CN101073176A - 燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于提供一种燃料电池系统，可以抑制致冷剂引起的燃料电池的温度变化。一种具有向燃料电池(2)循环供给致冷剂的致冷剂循环系统(10、11)的燃料电池系统(1)，其中，致冷剂循环系统(10、11)具有流动控制单元(3、23、42)，其抑制与燃料电池2具有规定温度差的致冷剂流入燃料电池(2)。

Description

燃料电池系统

技术领域

本发明涉及一种循环供给致冷剂来冷却燃料电池的燃料电池系统。

背景技术

燃料电池的电化学反应是放热反应。为了保持发电时的燃料电池的温度为一定，在燃料电池系统中设置了燃料电池的冷却装置(例如参照专利文献1)。

该冷却装置具有通过泵使致冷剂在燃料电池和散热器之间循环的循环通路；绕过散热器的旁通通路；进行切换使致冷剂流入散热器侧或者旁通通路侧的温控阀。温控阀根据在该温控阀中流动的致冷剂的温度进行切换动作。此外，在该冷却装置中，为了抑制燃料电池预热运转时(起动时)致冷剂的放热，将燃料电池、旁通通路以及温控阀收容在单个壳体内。

此外，还已知将燃料电池中流通的致冷剂作为热源用于空调的燃料电池系统。例如专利文献2中记载的燃料电池系统安装在燃料电池汽车中，将流经燃料电池后的致冷剂的废热用于车室内的暖气。该燃料电池系统，作为使致冷剂在燃料电池中循环的管线(致冷剂循环系统)具有：具有散热器的冷却管线；具有可以使致冷剂与空调气体进行热交换的加热器芯的废热利用管线。在车室内需要暖气时，致冷剂在冷却管线以及废热利用管线中流动。由此，通过了散热器的致冷剂与通过了加热器芯的致冷剂汇合流入燃料电池。

专利文献1  特开2004-158279号公报(第4页以及第1图)

专利文献2  特开2001-315524号公报(第1图)

发明内容

在专利文献1的燃料电池系统中，燃料电池起动时是以致冷剂处于低温为前提的。因此，在起动时，由于低温的致冷剂，温控阀切换动作至旁通通路侧，另一方面，此时对泵进行驱动。然后，随着燃料电池的发电，当致冷剂变为比较高的温度时，温控阀切换动作至散热器侧。

但是，即使在燃料电池起动时，也存在致冷剂的温度较高的情况。具体地说，从燃料电池停止时起经过较短的时间后，在壳体内的燃料电池和壳体外的散热器之间致冷剂的放热量存在差异。因此，在燃料电池侧存在温度较高的致冷剂，在散热器侧存在温度较低的致冷剂。

当在两者的温度差较大的状态下再次起动燃料电池时，燃料电池侧的温度较高的致冷剂流入温控阀。于是，温控阀切换动作至散热器侧，有可能成为与本来的标准相反的状态。此外，当温控阀切换动作至散热器侧时，散热器侧的温度较低的致冷剂流入燃料电池。因此，在燃料电池中产生急剧的温度变化。结果，对燃料电池造成热冲击，有可能在燃料电池的隔膜中产生变形。

如此，在现有的燃料电池的冷却装置中，没有考虑到燃料电池的再起动来进行包括流体阀(温控阀)切换在内的开度设定。而且，由于在流体阀为标准以外的开度的状态下进行致冷剂的流动(泵的驱动)，由此可能会对燃料电池给予因温度变化而产生的不良影响。

另一方面，在专利文献2的燃料电池系统中，在不需要暖气时，仅在冷却管线中流动后的致冷剂在燃料电池中循环。此时，废热利用管线中的致冷剂的温度不发生变化，所以一直低于冷却管线中的致冷剂的温度。在此，暂时停止燃料电池系统的运转，之后在已经再次起动的情况下需要暖气时，废热利用管线中的温度较低的致冷剂流入残留有温度较高的致冷剂的燃料电池中。因此，在燃料电池中产生急剧的温度变化。结果，对燃料电池给予热冲击，可能会在燃料电池的隔膜中产生变形，或者产生水蒸气凝结所导致的溢流等，对燃料电池给予温度变化而产生的不良影响。

本发明的目的在于提供一种可以抑制由于致冷剂引起的燃料电池的温度变化的燃料电池系统。

具体地说，本发明的目的在于提供可以抑制由于废热利用管线的致冷剂引起的燃料电池的温度变化的燃料电池系统，以及提供在燃料电池起动时可以抑制燃料电池中的温度变化的燃料电池系统(燃料电池的冷却装置)。

为了达成上述目的，本发明的燃料电池系统是一种具有向燃料电池循环供给致冷剂的致冷剂循环系统的燃料电池系统，致冷剂循环系统具有流动控制单元，其抑制与燃料电池具有规定温度差的致冷剂流入燃料电池。

通过这样的结构，因为抑制与燃料电池具有规定温度差的致冷剂流入燃料电池，所以可以抑制由于致冷剂引起的燃料电池的温度变化。由此，不会对燃料电池造成热冲击。

为了达成上述目的，本发明的燃料电池，使向燃料电池流通的致冷剂循环来冷却燃料电池，并且可以利用流经燃料电池后的致冷剂的废热对空调管线中的空调气体进行加热，其中，具有：冷却管线，其具有对致冷剂进行冷却的第一换热器，并使致冷剂在燃料电池中循环；废热利用管线，其具有使致冷剂与空调管线中的空调气体进行热交换的第二换热器，并使致冷剂在燃料电池中循环；以及流动控制单元，其控制致冷剂在冷却管线以及废热利用管线中的流动，流动控制单元在开始了致冷剂在冷却管线中的流动之后，开始致冷剂在废热利用管线中的流动。

根据该结构，由于致冷剂在废热利用管线中的流动晚于致冷剂在冷却管线中的流动，所以开始向燃料电池中流通的致冷剂为冷却管线中的致冷剂。由此，在冷却管线(燃料电池)和废热利用管线之间即使致冷剂的温度差较大，也可以抑制燃料电池的温度变化。特别是如果在冷却管线中的致冷剂的流量增大到足够大之后，开始废热利用管线中的致冷剂的流动，则可以恰当地抑制燃料电池的温度变化。在开始该废热利用管线中的致冷剂的流动时，通过设定为使该流量缓缓地上升，可以更加恰当地抑制燃料电池的温度变化。

优选的是，还具有用户可以输入用于执行空调管线中的空调气体送风的指示的输入单元，流动控制单元根据输入单元的输入结果，控制冷却管线以及废热利用管线中的致冷剂的流动。

根据该结构，可以根据是否具有用户对于暖气的需要，恰当地使致冷剂在冷却管线以及废热利用管线中流动。

优选的是，在存在向输入单元的输入时，流动控制单元在开始废热利用管线中的致冷剂的流动之前，优先开始冷却管线中的致冷剂的流动。此外，在不存在向输入单元的输入时，可以切断致冷剂在废热利用管线中的流动，使致冷剂在冷却管线中流动。

根据该结构，在用户为了使用暖气对输入单元进行了输入时，先于废热利用管线，致冷剂在冷却管线中开始流动，所以如上，可以抑制燃料电池的温度变化。此外，在用户不使用暖气而没有对输入单元进行输入时，致冷剂不在废热利用管线中流动，因此不对空调气体进行加热，可以通过冷却管线中流动的致冷剂对燃料电池进行恰当的冷却。

优选的是，流动控制单元在燃料电池起动时，即使没有向输入单元的输入时，也在开始致冷剂在冷却管线中的流动之后，开始致冷剂在废热利用管线中的流动，使致冷剂在废热利用管线中仅流动规定时间。

例如，在夏天等使用暖气的频度较低的情况下，当长时间不使用暖气时，废热利用管线中的致冷剂可能在此滞留。因此，可能产生在废热利用管线中堆积异物，产生藻类等不良的情况。通过上述的结构，在燃料电池起动时，使废热利用管线中的致冷剂暂时流动，因而不论是否需要暖气，都可以恰当地避免上述的不良情况。此外，由于将致冷剂在废热利用管线中流动的定时设为燃料电池起动时，因此与在燃料电池运转时进行该控制的情况相比，可以使控制简单化。

优选的是，在燃料电池开始起动时，流动控制单元在开始致冷剂在冷却管线中的流动之后，开始致冷剂在废热利用管线中的流动。

根据该结构，可以在冷却管线(燃料电池)和废热利用管线之间致冷剂的温度差容易变大的燃料电池的起动时(在上述课题中叙述的再起动时)，抑制由于废热利用管线中的致冷剂引起的燃料电池的温度变化。此外，可以控制性良好地避免由于废热利用管线中的致冷剂的滞留引起的不良情况。

优选的是，燃料电池系统还具有对从燃料电池停止到下一次起动为止的时间进行计测的计时单元，流动控制单元可以根据计时单元的计测结果，改变在燃料电池起动时开始致冷剂在废热利用管线中的流动的开始时间。

根据该结构，可以根据燃料电池的停止时间(停止时的放置时间)，改变使致冷剂在废热利用管线中开始流动的开始时间。由此，例如在该停止时间比较长的情况下，可以同时开始致冷剂在废热利用管线以及冷却管线中的流动。此外，在停止时间比较短时，与冷却管线相比，可以使致冷剂在废热利用管线中的开始流动延迟足够长的时间。

根据优选的一种方式，燃料电池系统还具有对致冷剂温度进行检测的温度传感器，流动控制单元可以根据温度传感器的检测结果，改变在燃料电池起动时开始致冷剂在废热利用管线中的流动的开始时间。

根据该结构，可以根据致冷剂的温度改变使致冷剂在废热利用管线中开始流动的开始时间。由此，可以恰当地抑制燃料电池中的温度变化。此外，优选在多个部位设置温度传感器，例如优选在冷却管线以及废热利用管线两者中进行设置。

优选的是，在燃料电池间歇运转时，流动控制单元使致冷剂在冷却管线以及废热利用管线的至少一方中流动。

这里，所谓燃料电池的间歇运转是指暂时停止由燃料电池向负载提供电力，而是由二次电池向负载提供电力。间歇运转通过对燃料电池间歇性(断续地)供给燃料气体以及氧化剂气体，将燃料电池的开放端电压维持在规定范围内来进行。

通过采用上述的结构，可以在间歇运转时使致冷剂向燃料电池流通。即，在间歇运转时，可以连续地使致冷剂向燃料电池流通，所以可以恰当地进行燃料电池的温度管理。

优选的是，在燃料电池的间歇运转时，流动控制单元在开始致冷剂在废热利用管线中的流动之前，优先开始致冷剂在冷却管线中的流动。

根据该结构，如果在间歇运转时使废热利用管线中的致冷剂流动，则可以首先使冷却管线中的致冷剂流动。由此，可以恰当地抑制间歇运转时燃料电池的温度变化。

优选的是，在燃料电池停止时，流动控制单元在停止致冷剂在冷却管线中的流动之前，优先停止致冷剂在废热利用管线中的流动。

根据该结构，与上述相同，如果在燃料电池停止时，废热利用管线以及冷却管线中的致冷剂流动，则可以首先停止废热利用管线中的致冷剂的流动。由此，可以恰当地抑制停止时的燃料电池的温度变化。

优选的是，流动控制单元具有：在冷却管线中压送致冷剂的冷却侧泵；在废热利用管线中压送致冷剂的废热利用侧泵；以及对冷却侧泵和废热利用侧泵的驱动进行控制的控制单元，控制单元在开始了冷却侧泵的驱动之后，开始废热利用侧泵的驱动。

通过这样的结构，因为对冷却管线以及废热利用管线设置了独立的泵，所以可以恰当地控制各个管线中的致冷剂的流动。此外，通过协调两个泵来控制驱动开始定时，可以在开始了上述冷却管线中的致冷剂的流动之后开始废热利用管线中的致冷剂的流动。

