvio a qual desvia o refrigerante da passagem de fluxo de refrigeração para o trocador de calor de condiciona- mento de ar. Portanto, uma quantidade de refrigerante apropriada para a temperatura da cabine de veículo pode ser suprida para o trocador de calor de condicionamento de ar trocando a localização do desvio de acordo com a temperatura da cabine de veículo e similares.

Também, a passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar na qual o trocador de calor de condicionamento de ar, o aquecedor, e a segunda bomba de circulação de refrigerante estão dispostos, assim como a passagem de fluxo de circulação a qual está disposta em paralelo com a passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar está provida, e a conexão entre a passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar e a passagem de fluxo de refrigeração, assim como a conexão entre a passa- gem de fluxo de desvio de condicionamento de ar e a passagem de fluxo de circulação é trocada quando desviando o refrigerante da passagem de fluxo de refrigerante para o trocador de calor de condicionamento de ar. Como um resultado, a conexão entre a passagem de fluxo de desvio de condiciona- mento de ar e a passagem de fluxo de refrigeração a qual está relacionada com a refrigeração da pilha de células de combustível pode ser trocada ou cooperativamente ou independentemente, por meio disto aumentando o grau de liberdade do sistema de refrigeração. Por exemplo, o refrigerante frio po- de ser impedido de fluir para a passagem de fluxo de desvio de condiciona- mento de ar quando a pilha de células de combustível está fria, e um refrige- rante quente pode ser suprido para o trocador de calor de condicionamento de ar após a pilha de células de combustível ter aquecido.

Também, a passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar pode ser cortada da passagem de fluxo de refrigerante e conectada com a passagem de fluxo de circulação em um laço fechado. A passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar pode também ser cortada da passagem de fluxo de circulação e diretamente conectada na passagem de fluxo de refrigeração. A primeira conexão permite que o refrigerante seja somente circulado entre o trocador de calor de condicionamento de ar e o aquecedor de modo que a cabine de veículo possa ser aquecida independentemente. A última conexão permite que o refrigerante seja cooperativamente comparti- lhado pela passagem de fluxo de refrigerante.

Também, a segunda bomba de circulação opera mais eficiente- mente com uma pequena taxa de fluxo do que o faz a primeira bomba de circulação. Portanto, quando a célula de combustível está operando sob uma baixa carga, a primeira bomba de circulação é parada e o refrigerante é cir- culado para a pilha de células de combustível utilizando a segunda bomba de circulação. Quando a pilha de células de combustível está operando sob uma baixa carga, esta não precisa ser refrigerada pelo radiador, assim fre- qüentemente é suficiente circular o refrigerante a uma baixa taxa de fluxo. Neste caso, a segunda bomba de circulação utiliza menos energia, por meio disto aperfeiçoando o desempenho de consumo de combustível do sistema total.

Também, de acordo com pelo menos uma das estruturas acima, o segundo trocador de calor utiliza o refrigerante retirado a montante do ra- diador e a jusante da pilha de células de combustível e retornado a jusante do radiador e a montante da pilha de células de combustível. De acordo com esta estrutura, (a quantidade de refrigerante que flui através do radiador) + (a quantidade de refrigerante que flui através do segundo trocador de calor) = a quantidade total de refrigerante = (a quantidade de refrigerante que flui através da pilha de células de combustível). Portanto, uma quantidade con- siderável de refrigerante pode ser suprida para a pilha de células de com- bustível.

Também, de acordo com pelo menos uma das estruturas acima, o segundo trocador de calor utiliza o refrigerante retirado a jusante da bomba de circulação de refrigerante e a montante da pilha de células de combustí- vel. De acordo com esta estrutura, (a quantidade de refrigerante que flui a- través do radiador) = a quantidade total de refrigerante = (a quantidade de refrigerante que flui através do segundo trocador de calor) + (a quantidade de refrigerante que flui através da pilha de células de combustível). Portanto a quantidade máxima de refrigerante pode ser suprida para o radiador.

Também, de acordo com pelo menos uma das estruturas acima, a bomba de circulação de refrigerante está disposta em série na passagem de fluxo de refrigeração, e o trocador de calor de condicionamento de ar uti- liza o refrigerante retirado a jusante da bomba de circulação de refrigerante e a montante da pilha de células de combustível. De acordo com esta estrutu- ra, (a quantidade de refrigerante que flui através do radiador) + (a quantida- de de refrigerante que flui através do segundo trocador de calor) = a quanti- dade total de refrigerante = (a quantidade de refrigerante que flui através da pilha de células de combustível) + (a quantidade de refrigerante que flui a- través do trocador de calor de condicionamento de ar). Portanto, o refrige- rante pode ser suprido para o trocador de calor de condicionamento de ar enquanto que uma quantidade apropriada de refrigerante é suprida para a pilha de células de combustível.

Também, de acordo com pelo menos uma das estruturas acima, a bomba de circulação de refrigerante está disposta em série na passagem de fluxo de refrigeração, e o trocador de calor de condicionamento de ar uti- liza o refrigerante retirado a jusante da pilha de células de combustível e a montante do radiador. De acordo com esta estrutura, (a quantidade de refri- gerante que flui através do radiador) + (a quantidade de refrigerante que flui através do trocador de calor de condicionamento de ar) + (a quantidade de refrigerante que flui através do segundo trocador de calor) = a quantidade total de refrigerante = (a quantidade de refrigerante que flui através da pilha de células de combustível). Portanto, o refrigerante pode ser suprido para outros elementos enquanto que uma quantidade considerável de refrigerante é suprida para a pilha de células de combustível.

Como acima descrito, o sistema de refrigeração da célula de combustível de acordo com a invenção permite que o sistema de refrigera- ção de pilha de células de combustível e outro sistema de troca de calor se- jam cooperativamente controlados.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Os objetos, características e vantagens acima e adicionais da invenção ficarão aparentes da descrição seguinte de modalidades preferidas com referência aos desenhos acompanhantes, em que números iguais são utilizados para representar os elementos iguais, e em que:

Figura 1 é um diagrama de blocos de um sistema de operação de célula de combustível ao qual um sistema de refrigeração de uma célula de combustível de acordo com uma primeira modalidade da invenção foi a- plicado;

Figura 2 é uma vista que mostra a estrutura do sistema de refri- geração de uma célula de combustível de acordo com a primeira modalidade da invenção;

Figura 3 é uma vista que mostra um exemplo modificado do sis- tema de refrigeração de uma célula de combustível de acordo com a primei- ra modalidade;

Figura 4 é uma vista que mostra outro exemplo modificado do sistema de refrigeração de uma célula de combustível de acordo com a pri- meira modalidade;

Figura 5 é uma vista que ilustra um controle cooperativo com um trocador de calor de condicionamento de ar de acordo com uma segunda modalidade da invenção;

Figura 6 é uma vista que mostra um exemplo modificado do con- trole cooperativo com um trocador de calor de condicionamento de ar de a- cordo com a segunda modalidade;

Figura 7 é uma vista que mostra ainda outro exemplo modificado do controle cooperativo com um trocador de calor de condicionamento de ar de acordo com a segunda modalidade.

Figura 8 é uma vista que mostra um exemplo de uma conexão de passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar no exemplo mo- dificado mostrado na Figura 7;

Figura 9 é uma vista que mostra outro exemplo de uma conexão de passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar no exemplo mo- dificado mostrado na Figura 7;

Figura 10 é uma vista que ilustra a operação de uma bomba de circulação no exemplo modificado mostrado na Figura 7;

Figura 11 é uma vista que mostra a estrutura de um sistema de refrigeração de uma célula de combustível de acordo com outra modalidade;

Figura 12 é uma vista que mostra ainda outra modalidade;

Figura 13 é uma vista que mostra ainda outra modalidade;

Figura 14 é uma vista que mostra outra modalidade de controle coordenado com o trocador de calor de condicionamento de ar;

Figura 15 é uma vista que mostra ainda outra modalidade de controle coordenado com o trocador de calor de condicionamento de ar;

Figura 16 é uma vista que mostra ainda outra modalidade de controle coordenado com o trocador de calor de condicionamento de ar;

Figura 17 é uma vista de um exemplo de um estado conectivo da passagem de fluxo de refrigeração de desvio de condicionamento de ar na modalidade mostrada na Figura 16;

Figura 18 é uma vista de outro exemplo de um estado conectivo da passagem de fluxo de refrigeração de desvio de condicionamento de ar na modalidade mostrada na Figura 16; e

Figura 19 é uma vista que ilustra a operação de uma bomba de circulação na modalidade mostrada na Figura 16. DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS

Na descrição seguinte e nos desenhos acompanhantes, a pre- sente invenção será descrita em mais detalhes em termos de modalidades exemplares. O sistema de refrigeração de uma célula de combustível abaixo descrito é um o qual é aplicado a um sistema de operação de célula de combustível. Portanto, a estrutura do sistema de operação de célula de combustível será primeiramente descrita e então o sistema de refrigeração será descrito. A Figura 1 é um diagrama de blocos de um sistema de opera- ção de célula de combustível 10 ao qual um sistema de refrigeração de uma célula de combustível de acordo com uma primeira modalidade da invenção foi aplicado. O sistema de operação de célula de combustível 10 inclui uma porção principal de sistema 20 e uma porção de controle 70 a qual controla vários elementos da porção principal de sistema 20 como o sistema total.

A porção principal de sistema 20 inclui um corpo principal de cé- lula de combustível referido como uma pilha de células de combustível 22 a qual está composta de uma pluralidade de células de combustível individuais empilhadas juntas, vários elementos para suprir o gás hidrogênio que estão dispostos em um lado de anodo da pilha de células de combustível 22, e vários elementos para suprir ar que estão dispostos em um lado de catodo da pilha de células de combustível 22.

Uma fonte de suprimento de gás hidrogênio do lado de anodo 24 está provida a qual é um tanque que supre o hidrogênio como gás combustí- vel. Esta fonte de suprimento de gás hidrogênio está conectada a um regu- lador 26 o qual serve para regular apropriadamente a pressão e a taxa de fluxo de gás suprido da fonte de suprimento de gás hidrogênio 24. Um ma- nômetro de pressão 28 está provido em uma saída do regulador 26. Este manômetro de pressão 28 é uma máquina de medição para detectar a pres- são de hidrogênio que é suprido. A saída do regulador 26 está conectada a uma entrada do lado de anodo da pilha de células de combustível 22 de mo- do que o gás combustível o qual foi regulado para uma pressão e taxa de fluxo apropriadas seja suprido para a pilha de células de combustível 22. O gás descarregado da saída do lado de anodo da pilha de célu- las de combustível 22 tem um baixo conteúdo de hidrogênio porque o hidro- gênio é consumido para gerar eletricidade, e um conteúdo de gás de alta impureza devido ao gás nitrogênio, o qual é um componente do ar do lado de catodo que permeia através de um MEA (Conjunto de Eletrodo de Mem- brana). A água, a qual é o produto da reação, também permeia através do MEA.

Um desviador de fluxo 32 o qual está conectado na saída do la- do de anodo da pilha de células de combustível 22 desvia o gás de descarga para um atenuador 64 através de uma válvula de liberação de gás 34 quan- do o conteúdo de gás de impureza descarregado da saída do lado de anodo torna-se alto. O gás descarregado neste momento é o gás hidrogênio que também contém água, a qual é um produto de reação, além do nitrogênio. Também, um dispositivo de aumento de pressão de circulação 30 está pro- vido após o desviador de fluxo 32 e entre este e a entrada do lado de anodo. Este dispositivo de aumento de pressão de circulação 30 é uma bomba de hidrogênio a qual aumenta a pressão parcial de hidrogênio no gás que retor- na da saída do lado de anodo e retorna este hidrogênio novamente para a entrada do lado de anodo, por meio disto reutilizando-o.

Uma fonte de suprimento de oxigênio do lado de catodo 40 é realmente capaz de utilizar o ar ambiente. Este ar ambiente (isto é, gás) da fonte de suprimento de oxigênio 40 é suprido para o lado de catodo através de um filtro 42. Um medidor de fluxo 44 está provido após o filtro 42, o qual detecta a taxa de fluxo total do gás suprido da fonte de suprimento de oxigê- nio 40. Um calibre de temperatura 46 está também provido após o filtro 42, o qual detecta a temperatura do gás que flui para fora da fonte de suprimento de oxigênio 40.

Um compressor de ar (ACP) 48 aumenta a pressão do gás de suprimento comprimindo-o volumetricamente utilizando um motor 50. Tam- bém o ACP (48) varia a sua velocidade (isto é, o número de rotações por minuto) sob o controle da porção de controle 70 de modo a suprir uma quan- tidade predeterminada de gás de suprimento. Isto é, quando uma grande taxa de fluxo de gás de suprimento é requerida, a velocidade do motor 50 é aumentada. Ao contrário, quando uma pequena taxa de fluxo de gás de su- primento é requerida, a velocidade do motor 50 é diminuída. Uma porção de detecção de consumo de energia de ACP 52 está provida, a qual é um dis- positivo de medição que detecta o consumo de energia do ACP (48), e mais especificamente, o consumo de energia do motor 50. O motor 50 consome mais energia quanto mais rápido este opera e consume menos energia quanto mais lento este opera. Portanto, o consumo de energia está proxi- mamente relacionado com a velocidade do motor ou a taxa de fluxo de gás de suprimento.

Como o ACP (48) supre o ar que inclui oxigênio para o lado de catodo da pilha de células de combustível 22 sob o controle da porção de controle 70 deste modo, o ar que inclui oxigênio será daqui em diante referi- do como o gás de suprimento do lado de catodo ou simplesmente gás de suprimento. Portanto, os elementos da fonte de suprimento de oxigênio 40 para o ACP (48) podem referidos como dispositivos de suprimento de oxigê- nio.

Um umidificador 54 umidifica apropriadamente o gás de supri- mento de modo que a reação de célula de combustível dentro da pilha de células de combustível 22 aconteça eficientemente. O gás de suprimento que foi adequadamente umidificado pelo umidificador 54 é então suprido para a entrada do lado de catodo da pilha de células de combustível 22 e descarregado da saída do lado de catodo. Neste momento, a água, a qual é um produto da reação, é também descarregada juntamente com o gás de descarga. A temperatura da pilha de células de combustível 22 aumenta de- vido à reação, e conforme esta o faz, a água descarregada transforma-se em vapor de água. Este vapor de água é então suprido para o umidificador 54 e utilizado para umidificar o gás de suprimento. Deste modo, o umidifica- dor 54 serve para aplicar apropriadamente a umidade do vapor de água para o gás de suprimento de modo que este possa ser utilizado como um trocador de gás o qual utiliza um assim denominado sistema em ar. Isto é, o umidifi- cador 54 está estruturado para ser capaz de executar uma troca de gás en- tre uma passagem de fluxo através da qual o gás do ACP (48) flui e uma passagem de fluxo através da qual o vapor de água flui. Por exemplo, fa- zendo uma passagem de fluxo interna do sistema em ar a passagem de flu- xo através da qual o gás de suprimento do ACP (48) flui e fazendo uma pas- sagem de fluxo externa do sistema em ar a passagem de fluxo através da qual o vapor de água da saída do lado de catodo da pilha de células de combustível 22 flui, o gás de suprimento para a entrada de catodo da pilha de células de combustível 22 é capaz de ser apropriadamente umidificado.

Aqui, a passagem de fluxo que conecta os dispositivos de su- primento de oxigênio acima descritos com a entrada do lado de catodo da pilha de células de combustível 22 será referida como a passagem de fluxo do lado de entrada. Correspondentemente, a passagem de fluxo que está conectada da saída do lado de catodo da pilha de células de combustível 22 para o lado de descarga será referida como a passagem de fluxo do lado de saída.

Um manômetro de pressão 56 provido na saída do lado de cato- do da passagem de fluxo do lado de saída detecta a pressão de gás na saí- da do lado de catodo. Também, uma válvula de regulação de pressão 60, também referida como uma válvula de contrapressão, a qual está provida na passagem de fluxo do lado de saída ajusta a taxa de fluxo de gás de supri- mento para a pilha de células de combustível 22 regulando a pressão de gás na saída do lado de catodo. A válvula aqui utilizada é uma a qual pode ajus- tar a abertura efetiva da passagem de fluxo tal como uma válvula borboleta, por exemplo.

A saída da válvula de regulação de pressão 60 está conectada no umidificador 54. Portanto, após o gás fluir através da válvula de regulação de pressão 60 e suprir o vapor de água para o umidificador 54, este entra no atenuador 64, após o que este é descarregado para fora do sistema.

Uma válvula de desvio 62 está provida em uma passagem de fluxo de desvio a qual conecta a passagem do fluxo do lado de entrada com a passagem de fluxo do lado de saída e está disposta em paralelo com a pilha de células de combustível 22. Esta válvula de desvio 62 supre princi- palmente o ar para atenuar o conteúdo de hidrogênio no gás de descarga para o atenuador 64. Isto é, quando a válvula de desvio 62 é aberta, o gás de suprimento do ACP (48) é suprido, separadamente do componente que flui para a pilha de células de combustível 22, para o atenuador 64 através da passagem de fluxo de desvio sem fluir através da pilha de células de combustível 22. Esta válvula de desvio 62 pode ter a mesma estrutura que aquela de uma válvula de desvio de descarga utilizada para atenuar o gás de descarga de um motor. Esta válvula de desvio de gás de descarga é também referida como uma válvula EGR.

O atenuador 64 é um contentor de armazenamento o qual coleta a água de descarga que contém hidrogênio da válvula de liberação de gás do lado de anodo 34 assim como o gás de descarga que contém não so- mente vapor de água do lado de catodo mas também o hidrogênio que va- zou através do MEA, torna o conteúdo de hidrogênio apropriado, e então descarrega-os para fora do sistema. Quando o conteúdo de hidrogênio ex- cede o nível apropriado a válvula de desvio 62 abre de modo que a atenua- ção possa ser executada apropriadamente utilizando o gás de suprimento provido não através da pilha de células de combustível 22.

A porção de controle 70 controla os vários elementos da porção principal de sistema 20 como um sistema total e pode também ser referida como a CPU de célula de combustível. Por exemplo, a porção de controle 70 controla cooperativamente a válvula de regulação de pressão e a válvula de desvio de acordo com o estado de operação da célula de combustível. A porção de controle 70 também controla um sistema de refrigeração, o qual será posteriormente descrito, de modo a manter a pilha de células de com- bustível 22, o ACP 48, e o gás de suprimento do lado de catodo e similares nas temperaturas apropriadas. Estas funções podem ser realizadas com um software. Mais especificamente, estas funções podem ser realizadas pela execução de um programa de operação de célula de combustível corres- pondente, um programa de refrigeração de célula de combustível, e simila- res. Alguns destas funções podem também ser realizadas com hardware.

Neste tipo de sistema de operação de célula de combustível 10, a pilha de células de combustível 22 gera calor pela reação entre o gás combustível e o gás de suprimento. Além disso, o calor é também gerado pelo motor 50 e similares quando o ACP (48) está operando. Mais ainda, o gás de suprimento suprido para o lado de catodo da pilha de células de combustível 22 está de preferência a uma temperatura apropriada. Também, apesar do sistema de condicionamento de ar para o condicionamento de ar da cabine de veículo poder ser provido, quando o sistema de operação de célula de combustível 10 está montado em um veículo, é preferível utilizar o calor residual da pilha de células de combustível 22, se possível, para trazer rapidamente a cabine para uma temperatura apropriada quando a cabine está fria, por exemplo. Deste modo, a temperatura dos elementos que com- põem o sistema de operação de célula de combustível 10 pode ser regulada, isto é, resfriada, o que é para que o sistema de refrigeração de uma célula de combustível está provido.

Na descrição seguinte, a passagem de fluxo de refrigeração a- través da qual o refrigerante flui que refrigera a pilha de células de combustí- vel utilizando um radiador será referido como a passagem de fluxo principal e a passagem de fluxo de refrigeração a qual desvia o fluxo do refrigerante e corre em paralelo com a passagem de fluxo de refrigeração principal será referida como a passagem de fluxo de refrigeração de desvio. Um trocador de calor para refrigerar o ACP (48) e um trocador de calor utilizado para o condicionamento de ar da cabine serão descritos como os trocadores de calor providos na passagem de fluxo de refrigeração de desvio. O radiador é considerado a primeiro trocador de calor, de modo que o trocador de calor para refrigerar o ACP (48) será referido como o segundo trocador de calor e o trocador de calor utilizado para o condicionamento de ar da cabine será referido como o trocador de calor de condicionamento de ar. O segundo tro- cador de calor neste caso pode ser combinado com um resfriador intermédio para refrigerar independentemente o ACP (48) como um sistema de refrige- ração pela execução de troca de calor utilizando o refrigerante desviado. É claro, o resfriador intermédio pode também ser deixado como um sistema de refrigeração independente e o segundo trocador de calor utilizado para refri- gerar outros elementos.

A Figura 2 é uma vista da estrutura de um sistema de refrigera- ção 100 da célula de combustível. Este desenho mostra o sistema de refrige- ração do lado de catodo no sistema de operação de célula de combustível.

Uma passagem de fluxo 80 para o gás de suprimento o qual entra na pilha de células de combustível 22 do ACP (48) através do umidificador 54 e en- tão sai da pilha de células de combustível 22 está mostrada em linhas finas, enquanto que a passagem de fluxo através da qual o refrigerante flui está mostrada pelas linhas grossas. O sistema de refrigeração 100 da célula de combustível está provido com passagens de fluxo através das quais o refri- gerante flui, a saber uma passagem de fluxo de refrigeração principal 102 e uma passagem de fluxo de refrigeração de desvio 104 a qual está disposta em paralelo com a passagem de fluxo de refrigeração principal 102 e desvia o mesmo refrigerante. Um LCC (Refrigerante de Longa Vida) ou similar, o qual é principalmente a água, pode ser utilizado para o refrigerante.

Dispostos na passagem de fluxo de refrigeração principal 102 estão um radiador 110 que tem um ventilador de refrigeração, um aquecedor 112 para aquecer, uma válvula de três vias 114 para desviar apropriadamen- te o refrigerante para o aquecedor 112, e uma bomba de circulação (WP) para circular o refrigerante. O refrigerante que flui através da passagem de fluxo de refrigeração principal 102 circula entre o radiador 110 e a pilha de células de combustível 22, remove o calor da pilha de células de combustível 22 morna ou quente, então é resfriado pelo radiador 110, e retorna nova- mente para a pilha de células de combustível 22. Também, um umidificador 54 está disposto em paralelo tanto com a entrada do lado de catodo da pilha de células de combustível a qual supre o gás oxidante para o lado de catodo da pilha de células de combustível 22 quanto com a saída do lado de catodo da pilha de células de combustível através da qual o gás é descarregado, como está acima descrito, e é também refrigerada pela passagem de fluxo de refrigeração principal 102.

A passagem de fluxo de refrigeração de desvio 104 está dispos- ta em paralelo com a passagem de fluxo de refrigeração principal 102. O refrigerante nesta passagem de fluxo de refrigeração de desvio 104 é retira- do da passagem de fluxo do lado de suprimento da passagem de fluxo de refrigeração principal 102 através da qual o refrigerante flui do radiador 110 na direção da pilha de células de combustível 22, e retornado para a passa- gem de fluxo do lado de descarga da passagem de fluxo de refrigeração principal 102 através da qual o refrigerante flui da pilha de células de com- bustível 22 na direção do radiador 110. A passagem de fluxo de refrigeração de desvio 104 leva a uma carcaça e similares do motor 50 do ACP (48) atra- vés de um segundo trocador de calor 120 o qual executa uma troca de calor com a passagem de fluxo 80 de gás de suprimento comprimido suprido do ACP (48) para o umidificador 54 e a pilha de células de combustível 22 e então retorna para a passagem de fluxo de refrigeração principal 102. Con- seqüentemente, o segundo trocador de calor 120 remove o calor do motor 50 do ACP (48) e também regula a temperatura do gás de suprimento. Esta função pode também ser executada por um sistema de refrigeração inde- pendente referido como um resfriador intermédio, mas na estrutura mostrada na Figura 2, a função do resfriador intermédio está compartilhada pelo refri- gerante e o sistema de refrigeração que estende-se do radiador 110 para a pilha de células de combustível 22.

Aqui, a bomba de circulação 130 está provida na passagem de fluxo do lado de suprimento da passagem de fluxo de refrigeração principal 102 no lado a montante do umidificador e no lado a jusante da localização onde o refrigerante entra na passagem de fluxo de refrigeração de desvio 104. Como mostrado na Figura 2, o umidificador 54 está disposto a jusante da bomba de circulação 130 e a montante da pilha de células de combustível 22, e o refrigerante utilizado pelo trocador de calor 120 é retirado a jusante do radiador 110 e a montante da bomba de circulação 130. Isto é, o refrige- rante flui através do radiador 110 e do segundo trocador de calor 120 a mon- tante da bomba de circulação 130 e através do umidificador 54 e da pilha de células de combustível 22 a jusante da bomba de circulação 130.