优选的是，控制单元进行流量控制，使通过冷却侧泵压送的致冷剂的流量大于通过废热利用侧泵压送的致冷剂的流量。

根据该结构，可以在通过泵进行流量控制，冷却管线中的致冷剂的流量增大到足够大之后，开始致冷剂在废热利用管线中的流动，可以恰当地控制燃料电池的温度变化。作为这种流量的控制，具有泵的转速控制和占空比控制。

优选的是，燃料电池系统还具有对致冷剂温度进行检测的温度传感器，控制单元根据温度传感器的检测结果，控制冷却侧泵以及废热利用侧泵的驱动。

根据该结构，可以根据致冷剂的温度改变各个泵的驱动条件。如此，例如在冷却管线和废热利用管线之间没有温度差时，可以同时开始各个泵的驱动。此外，优选在多个部位设置温度传感器，例如优选对冷却管线以及废热利用管线双方设置传感器。

优选的是，废热利用管线在燃料电池的致冷剂出口侧，连接在与冷却管线的分支点和汇合点上，在该汇合点上游的冷却管线上还设有止回阀，其阻止致冷剂从汇合点向燃料电池的致冷剂出口流动。

根据该结构，可以阻止在废热利用管线中流动的致冷剂流入燃料电池的致冷剂出口。由此，即使在废热利用管线的致冷剂的温度低于燃料电池的温度的情况下，也不会对燃料电池给予温度变化。

根据优选的一种方式，流动控制单元具有在冷却管线以及废热利用管线中压送致冷剂的单一的泵、和控制泵的驱动的控制单元，冷却管线中的流路阻力设定为低于废热利用管线中的流路阻力，以使该冷却管线中的致冷剂比废热利用管线中的致冷剂优先开始向燃料电池流通。

根据该结构，与上述的结构相比可以削减一个泵，可以简化通过控制单元的泵控制。因为使用一个泵在冷却管线以及废热利用管线双方中压送致冷剂，所以通过上述那样设定两个管线的流路阻力，可以先于废热利用管线开始冷却管线中的致冷剂的流动。

这里，作为设定流路阻力的压损调整(tuning)，例如使废热利用管线的管径与冷却管线的管径相比足够小即可。或者，可以在废热利用管线的中途，设置致冷剂流过困难的孔等节流部。

根据优选的一种方式，流动控制单元具有：在冷却管线以及废热利用管线中压送致冷剂的单一的泵；相对燃料电池切换冷却管线以及废热利用管线中的致冷剂的流通的切换阀；以及对泵的驱动以及切换阀进行控制的控制单元，控制单元在相对燃料电池开始废热利用管线中的致冷剂的流通时，将切换阀切换至冷却管线侧，相对燃料电池开始冷却管线中的致冷剂的流通。

通过这样的结构，即使不通过冷却管线以及废热利用管线的压损调整，也可以通过切换阀的控制，先于废热利用管线使冷却管线中的致冷剂开始向燃料电池流通。

优选的是，在冷却管线以及废热利用管线中，构成有用于在燃料电池的致冷剂入口侧使致冷剂汇合的汇合点，并且构成有用于在燃料电池的致冷剂出口侧使致冷剂分支的分支点。

根据该结构，致冷剂在燃料电池的出口侧分支而在冷却管线以及废热利用管线中流动，并再次在燃料电池的入口侧汇合而向燃料电池中流通。

为了达成上述的目的，本发明其他的燃料电池，使向燃料电池流通的致冷剂循环来冷却燃料电池，并且可以利用流经燃料电池后的致冷剂的废热对空调管线中的空调气体进行加热，其中，具有：冷却管线，其具有对致冷剂进行冷却的第一换热器，并使致冷剂在燃料电池中循环；废热利用管线，其具有使致冷剂与空调管线中的空调气体进行热交换的第二换热器，并使致冷剂在燃料电池中循环；以及流动控制单元，其控制致冷剂在冷却管线以及废热利用管线中的流动。在使冷却管线以及废热利用管线中的致冷剂汇合而向燃料电池流通时，流动控制单元进行流量控制，使冷却管线中的致冷剂的流量大于废热利用管线中的致冷剂的流量。

根据该结构，即使在冷却管线(燃料电池)和废热利用管线之间致冷剂存在温度差，但因为与废热利用管线相比冷却管线的致冷剂的流量大，所以两者汇合后的致冷剂的温度为接近冷却管线中的致冷剂的温度。由此，即使致冷剂的温度差较大，也可以抑制由于废热利用管线的致冷剂引起的燃料电池的温度变化。

为了达成上述的目的，本发明另外的燃料电池，使向燃料电池流通的致冷剂循环来冷却燃料电池，并且可以利用流经燃料电池后的致冷剂的废热对空调管线中的空调气体进行加热，其中，具有：冷却管线，其具有对致冷剂进行冷却的第一换热器，并使致冷剂在燃料电池中循环；废热利用管线，其具有使致冷剂与空调管线中的空调气体进行热交换的第二换热器，在燃料电池的致冷剂入口侧与冷却管线汇合，且在燃料电池的致冷剂出口侧从冷却管线分支；旁通管线，绕过燃料电池而使致冷剂流动；以及流动控制单元，其控制致冷剂在冷却管线、废热利用管线以及旁通管线中的流动。流动控制单元，在使致冷剂在旁通管线中流动以使冷却管线以及废热利用管线中的致冷剂混合之后，切断致冷剂在旁通管线中的流动以使致冷剂在燃料电池中循环。

根据该结构，即使在冷却管线(燃料电池)和废热利用管线之间致冷剂存在温度差，首先使致冷剂在旁通管线中流动，由此混合冷却管线以及废热利用管线中的致冷剂。由此，在冷却管线以及废热利用管线中，即使致冷剂的温度部分存在差异，也可以使致冷剂的温度平均化。因此，与上述相同，可以抑制由于废热利用管线的致冷剂引起的燃料电池的温度变化。

为了达成上述目的，本发明的燃料电池系统具有：对致冷剂进行冷却的换热器；在换热器和燃料电池之间通过泵使致冷剂循环的循环通路；绕过换热器而将循环通路中的致冷剂供给燃料电池的旁通通路；对致冷剂向换热器以及旁通通路的流通进行设定的流体阀；以及对流体阀以及泵进行控制的控制单元。控制单元在燃料电池起动时，在将流体阀的开度从该起动前的初始开度改变为规定开度之后，开始泵的驱动。

根据该结构，在燃料电池起动时，将流体阀从初始开度设定为规定开度，之后泵开始进行驱动。因此，流体阀成为与标准相适合的开度时，可以将循环的致冷剂供给燃料电池，可以抑制燃料电池中的温度变化。

这里，“改变为规定开度之后”，除了晚于该改变而开始泵驱动的情况之外，还包括与该改变同时开始泵驱动的情况。

优选的是，燃料电池系统还具有对致冷剂的温度进行检测的温度传感器，在燃料电池起动时，控制单元根据该温度传感器的检测结果将流体阀设定为规定开度。

根据该结构，可以根据致冷剂的温度将流体阀设定为规定开度，可以恰当地抑制燃料电池中的温度变化。

优选的是，在循环通路以及旁通通路的全长上设置多个温度传感器，在燃料电池起动时，控制单元根据多个温度传感器的检测结果将流体阀设定为规定开度。

根据该结构，可以使用多个温度传感器在多个位置检测致冷剂的温度。由此，可以参考多个检测结果将流体阀设定为规定开度，可以提高冷却装置的控制性以及可靠性。

在此，将多个温度传感器设置在燃料电池的致冷剂流入口侧以及其致冷剂流出口侧，并且还设置在换热器的上游侧以及其下游侧等处即可。通过燃料电池的致冷剂流出口侧的温度传感器可以良好地反映燃料电池内的致冷剂的温度。此外，通过换热器的下游侧的温度传感器可以良好地反映换热器内的致冷剂的温度。

优选的是，燃料电池还具有对燃料电池中的致冷剂的温度进行检测的第一温度传感器、以及对换热器中的致冷剂的温度进行检测的第二温度传感器，控制单元在燃料电池起动时，根据第一温度传感器以及第二温度传感器的检测结果的温度差，将流体阀设定为规定开度。

根据该结构，可以根据燃料电池侧的致冷剂和换热器侧的致冷剂的温度差，将流体阀设定为规定开度。

在此，第一温度传感器只要可以检测出反映燃料电池中的致冷剂温度的温度即可。因此，可以不把第一温度传感器设置在燃料电池内，而是设置在燃料电池的致冷剂流出口侧的循环通路上。同样地，第二温度传感器只要可以检测出反映换热器中的致冷剂温度的温度即可。因此，可以不把第二温度传感器设置在换热器内，而是设置在换热器下游侧的循环通路上。

优选的是，在温度差为阈值以上时，作为流体阀规定开度，控制单元将流体阀设定为切断致冷剂向换热器的流通，并且致冷剂可以向旁通通路流通的开度。

根据该结构，在温度差大时，使换热器侧温度较低的致冷剂与燃料电池侧温度较高的致冷剂汇合，因此可以良好地抑制燃料电池中的温度变化。

在此，“致冷剂可以向旁通通路流通的开度”不仅包括流体阀相对旁通通路侧为全开状态的开度，还包括为部分打开的状态的开度。

优选的是，规定开度是流体阀相对旁通通路侧为全开状态的开度，控制单元在燃料电池起动时，在使流体阀为全开状态的零点调整后，开始泵的驱动。

根据该结构，在泵的驱动开始之前，流体阀相对旁通通路侧成为全开状态，此时进行流体阀的零点调整。即，在上述温度差为阈值以上时，可以兼顾流体阀的零点调整，设成致冷剂仅能向旁通通路侧流通的状态。通过零点调整，在燃料电池发电时可以高精度地控制流体阀的开度。

限据优选的一种方式，规定开度可以是流体阀至少能够使致冷剂向旁通通路流通的开度。

根据该结构，在燃料电池起动时，可以将至少流入旁通通路侧的致冷剂供给燃料电池。由此，可以良好地抑制燃料电池中的温度变化。

此外，在设定为“至少能够使致冷剂向旁通通路流通”时，意味着使致冷剂仅向旁通通路侧流通的情况，或者使致冷剂向旁通通路侧以及换热器侧两者流通的情况。后一种情况的比例(流通比)例如可以根据上述致冷剂温度恰当地进行设定。

优选的是，规定开度为流体阀相对换热器侧为全闭状态的开度。

根据该结构，在燃料电池起动时，可以可靠地不向燃料电池提供换热器中的致冷剂。因此，可以可靠地抑制燃料电池中的温度变化。

根据优选的一种方式，规定开度为流体阀相对旁通通路为全开状态的开度，在燃料电池起动时，控制单元可以在将流体阀置为全开状态的零点调整之后，开始泵的驱动。

根据该结构，当在泵的驱动开始之前，优先进行使致冷剂仅向旁通通路流通的流体阀的设定时，可以兼顾流体阀的零点调整。此外，通过零点调整，可以在燃料电池发电时高精度地控制流体阀的开度。

根据优选的一种方式，在燃料电池起动时，控制单元可以在初始开度的流体阀进行了零点调整之后，将流体阀改变为规定开度(即，流体阀使致冷剂至少能够向旁通通路流通的开度)。

根据该结构，在燃料电池起动时，可以将至少流入旁通通路侧的致冷剂供给燃料电池。由此，可以良好地抑制燃料电池中的温度变化。此外，因为在此之前进行流体阀的零点调整，所以在燃料电池发电时可以高精度地进行流体阀的开度控制。

优选的是，作为流体阀的零点调整，控制单元将流体阀相对旁通通路侧置为全开状态。

根据该结构，在零点调整之后，可以迅速地将流体阀设定为向旁通通路侧的上述规定开度。

根据优选的一种方式，作为流体阀的零点调整，控制单元将流体阀相对换热器侧置为全开状态。

根据该结构，例如即使在零点调整之后，流体阀由于故障而无法进行开度设定，也可以在燃料电池发电时，将换热器冷却后的致冷剂供给燃料电池。由此，可以防止燃料电池的过热。即，可以实现故障保险。

优选的是，初始开度为流体阀可以使致冷剂向换热器流通的开度。

根据该结构，在燃料电池停止时，可以促进燃料电池侧致冷剂的自然放热。此外，例如可以迅速地进行向换热器侧的零点调整。在发生流体阀紧固等故障时，可以防止燃料电池的过热。

根据优选的一种方式，初始开度可以为流体阀可以使致冷剂向旁通通路流通的开度。

根据该结构，例如可以迅速地进行向旁通通路侧的零点调整。

根据优选的一种方式，初始开度为流体阀可以使致冷剂向换热器以及旁通通路双方流通的开度。

根据该结构，在流体阀发生故障时，可以抑制正在发电的燃料电池的过冷却以及过热，可以良好地实现故障保险。此外，例如可以迅速地对换热器侧以及旁通通路侧中的某侧也进行零点调整。

优选的是，控制单元在燃料电池停止时，将流体阀设定为初始开度。

根据该结构，可以在燃料电池起动时将流体阀恰当地设定为希望的初始开度。此外，优选在燃料电池停止时，在停止了泵的驱动之后将流体阀设定为初始开度。

为了实现上述目的，本发明其他的燃料电池系统具有：对致冷剂进行冷却的换热器；在换热器和燃料电池之间通过泵使致冷剂循环的循环通路；绕过换热器而将循环通路的致冷剂供给燃料电池的旁通通路；对致冷剂向换热器以及旁通通路的流通进行设定的流体阀；以及对流体阀以及泵进行控制的控制单元。控制单元在燃料电池停止时，在停止了泵的驱动之后将流体阀设定为规定的初始开度。此时，优选初始开度为流体阀使致冷剂可以向换热器流通的开度。

根据这些结构，在燃料电池停止时停止泵的驱动来停止致冷剂的循环，之后将流体阀设定为规定的初始开度。在燃料电池停止时，即使流体阀由于故障而无法进行开度设定，但在燃料电池发电时，由于将换热器冷却的致冷剂供给燃料电池，所以可以防止燃料电池的过热。即，可以抑制燃料电池中的温度变化来实现故障保险。

优选的是，在燃料电池起动时，控制单元在将流体阀从初始开度改变为规定开度之后，开始泵的驱动。

根据该结构，在燃料电池起动时，流体阀从初始开度被开度设定为规定开度，之后泵开始驱动。因此，流体阀成为与标准相适合的开度时，可以将致冷剂供给燃料电池。由此，在燃料电池起动时可以抑制其温度变化。

为了实现上述目的，本发明另外的燃料电池系统具有：对致冷剂进行冷却的换热器；在换热器和燃料电池之间通过泵使致冷剂循环的循环通路；绕过换热器而将循环通路的致冷剂供给燃料电池的旁通通路；对致冷剂向换热器以及旁通通路的流通进行设定的流体阀；以及对流体阀以及泵进行控制的控制单元。控制单元在燃料电池起动时，在泵的驱动开始之前优先对流体阀进行零点调整，并且将该零点调整后的开度改变为规定开度。

根据该结构，在燃料电池起动时，对流体阀进行零点调整，并且将其开度设定为规定开度，之后开始泵的驱动。因此，在燃料电池起动时，流体阀成为与标准相适合的开度时，可以将致冷剂供给燃料电池，可以抑制燃料电池中的温度变化。此外，通过零点调整，可以在燃料电池发电时高精度地进行流体阀的开度控制。

优选的是，流体阀为旋转阀。

根据该结构，可以恰当并且精度良好地应对温度控制敏感的燃料电池。

附图说明

图1是表示第一实施方式的燃料电池系统的结构的结构图。

图2是第一实施方式的燃料电池系统的框图。

图3是表示第二实施方式的燃料电池系统的结构的结构图。

图4是表示第三实施方式的燃料电池系统的结构的结构图。

图5是表示第四实施方式的燃料电池系统的结构的结构图。

图6是表示第五实施方式的燃料电池系统的结构的结构图。

图7是表示第六实施方式的燃料电池系统的结构的结构图。

图8是表示第七实施方式的燃料电池系统的结构的结构图。

图9是表示在第八实施方式的燃料电池系统中设置的燃料电池的冷却装置的结构图。

图10表示第八实施方式的燃料电池的冷却装置的处理流程，是燃料电池起动时的流程图。

图11表示第九实施方式的燃料电池的冷却装置的处理流程，是燃料电池停止时的流程图。

图12是示意地表示作为第十实施方式的流体阀的旋转阀的立体图。

图13(A)～(C)是关于图12所示的旋转阀的开度示意地进行说明的剖面图。

图14是第十一实施方式的燃料电池的冷却装置的时间图。

图15是第十二实施方式的燃料电池的冷却装置的时间图。

图16是第十三实施方式的燃料电池的冷却装置的时间图。

图17是第十四实施方式的燃料电池的冷却装置的时间图。

图18是第十五实施方式的燃料电池的冷却装置的时间图。

图19是表示在第十六实施方式的燃料电池系统中设置的燃料电池的冷却装置的结构图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明最佳实施方式的燃料电池系统进行说明。该燃料电池系统具有对燃料电池循环供给致冷剂的致冷剂循环系统，致冷剂循环系统抑制与燃料电池具有规定温度差的致冷剂流入燃料电池。以下，对具有考虑了废热利用的结构的燃料电池系统以及具有考虑了与废热利用不同观点的结构的燃料电池系统进行说明。

具体地说，在第一实施方式～第七实施方式(图1～图8)中，对利用冷却燃料电池后的致冷剂的废热的燃料电池系统进行说明。对其概要进行简单的说明，该燃料电池系统安装在汽车等燃料电池车辆上。而且，燃料电池系统通过主要的冷却管线中的致冷剂对燃料电池进行冷却，并且例如把冷却燃料电池后的致冷剂的废热用于车室内的暖气。本发明的燃料电池系统的特征部分为：通过控制冷却管线以及废热利用管线中的致冷剂的流动，不会使废热利用管线中的低温致冷剂对燃料电池给予热冲击。

此外，在第八实施方式～第十六方式(图9～图19)中，对考虑了与废热利用不同观点的其他燃料电池系统进行说明。对其概要进行简单的说明，燃料电池系统具有燃料电池的冷却装置，该冷却装置降低发电过程中燃料电池的温度，在发电时进行燃料电池的温度管理。本发明的燃料电池系统的主要特征部分为：燃料电池的冷却装置对流体阀以及泵进行规定的控制，由此，不仅在发电时，在燃料电池起动时(预热时)也会良好地抑制燃料电池的温度变化。

(第一实施方式)

图1是表示燃料电池系统的冷却系统的系统图。

燃料电池系统1具有层叠了作为基本单位的多个单电池的堆叠构造的燃料电池2；以及统一控制整个系统的控制装置3(参照图2)。燃料电池2与其周边的检测设备等一起被收容在层叠壳体5中。层叠壳体5由金属或硬质树脂形成，通过支架等固定在车室的底板下等位置。在燃料电池2中，通过未图示的配管线路来提供作为燃料气体的氢气以及作为氧化剂气体的空气。燃料电池2通过这两种气体的电化学反反应进行发电，并且产生热量。

作为燃料电池2，具有磷酸型等多个种类的燃料电池，在此，由适合于车载的固体高分子电解质型构成。虽然省略了图示，但燃料电池2的单电池由金属等材料的一对隔膜夹持MEA(膜电极MembraneElectrode Assembly)来构成。作为堆叠构造的燃料电池2的内部流路，设置有燃料气体的流路、氧化剂气体的流路以及冷却水的流路。这些流路主要形成在隔膜的平面内(in plane)。燃料电池2使作为致冷剂的冷却水在燃料电池2的冷却水内部流路中流通来进行冷却。

作为使冷却水在燃料电池2中循环的管线(致冷剂循环系统)，燃料电池系统1具有图左侧的冷却管线10和图右侧的废热利用管线11。在冷却管线10和废热利用管线11中构成有用于使冷却水在燃料电池2的冷却水入口2a侧汇合的汇合点13，并且构成有用于使冷却水在燃料电池2的冷却水出口2b侧分支的分支点14。此外，在汇合点13以及分支点14处设置三通阀等阀门，可以切断冷却水在汇合点13的汇合，或者进行冷却水在分支点14仅向一方的分支等。

在冷却管线10中设置了对从燃料电池2排出的冷却水进行冷却的散热器21；绕过散热器21的旁通通路22；压送冷却管线10的冷却水的冷却侧泵23；对冷却水向散热器21以及旁通通路22的流通进行设定的切换阀24。冷却管线10主要由从燃料电池2的冷却水出口2b到散热器21的入口为止的第一通路31、从散热器21的出口到切换阀24的第一端口24a为止的第二通路32、以及从切换阀24的第二端口24b到燃料电池2的冷却水入口2a为止的第三通路33构成。

散热器21(第一换热器)在内部具有对由于燃料电池2的发电反应而温度升高的冷却水进行引导的通路，冷却水通过散热器21内的通路，由此与外部气体进行热交换(放热)。散热器21例如被设置在车辆的前部。在散热器21中并设有用于向该内部通路吹送外部气体的风扇26。风扇26促进冷却水在散热器21中的冷却。风扇26与控制装置3连接，由控制装置3对其驱动进行控制。

旁通通路22的上游端与第一通路31的冷却侧泵23的下游侧连接，下游端与切换阀24的第三端口24c连接。在旁通通路22上没有设置具有冷却作用的辅助设备。

冷却侧泵23与控制装置3连接，由控制装置3控制其驱动。通过开始冷却侧泵23的驱动，冷却管线10的冷却水流动，将燃料电池2的温度保持在规定范围内。而且，通过停止冷却侧泵23的驱动，冷却管线10的冷却水停止流动。此外，虽然将冷却侧泵23的位置设为散热器21的上游侧，但也可以设为散热器21或切换阀24的下游侧。

切换阀24具有具有上述的第一端口24a、第二端口24b以及第三端口24c的三通阀构造。切换阀24例如由旋转阀构成，可以将冷却水切换给散热器21以及旁通通路22中的一方，或者切换给该双方。

例如在切换阀24切换至散热器21侧时，冷却管线10作为使冷却水在散热器21和燃料电池2之间循环的循环通路而起作用。另一方面，在切换阀24切换至旁通通路22侧时，冷却管线10作为绕过散热器21将冷却水循环供给燃料电池2的循环通路而起作用。此时，没有接受到散热器21的放热效果的冷却水流入燃料电池2。

切换阀24可以调整阀的开度，可以调整冷却水向散热器21以及旁通通路22的流入量。切换阀24与控制装置3连接，根据来自控制装置3的输出信号对包含切换动作在内的阀的开度进行控制。该种类的切换阀24例如可以由使用螺线管驱动的电磁阀型、使用电动机驱动的电动阀型、由压电元件或磁致伸缩元件等的电力、磁力进行驱动的类型构成。

在废热利用管线11中设置了使燃料电池2排出的冷却水与空调气体进行热交换的加热器芯41(第二换热器)、和压送废热利用管线11的冷却水的废热利用侧泵42。废热利用管线11是使用从燃料电池2排出的冷却水的废热，对空调气体进行加热来冷却冷却水的管线，具有使冷却水在加热器芯41和燃料电池2之间循环的循环通路的功能。