Conseqüentemente, nesta estrutura, (a quantidade de refrigeran- te que flui através do radiador 110) + (a quantidade de refrigerante que flui através do segundo trocador de calor 120) = a quantidade total de refrigeran- te = (a quantidade de refrigerante que flui através da pilha de células de combustível 22) + (a quantidade de refrigerante que flui através do umidifi- cador 54). Portanto, se (a quantidade de refrigerante que flui através do umi- dificador 54) for pequena, então uma quantidade bastante grande de refrige- rante pode ser suprida para a pilha de células de combustível 22. A razão da quantidade de refrigerante que flui através de umidificador 54 para a quanti- dade de refrigerante que flui através da pilha de células de combustível 22 pode ser determinada pela percentagem de resistência de passagem de flu- xo das duas ou similar. Por exemplo, se a razão de (a quantidade de refrige- rante que flui através do umidificador 54): (a quantidade de refrigerante que flui através da pilha de células de combustível 22) = 2 : 98, então 98% da quantidade de refrigerante total pode ser supridos para a pilha de células de combustível 22. Como um resultado, quando a temperatura da pilha de célu- Ias de combustível 22 torna-se muito alta, o calor pode ser rapidamente re- movido para o lado do radiador 110. Também, a razão de (a quantidade de refrigerante que flui através do radiador 110) para (a quantidade de refrige- rante que flui através do segundo trocador de calor 120) pode também ser determinada pela percentagem de resistência de passagem de fluxo destas duas ou similar. Alternativamente, a quantidade de refrigerante que flui atra- vés destes pode ser determinada utilizando uma válvula de controle que controla a razão de distribuição e o radiador 110 e o segundo trocador de calor 120 podem ser cooperativamente operados.

Também a passagem de fluxo de refrigeração de desvio 104 está provida em paralelo com a passagem de fluxo de refrigeração principal 102 o que permite que a diferença entre a temperatura do refrigerante des- carregado do segundo trocador de calor 120 e a temperatura do refrigerante descarregado da pilha de células de combustível 22 seja reduzida. A primei- ra define a temperatura de gás de suprimento no lado de entrada de gás de suprimento do umidificador 54 e a última define a temperatura da saída de gás de suprimento do umidificador 54. Portanto, a diferença de temperatura entre ambas as extremidades de entrada de gás do umidificador 54 pode ser reduzida de modo que os danos causados por uma diferença de temperatura entre as duas extremidades possam ser suprimidos mesmo se uma estrutura do tipo em ar for utilizada.

No sistema de refrigeração da célula de combustível, o modo no qual o refrigerante é distribuído pode ser mudado dependendo de onde a passagem de fluxo de refrigeração de desvio separa da passagem de fluxo de refrigeração principal e da disposição da bomba de circulação 130. A Fi- gura 3 é uma vista da estrutura de um sistema de refrigeração 140 de uma célula de combustível a qual pode fornecer a maior quantidade de refrigeran- te para o radiador 110 de acordo com um exemplo modificado da primeira modalidade, Os elementos neste desenho que são os mesmos que os ele- mentos na Figura 2 serão denotados por números de referência iguais e as descrições detalhadas destes elementos serão omitidas.

No sistema de refrigeração 140 da célula de combustível mos- trada na Figura 3, a bomba de circulação 130 está provida na passagem de fluxo do lado de suprimento da passagem de fluxo de refrigeração principal 102 a jusante do radiador 110 e a montante da localização onde o refrigeran- te é desviado para uma passagem de fluxo de refrigeração de desvio 144. Como mostrado na Figura 3, o umidificador 54 está disposto a jusante da bomba de circulação 130 e a montante da pilha de células de combustível 22, e o refrigerante utilizado pelo segundo trocador de calor 120 é retirado a jusante do radiador 110 e da bomba de circulação 130 e a montante do umi- dificador 54. Isto é, a montante da bomba de circulação 130 o refrigerante flui somente através do radiador 110, enquanto que a jusante da bomba de circulação 130 o refrigerante flui através do segundo trocador de calor 120, do umidificador 54, e da pilha de células de combustível 22.

Portanto, de acordo com esta estrutura, (a quantidade de refrige- rante que flui através do radiador 110) = a quantidade total de refrigerante = (a quantidade de refrigerante que flui através do segundo trocador de calor 120) + (a quantidade de refrigerante que flui através da pilha de células de combustível 22) + (a quantidade de refrigerante que flui através do umidifi- cador 54) de modo que (a quantidade de refrigerante que flui através do ra- diador 110) pode ser maximizada. Como um resultado, quando a diferença de temperatura entre o lado de entrada de gás de suprimento e o lado de saída da pilha de células de combustível 22 é grande, esta diferença de temperatura pode ser efetivamente reduzida fornecendo uma quantidade máxima de refrigerante da pilha de células de combustível 22 para o radia- dor 110.

A Figura 4 é uma vista da estrutura de um sistema de refrigeran- te 150 de uma célula de combustível no qual a maior quantidade de refrige- rante pode ser fornecida para a pilha de células de combustível 22 de acordo com outro exemplo modificado da modalidade. Os elementos neste desenho que são os mesmos que os elementos nas Figuras 2 e 3 serão denotados por números de referência iguais e as descrições detalhadas destes elemen- tos serão omitidas.

No sistema de refrigeração 150 da célula de combustível mos- trada na Figura 4, a bomba de circulação 130 está provida na passagem de fluxo do lado de suprimento da passagem de fluxo de refrigeração principal 102 a jusante da localização onde o refrigerante é desviado para uma pas- sagem de fluxo de refrigeração de desvio 144 e para o umidificador 54, e imediatamente a montante da pilha de células de combustível 22. Como mostrado na Figura 4, o umidificador 54 está disposto a montante da bomba de circulação 130 e a jusante do radiador 110, e o refrigerante utilizado pelo segundo trocador de calor 120 é retirado a jusante do radiador 110 e a mon- tante do umidificador 54. Isto é, a montante da bomba de circulação 130 o refrigerante flui através do radiador 110, do segundo trocador de calor 120, e do umidificador 54, enquanto que a jusante da bomba de circulação 130 o refrigerante flui somente através da pilha de células de combustível 22.

Portanto, de acordo com esta estrutura, (a quantidade de refrige- rante que flui através do radiador 110) + (a quantidade de refrigerante que flui através do segundo trocador de calor 120) + (a quantidade de refrigeran- te que flui através do umidificador 54) = a quantidade total de refrigerante = (a quantidade de refrigerante que flui através da pilha de células de combus- tível 22) de modo que (a quantidade de refrigerante que flui através da pilha de células de combustível 22) pode ser maximizada. Como um resultado, o calor da pilha de células de combustível 22 pode ser efetivamente removido pelo fornecimento da quantidade máxima de refrigerante para a pilha de cé- lulas de combustível 22.

No sistema de refrigeração de uma célula de combustível, o re- frigerante pode também ser desviado da passagem de fluxo de refrigeração principal para um trocador de calor de condicionamento dè ar para o condi- cionamento de ar de uma cabine de veículo. A Figura 5 é uma vista da estru- tura de um sistema de refrigeração 160 de uma célula de combustível o qual desvia o refrigerante para um trocador de calor de condicionamento de ar de acordo com uma segunda modalidade da invenção. Os elementos neste de- senho que são os mesmos que os elementos na Figura 2 serão denotados por números de referência iguais e as descrições detalhadas destes elemen- tos serão omitidas.

Além do sistema de refrigeração que inclui a passagem de fluxo de refrigeração de desvio 104 e o segundo trocador de calor 120 descritos com referência à Figura 2, o sistema de refrigeração 160 da célula de com- bustível mostrada na Figura 5 está também provido com uma passagem de fluxo de refrigeração de desvio de condicionamento de ar 164 a qual desvia o refrigerante da passagem de fluxo de refrigeração principal 102 para um trocador de calor de condicionamento de ar 170 para o condicionamento de ar de uma cabine de veículo 162. Na passagem de fluxo de refrigeração de desvio de condicionamento de ar 164 estão providos um aquecedor 166 quando necessário, e uma válvula de interrupção 168 a qual controla (seleti- vãmente permite ou impede) o desvio de refrigerante para a passagem de fluxo de refrigeração de desvio de condicionamento de ar 164.

O refrigerante na passagem de fluxo de refrigeração principal 102 é desviada para o trocador de calor de condicionamento de ar 170 em uma localização logo antes da entrada de refrigerante para a pilha de células de combustível 22. Como mostrado na Figura 5, o umidificador 54 está dis- posto a jusante da boba de circulação 130 e a montante da pilha de células de combustível 22, e o refrigerante utilizado pelo trocador de ar de condicio- namento de ar 170 é retirado a jusante do umidificador 54 e a montante da pilha de células de combustível 22. Também, quando a válvula de interrup- ção 168 está aberta, o refrigerante que foi desviado da passagem de fluxo de refrigeração principal 102 é suprido para o trocador de calor de condicio- namento de ar 170 através do aquecedor 166 e então retomado para a pas- sagem de fluxo de refrigeração principal 102. O retorno de refrigerante está localizado imediatamente após a saída de refrigerante da pilha de células de combustível 22.

De acordo com esta estrutura, (a quantidade de refrigerante que flui através do radiador 110) + (a quantidade de refrigerante que flui através do segundo trocador de calor 120) = a quantidade total de refrigerante = (a quantidade de refrigerante que flui através do umidificador 54) + (a quanti- dade de refrigerante que flui através da pilha de células de combustível 22) + (a quantidade de refrigerante que flui através do trocador de calor de condi- cionamento de ar 170). Portanto, o refrigerante pode ser suprido para o tro- cador de calor de condicionamento de ar enquanto uma quantidade apropri- ada de refrigerante é suprida para a pilha de células de combustível 22.

Isto é, de acordo com esta estrutura, o refrigerante que foi aque- cido pela operação da pilha de células de combustível 22 e circulado en- quanto sendo mantido a uma temperatura apropriada pelo radiador 110 pode ser suprido para o trocador de calor de condicionamento de ar 170 de modo que a cabine de veículo 162 possa ser aquecida e um ambiente de ar condi- cionado apropriado conseguido sem precisar prover especialmente um sis- tema de condicionamento de ar separado. Se necessário, o aquecedor 112 ou o aquecedor 166 pode também ser utilizado. Ainda, quando a pilha de células de combustível 22 não está suficientemente aquecida, o refrigerante frio pode ser impedido de ser fornecido para o trocador de calor de condicio- namento de ar 170 pelo fechamento da válvula de interrupção 168.

Deste modo, pela abertura da válvula de interrupção 168 somen- te quando a cabina de veículo precisa ser aquecida, a energia da bomba de circulação 130 pode ser reduzida. Também, pela provisão do aquecedor 166 o qual ajuda a aquecer a cabine de veículo no sistema do trocador de calor de condicionamento de ar 170, como mostrado na Figura 5, o consumo de combustível pode ser reduzido sem uma perda de pressão no aquecedor 166 durante a operação de refrigeração normal da pilha de células de com- bustível 22 na qual a válvula de interrupção 168 está fechada.

Como acima descrito, pelo compartilhamento do refrigerante en- tre o sistema de refrigeração da pilha de células de combustível 22 e o sis- tema de condicionamento de ar de cabine e abrindo e fechando seletivamen- te a válvula de interrupção 168 dependendo da temperatura da pilha de célu- las de combustível 22 e da temperatura na cabine de veículo, o sistema de refrigeração da pilha de células de combustível 22 e o sistema de condicio- namento de ar de cabine podem ser combinados sob um controle cooperati- vo. Na Figura 5, a passagem de fluxo de refrigeração de desvio 104 a qual inclui o segundo trocador de calor 120 está provida, e o radiador 110, o se- gundo trocador de calor 120, e o trocador de calor de condicionamento de ar 170 são cooperativamente controlados. Alternativamente, no entanto, o se- gundo trocador de calor 120 pode ser omitido e o controle cooperativo pode ser executado entre o radiador 110 e o trocador de calor de condicionamento de ar 170.

No sistema de refrigeração que inclui o trocador de calor de condicionamento de ar, o modo no qual o refrigerante é distribuído pode ser mudado dependendo onde a passagem de fluxo de refrigeração de desvio de condicionamento de ar separa da passagem de fluxo de refrigeração principal e da disposição de bomba de circulação 130. A Figura 6 é uma vis- ta da estrutura de um sistema de refrigeração 180 de uma célula de combus- tível de acordo com um exemplo modificado da segunda modalidade. Neste sistema, o refrigerante na passagem de fluxo de refrigeração principal 102 é desviado para o trocador de calor de condicionamento de ar 170 imediata- mente após o radiador 110. Os elementos neste desenho que são os mes- mos que os elementos na Figura 5 serão denotados por números de refe- rência iguais e as descrições detalhadas destes elementos serão omitidas.