废热利用侧泵42与控制装置3连接，由控制装置3控制其驱动。如后所述，与冷却侧泵23相协调地控制废热利用侧泵42。通过开始废热利用侧泵42的驱动，废热利用管线11的冷却水流动，在加热器芯41进行了热交换的冷却水流入燃料电池2。而且，通过停止废热利用侧泵42的驱动，废热利用管线11的冷却水停止流动。此外，虽然将废热利用侧泵42的位置设为加热器芯41的上游侧，但也可以设为加热器芯41的下游侧。

加热器芯41与散热器21相同，例如被设置在车辆的前部。加热器芯41在内部具有对由于燃料电池2的发电反应而升温的冷却水进行引导的通路，冷却水通过加热器芯41内的通路，由此与空调气体进行热交换(放热)。因此，加热器芯41配置在成为空调气体通路的空调装置50的空调管线51(风管)内。

空调装置50例如吸入车室内的空气(内部气体)或车室外的空气(外部气体)，在对其进行调整之后吹入车室内。虽然省略了全部的图示，但空调装置50具有设置在空调管线51中的加热器芯41上游侧的蒸发器、以及设置在蒸发器上游侧并向加热器芯41压送空调气体的鼓风机。而且，在空调管线51的最下游例如设置有向车室内供给空调气体的吹出口。

此外，空调装置50具有开关等用户可以进行输入操作的输入单元52(参照图2)。用户可以通过输入单元52对执行空调管线51的空调气体送风进行指示。即，存在向输入单元52的输入时，空调装置50进行暖气运转。此时，冷却水在冷却管线10以及废热利用管线11双方中流动，把由加热器芯41加热后的空调气体供给车室内。另一方面，不存在向输入单元52的输入时，空调装置50不运转，切断空调气体向车室内的供给，并且冷却水仅在冷却管线10中流动。此外，还可以通过输入单元52将空调装置50切换为冷气运转。

在冷却管线10以及废热利用管线11中，在它们全长上分散设置了多个温度传感器61～65。具体地说，在散热器21的下游侧配置了温度传感器61；在旁通通路22上配置了温度传感器62；在燃料电池2的冷却水入口2a侧配置了温度传感器63；在其冷却水出口2b侧配置了温度传感器64；在加热器芯41的下游侧配置了温度传感器65。燃料电池2的冷却水入口2a以及冷却水出口2b附近的各个温度传感器63、64被收容在堆叠壳体5内。当然还可以将这些温度传感器63、64设置在堆叠壳体5之外。

散热器21下游侧的温度传感器61检测可以反映出散热器21出口的冷却水温的温度。此外，冷却水出口2b侧的温度传感器64检测可以反映出燃料电池2内的冷却水温的温度。加热器芯41下游侧的温度传感器65检测可以反映出经过加热器芯41后的冷却水温的温度。这些多个温度传感器61～65与控制装置3连接，将其检测结果输入控制装置3。

图2是表示燃料电池系统1的控制构成的框图。虽然没有任何图示，但控制装置3(ECU)具有CPU、存储有由CPU处理的控制程序或控制数据的ROM、主要用于控制处理的作为各种操作区域使用的RAM、以及输入输出接口，它们经由总线相互连接。

在输入输出接口上，除了对冷却侧泵23、切换阀24以及废热利用侧泵42等进行驱动的各种驱动器之外，还连接有多个温度传感器61～65等各种传感器、空调装置50的输入单元52。控制装置3具有与冷却侧泵23以及废热利用侧泵42协同动作以控制冷却水在冷却管线10以及废热利用管线11中的流动的流动控制单元的功能。如后所述，该流动控制单元抑制与燃料电池2具有规定温度差的冷却水流入燃料电池2。

CPU按照ROM内的控制程序，经由输入输出接口输入温度传感器61～65等的检测信号和输入单元52的输入信号，在对RAM内的各种数据等进行了处理后，经由输入输出接口对各种驱动器输出控制信号，由此对冷却侧泵23以及废热利用侧泵42进行协调控制等，统一控制整个燃料电池系统1。

如上所述，当在燃料电池系统1运转的过程中不需要车室内的暖气时，冷却水仅在冷却管线10流动。因此，在废热利用管线11中滞留的冷却水比冷却管线10或燃料电池2内的冷却水温度低。在此，在暂时停止燃料电池系统1的运转，并在短时间后再起动时需要暖气的情况下，废热利用管线11的冷却水在冷却管线10的冷却水之前流通到燃料电池2时，由于冷却水的温度差而对燃料电池2给予热冲击。因此，在本实施方式中，控制成在冷却管线10的冷却水开始流动之后使废热利用管线11中的冷却水开始流动。

1.起动时

具体地说，在燃料电池2起动时(预热时)向输入单元52输入有需要暖气的指示时，控制装置3在开始了冷却侧泵23的驱动之后，开始废热利用侧泵42的驱动。由此，废热利用管线11的冷却水的流动比冷却管线10的冷却水的流动晚，所以可以使冷却管线10的冷却水先向燃料电池2流通。因此，即使冷却管线10和废热利用管线11之间的冷却水的温度差大，也可以抑制燃料电池2的温度变化。

此时，控制装置3如果在冷却侧泵23供给的冷却水的流量上升到足够大之后，开始废热利用侧泵42的驱动，则可以进一步抑制燃料电池2的温度变化。即，优选的是，控制装置3在协调控制两个泵23、42的驱动初期进行流量控制，使冷却侧泵23供给的冷却水的流量大于废热利用侧泵42供给的冷却水的流量。此外，优选的是，控制废热利用侧泵42的驱动，使废热利用管线11中的冷却水的流量缓缓上升。

开始废热利用侧泵42的驱动的定时可以是在开始了冷却侧泵23的驱动之后，例如经过了ROM中预先存储的规定时间后的定时，也可以是基于冷却管线10中的例如设置在燃料电池2的冷却水入口2a侧的未图示的流量传感器的检测结果的定时。此外，在其他的方式中，可以在冷却侧泵23的转速达到规定转速以上时，例如冷却侧泵23完全开动时开始废热利用侧泵42的驱动。此外，冷却侧泵23的转速由与冷却侧泵23连接的转速传感器来检测即可。

此外，与流量传感器协作或者独立地通过组装在控制装置3中的计时器来计测从燃料电池停止到下一次起动为止的时间，可以根据该计测时间的长短改变开始废热利用侧泵42的驱动的开始时间。由此，在燃料电池2的停止时间比较长的情况下，对于冷却侧泵23的驱动开始，延迟废热利用侧泵42的驱动开始即可。此外，在燃料电池2的停止时间比较短的情况下，直到冷却管线10的冷却水的流量增大到足够大为止，使废热利用侧泵42的驱动开始延迟足够长的时间。

而且，优选的是，与流量传感器、计时器协作或者独立地，根据上述温度传感器61～65的检测结果，改变开始废热利用侧泵42的驱动的开始时间。例如，由于放置燃料电池车辆的环境不同，冷却水各部分的放热条件产生变动，所以与只使用计时器来设定废热利用侧泵42的驱动开始时间相比，根据对冷却水的温度进行检测的多个温度传感器61～65的检测结果可以进一步抑制燃料电池2的温度变化。

例如，在多个温度传感器61～65中，特别是根据燃料电池2的冷却水出口2b侧的温度传感器64和废热利用管线11的温度传感器65的检测结果，基于燃料电池2内的冷却水和废热利用管线11内的冷却水的温度差，来设定废热利用侧泵42的驱动开始时间。或者根据温度传感器61和温度传感器65的检测结果，基于冷却管线10和废热利用管线11的冷却水的温度差，来设定废热利用侧泵42的驱动开始时间。此时，在没有温度差的情况下，可以使冷却侧泵23以及废热利用侧泵42同时开始驱动。如此，可以根据冷却水的温度来改变冷却侧泵23以及废热利用侧泵42的驱动条件。

此外，取代上述的控制构成，在燃料电池2起动时向输入单元52输入有需要暖气的指示时，控制装置3可以同时开始冷却侧泵23以及废热利用侧泵42的驱动。当然，为了避免向燃料电池2流通的冷却水的温度变化，需要进行流量控制以使冷却侧泵23供给的冷却水的流量大于废热利用侧泵42供给的冷却水的流量。通过进行这样的流量控制，可以使冷却管线10以及废热利用管线11汇合后的冷却水的温度成为与冷却管线10的冷却水相接近的温度。这种流量控制可以通过冷却侧泵23以及废热利用侧泵42的转速控制、占空比控制来执行。

取代上述的控制构成，即使在燃料电池2起动时没有向输入单元52输入需要暖气的指示时，控制装置3也可以在该起动时，始终在开始了冷却侧泵23的驱动之后才开始废热利用侧泵42的驱动，进行规定时间的废热利用侧泵42的驱动。当然，此时也可以同时开始冷却侧泵23以及废热利用侧泵42的驱动，并进行流量控制使来自冷却侧泵23的流量大。

通过采取这样的控制构成，与没有向输入单元52进行输入时一律不使废热利用管线11的冷却水流动的结构相比，具有可用之处。具体地说，当在夏天等长时间不使用暖气时，废热利用管线11的冷却水可能滞留在此处，所以可能产生在废热利用管线11中堆积异物，产生藻类等不良的情况。如上述控制构成那样，在燃料电池2起动时，不论是否需要暖气(与是否存在输入单元52的输入无关)，暂时驱动废热利用侧泵42，由此使废热利用管线11的冷却水流动，因此可以恰当地避免上述的不良情况。

如上所述，通过进行各种流量控制，可以避免在燃料电池2起动时，由于废热利用管线11的冷却水而对燃料电池2给予热冲击。此外，在燃料电池2停止时，在正在驱动冷却侧泵23以及废热利用侧泵42双方的情况下，应首先停止废热利用侧泵42的驱动，然后停止冷却侧泵23的驱动。由此，可以在停止冷却管线10中的冷却水流动之前，优先停止废热利用管线11中的冷却水的流动，可以恰当地抑制燃料电池2的温度变化。

2.间歇运转时

然后，对燃料电池2间歇运转时冷却水的流动控制进行简单的说明。所谓燃料电池2的间歇运转是指暂时停止由燃料电池2向负载提供电力，并由二次电池向负载提供电力。间歇运转通过对燃料电池2间歇性地供给燃料气体以及氧化剂气体，将燃料电池2的开放端电压维持在规定范围内来进行。在间歇运转时，还具有停止泵的驱动，使向燃料电池2流通的冷却水停止流动的情况。

在本实施方式的燃料电池系统1中，控制装置3在燃料电池2的间歇运转时，通过来自二次电池的电力供给继续进行冷却侧泵23的驱动，继续进行冷却水向燃料电池2的流通。由此，在间歇运转时也可以恰当地进行燃料电池2的温度管理。

当然，在间歇运转时也可以不驱动冷却侧泵23而是驱动废热利用侧泵42，由此使废热利用管线11的冷却水向燃料电池2流通。但是，在间歇运转时，在驱动废热利用侧泵42的情况下，优选在冷却侧泵23的驱动开始之后开始废热利用侧泵42的驱动。当然，此时也可以同时开始冷却侧泵23以及废热利用侧泵42的驱动，并进行流量控制使冷却侧泵23的流量大。在间歇运转时也与上述的情况相同，可以避免由于废热利用管线11的冷却水而对燃料电池2给予热冲击。

以下对第二实施方式～第七实施方式进行说明，但在第一实施方式中说明的控制例可以应用于这些实施方式。在以下的说明中，为了避免重复的记载，对于与第一实施方式相同的部分给予相同的符号并省略其说明，主要对与第一实施方式的不同点进行说明。

(第二实施方式)

参照图3对本发明第二实施方式的燃料电池系统1进行说明。与第一实施方式的不同点在于具有一个使冷却水循环的泵71，并与此相伴对冷却管线10以及废热利用管线11进行了压损调整。

本实施方式的泵71被设置在冷却管线10以及废热利用管线11的分支点14的上游侧。当然，也可以将泵71设置在汇合点13的下游侧。泵71由控制装置3对其驱动进行控制，在冷却管线10以及废热利用管线11中压送冷却水。泵71具有与控制装置3协同动作以对冷却水在冷却管线10以及废热利用管线11中的流动进行控制的流动控制单元的功能。该流动控制单元与第一实施方式相同，抑制与燃料电池2具有温度差的冷却水流入燃料电池2。

将冷却管线10中的冷却水的流路阻力设定得低于废热利用管线11中的冷却水的流路阻力。作为设定该流路阻力的压损调整，将废热利用管线11的管径设定为冷却管线10的管径的约1/10。当然，还可以通过在废热利用管线11的中途设置妨碍冷却水流动的小孔等节流部，来取代上述的结构进行压损调整。

根据本实施方式，即使在燃料电池2起动时或间歇运转时驱动泵71，由于进行了上述的压损调整，所以冷却管线10的冷却水比废热利用管线11的冷却水优先开始向燃料电池2流通。由此，即使削减了一个泵，但仍然可以抑制燃料电池2起动时的温度变化。此外，因为通过一个泵71控制冷却水的流动，所以可以使该控制变得简单。

此外，可以在废热利用管线11中设置截止阀(shut valve)，在需要暖气时打开截止阀，在不需要暖气时关闭截止阀。而且，可以根据上述计时器的计测结果或流量传感器、温度传感器61～65的检测结果进行截止阀的开闭动作。例如，在燃料电池2起动时向输入单元52输入了需要暖气的指示时，可以根据计时器或各种传感器的检测结果设定打开已关闭的截止阀的定时。

此外，作为第二实施方式的变形，例如还可以在冷却管线10以及废热利用管线11的汇合点13或分支点14设置对冷却管线10以及废热利用管线11的冷却水的流通进行切换的切换阀73(在图3中仅表示了从自控制装置3开始的信号线。)。切换阀73可以与上述的散热器21侧的切换阀24同样构成，与控制装置3连接。切换阀73与泵71以及控制装置3一起构成对冷却管线10以及废热利用管线11中的冷却水的流动进行控制的流动控制单元。

而且，在相对燃料电池2开始废热利用管线11的冷却水的流通时，控制装置3将切换阀73切换至冷却管线10侧，相对燃料电池2首先开始冷却管线10的冷却水的流通。之后，将切换阀73向冷却管线10以及废热利用管线11双方切换，相对燃料电池2使冷却管线10以及废热利用管线11的冷却水流通。通过这样的切换阀73的控制，也可以相对燃料电池2在废热利用管线11之前优先开始冷却管线10的冷却水的流通，可以抑制燃料电池2的温度变化。此外，不需要冷却管线10以及废热利用管线11的复杂的压损调整。

(第三实施方式)

参照图4对第三实施方式的燃料电池系统1进行说明。与第一实施方式的不同点在于，改变冷却管线10以及废热利用管线11的汇合点13以及分支点14的位置。具体地说，汇合点13以及分支点14被设置在燃料电池2的冷却水出口2b侧，并且汇合点13被设置在分支点14的下游侧、冷却侧泵23的上游侧。在这样的管线系统中，通过与第一实施方式相同地协调控制冷却侧泵23以及废热利用侧泵42，也可以起到与第一实施方式相同的效果。

特别是在本实施方式中，优选的是，在燃料电池2起动时，首先将切换阀24切换至旁通通路22侧来开始冷却侧泵23的驱动，之后，开始废热利用侧泵42的驱动，同时将切换阀24切换至散热器21侧。此外，可以将冷却侧泵23的位置设为散热器21的下游侧，将废热利用侧泵42的位置设为加热器芯41的下游侧。

(第四实施方式)

参照图5，对实施方式4的燃料电池系统1进行说明。与第一实施方式的不同点在于，设置了绕过燃料电池2而使冷却水流动的旁通管线81；在汇合点13的下游侧和燃料电池2的冷却水入口2a侧之间设置了截止阀82；以及在分支点14的上游侧和燃料电池2的冷却水出口2b侧之间设置了截止阀83。

旁通管线81将作为上游端的一端与冷却管线10中的切换阀24的下游侧连接，将作为下游端的另一端与冷却管线10中的冷却侧泵23的上游侧连接。在旁通管线81中设置了对其进行开闭的截止阀84。燃料电池2附近的两个截止阀82、83例如分别由电磁阀构成，由控制装置3对它们的开闭动作进行控制。旁通管线81以及三个截止阀82、83、84用于避免废热利用管线11的冷却水导致对燃料电池2给予热冲击。

例如，在燃料电池2起动时，在向输入单元52输入了需要暖气的指示时或者没有输入时，控制装置3首先使燃料电池2附近的两个截止阀82、83关闭，而且使旁通管线81的截止阀84打开。之后，控制装置3开始冷却侧泵23以及废热利用侧泵42双方的驱动。于是，冷却管线10以及废热利用管线11的冷却水在旁通管线81的上游端汇合，在旁通管线81中流动的期间混合。然后，旁通管线81的冷却水在旁通管线81的下游端分支，绕过燃料电池2而再次在冷却管线10以及废热利用管线11中流动。

由此，即使在冷却管线10以及废热利用管线11之间冷却水存在温度差，或者在冷却管线10以及废热利用管线11中冷却水的温度局部差异，也可以使冷却水的温度平均化。并且，在冷却侧泵23以及废热利用侧泵42的驱动开始且经过了规定时间之后，在开始冷却水向燃料电池2的流通时，使燃料电池2附近的两个截止阀82、83打开，并且使旁通管线81的截止阀84关闭。通过进行这样的控制，可以抑制由于废热利用管线11的冷却水引起的燃料电池2的温度变化。

此外，在燃料电池2起动时的流动控制时，与第一实施方式相同，可以根据计时器的计测结果或温度传感器61～65等各种传感器的检测结果，控制使冷却水向旁通管线81中流动的时间、冷却侧阀23和废热利用侧阀42的旋转量。此外，在燃料电池2间歇运转时或停止时，进行与第一实施方式相同的控制即可。此外，旁通管线81的位置设置在冷却管线10侧，但也可以设置在废热利用管线11侧。

而且，设置了三个截止阀82～84，当然并不限定于该个数。例如可以省略燃料电池2附近的两个截止阀82、83中的一个。此外，虽然在旁通管线81中设置了截止阀84，但也可以不是截止阀，例如可以在旁通管线81和冷却管线10的连接部处设置与上述的切换阀24具有相同结构的切换阀。

(第五实施方式)

然后，参照图6对第五实施方式的燃料电池系统1进行说明。在本实施方式中，在图4所示的第三实施方式的燃料电池系统1中追加了止回阀91。止回阀91设置在汇合点13和分支点14之间的冷却管线10上。止回阀91阻止冷却水从汇合点13向分支点14的流动。

对本实施方式的作用进行叙述。在冷却侧泵23没有驱动时，如果废热利用侧泵42进行驱动，则在废热利用管线11中流动的冷却水的一部分能够从汇合点13向分支点14流动。在本实施方式中，因为设置了止回阀91，所以可以阻止冷却水从汇合点13向分支点14的流动，可以阻止冷却水向燃料电池2的冷却水出口2b流动。由此，即使在废热利用管线10的冷却水的温度低于燃料电池2的温度时，也不会对燃料电池2给予热冲击。

此外，通过在本实施方式中也进行第三实施方式或第一实施方式中叙述的冷却侧泵23以及废热利用侧泵42的协调控制，可以得到与上述实施方式相同的效果。此外，也可以在分支点14和燃料电池2的冷却水出口2b之间设置止回阀91。

(第六实施方式)

然后，参照图7对第六实施方式的燃料电池系统1进行说明。在本实施方式中，配管系统与图4所示的第三实施方式的燃料电池系统1相同，但控制系统不同。具体地说，第三实施方式作为控制系统的一例设置了一个控制装置3，与此相对，本实施方式设置了两个控制装置3、3’。此外，两个控制装置3、3’相当于权利要求中记述的“流动控制单元”的一部分或者“控制单元”。

其中一方的控制装置3(ECU)用于控制冷却侧泵23的驱动，连接有冷却侧泵23的转速传感器92。此外，控制装置3具有还对切换阀24进行控制的主控制装置的功能，连接有温度传感器61～65等各种传感器。另一方的控制装置(ECU)3’用于控制废热利用侧泵42的驱动。在控制装置3’和废热利用侧泵42之间的控制电路上设置了两个继电器93、94。控制装置3’开闭继电器93’，控制装置3开闭继电器94。

通过本实施方式的控制系统，也可以起到与上述实施方式相同的作用效果。例如，在燃料电池2起动时，在转速传感器92检测出冷却侧泵23的转速为规定转速以上时，控制装置3可以关闭继电器94，允许废热利用侧泵42的驱动。然后，控制装置3’关闭继电器93来控制废热利用侧泵42的驱动即可。如此，可以抑制废热利用管线11的冷却水向燃料电池2的冷却水出口2b侧逆流的情况，可以抑制燃料电池2的温度变化。

(第七实施方式)

然后，参照图8对第七实施方式的燃料电池系统1进行说明。与第六实施方式的不同点在于，控制装置3与控制装置3’进行通信。例如，在燃料电池2起动时，控制装置3向控制装置3’传达允许废热利用侧泵42的驱动的信息，由此，控制装置3’关闭继电器93以控制废热利用侧泵42的驱动。由此，可以起到与第六实施方式相同的作用效果。与第六实施方式相比优点在于不需要继电器94，可以降低成本。

此外，在上述各个实施方式中，将燃料电池2的废热的热能用于暖气，但是，例如在燃料电池系统1为定置使用的情况下，可以将燃料电池2的废热的热能用于供给热水或者用于浴室。在这种情况下，废热利用管线11的加热用换热器(加热器芯41)与空调气体以外的其他介质进行热交换，但与上述的内容相同，对冷却水的流动进行控制有利于燃料电池2。

(第八实施方式)

图9是表示作为燃料电池系统1的一部分的燃料电池的冷却装置的系统图。供给燃料气体以及氧化剂气体的燃料电池100具有层叠了作为基本单位的多个单电池的堆叠构造。燃料电池100和其周边的检测装置等一起被收容在堆叠壳体200中。堆叠壳体200由金属或硬质树脂形成，并通过支架等固定在车室的底板下等位置。

作为燃料电池2，具有磷酸型等多个种类的燃料电池，在此，由适合于车载的固体高分子电解质型构成。虽然省略了图示，但燃料电池100的单电池由金属等材料的一对隔膜夹持MEA(膜电极MembraneElectrode Assembly)来构成。作为堆叠构造的燃料电池100的内部流路，设置有燃料气体的流路、氧化剂气体的流路以及冷却水的流路。这些流路主要形成在隔膜的平面内。燃料电池100使作为致冷剂的冷却水在其冷却水内部流路中流通来进行冷却。

冷却装置101具有：对从燃料电池100排出的冷却水进行冷却的散热器110；用于使冷却水在散热器110和燃料电池100之间循环的循环通路120；绕过散热器110的旁通通路130；位于燃料电池100下游侧的循环通路120上，对冷却水进行压送的泵140；对冷却水向散热器110以及旁通通路130的流通进行设定的流体阀150；以及统一控制整个冷却装置101的控制装置160。循环通路120以及旁通通路130具有对燃料电池循环供给致冷剂的致冷剂循环系统的功能。