No sistema de refrigeração 180 de uma célula de combustível mostrado na Figura 6, o refrigerante na passagem de fluxo de refrigeração principal é desviado para o trocador de calor de condicionamento de ar 170 imediatamente a jusante do radiador 110. Como mostrado no desenho, o umidificador 54 está disposto a jusante da bomba de circulação 130 e a montante da pilha de células de combustível 22, e o refrigerante utilizado pelo trocador de calor de condicionamento de ar 170 é retirado a jusante do radiador 110 e a montante da bomba de circulação 130. Também, quando a válvula de interrupção 168 está aberta, o refrigerante que foi desviado da passagem de fluxo de refrigeração principal 102 é suprido para o trocador de calor de condicionamento de ar 170 através do aquecedor 166 e então re- tornado para a passagem de fluxo de refrigeração principal 102. O retorno de refrigerante está localizado imediatamente após a saída de refrigerante da pilha de células de combustível 22.

De acordo com esta estrutura, (a quantidade de refrigerante que flui através do radiador 110) + (a quantidade de refrigerante que flui através do trocador de calor de condicionamento de ar 170) + (a quantidade de refri- gerante que flui através do segundo trocador de calor 120) = quantidade to- tal de refrigerante = (a quantidade de refrigerante que flui através do umidifi- cador 54) + (a quantidade de refrigerante que flui através da pilha de células de combustível 22). Portanto, o refrigerante pode ser suprido para outros elementos enquanto que uma quantidade considerável refrigerante é tam- bém suprida para a pilha de células de combustível 22.

Isto é, de acordo com esta estrutura, o refrigerante o qual foi a- quecido pela operação da pilha de células de combustível 22 e circulado en- quanto sendo mantido a uma temperatura apropriada pelo radiador 110 pode ser suprido para o trocador de calor de condicionamento de ar 170 de modo que a cabine de veículo 162 possa ser aquecida e um ambiente de ar condi- cionado apropriado conseguido sem precisar prover especialmente um sis- tema de condicionamento de ar separado. Se necessário, o aquecedor 112 ou o aquecedor 166 pode também ser utilizado. Ainda, quando a pilha de células de combustível 22 não está suficientemente aquecida, o refrigerante frio pode ser impedido de ser fornecido para o trocador de calor de condicio- namento de ar 170 pelo fechamento da válvula de interrupção 168. Como uma quantidade considerável de refrigerante pode ser suprida para a pilha de células de combustível 22, o calor pode ser rapidamente removido daque- la pilha de células de combustível 22.

Como acima descrito, no sistema de refrigeração de uma pilha de células de combustível, o modo no qual o refrigerante é distribuído pode ser mudado dependendo onde a passagem de fluxo de refrigeração de des- vio para o segundo trocador de calor e a passagem de fluxo de refrigeração de desvio de condicionamento de ar para o trocador de calor de condiciona- mento de ar separam da passagem de fluxo de refrigeração principal, assim como da disposição da bomba de circulação. Portanto, trocando a localiza- ção onde o fluxo é desviado da passagem de fluxo de refrigeração principal e a disposição posicionai da bomba de circulação, a refrigeração da pilha de células de combustível, a troca de calor do gás de suprimento e o ACP (48) pelo segundo trocador de calor, e o condicionamento de ar da cabine de veí- culo pelo trocador de calor de condicionamento de ar e similares podem ser cooperativamente controlados de modo que as quantidades apropriadas de refrigerante para cada possa ser suprido de acordo com o estado de opera- ção do sistema de operação de célula de combustível 10 ou do estado de operação do veículo.

Por exemplo, provendo o meio de mudança de localização de desvio para mudar a localização na passagem de fluxo de refrigeração prin- cipal da entrada e da saída da passagem de fluxo de desvio a qual desvia o refrigerante da passagem de fluxo de refrigeração principal para o segundo trocador de calor permite uma quantidade de refrigerante apropriada para o estado de operação da pilha de células de combustível seja provida para a pilha de células de combustível trocando a localização de desvio dependen- do do estado de operação da pilha de células de combustível.

Também, provendo o meio de mudança de localização de desvio para mudar a localização na passagem de fluxo de refrigeração principal da entrada e da saída da passagem de fluxo de desvio a qual desvia o refrige- rante da passagem de fluxo de refrigeração principal para o trocador de calor de condicionamento de ar permite que uma quantidade de refrigerante apro- priada para a temperatura da cabine de veículo seja suprida para o trocador de ar de condicionamento de ar trocando a localização de desvio dependen- do da temperatura da cabine e similares.

A Figura 7 é uma vista da estrutura de um sistema de refrigera- ção 200 de uma célula de combustível de acordo com um exemplo modifica- do da segunda modalidade. Aqui, a estrutura da passagem de fluxo de refri- geração de desvio de condicionamento de ar foi projetada de modo que o refrigerante que flui para o trocador de calor de condicionamento de ar 170 pode ser ou cooperativamente compartilhado com a passagem de fluxo de refrigeração principal 102 ou utilizado somente para o trocador de calor de condicionamento de ar 170. Os elementos neste desenho que são os mes- mos que os elementos na Figura 5 e similares serão denotados por números de referência iguais e as descrições detalhadas destes elementos serão omi- tidas.

No sistema de refrigeração 200 de uma célula de combustível mostrado na Figura 7, uma passagem de fluxo de refrigeração de desvio de condicionamento de ar 202 inclui três elementos. Isto é, a passagem de fluxo de refrigeração de desvio de condicionamento de ar 202 inteira está com- posta de uma passagem de fluxo de entrada / saída 204 através da qual o refrigerante é retirado da e retornado para a passagem de fluxo de refrigera- ção principal 102, uma passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206 através das qual o refrigerante que flui através do trocador de calor de condicionamento de ar 170 flui, e uma passagem de fluxo de circulação 208 a qual está disposta em paralelo com a passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206.

Como mostrado na Figura 7, válvulas de três vias 210 e 212 es- tão providas nos pontos de conexão das três passagens de fluxo, isto é, a passagem de fluxo de entrada / saída 204, a passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206, e a passagem de fluxo de circulação 208. Assim, a conexão entre a passagem de fluxo de entrada / saída 204, a pas- sagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206, e a passagem de fluxo de circulação 208 pode ser mudada pelas duas válvulas de três vias 210 e 212. Neste sentido, as duas válvulas de três vias 210 e 212 são meios de mudança para mudar a conexão entre a passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206 e a passagem de fluxo de entrada / saída 204 a qual está conectada na passagem de fluxo de refrigeração principal 102, e a conexão entre a passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206 e a passagem de fluxo de circulação 208. Diversos modos de mudança se- rão posteriormente descritos.

Uma bomba para circular o refrigerante outra do que a bomba de circulação 130 provida na passagem de fluxo de refrigeração principal 102 está provida na passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206. De modo a distinguir esta bomba da bomba de circulação 130, esta será re- ferida como a segunda bomba de circulação 220. Na passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206, esta segunda bomba de circulação 220, um aquecedor 222, e o trocador de calor de condicionamento de ar 170 estão dispostos em série. Na Figura 7, os elementos estão dispostos na se- guinte ordem: a válvula de três vias 210, a segunda bomba de circulação 220, o aquecedor 222, o trocador de calor de condicionamento de ar 170, e a válvula de três vias 212. Alternativamente, no entanto, os vários elementos podem estar dispostos entre as válvulas de três vias 210 e 212 em outra or- dem, e dependendo do caso, ainda incluir uma válvula de comutação ou si- milar e ser disposta em paralelo.

A segunda bomba de circulação 220 é uma bomba de circulação de refrigerante que é menor do que a bomba de circulação 130 na passa- gem de fluxo de refrigeração principal 102. A bomba de circulação 130 na passagem de fluxo de refrigeração principal 102 tem uma capacidade que a permite operar suficientemente mesmo com uma grande taxa de fluxo de modo que o refrigerante possa ser circulado através da passagem de fluxo de refrigerante que inclui o radiador 110, o umidificador 54, e a pilha de célu- las de combustível 22, executar rapidamente a troca de calor, e ser mantida a uma temperatura apropriada. Em contraste, a segunda bomba de circula- ção 220 está projetada para circular o refrigerante principalmente através do trocador de calor de condicionamento de ar 170, e portanto pode ser uma bomba de pequena capacidade. Como esta segunda bomba de circulação 220 é pequena, a eficiência de circulação com uma baixa taxa de fluxo é melhor do que aquela da bomba de circulação 130 na passagem de fluxo de refrigeração principal 102. Também, a segunda bomba de circulação 220 é de preferência tal que o refrigerante seja capaz de passar através da mesma mesmo quando esta não está sendo operada. Isto permite que uma diminui- ção na eficiência de fluxo de refrigerante seja impedida mesmo quando a segunda bomba de circulação 220 não está sendo operada.

A passagem de fluxo de entrada / saída 204 é uma passagem de fluxo de refrigerante que se estende da passagem de fluxo de refrigera- ção principal 102 para as válvulas de três vias 210 e 212, de modo que nes- te sentido esta pode ser considerada uma passagem de fluxo de ramificação de parte da passagem de fluxo de refrigeração principal 102. A passagem de fluxo de circulação 208 forma uma passagem de fluxo em laço porque esta está conectada em paralelo com a passagem de fluxo de desvio de condi- cionamento de ar 206.

A seguir, a mudança das passagens de fluxo de refrigeração pelas válvulas de três vias 210 e 212 será descrita. A operação de mudança das válvulas de três vias 210 e 212 é executada por uma porção de controle de refrigeração, não mostrada, de acordo com o estado de operação da pi- lha de células de combustível 22. A porção de controle de refrigeração pode também ser combinada com a porção de controle 70 do sistema de opera- ção de célula de combustível 10 mostrado na Figura 1. A Figura 8 é uma vista que mostra a passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206 conectada na passagem de fluxo de circulação 208 em um laço fechado o qual é conseguido pela mudança das válvulas de três vias 210 e 212. Nes- te momento, a passagem de fluxo de entrada / saída 204 está fechada de sua passagem de fluxo de laço fechado. Para fazer esta passagem de fluxo mais fácil de ser vista, as válvulas de três vias 210 e 212 foram omitidas na Figura 8. Mais especificamente, esta passagem de fluxo de laço fechado é formada operando a válvula de três vias 210 de modo que esta conecte um lado da passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206 com um lado da passagem de fluxo de circulação 208, e operando a válvula de três vias 212 de modo que esta conecte o outro lado da passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206 com o outro lado da passagem de flu- xo de circulação 208.

A formação deste tipo de passagem de fluxo de laço fechado permite que o refrigerante seja circulado através da passagem de fluxo de laço fechado pela segunda bomba de circulação 220, independentemente da passagem de fluxo de refrigeração principal 102. Isto é, o refrigerante pode ser circulado entre o aquecedor 222 e o trocador de calor de condicionamen- to de ar 170. Este estado de conexão é de preferência utilizado quando a pilha de células de combustível 22 ainda está operando a uma baixa tempe- ratura. Como um resultado, o refrigerante frio que ainda não foi aquecido suficientemente pela pilha de células de combustível 22 pode ser impedido de ser fornecido para o trocador de calor de condicionamento de ar 170. Também, operando o aquecedor 222 e a segunda bomba de circulação 220 permite que o refrigerante na passagem de fluxo de laço fechado seja sufici- entemente aquecido e suprido para o trocador de calor de condicionamento dé ar 170, o que permite que a cabine de veículo 162 seja aquecida tanto eficientemente quanto rapidamente.

A Figura 9 é uma vista que mostra um estado no qual as válvu- las de três vias 210 e 212 foram mudadas para cortar a passagem de fluxo de circulação 208 e conectar a passagem de fluxo de entrada / saída 204 e a passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206 juntas. Aqui também, como na Figura 8, as válvulas de três vias 210 e 212 foram omiti- das para tornar a passagem de fluxo mais fácil de ser vista. Mais especifi- camente, a válvula de três vias 210 é operada de modo que esta conecte um lado da passagem de fluxo de entrada / saída 204 a qual está conectada na entrada de refrigerante na passagem de fluxo de refrigeração principal 102 com um lado da passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206, e a válvula de três vias 212 é operada de modo que esta conecte o ou- tro lado da passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206 com o outro lado da passagem de fluxo de entrada / saída 204 a qual está conec- tada no retorno de refrigerante na passagem de fluxo de refrigeração princi- pal 102. Como um resultado, a passagem de fluxo de circulação 208 é cor- tada enquanto que a passagem de fluxo de entrada / saída 204 e a passa- gem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206 estão diretamente conectadas juntas de modo que a passagem de fluxo de desvio de condicio- namento de ar 206 possa ficar disposta em paralelo com a passagem de fluxo de refrigeração principal 102 que corre através da pilha de células de combustível 22.