散热器110(换热器)在内部具有对由于燃料电池100的发电反应而温度升高的冷却水进行引导的通路，冷却水通过该通路，由此向外部释放冷却水的热量。散热器110例如被设置在车辆的前部。在散热器110中并行设置了用于向散热器110内的通路吹送外部气体的风扇180。风扇180促进冷却水在散热器110中的冷却。风扇180与控制装置160连接，由控制装置160对其驱动进行控制。

循环通路120主要由从燃料电池100的冷却水出口100b到散热器110的入口为止的第一通路210；从散热器110的出口到流体阀150的第一端口150a为止的第二通路220；以及从流体阀150的第二端口150b到燃料电池100的冷却水入口100a为止的第三通路230构成。

旁通通路130的上游端与第一通路210的泵140的下游侧连接，下游端与流体阀150的第三端口150c连接。旁通通路130由小于或等于循环通路120的内径的管构成。在旁通通路130上没有设置具有冷却作用的辅助设备。向旁通通路130流动的冷却水从循环通路120的第一通路210绕过散热器110，从而流入。而且，流过旁通通路130的冷却水经由流体阀150流过第三通路230，流入燃料电池100。

在循环通路120以及旁通通路130上，在它们全长上分散设置了多个温度传感器310、320、330以及340。具体地说，在旁通通路130上，在流体阀150的附近配置了一个温度传感器310。循环通路120上的多个温度传感器320、330以及340设置在燃料电池100的冷却水入口100a侧、其冷却水出口100b侧、以及散热器100的下游侧。燃料电池100的冷却水入口100a以及冷却水出口100b附近的各个温度传感器320、330被收容在堆叠壳体200内。当然还可以将这些温度传感器320、330设置在堆叠壳体200之外。

冷却水出口100b侧的温度传感器330(第一温度传感器)检测可以反映出燃料电池100内的冷却水温的温度。此外，散热器110下游侧的温度传感器340(第二温度传感器)检测可以反映出散热器110出口的冷却水温的温度。这些多个温度传感器310～340与控制装置160连接，将其检测结果输入控制装置160。

泵140与控制装置160连接，由控制装置160控制其驱动。当开始泵140的驱动时，循环通路120的冷却水在散热器110和/或旁通通路130中流动而循环。由此，进行温度管理，以将燃料电池100的温度保持在规定的范围内，燃料电池100的发电反应高效地进行。当停止泵140的驱动时，循环通路120的冷却水的流动停止。虽然将泵140的位置设为散热器110以及流体阀150的上游侧，但也可以设为散热器110以及流体阀150的下游侧。

流体阀150具有具有上述的第一端口150a、第二端口150b以及第三端口150c的三通阀构造。流体阀150可以将冷却水切换给散热器110以及旁通通路130中的一方，或者切换给该双方。例如在流体阀150完全切换至旁通通路130侧时，没有接受到散热器110的放热效果的冷却水流入燃料电池100。

此外，流体阀150可以调整阀门的开度，可以对冷却水向散热器110以及旁通通路130的流入量进行调整。例如作为流体阀150的开度，可以使向散热器110侧的开度为10％，使向旁通通路130侧的开度为90％。如此，流体阀150具有切换冷却水向散热器110以及旁通通路130中的某一方流通的切换单元的功能，并且可以改变该流通时的开度。

在此，如后面所述，经常简记作“散热全开(散热器全开)”和“旁通全开”进行简要地说明。所谓“散热全开”是流体阀150相对散热器110侧为全开状态，并且相对旁通通路130侧为全闭状态。在“散热全开”的状态下，将通过散热器110的冷却水供给燃料电池100，并切断向燃料电池100供给旁通通路130的冷却水。同样地，所谓“旁通全开”是流体阀150相对旁通通路130侧为全开状态，并且相对散热器110侧为全闭状态。在“旁通全开”的状态下，流过旁通通路130的冷却水被供给燃料电池100，并切断向燃料电池100供给通过散热器110的冷却水。

流体阀150与控制装置160连接，根据来自控制装置160的输出信号对包含切换动作在内的阀的开度进行控制。该种类的流体阀150例如可以由使用螺线管驱动的电磁阀型、使用电动机驱动的电动阀型、由压电元件或磁致伸缩元件等的电、磁力进行驱动的类型构成。此外，如作为其他实施方式在后面记述的那样，优选使用旋转阀来构成流体阀150。

图中的符号410是组装在流体阀150中的位置传感器。位置传感器410对流体阀150的阀体位置，即阀的开度进行检测。位置传感器410的检测结果被输入控制装置160。

一般地，由于位置传感器410的漂移等，其精度可能会降低，因此进行对位置传感器410进行复位的流体阀150的零点调整。零点调整通常在燃料电池100起动时(燃料电池系统1起动时)进行。通过进行零点调整，在燃料电池100实际运转之前，流体阀150消除基于控制装置160的指令值的开度与根据该指令设定的实际开度之间的偏差。由此，在燃料电池100发电时，可以高精度地控制流体阀150的开度。

控制装置160(ECU)具有未图示的CPU、存储有由CPU处理的控制程序或控制数据的ROM、主要用于控制处理的作为各种操作区域使用的RAM等。控制装置160输入来自多个温度传感器310～340、位置传感器410等各种传感器的检测信号。此外，控制装置160通过对各种驱动器输出控制信号来对泵140、流体阀150等进行控制等，统一控制整个冷却装置101。从其他的观点来说，控制装置160具有与泵140、流体阀150协同动作，以抑制与燃料电池2具有规定温度差的冷却水流入燃料电池2的流动控制单元的功能。

图10是表示燃料电池100起动时冷却装置101的处理流程的流程图。在燃料电池100起动时，首先进行流体阀150的零点调整(S1)。零点调整是通过控制装置160使流体阀150的阀体移动，直到该阀体的移动在移动终端位置被限制为止，使流体阀150的电动机等驱动源驱动规定时间。因为本实施方式的流体阀150为切换阀，所以通过控制装置160对流体阀150进行控制，直到将流体阀150完全切换至散热器110侧以及旁通通路130侧的某一方。

例如，进行零点调整，直到作为流体阀150的状态的“散热全开”维持规定时间为止(S2：NO)。通过在散热全开侧进行零点调整，即使在零点调整中流体阀150紧固而产生故障，也可以在燃料电池100发电时，把通过散热器110降温后的冷却水供给燃料电池100。由此，可以防止燃料电池100的过热，可以实现故障保险。

当然，也可以不在“散热全开”下，而是在“旁通全开”下进行零点调整。此时，也进行零点调整直到作为流体阀150状态的旁通全开维持规定的时间为止(S2：NO)。如此，在零点调整后，在流体阀150的开度希望置为旁通全开时，或者置为与旁通全开接近的开度时，可以迅速地设定流体阀150的开度。实际上，如后面所述，优选在散热器110侧和燃料电池100侧的冷却水的温度差较大时，将流体阀150置为旁通全开，在旁通全开状态下进行零点调整。

在零点调整结束后(S2；Yes)，开始流体阀150的控制(S3)。通过根据控制装置160的指令将流体阀150的开度从零点调整后的开度(散热全开或旁通全开)改变为规定开度来进行流体阀150的控制。当然，在不进行零点调整时，将流体阀150从起动燃料电池100之前的初始开度改变为规定开度。

即，本说明书中所谓的“初始开度”是执行用于起动燃料电池100的处理流程之前的流体阀150的开度，在步骤S3～S4中，将流体阀150的开度从初始开度经过零点调整后的开度改变为规定开度。此外，在后面的第九实施方式中对“初始开度”的具体例子进行说明。

此外，“规定开度”是与不会由于后面步骤中开始流入燃料电池100的冷却水，使燃料电池100产生急剧的温度变化的标准相适应的开度。“规定开度”可以是预先存储在控制装置160的ROM中的开度，也可以是根据燃料电池系统1的浸泡时间(燃料电池100停止时的放置时间)设定的开度。关于后者，例如通过组装在控制装置160中的计时器对从燃料电池100停止时到下一次起动为止的时间进行计测，对应该浸泡时间的长短来设定规定开度。

对其进行详细地叙述，在浸泡时间为比较长的时间的情况下，冷却水放热经过足够长的时间。因此，散热器110内的冷却水和燃料电池100内的冷却水的温度变得相等。此时，在燃料电池100中的温度变化的关系方面，燃料电池100起动时流体阀150的开度为何种程度不会成为问题。因此，可以任意地设定流体阀150的规定开度。此外，优选的是，通过将流体阀150的规定开度置为旁通通路130侧，例如置为“旁通全开”等，可以缩短燃料电池100的预热时间。

另一方面，在浸泡时间为比较短的时间情况下，在堆叠壳体200内的燃料电池100和堆叠壳体200外的散热器110之间，冷却水的放热量存在差异，散热器110内的冷却水的温度低于燃料电池100。因此，此时，通过将流体阀150的规定开度置为旁通通路130侧，例如置为“旁通全开”等可以防止散热器110内的冷却水流入燃料电池100。由此，可以抑制燃料电池100中的温度变化。

而且，优选的是，与计时器协作或者独立地根据上述温度传感器310、320、330、340的检测结果，设定流体阀150的规定开度。例如由于放置燃料电池车辆的环境不同，冷却水的各部分的放热条件发生变动，所以不通过计时器唯一地将流体阀150设定为规定开度，而是根据对冷却水的温度进行检测的多个温度传感器310、320、330、340的检测结果设定为规定开度。如此，可以进一步抑制燃料电池100中的温度变化。

具体地说，在多个温度传感器310～340中，特别是根据燃料电池100的温度传感器330和温度传感器340的检测结果，基于燃料电池100内的冷却水和散热器110内的冷却水的温度差，将流体阀150设定为规定开度。例如，在该温度差超过第一规定阈值时，置为“旁通全开”作为规定开度。此外，在该温度差为低于第一规定阈值的第二规定阈值以下时，可以设定为“散热全开”等任意的开度作为规定开度。

当然，在上述温度差为第一规定阈值以上，或者为第二规定阈值以下时，冷却水也都可以在旁通通路130以及散热器110双方中流通。此时，可以恰当地设定两者的流通比(流量比)。此外，不仅是检测结果的温度差，还可以根据一个温度传感器(310～340中的某一个)的检测结果将流体阀150设定为规定开度。

在将流体阀150改变为规定开度之后(S4；Yes)，根据控制装置160的指令，泵140开始驱动(S5)。泵140开始驱动的定时可以是将流体阀150改变为规定开度之后，或者与该改变同时。即，流体阀150的开度改变处理在执行泵140的驱动开始处理执行之前结束即可。通过泵140开始驱动，在规定开度的流体阀150之下将冷却水供给燃料电池100，开始燃料电池100的运转(发电)(S6)。

如上所述，通过本实施方式的燃料电池系统1中设置的冷却装置101，在燃料电池100起动时，在泵140的驱动开始之前优先将流体阀150设定为规定开度。因此，可以恰当地抑制燃料电池100的温度变化。因此，可以避免由于热冲击导致的隔膜变形等、在燃料电池100起动时给予的热影响，可以提高燃料电池100的可靠性。此外，因为进行流体阀150的零点调整，所以在燃料电池100发电过程中，可以高精度地将流体阀150的开度恰当地控制为旁通通路130侧和散热器110侧。

此外，虽然在本实施方式中进行了流体阀150的零点调整，但在流体阀150为高精度的阀门等情况下也可以不进行零点调整。此外，虽然将流体阀150设置在散热器110的下游侧，但也可以设置在散热器110的上游侧。

(第九实施方式)