Esta conexão é basicamente a mesma que a estrutura mostrada na Figura 5. Isto é, a passagem de fluxo de refrigeração de desvio de condi- cionamento de ar 202 compartilha o refrigerante com a passagem de fluxo de refrigeração principal 102 e um assim denominado controle cooperativo é executado. Portanto, as válvulas de três vias 210 e 212 mudam a conexão da passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206 entre uma conexão de controle cooperativo com a passagem de fluxo de refrigeração principal 102 e uma conexão de controle independente. Quando a passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206 está conectada através da conexão de controle cooperativo, a segunda bomba de circulação 220 é pa- rada. Como acima descrito, no entanto, mesmo quando a operação da se- gunda bomba de circulação é parada, o refrigerante pode ainda passar li- vremente através da segunda bomba de circulação 220 de modo que a efici- ência de fluxo de refrigerante da passagem de fluxo de desvio de condicio- namento de ar 206 não diminui.

O controle cooperativo é executado quando o refrigerante o qual foi aquecido pela operação da pilha de células de combustível 22 e mantido a uma temperatura apropriada pelo radiador 110 é circulado, como descrito com referência à Figura 5. Portanto, a conexão é mudada entre a conexão de passagem de fluxo de laço fechado mostrada na Figura 8 e a conexão de controle cooperativo (a conexão direta mostrada na Figura 9) dependendo do estado de operação da pilha de células de combustível 22. Por exemplo, quando a pilha de células de combustível 22 não está ainda aquecida, a co- nexão de passagem de fluxo de laço fechado mostrada na Figura 8 é em- pregada e o aquecedor 222 e a segunda bomba de circulação 220 são ope- rados para aumentar a temperatura do refrigerante suprido para o trocador de calor de condicionamento de ar 170. Quando a pilha de células de com- bustível 22 aquece e a temperatura do refrigerante na passagem de fluxo de refrigeração principal 102 sobe, a conexão muda para a conexão direta mos- trada na Figura 9 e o aquecedor 222 pára de operar. Como um resultado, a energia requerida para aquecer a cabine de veículo 162 pode ser reduzida, por meio disto aperfeiçoando o consumo de combustível.

A conexão pode mudar entre a conexão de passagem de fluxo de laço fechado mostrada na Figura 8 e a conexão direta mostrada na Figu- ra 9 quando a temperatura do refrigerante na pilha de células de combustível 22, isto é, a temperatura de refrigerante, atinge uma temperatura de refrige- rante-alvo predeterminada. Alternativamente, de modo a aperfeiçoar adicio- nalmente o consumo de combustível, a mudança pode ser feita ainda mais cedo, tal como quando a troca de calor é capaz de ser feita e a temperatura de refrigerante atinge 50 graus Celsius, o que está próximo da temperatura de refrigerante-alvo.

A Figura 10 é uma vista que mostra um caso no qual a segunda bomba de circulação 220 é operada e a bomba de circulação 130 da passa- gem de fluxo de refrigeração principal 102 é parada quando a conexão mos- trada na Figura 9 é estabelecida, isto é, quando a passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206 e a passagem de fluxo de refrigeração principal 102 estão diretamente conectadas. A operação da bomba de circu- lação 130 da passagem de fluxo de refrigeração principal 102 e da segunda bomba de circulação 220 é mudada por uma porção de controle de refrige- ração, não mostrada, de acordo com o estado de operação da pilha de célu- las de combustível 22. Quando a bomba de circulação 130 da passagem de fluxo de refrigeração principal 102 não está sendo operada, o refrigerante não circula através da passagem de fluxo de refrigeração principal 102. Sob estas condições, quando a segunda bomba de circulação 220 é operada enquanto a conexão mostrada na Figura 9 está estabelecida, o refrigerante é circulado através de um laço fechado, fluindo da segunda bomba de circula- ção 220 para o aquecedor 222, para o trocador de calor de condicionamento de ar 170, para a pilha de células de combustível 22, e então de volta nova- mente para a segunda bomba de circulação 220.

O estado de operação acima descrito com referência à Figura 10 pode ser utilizado quando a pilha de células de combustível 22 está operan- do sob uma carga baixa como quando a pilha de células de combustível 22 está em repouso ou operando intermitentemente. Como não muito calor é gerado quando a pilha de células de combustível 22 está operando sob uma carga baixa, o resfriamento pelo radiador 110 freqüentemente não é neces- sário. Portanto, a bomba de circulação 130 da passagem de fluxo de refrige- ração principal 102 é parada e o refrigerante é ao invés circulado pela se- gunda bomba de circulação menor 220. Quando a taxa de fluxo é baixa, a segunda bomba de circulação 220 opera a uma melhor eficiência do que o faz a bomba de circulação de grande capacidade 130. Isto é, a segunda bomba de circulação menor 220 é capaz de circular eficientemente o refrige- rante com menos energia do que a bomba de circulação de grande capaci- dade 130, o que permite que o consumo de combustível seja aperfeiçoado quando a pilha de células de combustível 22 está operando sob uma carga baixa. Quando a pilha de células de combustível 22 está operando sob uma carga média ou alta, a segunda bomba de circulação 220 é parada e o refri- gerante é circulado operando somente a bomba de circulação 130 da pas- sagem de fluxo de refrigeração principal 102, como descrito com referência à Figura 9. Conseqüentemente, a energia requerida para acionar a segunda bomba de circulação 220 pode ser reduzida, o que por sua vez permite que o consumo de combustível nas cargas média e alta seja aperfeiçoado.

Ainda, quando um usuário desliga o condicionamento de ar na cabine de veículo 162 após o refrigerante ter sido aquecido utilizando a co- nexão de passagem de laço fechado mostrada na Figura 8 e a cabine de veículo 162 aquecida pelo trocador de calor de condicionamento de ar 170, a conexão muda para a conexão direta mostrada na Figura 9 ou 10 enquanto que o aquecedor 222 continua a operar. Quando o condicionador de ar é desligado, um ventilador e similares o qual sopra o ar quente do trocador de calor de condicionamento de ar 170 para dentro da cabine de veículo 162 também desliga. Como o aquecedor 222 está ainda operando, no entanto, o refrigerante aquecido pode ser suprido para a pilha de células de combustí- vel 22, assim permitindo que a pilha de células de combustível 22 aqueça rapidamente.

Nas Figuras 5 a 10, a passagem de fluxo de refrigerante que inclui o trocador de calor de condicionamento de ar 170 está de preferência isolada por um meio de isolamento de calor apropriado. Por exemplo, um tubo de passagem de fluxo de refrigerante pode ser coberto com um material de isolamento de calor apropriado. Como um resultado, a troca de calor no trocador de calor de condicionamento de ar 170 pode ser efetuada eficien- temente quando o sistema de operação de célula de combustível é ligado de modo que a cabine de veículo 162 possa ser aquecida rapidamente. Assim, a cabine de veículo 162 pode ser aquecida rapidamente utilizando pouca energia e similares, por meio disto aperfeiçoando o consumo de combustí- vel.

A estrutura acima descrita é uma na qual a passagem de fluxo de refrigeração principal 102 passa através do umidificador 54. No entanto, a estrutura pode também ser tal que a passagem de fluxo de refrigeração prin- cipal 102 não passe através do umidificador 54. Também, a entrada de refri- gerante e o retorno de refrigerante para o segundo trocador de calor 120 na passagem de fluxo de refrigeração principal 102 podem também ser inverti- das da estrutura acima descrita de modo que o refrigerante flua do motor 50 na direção do segundo trocador de calor 120. Também, a entrada de refrige- rante e o retorno de refrigerante para o trocador de calor de condicionamen- to de ar 170 na passagem de fluxo de refrigeração principal 102 podem tam- bém ser invertidas em relação à estrutura acima descrita. Daqui em diante, os elementos que são os mesmos que aqueles nas Figuras 1 a 10 serão denotados por números de referência iguais e as descrições detalhadas des- tes elementos serão omitidas.

A Figura 11 é uma vista da estrutura de um sistema de refrigera- ção 300 de uma célula de combustível. Este sistema de refrigerante 300 de uma célula de combustível difere do sistema de refrigerante 100 de uma cé- lula de combustível descrito com referência à Figura 2 pelo fato de que a passagem de fluxo de refrigeração principal 102 não passa através do umidi- ficador 54 e a entrada de refrigerante e o retorno de refrigerante para o se- gundo trocador de calor 120 na passagem de fluxo de refrigeração principal 102 estão invertidos. Aqui, no mesmo modo como descrito com referência à Figura 2, o sistema de refrigeração 300 de uma célula de combustível está provido com passagens de fluxo através das quais o refrigerante flui, a saber a passagem de fluxo de refrigeração principal 102 e uma passagem de fluxo de refrigeração de desvio 104 a qual está disposta em paralelo com esta passagem de fluxo de refrigeração principal 102 e desvia o mesmo refrige- rante.

Dispostos na passagem de fluxo de refrigeração principal 102 estão o radiador 110 que tem o ventilador de refrigeração, o aquecedor 112 para aquecer, a válvula de três vias 114 para desviar apropriadamente o re- frigerante para o aquecedor 112, e a bomba de circulação (WP) 130 para circular o refrigerante. O refrigerante que flui através da passagem de fluxo de refrigeração principal 102 circula entre o radiador 110 e a pilha de células de combustível 22, removendo o calor da pilha de células de combustível 22 morna ou quente, então sendo refrigerado pelo radiador 110, e retornando novamente para a pilha de células de combustível 22. Também, o umidifica- dor 54 está disposto em paralelo tanto com a entrada de gás a qual supre o gás oxidante para o lado de catodo da pilha de células de combustível 22 e a saída de gás através da qual o gás é descarregado, como acima descrito. A passagem de fluxo de refrigeração principal 102 não passa através do umidi- ficador 54, no entanto, de modo que o umidificador 54 não é refrigerado pelo refrigerante da passagem de fluxo de refrigeração principal 102.

Um trocador de íons 132 na Figura 11 é um aparelho que fun- ciona para remover os íons no refrigerante que serve como o meio de refri- geração. Isto é, os íons de elementos que compõem a passagem de circula- ção de refrigerante dissolvem no refrigerante. O trocador de íons 132 remo- ve estes íons, por meio disto mantendo a resistência do refrigerante que ser- ve como o meio de refrigeração alta. O trocador de íons 132 está disposto em paralelo com a passagem de fluxo de refrigeração principal 102, como mostrado na Figura 11, mas este pode também estar disposto em série com a passagem de fluxo de refrigeração principal 102 dependendo da situação.

Também, um meio de detecção de íons para detectar o conteúdo de íons no refrigerante pode também estar provido no trocador de íons 132.

A passagem de fluxo de refrigeração de desvio 104 está dispos- ta em paralelo com esta passagem de fluxo de refrigeração principal 102. O refrigerante é levado para esta passagem de fluxo de refrigeração de desvio 104 da passagem de fluxo do lado de descarga da passagem de fluxo de refrigeração principal 102 através da qual o refrigerante retorna da pilha de células de combustível 22 para o radiador 110, e é retornado para a passa- gem de fluxo do lado de suprimento da passagem de fluxo de refrigeração principal 102 através da qual o refrigerante flui do radiador 110 na direção da pilha de células de combustível 22. A passagem de fluxo de refrigeração de desvio 104 leva para o segundo trocador de calor 120 do ACP 48, onde a troca de calor é executada com a passagem de fluxo 80 para o gás de su- primento comprimido suprido do ACP 48 para a pilha de células de combus- tível 22 através do umidificador 54, após o que o refrigerante é retornado para a passagem de fluxo de refrigeração principal 102. Conseqüentemente, o segundo trocador de calor 120 regula a temperatura do gás de suprimento. Esta função é convencionalmente executada por um sistema de refrigeração independente referido como um resfriador intermédio, mas na estrutura mos- trada na Figura 11, similar à Figura 2, a função do resfriador intermédio con- vencional é compartilhada pelo refrigerante e o sistema de refrigeração que se estende do radiador 110 para a pilha de células de combustível 22.

Aqui, a bomba de circulação 130 está provida na passagem de fluxo do lado de suprimento da passagem de fluxo de refrigeração principal 102 no lado a jusante da localização onde o refrigerante retorna da passa- gem de fluxo de refrigeração de desvio 104 para a passagem de fluxo de refrigeração principal 102. Como está mostrado na Figura 11, o refrigerante que flui através do segundo trocador de calor 120 é retirado a montante do radiador 110 e a jusante da pilha de células de combustível 22. Isto é, o re- frigerante flui através do radiador 110 e do segundo trocador de calor 120 a montante da bomba de circulação 130 e através da pilha de células de com- bustível 22 a jusante da bomba de circulação 130.