接着，对第九实施方式的燃料电池系统1的冷却装置10进行说明。图11是表示燃料电池100停止时的冷却装置101的处理流程的流程图。如该图所示，当停止燃料电池100的运转时(S11)，首先通过控制装置160停止泵140的驱动(S12)。然后，开始流体阀150的控制(S13)。通过根据控制装置160的指令，将流体阀150的开度从停止前的开度改变为上述的“初始开度”，由此来进行流体阀150的控制。

在此，在作为初始开度将流体阀150置为冷却水可以向散热器110流通的包括“散热全开”在内的开度时，在燃料电池100停止时，可以促进燃料电池100内的冷却水的自然放热。此外，在“散热全开”侧进行上述的零点调整时，可以迅速地进行。也可以取而代之，作为初始开度，将流体阀150置为冷却水可以向旁通通路130流通的包括“旁通全开”在内的开度。通过这样，在“旁通全开”侧进行零点调整时，可以迅速地进行。

或者，可以取代这些开度，作为初始开度，将流体阀150置为致冷剂可以向散热器110以及旁通通路130双方流通的开度。可以恰当地设定此时两者的比率。通过置为该开度，在流体阀150发生故障时，可以抑制发电中的燃料电池100的过冷却以及过热，可以良好地实现故障保险。此外，无论在“散热全开”以及“旁通全开”的哪一方，都可以迅速地进行零点调整。当设定了流体阀150的初始开度后，该处理流程结束(S14；Yes)。

然后，在燃料电池100停止了规定的时间后，当燃料电池100再次起动时，按照图10所示的流程驱动冷却装置101。即，当着眼于流体阀150时，流体阀150从在燃料电池100停止时设定的“初始开度”变为零点调整的开度，之后向“规定开度”改变。

(第十实施方式)

然后，参照图12以及图13，作为本发明的燃料电池系统1的冷却装置101的第十实施方式，对流体阀150的构成例进行说明。本实施方式的流体阀150由可以电控地调整阀开度的旋转阀500构成。通过使用旋转阀500来构成流体阀150，可以恰当且精度良好地应对温度控制敏感的燃料电池100。

图12表示旋转阀500的内部结构的主要部分。旋转阀500的阀部510位于从散热器110开始的第二通路220、旁通通路130以及与燃料电池100相通的第三通路230的汇合点。旋转阀500具有：作为使阀部510旋转的驱动源的步进电动机520；把来自步进电动机520的动力传递给阀部510的齿轮组530、540；对阀部510旋转的终端位置进行限制的位置限制机构550。

阀部510在圆周方向上具有开口部570，开口部570可变地连通第二通路220和第三通路230之间，或者旁通通路130和第三通路230之间。阀部510的上部中心部经由杆580与齿轮组530、540的后传齿轮540的下面的中心部同轴连结。通过阀部510的旋转，开口部570的位置变动，设定成与阀部510的旋转停止后的开口部570的位置对应的开度。

图13(A)表示“旁通全开”的旋转阀500的状态。在该状态下，阀部510的开口部570面向旁通通路130，连通了旁通通路130与第三通路230。图13(B)表示“散热全开”的旋转阀500的状态。在该状态下，阀部510的开口部570面向散热器110侧的第二通路220，连通了第二通路220与第三通路230。图13(C)表示阀部510的开口部570的一半面向旁通通路130，并且开口部570余下的另一半面向第二通路220的状态。在该状态下，旁通通路130以及第二通路220双方都与第三通路230相连通。

步进电动机520与控制装置160连接，可以向正反方向驱动旋转。例如，当步进电动机520向正方向驱动旋转时，使阀部510向正方向旋转，将旋转阀500的开度移动到“旁通全开”侧。另一方面，当步进电动机520向逆方向驱动旋转时，使阀部510向负方向旋转，将旋转阀500的开度移动到“散热全开”侧。通过步进电动机520的步进数的控制，可以使阀部510的开口部570移动到目标位置(开度)。

位置限制机构550由底座710、在底座710上竖立设置的两个阻挡块720、730以及在后传齿轮540上贯通形成的两个限制沟槽740、750构成。在底座710上形成了用于穿过杆580的贯通孔。两个限制沟槽740、750由隔着后传齿轮540的中心相向设置，且以该中心为曲率中心的圆弧形的沟槽形成。在两个限制沟槽740、750中分别穿过阻挡块720、730，各个阻挡块720、730可以在各个限制沟槽740、750内滑动。通过阻挡块720、730与限制沟槽740、750内的端部相接触，来限制阀部510旋转的终端位置。位置限制机构550在旋转阀500的零点调整时发挥作用。

具体地说，当在“旁通全开”侧进行零点调整时，使步进电动机520向正方向驱动旋转，穿过其中一方的限制沟槽740的阻挡块720与该限制沟槽740的端部抵接。通过维持该状态规定的时间，零点调整结束(参照图10的S2)。同样地，当在“散热全开”侧进行零点调整时，使步进电动机520向逆方向驱动旋转，穿过另一方的限制沟槽750的阻挡块730与该限制沟槽750的端部抵接。通过维持该状态规定的时间，零点调整结束(同样参照图10的S2)。

此外，虽然省略了在零点调整中被复位的位置传感器(第八实施方式中的位置传感器410)的图示，但位置传感器例如可以由光学式的旋转编码器构成。此时，与后传齿轮540同轴地设置旋转编码器的带有缝隙的旋转板，与旋转板的缝隙面对地设置受光元件以及发光元件，并将这两个元件与控制装置160连接即可。

(第十一实施方式)

然后，参照图14对第十一实施方式的燃料电池系统1的冷却装置101进行说明。图14表示了燃料电池100起动时的冷却装置101的时间图的一个例子。

图14所示的“按键操作”是起动燃料电池系统1的操作单元的操作，例如是用于驱动燃料电池汽车的按键操作。

在本实施方式中，将燃料电池100停止时的流体阀150的开度(初始开度)设定为“散热全开”。当为了起动燃料电池系统1进行了按键操作时，与此相伴作为流体阀150的控制，在“旁通全开”侧进行流体阀150的零点调整。在流体阀150为第十实施方式中的旋转阀500时，通过阻挡块720(或者730)的抵接进行零点调整。

在燃料电池系统1的系统检查之后，例如在零点调整结束等时，开始燃料电池100的发电，并且同时开始泵140的驱动。即，在本实施方式中，流体阀150的上述“规定开度”为旁通全开。通过这样的结构，在燃料电池100起动时，可以起到在上述实施方式(第八～第十实施方式)中说明的效果，例如可以良好地抑制燃料电池100的温度变化等。

(第十二实施方式)

图15表示燃料电池系统1的冷却装置101的第十二实施方式，第十二实施方式是第十一实施方式的变形例。与第十一实施方式的不同点在于，与第十一实施方式相比，使泵140开始驱动的定时稍微延迟一点。更详细地说，在流体阀150的零点调整完成，燃料电池100开始发电经过规定的时间后，泵140开始驱动。本实施方式适用于零点调整需要较长时间的情况。

(第十三实施方式)

图16表示燃料电池系统1的冷却装置101的第十三实施方式，第十三实施方式是第十一实施方式的变形例。与第十一实施方式的不同点在于，泵140开始驱动的定时。

具体地说，在将流体阀150从初始开度的“散热全开”零点调整为“旁通全开”的过程中，泵140开始驱动，但泵140开始驱动的定时是流体阀150切断冷却水向散热器110侧流通的时刻。例如在流体阀150为第十实施方式的旋转阀500时，该定时为阀部510的开口部570面对从散热器110侧的第二通路220离开的位置的时刻。

在为开始泵140的驱动的定时时，流体阀150的开度为“旁通全开”之前的开度，成为冷却水可以向旁通通路130流通的开度。然后，在泵140的驱动开始之后，流体阀150的开度过渡到“旁通全开”，执行零点调整，并且燃料电池100开始发电。

(第十四实施方式)

图17表示燃料电池系统1的冷却装置101的第十四实施方式，第十四实施方式是第十一实施方式的变形例。与第十一实施方式的不同点在于，作为流体阀150的“初始开度”，流体阀150置为使冷却水可以向散热器110以及旁通通路130双方流通的开度。例如在用于第十实施方式的旋转阀500时，旋转阀500的开度成为图13(c)所示的状态。由此，如上所述，可以迅速地进行向“旁通全开”的零点调整。

此外，关于本实施方式的“初始开度”，可以对流体阀150的开度进行恰当的设计改变，例如对于冷却水向散热器110以及旁通通路130的流通，使冷却水向其中一方的流通优先于向另一方的流通。

(第十五实施方式)

图18表示燃料电池系统1的冷却装置101的第十五实施方式，第十五实施方式是第十一实施方式的变形例。与第十一实施方式的不同点在于流体阀150的“初始开度”。具体地说，作为“初始开度”，是成为“旁通全开”之前的开度，是流体阀150切断冷却水向散热器110的流通，并且使冷却水可以向旁通通路130流通的开度。由此，与第十四实施方式的情况相比，可以迅速地进行向“旁通全开”的零点调整。

(第十六实施方式)

然后，参照图19对第十六实施方式的燃料电池系统1的冷却装置101进行说明。与第八实施方式的不同点在于，将泵140的位置改变为流体阀150下游侧的第三通路230上，以及作为副散热器设置了第二散热器910。

第二散热器910与上述的散热器110(以下称为第一散热器)具有相同的结构，还并设了与控制装置160连接的风扇920。经由第二散热器910的第二循环通路940的上游端与第一通路210分支连接，该连接位置成为旁通通路130的上游侧。此外，循环通路940的下游端与第一散热器110下游的第二通路220分支连接。

在这样的结构中，在将流体阀150切换至旁通通路130侧，例如切换为“旁通全开”，切断了冷却水向第一散热器110侧的流通时，冷却水绕过第一散热器110以及第二散热器910供给燃料电池100。另一方面，在将流体阀150切换至第一散热器110侧，例如切换为“散热全开”时，把在第一散热器110以及第二散热器910中冷却后的冷却水通过流体阀150供给燃料电池100。

通过本实施方式的燃料电池系统1的冷却装置101，同样可以在燃料电池100起动时，良好地抑制该燃料电池100的温度变化。此外，在燃料电池100发电的过程中，通过两个散热器110、910可以更恰当地对燃料电池100进行冷却。

Claims (41)

1.一种燃料电池系统，具有对燃料电池循环供给致冷剂的致冷剂循环系统，其中，

所述致冷剂循环系统具有流动控制单元，其抑制与所述燃料电池具有规定温度差的致冷剂流入所述燃料电池。

2.一种燃料电池系统，使向燃料电池流通的致冷剂循环来冷却该燃料电池，并且可以利用流经燃料电池后的致冷剂的废热对空调管线中的空调气体进行加热，其中，具有：

冷却管线，其具有对致冷剂进行冷却的第一换热器，并使致冷剂在所述燃料电池中循环；

废热利用管线，其具有使致冷剂与所述空调管线中的空调气体进行热交换的第二换热器，并使致冷剂在所述燃料电池中循环；以及

流动控制单元，其控制致冷剂在所述冷却管线以及所述废热利用管线中的流动，

所述流动控制单元在开始了致冷剂在所述冷却管线中的流动之后，开始致冷剂在所述废热利用管线中的流动。

3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，

还具有用户可以输入用于执行所述空调管线中的空调气体送风的指示的输入单元，

所述流动控制单元根据所述输入单元的输入结果，控制所述冷却管线以及所述废热利用管线中的致冷剂的流动。

4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中，

在存在向所述输入单元的输入时，所述流动控制单元在开始致冷剂在所述废热利用管线中的流动之前，优先开始致冷剂在所述冷却管线中的流动，在不存在向所述输入单元的输入时，所述流动控制单元切断致冷剂在所述废热利用管线中的流动，使致冷剂在所述冷却管线中流动。

5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其中，

所述流动控制单元在所述燃料电池起动时，即使没有向所述输入单元的输入时，也在开始致冷剂在所述冷却管线中的流动之后，开始致冷剂在所述废热利用管线中的流动，使致冷剂在所述废热利用管线中仅流动规定时间。

6.根据权利要求2至4的任意一项所述的燃料电池系统，其中，

所述流动控制单元在所述燃料电池起动时，在开始致冷剂在所述冷却管线中的流动之后，开始致冷剂在所述废热利用管线中的流动。

7.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其中，

还具有对从所述燃料电池停止到下一次起动为止的时间进行计测的计时单元，

所述流动控制单元可以根据所述计时单元的计测结果，改变在所述燃料电池起动时开始致冷剂在所述废热利用管线中的流动的开始时间。

8.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其中，

还具有对致冷剂温度进行检测的温度传感器，

所述流动控制单元可以根据所述温度传感器的检测结果，改变在所述燃料电池起动时开始致冷剂在所述废热利用管线中的流动的开始时间。

9.根据权利要求2至4的任意一项所述的燃料电池系统，其中，

在所述燃料电池间歇运转时，所述流动控制单元使致冷剂在所述冷却管线以及所述废热利用管线的至少一方中流动。

10.根据权利要求9所述的燃料电池系统，其中，

在所述燃料电池的间歇运转时，所述流动控制单元在开始致冷剂在所述废热利用管线中的流动之前，优先开始致冷剂在所述冷却管线中的流动。

11.根据权利要求2至4的任意一项所述的燃料电池系统，其中，

在所述燃料电池停止时，所述流动控制单元在停止致冷剂在所述冷却管线中的流动之前，优先停止致冷剂在所述废热利用管线中的流动。

12.根据权利要求2至11的任意一项所述的燃料电池系统，其中，

所述流动控制单元具有：在所述冷却管线中压送致冷剂的冷却侧泵：在所述废热利用管线中压送致冷剂的废热利用侧泵；以及对所述冷却侧泵和所述废热利用侧泵的驱动进行控制的控制单元，

所述控制单元在开始了所述冷却侧泵的驱动之后，开始所述废热利用侧泵的驱动。

13.根据权利要求12所述的燃料电池系统，其中，

所述控制单元进行流量控制，使通过所述冷却侧泵压送的致冷剂的流量大于通过所述废热利用侧泵压送的致冷剂的流量。

14.根据权利要求12或13所述的燃料电池系统，其中，

还具有对致冷剂温度进行检测的温度传感器，

所述控制单元根据所述温度传感器的检测结果，控制所述冷却侧泵以及所述废热利用侧泵的驱动。

15.根据权利要求12至14的任意一项所述的燃料电池系统，其中，

所述废热利用管线在所述燃料电池的致冷剂出口侧，连接在与所述冷却管线的分支点和汇合点上，

该燃料电池还具有止回阀，其设置于所述汇合点上游的所述冷却管线上，阻止致冷剂从该汇合点向所述燃料电池的致冷剂出口流动。

16.根据权利要求2至11的任意一项所述的燃料电池系统，其中，

所述流动控制单元具有在所述冷却管线以及所述废热利用管线中压送致冷剂的单一的泵、和控制所述泵的驱动的控制单元，

所述冷却管线中的流路阻力设定为低于所述废热利用管线中的流路阻力，以使该冷却管线中的致冷剂比所述废热利用管线中的致冷剂优先开始向所述燃料电池流通。

17.根据权利要求2至11的任意一项所述的燃料电池系统，其中，

所述流动控制单元具有：在所述冷却管线以及所述废热利用管线中压送致冷剂的单一的泵；

相对所述燃料电池切换所述冷却管线以及所述废热利用管线中的致冷剂的流通的切换阀；以及

对所述泵的驱动以及所述切换阀进行控制的控制单元，

所述控制单元在相对所述燃料电池开始所述废热利用管线中的致冷剂的流通时，将所述切换阀切换至所述冷却管线侧，相对所述燃料电池开始所述冷却管线中的致冷剂的流通。

18.根据权利要求2至17的任意一项所述的燃料电池系统，其中，

在所述冷却管线以及所述废热利用管线中，构成有用于在所述燃料电池的致冷剂入口侧使致冷剂汇合的汇合点，并且构成有用于在所述燃料电池的致冷剂出口侧使致冷剂分支的分支点。

19.一种燃料电池系统，使向燃料电池流通的致冷剂循环来冷却该燃料电池，并且可以利用流经该燃料电池后的致冷剂的废热对空调管线中的空调气体进行加热，其中，

具有：冷却管线，其具有对致冷剂进行冷却的第一换热器，并使致冷剂在所述燃料电池中循环；

废热利用管线，其具有使致冷剂与所述空调管线中的空调气体进行热交换的第二换热器，并使致冷剂在所述燃料电池中循环；以及

流动控制单元，其控制致冷剂在所述冷却管线以及所述废热利用管线中的流动，

在使所述冷却管线以及所述废热利用管线中的致冷剂汇合而向所述燃料电池流通时，所述流动控制单元进行流量控制，使所述冷却管线中的致冷剂的流量大于所述废热利用管线中的致冷剂的流量。

20.一种燃料电池系统，使向燃料电池流通的致冷剂循环来冷却该燃料电池，并且可以利用流经该燃料电池后的致冷剂的废热对空调管线中的空调气体进行加热，其中，

具有：冷却管线，其具有对致冷剂进行冷却的第一换热器，并使致冷剂在所述燃料电池中循环；

废热利用管线，其具有使致冷剂与所述空调管线中的空调气体进行热交换的第二换热器，在所述燃料电池的致冷剂入口侧与所述冷却管线汇合，且在所述燃料电池的致冷剂出口侧从所述冷却管线分支；

旁通管线，绕过所述燃料电池而使致冷剂流动；以及

流动控制单元，其控制致冷剂在所述冷却管线、所述废热利用管线以及所述旁通管线中的流动，

所述流动控制单元，在使致冷剂在所述旁通管线中流动以使所述冷却管线以及所述废热利用管线中的致冷剂混合之后，切断致冷剂在所述旁通管线中的流动以使致冷剂在所述燃料电池中循环。

21.一种燃料电池的冷却装置，其中，具有：

对致冷剂进行冷却的换热器；

在所述换热器和燃料电池之间通过泵使致冷剂循环的循环通路；

绕过所述换热器而将所述循环通路中的致冷剂供给所述燃料电池的旁通通路；

对致冷剂向所述换热器以及所述旁通通路的流通进行设定的流体阀；以及

对所述流体阀以及所述泵进行控制的控制单元，

所述控制单元在所述燃料电池起动时，在将所述流体阀的开度从该起动前的初始开度改变为规定开度之后，开始所述泵的驱动。

22.根据权利要求21所述的燃料电池的冷却装置，其中，

还具有对致冷剂的温度进行检测的温度传感器，

所述控制单元在所述燃料电池起动时，根据所述温度传感器的检测结果将所述流体阀设定为所述规定开度。

23.根据权利要求22所述的燃料电池的冷却装置，其中，

在所述的循环通路以及所述旁通通路的全长上设置多个所述温度传感器，

所述控制单元在所述燃料电池起动时，根据所述多个温度传感器的检测结果将所述流体阀设定为所述规定开度。

24.根据权利要求21所述的燃料电池的冷却装置，其中，

还具有对所述燃料电池中的致冷剂的温度进行检测的第一温度传感器、以及对所述换热器中的致冷剂的温度进行检测的第二温度传感器，

所述控制单元在所述燃料电池起动时，根据所述第一温度传感器以及所述第二温度传感器的检测结果的温度差，将所述流体阀设定为所述规定开度。

25.根据权利要求24所述的燃料电池的冷却装置，其中，

在所述温度差为阈值以上时，作为所述流体阀的所述规定开度，所述控制单元将该流体阀设定为切断致冷剂向所述换热器的流通、并且致冷剂可以向所述旁通通路流通的开度。

26.根据权利要求25所述的燃料电池的冷却装置，其中，

所述规定开度是所述流体阀相对所述旁通通路侧为全开状态的开度，

所述控制单元在所述燃料电池起动时，在将所述流体阀置为所述全开状态的零点调整后，开始所述泵的驱动。

27.根据权利要求21至23的任意一项所述的燃料电池的冷却装置，其中，

所述规定开度是所述流体阀至少能够使致冷剂向所述旁通通路流通的开度。

28.根据权利要求27所述的燃料电池的冷却装置，其中，所述规定开度为所述流体阀相对所述换热器侧为全闭状态的开度。

29.根据权利要求27或28所述的燃料电池的冷却装置，其中，

所述规定开度为所述流体阀相对所述旁通通路为全开状态的开度，

所述控制单元在所述燃料电池起动时，在将所述流体阀置为所述全开状态的零点调整之后，开始所述泵的驱动。

30.根据权利要求27所述的燃料电池的冷却装置，其中，

所述控制单元在所述燃料电池起动时，在所述初始开度的所述流体阀进行了零点调整之后，将该流体阀改变为所述规定开度。

31.根据权利要求30所述的燃料电池的冷却装置，其中，

作为所述流体阀的零点调整，所述控制单元将所述流体阀相对所述旁通通路侧置为全开状态。

32.根据权利要求30所述的燃料电池的冷却装置，其中，

作为所述流体阀的零点调整，所述控制单元将所述流体阀相对所述换热器侧置为全开状态。

33.根据权利要求21至32的任意一项所述的燃料电池的冷却装置，其中，所述初始开度为所述流体阀可以使致冷剂向所述换热器流通的开度。

34.根据权利要求21至32的任意一项所述的燃料电池的冷却装置，其中，所述初始开度为所述流体阀可以使致冷剂向所述旁通通路流通的开度。

35.根据权利要求21至32的任意一项所述的燃料电池的冷却装置，其中，所述初始开度为所述流体阀可以使致冷剂向所述换热器以及所述旁通通路双方流通的开度。

36.根据权利要求21至35的任意一项所述的燃料电池的冷却装置.其中，所述控制单元在所述燃料电池停止时，将所述流体阀设定为所述初始开度。

37.一种燃料电池的冷却装置，其中，

具有：对致冷剂进行冷却的换热器；

在所述换热器和燃料电池之间通过泵使致冷剂循环的循环通路；

绕过所述换热器而将所述循环通路的致冷剂供给所述燃料电池的旁通通路；

对致冷剂向所述换热器以及所述旁通通路的流通进行设定的流体阀；以及

对所述流体阀以及所述泵进行控制的控制单元，

所述控制单元在所述燃料电池停止时，在停止了所述泵的驱动之后将所述流体阀设定为规定的初始开度。

38.根据权利要求37所述的燃料电池的冷却装置，其中，所述初始开度为所述流体阀可以使致冷剂向所述换热器流通的开度。

39.根据权利要求37或38所述的燃料电池的冷却装置，其中，所述控制单元在所述燃料电池起动时，在将所述流体阀从所述初始开度改变为规定开度之后，开始所述泵的驱动。

40.一种燃料电池的冷却装置，其中，

具有：对致冷剂进行冷却的换热器；

在所述换热器和燃料电池之间通过泵使致冷剂循环的循环通路；

绕过所述换热器而将所述循环通路的致冷剂供给所述燃料电池的旁通通路；

对致冷剂向所述换热器以及所述旁通通路的流通进行设定的流体阀；以及

对所述流体阀以及所述泵进行控制的控制单元，

所述控制单元在所述燃料电池起动时，在所述泵的驱动开始之前优先对所述流体阀进行零点调整，并且将该零点调整后的开度改变为规定开度。

41.权利要求21至40的任意一项所述的燃料电池的冷却装置，其中，所述流体阀为旋转阀。

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