Conseqüentemente, com esta estrutura, (a quantidade de refri- gerante que flui através do radiador 110) + (a quantidade de refrigerante que flui através do segundo trocador de calor 120) = a quantidade total de refri- gerante = (a quantidade de refrigerante que flui através da pilha de células de combustível 22). Como um resultado, quando a temperatura da pilha de células de combustível 22 for muito alta, então o calor pode ser rapidamente removido do lado do radiador 110. Também a razão de (a quantidade de refrigerante que flui através do radiador 110) para (a quantidade de refrige- rante que flui através do segundo trocador de calor 120) pode ser determi- nada pela percentagem de resistência de passagem de fluxo dos dois ou similares. Alternativamente, a quantidade de refrigerante que flui através destes pode ser determinada utilizando uma válvula de controle que controla a razão de distribuição e o radiador 110 e o segundo trocador de calor 120 podem ser cooperativamente operados.

Também, a passagem de fluxo de refrigeração de desvio 104 está provida em paralelo com a passagem de fluxo de refrigeração principal 102 o que permite que a diferença entre a temperatura do refrigerante des- carregado do segundo trocador de calor 120 e a temperatura do refrigerante descarregado da pilha de células de combustível 22 seja reduzida. A primei- ra é definida pela temperatura de gás de suprimento no lado de entrada de gás de suprimento do umidificador 54 e a última é definida pela temperatura de gás no lado de saída de gás de suprimento do umidificador 54. Portanto, a diferença de temperatura entre ambas as extremidades de entrada de gás do umidificador 54 pode ser reduzida de modo que os danos causados por uma diferença de pressão entre as duas extremidades podem ser suprimi- dos mesmo se uma estrutura do tipo em ar for utilizada.

O sistema de refrigeração da célula de combustível, o modo no qual o refrigerante é distribuído pode ser mudado dependendo de onde a passagem de fluxo de refrigeração de desvio separa da passagem de fluxo de refrigeração principal e da disposição da bomba de circulação 130. A Fi- gura 12 é uma vista da estrutura de um sistema de refrigeração 340 de uma célula de combustível o qual pode fornecer a maior quantidade de refrigeran- te para o radiador 110.

No sistema de refrigeração 340 da célula de combustível mos- trado na Figura 12, a bomba de circulação 130 está provida na passagem de fluxo do lado de suprimento da passagem de fluxo de refrigeração principal 102 a jusante do radiador 110 e a montante da localização onde o refrigeran- te é retornado para a passagem de fluxo de refrigeração principal 102 da passagem de fluxo de refrigeração de desvio 144. Como mostrado na Figura 12, o refrigerante utilizado no segundo trocador de calor 120 é retirado a montante do radiador 110, e a jusante da pilha de células de combustível 22. Isto é, a montante da bomba de circulação 130 o refrigerante flui somente através do radiador 110, enquanto que a jusante da bomba de circulação 130 o refrigerante flui através do segundo trocador de calor 120 e da pilha de células de combustível 22.

Portanto, de acordo com esta estrutura, (a quantidade de refrige- rante que flui através do radiador 110) = a quantidade total de refrigerante = (a quantidade de refrigerante que flui através do segundo trocador de calor 120) + (a quantidade de refrigerante que flui através da pilha de células de combustível 22) de modo que (a quantidade de refrigerante que flui através do radiador 110) possa ser maximizada. Como um resultado, quando a dife- rença de temperatura entre o lado de entrada de gás de suprimento e o lado de saída da pilha de células de combustível 22 é grande, por exemplo, esta diferença de temperatura pode ser efetivamente reduzida fornecendo a quantidade máxima de refrigerante da pilha de células de combustível 22 para o radiador 110.

A Figura 13 é uma vista que mostra a estrutura do sistema de refrigeração 350 de uma célula de combustível o qual pode fornecer a maior quantidade de refrigerante para a pilha de células de combustível 22.

No sistema de refrigeração 350 da célula de combustível mos- trado na Figura 13, a bomba de circulação 130 está provida na passagem de fluxo do lado de suprimento da passagem de fluxo de refrigeração principal 102 a jusante da localização onde o refrigerante retorna de uma passagem de fluxo de refrigeração de desvio 154 e imediatamente a montante da pilha de células de combustível 22. Como mostrado na Figura 13, o refrigerante utilizado no segundo trocador de calor 120 é retirado a montante do radiador 110 e a jusante da pilha de células de combustível 22. Isto é, a montante da bomba de circulação 130 o refrigerante flui através do radiador 110 e do se- gundo trocador de calor 120, enquanto que a jusante da bomba de circula- ção 130 o refrigerante flui somente através da pilha de células de combustí- vel 22.

Portanto, de acordo com esta estrutura, (a quantidade de refrige- rante que flui através do radiador 110) + (a quantidade de refrigerante que flui através do segundo trocador de calor 120) = a quantidade total de refri- gerante = (a quantidade de refrigerante que flui através da pilha de células de combustível 22) de modo que (a quantidade de refrigerante que flui atra- vés da pilha de células de combustível 22) pode ser maximizada. Como um resultado, o calor da pilha de células de combustível 22 pode ser eficiente- mente removido fornecendo a quantidade máxima de refrigerante para a pi- lha de células de combustível 22.

No sistema de refrigeração de uma célula de combustível, o re- frigerante pode também ser desviado da passagem de fluxo de refrigeração principal para o trocador de calor de condicionamento de ar para o condicio- namento de ar da cabine de veículo. A Figura 14 é uma vista da estrutura de um sistema de refrigeração 360 de uma célula de combustível o qual desvia o refrigerante para o trocador de calor de condicionamento de ar.

Além do sistema de refrigeração que inclui a passagem de fluxo de refrigeração de desvio 104 e o segundo trocador de calor 120 descritos com referência à Figura 11, o sistema de refrigeração 360 de uma célula de combustível mostrado na Figura 14 está também provido com a passagem de fluxo de refrigeração de desvio de condicionamento de ar 164 a qual des- via o refrigerante da passagem de fluxo de refrigeração principal 102 para o trocador de calor de condicionamento de ar 170 para o condicionamento de ar da cabine de veículo 162. Na passagem de fluxo de refrigeração de des- vio de condicionamento de ar 164 estão providos o aquecedor 166 quando necessário, e a válvula de interrupção 168 a qual controla (seletivamente permite ou impede) o desvio de refrigerante para a passagem de fluxo de refrigeração de desvio de condicionamento de ar 164.

O refrigerante na passagem de fluxo de refrigeração principal 102 é desviado para o trocador de calor de condicionamento de ar 170 em uma localização logo antes da entrada de refrigerante para a pilha de células de combustível 22. Como mostrado na Figura 14, o refrigerante utilizado no trocador de calor de condicionamento de ar 170 é retirado a montante da pilha de células de combustível 22. Também, quando a válvula de interrup- ção 168 está aberta, o refrigerante que foi desviado da passagem de fluxo de refrigeração principal 102 é suprido para o trocador de calor de condicio- namento de ar 170 através do aquecedor 166 e então retornado para a pas- sagem de fluxo de refrigeração principal 102. O retorno de refrigerante está localizado imediatamente após a saída de refrigerante da pilha de células de combustível 22.

De acordo com esta estrutura, (a quantidade de refrigerante que flui através do radiador 110) + (a quantidade de refrigerante que flui através do segundo trocador de calor 120) = a quantidade total de refrigerante = (a quantidade de refrigerante que flui através da pilha de células de combustí- vel 22) + (a quantidade de refrigerante que flui através do trocador de calor de condicionamento de ar 170). Portanto, o refrigerante pode ser suprido para o trocador de calor de condicionamento de ar enquanto que uma quan- tidade apropriada de refrigerante é também suprida para a pilha de células de combustível 22.

Isto é, de acordo com esta estrutura, o refrigerante que foi aque- cido pela operação da pilha de células de combustível 22 e circulado en- quanto sendo mantido a uma temperatura apropriada pelo radiador 110 pode ser suprido para o trocador de calor de condicionamento de ar 170 de modo que a cabine de veículo 162 possa ser aquecida e um ambiente de ar condi- cionado apropriado conseguido sem precisar prover especialmente um sis- tema de condicionamento de ar separado. Se necessário, o aquecedor 112 ou o aquecedor 116 pode também ser utilizado. Ainda, quando a pilha de células de combustível 22 não está suficientemente aquecida, o refrigerante frio pode ser impedido de ser fornecido para o trocador de calor de condicio- namento de ar 170 fechando a válvula de interrupção 168.

Deste modo, abrindo a válvula de interrupção 168 somente quando a cabine de veículo precisa ser aquecida, a energia da bomba de circulação 130 pode ser reduzida. Também, provendo o aquecedor 166 o qual ajuda a aquecer a cabine de veículo no sistema do trocador de calor de condicionamento de ar 170, como mostrado na Figura 14, o consumo de combustível pode ser reduzido sem uma perda de pressão no aquecedor 166 durante a operação de refrigeração normal da pilha de células de com- bustível 22 na qual a válvula de interrupção 168 está fechada.

Como acima descrito, pelo compartilhamento do refrigerante en- tre o sistema de refrigeração da pilha de células de combustível 22 e o sis- tema de condicionamento de ar de cabine e abrindo e fechando seletivamen- te a válvula de interrupção 168 e dependendo da temperatura da pilha de células de combustível 22 e a temperatura da cabine de veículo, o sistema de refrigeração da pilha de células de combustível 22 e do sistema de condi- cionamento de ar de cabine podem ser combinadas sob um controle coope- rativo. Na Figura 14, a passagem de fluxo de refrigeração de desvio 104 a qual inclui o segundo trocador de calor 120 está provida, e o radiador 110, o segundo trocador de calor 120, e o trocador de calor de condicionamento de ar 170 são cooperativamente controlados. Alternativamente, no entanto, o segundo trocador de calor 120 pode ser omitido e o controle cooperativo po- de ser executado entre o radiador 110 e o trocador de calor de condiciona- mento de ar 170.

No sistema de refrigeração que inclui o trocador de calor de condicionamento de ar, o modo no qual o refrigerante é distribuído pode ser mudado dependendo de onde a passagem de fluxo de refrigeração de des- vio de condicionamento de ar separa da passagem de fluxo de refrigeração principal e da disposição da bomba de circulação 130. A Figura 15 é uma vista da estrutura de um sistema de refrigeração 380 de uma célula de com- bustível de acordo com uma décima segunda modalidade exemplar da in- venção. Neste sistema, o refrigerante retorna para a passagem de fluxo de refrigeração principal 102 do trocador de calor de condicionamento de ar 170 imediatamente após o radiador 110.

No sistema de refrigeração 380 de uma célula de combustível mostrado na Figura 15, o refrigerante na passagem de fluxo de refrigeração principal 102 é desviado para o trocador de calor de condicionamento de ar 170 a jusante da pilha de células de combustível 22 e a montante do radia- dor 110. Como mostrado na Figura 15, o refrigerante utilizado no trocador de calor de condicionamento de ar 170 é retirado imediatamente a jusante da saída de refrigerante da pilha de células de combustível 22 e a montante do radiador 110. Também, quando a válvula de interrupção 168 está aberta, o refrigerante que foi desviado da passagem de fluxo de refrigeração principal 102 é suprido para o trocador de calor de condicionamento de ar 170 e o aquecedor 166 e então retornado pra a passagem de fluxo de refrigeração principal 102. O retorno de refrigerante está localizado a jusante do radiador 110 e a montante da bomba de circulação 130.

De acordo com esta estrutura, (a quantidade de refrigerante que flui através do radiador 110) + (a quantidade de refrigerante que flui através do trocador de calor de condicionamento de ar 170) + (a quantidade de refri- gerante que flui através do segundo trocador de calor 120) = a quantidade total de refrigerante = (a quantidade de refrigerante que flui através da pilha de células de combustível 22). Portanto, o refrigerante pode ser suprido para outros elementos enquanto que uma quantidade considerável de refrigerante é também suprida para a pilha de células de combustível 22.

Isto é, de acordo com esta estrutura, o refrigerante o qual foi a- quecido pela operação da pilha de células de combustível 22 e circulado en- quanto sendo mantido a uma temperatura apropriada pelo radiador 110 pode ser suprido para o trocador de calor de condicionamento de ar 170 de modo que a cabine de veículo 162 possa ser aquecida e um ambiente de ar condi- cionado apropriado conseguido sem precisar prover especialmente um sis- tema de condicionamento de ar separado. Se necessário, o aquecedor 166 pode também ser utilizado. Ainda, quando a pilha de células de combustível 22 não está suficientemente aquecida, o refrigerante frio pode ser impedido 5 de ser fornecido para o trocador de calor de condicionamento de ar 170 fe- chando a válvula de interrupção 168. Como uma quantidade considerável de refrigerante pode ser suprida para a pilha de células de combustível 22, o calor pode ser rapidamente removido daquela pilha de células de combustí- vel 22.

Como acima descrito, mesmo no sistema de refrigeração de uma pilha de células de combustível no qual o refrigerante não flui da pas- sagem de fluxo de refrigeração principal através do umidificador 54, o modo no qual o refrigerante é distribuído pode ser mudado dependendo de onde as passagens de fluxo de refrigeração de desvio para o segundo trocador de calor e passagem de fluxo de refrigeração de desvio de condicionamento de ar para o trocador de calor de condicionamento de ar separam da passagem de fluxo de refrigeração principal, assim como a disposição da bomba de circulação. Portanto, mudando a localização de onde o fluxo é desviado da passagem de fluxo de refrigeração principal e a disposição posicionai da bomba de circulação, a refrigeração da pilha de células de combustível, a troca de calor do gás de suprimento e do ACP 48 pelo segundo trocador de calor, e o condicionamento de ar da cabine de veículo pelo trocador de calor de condicionamento de ar podem ser cooperativamente controlados de mo- do que as quantidades apropriadas de refrigerante para cada um possam ser supridas de acordo com o estado de operação do sistema de operação de célula de combustível 10 ou do estado de operação do veículo.

Por exemplo, provendo o meio de mudança de localização de desvio para mudar a localização da passagem de fluxo de refrigeração prin- cipal da entrada e da saída da passagem de fluxo de desvio a qual desvia o refrigerante da passagem de fluxo de refrigeração principal para o segundo trocador de calor permite que uma quantidade de refrigerante apropriada para o estado de operação da pilha de células de combustível seja provida para a pilha de células de combustível mudando a localização de desvio de- pendendo do estado de operação da pilha de células de combustível.

Também, provendo o meio de mudança de localização de desvio para mudar a localização da passagem de fluxo de refrigeração principal da entrada e da saída da passagem de fluxo de desvio a qual desvia o refrige- rante da passagem de fluxo de refrigeração principal para o trocador de calor de condicionamento de ar permite que uma quantidade de refrigerante apro- priada para a temperatura de cabine de veículo seja provida para o trocador de calor de condicionamento de ar mudando a localização de desvio depen- dendo da temperatura de cabine e similares.

A Figura 16 é uma vista da estrutura de um sistema de refrigera- ção 400 de uma célula de combustível de acordo com uma décima quarta modalidade exemplar da invenção. Aqui, a estrutura da passagem de fluxo de refrigeração de desvio de condicionamento de ar foi projetada de modo que o refrigerante que flui para o trocador de calor de condicionamento de ar 170 pode ou ser cooperativamente compartilhado com a passagem de fluxo de refrigeração principal 102 ou utilizado somente para o trocador de calor de condicionamento de ar 170.

No sistema de refrigeração 400 da célula de combustível mos- trada na Figura 16, passagem de fluxo de refrigeração de desvio de condi- cionamento de ar 202 inclui três elementos. Isto é, a passagem de fluxo de refrigeração de desvio de condicionamento de ar 202 inteira é composta da passagem de fluxo de entrada / saída 204 através da qual o refrigerante é retirado da e retornado para a passagem de fluxo de refrigeração principal 102, a passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206 através da qual o refrigerante que flui através do trocador de calor de condiciona- mento de ar 170 flui, e a passagem de fluxo de circulação 208 a qual está disposta em paralelo com a passagem de fluxo de desvio de condicionamen- to de ar 206.

Como mostrado na Figura 16, uma válvula de três vias 212 está provida no ponto de conexão da três passagens de fluxo, isto é, a passagem de fluxo de entrada / saída 204, a passagem de fluxo de desvio de condicio- namento de ar 206, e a passagem de fluxo de circulação 208. Assim, a co- nexão entre a passagem de fluxo de entrada / saída 204, a passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206, e a passagem de fluxo de circulação 208 pode ser mudada pela válvula de três vias 212. Neste senti- do, as duas válvulas de três vias 212 servem como um meio para mudar a conexão entre a passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206 e a passagem de fluxo de entrada / saída 204 a qual está conectada na pas- sagem de fluxo de refrigeração principal 102, e a conexão entre a passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206 e a passagem de fluxo de circulação 208. Diversos modos de mudança serão posteriormente descritos.

Uma bomba para circular o refrigerante outra do que a bomba de circulação 130 provida na passagem de fluxo de refrigeração principal 102 está provida na passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206. De modo a distinguir esta bomba da bomba de circulação 130, esta será re- ferida como a segunda bomba de circulação 220. Na passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206, esta segunda bomba de circulação 220, o aquecedor 222, e o trocador de calor de condicionamento de ar 170 estão dispostos em série. Na Figura 16, os elementos estão dispostos na seguinte ordem: a válvula de três vias 212, a segunda bomba de circulação 220, o aquecedor 222, o trocador de calor de condicionamento de ar 170. Alternativamente, no entanto, os vários elementos podem estar dispostos entre uma entrada e uma saída da válvula de três vias 212 em outra ordem, e dependendo do caso, ainda incluir uma válvula de comutação ou similar e ser disposta em paralelo.

A passagem de fluxo de entrada / saída 204 é uma passagem de fluxo de refrigerante que se estende da passagem de fluxo de refrigera- ção principal 102 para a válvula de três vias 212, de modo que neste sentido esta pode ser considerada uma passagem de fluxo de ramificação de parte da passagem de fluxo de refrigeração principal 102. A passagem de fluxo de circulação 208 forma uma passagem de fluxo em laço porque esta está co- nectada em paralelo com a passagem de fluxo de desvio de condicionamen- to de ar 206.

A seguir, a mudança das passagens de fluxo de refrigeração pela válvula de três vias 212 será descrita. A operação de mudança da vál- vula de três vias 212 é executada por uma porção de controle de refrigera- ção, não mostrada, de acordo, com o estado de operação da pilha de células de combustível 22. A porção de controle de refrigeração pode também ser combinada com a porção de controle 70 do sistema de operação de célula de combustível 10. A Figura 17 é uma vista que mostra a passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206 conectada na passagem de fluxo de circulação 208 em um laço fechado o qual é conseguido pela mudança da válvula de três vias 212. Neste momento, a passagem de fluxo de entra- da / saída 204 está fechada de sua passagem de fluxo de laço fechado. Pa- ra fazer esta passagem de fluxo mais fácil de ser vista, a válvula de três vias 212 está indicada por uma linha tracejada na Figura 17. Mais especificamen- te, esta passagem de fluxo de laço fechado é formada operando a válvula de três vias 212 de modo que esta conecte um lado da passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206 com um lado da passagem de fluxo de circulação 208.

A formação deste tipo de passagem de fluxo de laço fechado permite que o refrigerante seja circulado através da passagem de fluxo de laço fechado pela segunda bomba de circulação 220, independentemente da passagem de fluxo de refrigeração principal 102. Isto é, o refrigerante pode ser circulado entre o aquecedor 222 e o trocador de calor de condicionamen- to de ar 170. Este estado de conexão é de preferência utilizado quando a pilha de células de combustível 22 ainda está operando a uma baixa tempe- ratura. Como um resultado, o refrigerante frio que ainda não foi aquecido suficientemente pela pilha de células de combustível 22 pode ser impedido de ser fornecido para o trocador de calor de condicionamento de ar 170. Também, operando o aquecedor 222 e a segunda bomba de circulação 220 permite que o refrigerante na passagem de fluxo de laço fechado seja sufici- entemente aquecido e suprido para o trocador de calor de condicionamento de ar 170, o que permite que a cabine de veículo 162 seja aquecida tanto eficientemente quanto rapidamente.

A Figura 18 é uma vista que mostra um estado no qual a válvula de três vias 212 foi mudada para cortar a passagem de fluxo de circulação 208 e conectar a passagem de fluxo de entrada / saída 204 e a passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206 juntas. Aqui também, como na Figura 17, a válvula de três vias 212 está indicada por uma linha traceja- da para tornar a passagem de fluxo mais fácil de ser vista. Mais especifica- mente, a válvula de três vias 212 é operada de modo que esta conecte um lado da passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206 com um lado da passagem de fluxo de entrada / saída 204 a qual está conectada na entrada de refrigerante na passagem de fluxo de refrigeração principal 102. Como um resultado, a passagem de fluxo de circulação 208 é cortada en- quanto que a passagem de fluxo de entrada / saída 204 e a passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206 estão diretamente conectadas juntas de modo que a passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206 possa ficar disposta em paralelo com a passagem de fluxo de refrige- ração principal 102 que corre através da pilha de células de combustível 22.

Esta conexão é basicamente a mesma que as estruturas mos- tradas nas Figuras 6 e 15. Isto é, a passagem de fluxo de refrigeração de desvio de condicionamento de ar 202 compartilha o refrigerante com a pas- sagem de fluxo de refrigeração principal 102 e um assim denominado con- trole cooperativo é executado. Portanto, a válvula de três vias 212 muda a conexão da passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206 en- tre uma conexão de controle cooperativo com a passagem de fluxo de refri- geração principal 102 e uma conexão de controle independente. Quando a passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206 está conectada através da conexão de controle cooperativo, a segunda bomba de circulação 220 é parada. Como acima descrito, no entanto, mesmo quando a operação da segunda bomba de circulação é parada, o refrigerante pode ainda passar livremente através da segunda bomba de circulação 220 de modo que a efi- ciência de fluxo de refrigerante da passagem de fluxo de desvio de condicio- namento de ar 206 não diminui.

O controle cooperativo é executado quando o refrigerante o qual foi aquecido pela operação da pilha de células de combustível 22 e mantido a uma temperatura apropriada pelo radiador 110 é circulado, como descrito com referência às Figuras 6 e 15. Portanto, a conexão é mudada entre a conexão de passagem de fluxo de laço fechado mostrada na Figura 17 e a conexão de controle cooperativo dependendo do estado de operação da pi- lha de células de combustível 22. Por exemplo, quando a pilha de células de combustível 22 não está ainda aquecida, a conexão de passagem de fluxo de laço fechado mostrada na Figura 17 é empregada e o aquecedor 222 e a segunda bomba de circulação 220 são operados para aumentar a tempera- tura do refrigerante suprido para o trocador de calor de condicionamento de ar 170. Quando a pilha de células de combustível 22 aquece e a temperatura do refrigerante na passagem de fluxo de refrigeração principal 102 sobe, a conexão muda para a conexão direta mostrada na Figura 18 e o aquecedor 222 pára de operar. Como um resultado, a energia requerida para aquecer a cabine de veículo 162 pode ser reduzida, por meio disto aperfeiçoando o consumo de combustível.

A conexão pode mudar entre a conexão de passagem de fluxo de laço fechado mostrada na Figura 17 e a conexão direta mostrada na Fi- gura 18 quando a temperatura do refrigerante na pilha de células de com- bustível 22, isto é, a temperatura de refrigerante, atinge uma temperatura de refrigerante-alvo predeterminada por exemplo. Alternativamente, de modo a aperfeiçoar adicionalmente o consumo de combustível, a mudança pode ser feita ainda mais cedo, tal como quando a temperatura de refrigerante atinge 50 graus Celsius na qual a troca de calor é capaz</column></row><row><column> de ser executada e a qual está próxima da temperatura de refrigerante-alvo.

A Figura 19 mostra um exemplo modificado da conexão mostra- da na Figura 18. Aqui, o refrigerante que flui através da passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206 retorna para a passagem de fluxo de refrigeração principal 102 a montante da pilha de células de combustível 22. Também, a válvula de três vias 212 é operada para conectar um lado da passagem de fluxo de entrada / saída 204 a qual está conectada no lado onde o refrigerante é retirado da passagem de fluxo de refrigeração principal 102, e um lado da passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206. Como um resultado, a passagem de fluxo de circulação 208 é cortada e a passagem de fluxo de entrada/ saída 204 é diretamente conectada com a passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar 206, em cujo ponto a segunda bomba de circulação 220 é operada e a bomba de circulação 130 da passagem de fluxo de refrigeração principal 102 é parada. A operação da bomba de circulação 130 da passagem de fluxo de refrigeração principal 102 e da segunda bomba de circulação 220 é mudada por uma porção de con- trole de refrigeração, não mostrada, de acordo com o estado de operação da pilha de células de combustível 22.

Quando a bomba de circulação 130 da passagem de fluxo de refrigeração principal 102 não está sendo operada, o refrigerante não circula através da passagem de fluxo de refrigeração principal 102. Sob estas con- dições, quando a segunda bomba de circulação 220 é operada enquanto que a conexão mostrada na Figura 19 é estabelecida, o refrigerante é circu- lado através de um lado fechado, que flui da segunda bomba de circulação 220 para o aquecedor 222, para o trocador de calor de condicionamento de ar 170, para a pilha de células de combustível 22, e de volta novamente para a segunda bomba de circulação 220.

O estado de operação acima descrito com referência à Figura 19 pode ser utilizado quando a pilha de células de combustível 22 está operan- do sob uma carga baixa tal como quando a pilha de células de combustível 22 está em repouso ou operando intermitentemente. Como não muito calor é gerado quando a pilha de células de combustível 22 está operando sob uma carga baixa, o resfriamento pelo radiador 110 freqüentemente não é neces- sário. Portanto, a bomba de circulação 130 da passagem de fluxo de refrige- ração principal 102 é parada e o refrigerante é ao invés circulado pela se- gunda bomba de circulação menor 220. Quando a taxa de fluxo é baixa, a segunda bomba de circulação 220 opera a uma melhor eficiência do que o faz a bomba de circulação de grande capacidade 130. Isto é, a segunda bomba de circulação menor 220 é capaz de circular eficientemente o refrige- rante com menos energia do que a bomba de circulação de grande capaci- dade 130, o que permite que o consumo de combustível seja aperfeiçoado quando a pilha de células de combustível 22 está operando sob uma carga baixa. Quando a pilha de células de combustível 22 está operando sob uma carga média ou alta, a segunda bomba de circulação 220 é parada e o refri- gerante é circulado operando somente a bomba de circulação 130 da pas- sagem de fluxo de refrigeração principal 102, como descrito com referência à Figura 18. Conseqüentemente, a energia requerida para acionar a segunda bomba de circulação 220 pode ser reduzida, o que por sua vez permite que o consumo de combustível nas cargas média e alta seja aperfeiçoado.

Ainda, quando um usuário desliga o condicionamento de ar na cabine de veículo 162 após o refrigerante ter sido aquecido utilizando a co- nexão de passagem de laço fechado mostrada na Figura 17 e a cabine de veículo 162 aquecida pelo trocador de calor de condicionamento de ar 170, a conexão muda para a conexão direta mostrada na Figura 18 ou 19 enquanto que o aquecedor 222 continua a operar. Quando o condicionador de ar é desligado, um ventilador e similares o qual sopra o ar quente do trocador de calor de condicionamento de ar 170 para dentro da cabine de veículo 162 também desliga. Como o aquecedor 222 está ainda operando, no entanto, o refrigerante aquecido pode ser suprido para a pilha de células de combustí- vel 22, assim permitindo que a pilha de células de combustível 22 aqueça rapidamente.

Apesar da invenção ter sido descrita com referência ao que é considerado ser as suas modalidades preferidas, deve ser compreendido que a invenção não está limitada às modalidades ou construções descritas. Ao contrário, a invenção pretende cobrir várias modificações e disposições equivalentes. Além disso, apesar dos vários elementos da invenção descrita serem mostrados em várias combinações e configurações, as quais são e- xemplares, outras combinações e configurações, que incluem mas, menos ou somente um único elemento, estão também dentro do escopo da inven- ção.

Claims

1. Sistema de refrigeração de uma célula de combustível a qual gera eletricidade por uma reação eletroquímica produzida pelo suprimento de um gás combustível para um lado de anodo e um gás oxidante para um lado de catodo, que compreende: uma passagem de fluxo de refrigeração através da qual o refri- gerante circula entre uma pilha de células de combustível e um radiador; e um segundo trocador de calor o qual está provido em paralelo com a pilha de células de combustível e utiliza o refrigerante que foi desvia- do da passagem de fluxo de refrigeração.

2. Sistema de refrigeração de uma célula de combustível a qual gera eletricidade por uma reação eletroquímica produzida pelo suprimento de um gás combustível para um lado de anodo e um gás oxidante para um lado de catodo, que compreende: uma passagem de fluxo de refrigeração através da qual o refri- gerante circula entre uma pilha de células de combustível e um radiador; e um segundo trocador de calor o qual está provido em paralelo com o radiador e utiliza o refrigerante que foi desviado da passagem de fluxo de refrigeração.

3. Sistema de refrigeração de uma célula de combustível de a- cordo com a reivindicação 1 ou 2, em que o segundo trocador de calor serve como um aparelho de refrigeração de um compressor de gás para suprir o gás oxidante.

4. Sistema de refrigeração de uma célula de combustível de a- cordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, em que a célula de com- bustível é uma célula de combustível veicular montada em um veículo, um trocador de calor de condicionamento de ar para o condicionamento de ar de uma cabine de veículo está provido em paralelo com a pilha de células de combustível, e o refrigerante que foi desviado da passagem de fluxo de refri- geração é utilizado no trocador de calor de condicionamento de ar.

5. Sistema de refrigeração de uma célula de combustível de a- cordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, ainda compreendendo: uma bomba de circulação de refrigerante disposta em série na passagem de fluxo de refrigeração; e um umidificador disposto em paralelo em relação a uma entrada do lado de catodo da pilha de células de combustível através da qual o gás oxidante é suprido para o lado de catodo da célula de combustível e uma saída do lado de catodo da pilha de células de combustível através da qual o gás é descarregado, em que o umidificador está disposto a jusante da bomba de cir- culação de refrigerante e a montante da pilha de células de combustível, e o segundo trocador de calor utiliza o refrigerante retirado a jusante do radiador e a montante da bomba de circulação de refrigerante.

6. Sistema de refrigeração de uma célula de combustível de a- cordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, ainda compreendendo: uma bomba de circulação de refrigerante disposta em série na passagem de fluxo de refrigeração; e um umidificador disposto em paralelo em relação a uma entrada do lado de catodo da pilha de células de combustível através da qual o gás oxidante é suprido para o lado de catodo da célula de combustível e uma saída do lado de catodo da pilha de células de combustível através da qual o gás é descarregado, em que o umidificador está disposto a jusante da bomba de cir- culação de refrigerante e a montante da pilha de células de combustível, e o segundo trocador de calor utiliza o refrigerante retirado a jusante da bomba de circulação de refrigerante e a montante do umidificador.

7. Sistema de refrigeração de uma célula de combustível de a- cordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, ainda compreendendo: uma bomba de circulação de refrigerante disposta em série na passagem de fluxo de refrigeração; e um umidificador disposto em paralelo em relação a uma entrada do lado de catodo da pilha de células de combustível através da qual o gás oxidante é suprido para o lado de catodo da célula de combustível e uma saída do lado de catodo da pilha de células de combustível através da qual o gás é descarregado, em que o umidificador está disposto a montante da bomba de circulação de refrigerante e a jusante do radiador, e o segundo trocador de calor utiliza o refrigerante retirado a jusante do radiador e a montante do u- midificador.

8. Sistema de refrigeração de uma célula de combustível de a- cordo com a reivindicação 4, ainda compreendendo: uma bomba de circulação de refrigerante disposta em série na passagem de fluxo de refrigeração; e um umidificador disposto em paralelo em relação a uma entrada do lado de catodo da pilha de células de combustível através da qual o gás oxidante é suprido para o lado de catodo da célula de combustível e uma saída do lado de catodo da pilha de células de combustível através da qual o gás é descarregado, em que o umidificador está disposto a jusante da bomba de cir- culação de refrigerante e a montante da pilha de células de combustível, e o trocador de calor de condicionamento de ar utiliza o refrigerante retirado a jusante do umidificador e a montante da pilha de células de combustível.

9. Sistema de refrigeração de uma célula de combustível de a- cordo com a reivindicação 4, ainda compreendendo: uma bomba de circulação de refrigerante disposta em série na passagem de fluxo de refrigeração; e um umidificador disposto em paralelo em relação a uma entrada do lado de catodo da pilha de células de combustível através da qual o gás oxidante é suprido para o lado de catodo da célula de combustível e uma saída do lado de catodo da pilha de células de combustível através da qual o gás é descarregado, em que o umidificador está disposto a jusante da bomba de cir- culação de refrigerante e a montante da pilha de células de combustível, e o trocador de calor de condicionamento de ar utiliza o refrigerante retirado a jusante do radiador e a montante da bomba de circulação de refrigerante.

10. Sistema de refrigeração de uma célula de combustível de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, ainda compreendendo: uma bomba de circulação de refrigerante disposta em série na passagem de fluxo de refrigeração; e um umidificador disposto em paralelo em relação a uma entrada do lado de catodo da pilha de células de combustível através da qual o gás oxidante é suprido para o lado de catodo da célula de combustível e uma saída do lado de catodo da pilha de células de combustível através da qual o gás é descarregado; e um meio de mudança de localização de desvio para mudar uma localização de pelo menos uma de uma entrada e uma saída de uma passa- gem de fluxo de desvio a qual desvia o refrigerante da passagem de fluxo de refrigeração para o segundo trocador de calor.

11. Sistema de refrigeração de uma célula de combustível de acordo com a reivindicação 4, ainda compreendendo: uma bomba de circulação de refrigerante disposta em série na passagem de fluxo de refrigeração; um umidificador disposto em paralelo em relação a uma entrada do lado de catodo da pilha de células de combustível através da qual o gás oxidante é suprido para o lado de catodo da pilha de células de combustível e uma saída do lado de catodo da pilha de células de combustível através da qual o gás é descarregado; e um meio de mudança de localização de desvio para mudar uma localização de pelo menos uma de uma entrada e uma saída de uma passa- gem de fluxo de desvio a qual desvia o refrigerante da passagem de fluxo de refrigeração para o trocador de calor de condicionamento de ar.

12. Sistema de refrigeração de uma célula de combustível de acordo com a reivindicação 4, ainda compreendendo: uma primeira bomba de circulação de refrigerante disposta em série na passagem de fluxo de refrigeração; uma passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar a qual é uma passagem de fluxo de desvio através da qual o refrigerante que foi desviado da passagem de fluxo de refrigeração flui e na qual o trocador de calor de condicionamento de ar, um aquecedor, e uma segunda bomba de circulação de refrigerante estão dispostos; uma passagem de fluxo de circulação disposta em paralelo com a passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar; e um meio de mudança de desvio de condicionamento de ar para mudar a conexão entre a passagem de fluxo de desvio de condicionamento de are a passagem de fluxo de refrigeração e uma conexão entre a passa- gem de fluxo de desvio de condicionamento de ar e a passagem de fluxo de circulação.

13. Sistema de refrigeração de uma célula de combustível de acordo com a reivindicação 12, em que o meio de mudança de desvio de condicionamento de ar muda a conexão entre uma conexão de laço fechado na qual a passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar e a pas- sagem de fluxo de circulação estão conectadas em um laço fechado e corta- das da passagem de fluxo de refrigeração, e uma conexão direta na qual a passagem de fluxo de desvio de condicionamento de ar e a passagem de refrigeração estão diretamente conectadas e cortadas da passagem de fluxo de circulação.

14. Sistema de refrigeração de uma célula de combustível de acordo com a reivindicação 13, em que a segunda bomba de circulação é uma bomba a qual opera com uma eficiência melhor do que a primeira bom- ba de circulação quando a taxa de fluxo do refrigerante é baixa; e um meio de controle de operação de bomba está adicionalmente provido para contro- lar a operação da primeira bomba de circulação e a operação da segunda bomba de circulação uma em conexão com a outra de acordo com o estado de operação da célula de combustível, e quando a célula de combustível está operando sob uma baixa carga, parar a operação da primeira bomba de circulação e circular o refrigerante para a pilha de células de combustível utilizando a segunda bomba de circulação.

15. Sistema de refrigeração de uma célula de combustível de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, ainda compreendendo: uma bomba de circulação de refrigerante disposta em série na passagem de fluxo de refrigeração, em que o segundo trocador de calor recebe o refrigerante a montante do radiador e a jusante da pilha de células de combustível, e retor- na o refrigerante a jusante do radiador e a montante da pilha de células de combustível.

16. Sistema de refrigeração de uma célula de combustível de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, ainda compreendendo: uma bomba de circulação de refrigerante disposta em série na passagem de fluxo de refrigeração, em que o segundo trocador de calor recebe o refrigerante a ju- sante da bomba de circulação de refrigerante e a montante da pilha de célu- las de combustível.

17. Sistema de refrigeração de uma célula de combustível de acordo com a reivindicação 4, ainda compreendendo: uma bomba de circulação de refrigerante disposta em série na passagem de fluxo de refrigeração, em que o trocador de calor de condicionamento de ar recebe o refrigerante a jusante da bomba de circulação de refrigerante e a montante da pilha de células de combustível.

18. Sistema de refrigeração de uma célula de combustível de acordo com a reivindicação 4, ainda compreendendo uma bomba de circulação de refrigerante disposta em série na passagem de fluxo de refrigeração, em que o trocador de calor de condicionamento de ar recebe o refrigerante a jusante da pilha de células de combustível e a montante do radiador.