CN101138121A - 燃料电池系统中的反应气体的保温和加热 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在燃料电池系统中降低由于水在反应气体的流路内冻结而可能产生的损害的技术。该燃料电池系统包括：燃料电池；反应气体流路，被供应给燃料电池或从燃料电池排出的反应气体流经该反应气体流路；以及冷却水路径，对燃料电池进行了冷却的冷却水流经该冷却水路径。并且，冷却水路径覆盖反应气体流路的至少一部分。通过采用该方式，可以通过冷却水对燃料电池系统的反应气体流路进行保温或加热。因此，可以在燃料电池系统中降低由于反应气体的流路内的水冻结而可能产生的损害。

Description

燃料电池系统中的反应气体的保温和加热

技术领域

本发明涉及在燃料电池系统中降低由于水在反应气体的流路内冻结而可能产生的损害的技术。

背景技术

以往开发了使燃料气体与氧化气体进行反应而发电的燃料电池系统。在基于电解质膜的燃料电池中，在阴极一侧产生的水通过电解质膜而浸透到阳极一侧。因此，在燃料电池系统的燃料气体循环路径内存在水。某些燃料电池系统通过设置在燃料气体循环路径中的气液分离器将燃料气体循环路径内的多余的水排出到系统外部。

但是，专利文献1的技术并不完全除去所有的燃料气体循环路径内的水。并且，当燃料电池系统在低温环境下停止运行时，未完全除去的燃料气体循环路径内的水会在管道内冻结，因此当再次运行时可能会阻碍燃料气体的流动。氧化气体的排出路径也同样存在该问题。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种在燃料电池系统中降低由于水在反应气体的流路内冻结而可能产生的损害的技术。

日本专利申请2005-72463号的公开内容作为参考而记载在本说明书中。

发明内容

为了达到上述目的，本发明的燃料电池系统米用如下构成。即，该燃料电池系统包括：燃料电池；反应气体流路，被供应给燃料电池或从燃料电池排出的反应气体流经该反应气体流路；以及冷却水路径，对燃料电池进行了冷却的冷却水流经该冷却水路径。并且，冷却水路径覆盖反应气体流路的至少一部分。

根据该方式，可以通过冷却水对燃料电池系统的反应气体流路进行保温或加热。因此，可以在燃料电池系统中降低由于水在反应气体的流路内冻结而可能产生的损害。

另外，冷却水路径可以包括：冷却部，用于对冷却水进行冷却；以及冷却水滞留部，设置在燃料电池与冷却部之间，截面积比冷却水路径的、与燃料电池连接的部分大。并且，燃料电池系统可以按照反应气体流路的至少一部分通过冷却水滞留部内部的方式构成。根据该方式，可以将温度由于燃料电池中的反应而上升了的冷却水的热量有效地传导至反应气体。另外，冷却水滞留部优选接近燃料电池设置。

另外，燃料电池系统还可以包括贮藏作为反应气体的氢气的氢贮藏部。并且，反应气体流路可以包括：反应气体供应路径，使从氢贮藏部供应的氢气流向燃料电池；以及反应气体循环路径，将从燃料电池排出的氢气的至少一部分再次供应给燃料电池。在该方式中，优选使反应气体循环路径的至少一部分被冷却水路径覆盖。

根据该方式，可以在燃料电池内通过冷却水对含有水的氢气流经的反应气体循环路径进行保温或加热。因此，可以通过对反应气体流路中的、水容易发生冻结的流路进行保温或加热而有效地降低由于水的冻结而可能产生的损害。

另外，冷却水路径可以包括：冷却部，用于对冷却水进行冷却；冷却水循环路径，将从冷却部排出的冷却水再次供应给燃料电池；冷却部迂回通路，不通过冷却部而将冷却水再次供应给燃料电池；以及流路切换部，可以选择性地阻断冷却水向冷却部和冷却部迂回通路流动。在该方式中，当燃料电池系统不进行发电时，优选通过流路切换部来阻断冷却水向冷却部流动。

根据该方式，可以在燃料电池系统不进行发电时防止冷却水在冷却部中被冷却。因此，与冷却水在燃料电池系统不进行发电时仍流经冷却部的方式相比，可以长时间地通过高温的冷却水对燃料电池系统的反应气体流路进行保温或加热。

另外，优选使构成反应气体循环路径的管的表面的60％以上被冷却水路径覆盖。根据该方式，可以降低从构成反应气体循环路径的管的表面散发出来的热量。从而可以有效地降低由于水的冻结而产生的损害。

另外，本发明可以通过各种方式来实现，例如可以通过燃料电池、将燃料电池作为动力源的原动机等方式来实现。

附图说明

图1是表示作为本发明实施例的燃料电池系统10的简要构成的框图；

图2是表示冷却水路径41的热交换部41t的立体图；

图3是表示实施例的燃料电池系统10停止运行之后的氢气的温度Thi1、阳极排气的温度Tho1、以及冷却水温度Tw1的图；

图4是表示比较例的燃料电池系统停止运行之后的氢气的温度Thi2、阳极排气的温度Tho2、以及冷却水温度Tw2的图；

图5是表示在冰点下长时间放置实施例的燃料电池系统10之后再次运行时的氢气的温度Thi1、阳极排气的温度Tho1、以及冷却水温度Tw1的图；

图6是表示在冰点下长时间放置比较例的燃料电池系统之后再次运行时的氢气的温度Thi2、阳极排气的温度Tho2、以及冷却水温度Tw2的图；

图7是表示作为本发明第二实施例的燃料电池系统10b的简要构成的框图；

图8是表示冷却水路径的切换处理的流程图；

图9是表示第三实施例的燃料电池系统的冷却水路径41c的热交换部41t3的立体图。

具体实施方式

下面，根据实施例并按照以下顺序来说明本发明的实施方式。

A.第一实施例：

A1.装置的整体构成：

A2.停止运行时和开始运行时的燃料气体的温度：

B.第二实施例：

C.第三实施例：

D.变形例：

A.第一实施例：

A1.装置的整体构成：

图1是表示作为本发明第一实施例的燃料电池系统10的简要构成的框图。燃料电池系统10包括：燃料电池22，为发电的主体；氢罐23，向燃料电池22供应氢；以及空气压缩机24，用于向燃料电池22供应压缩空气。作为燃料电池22，可以使用各种燃料电池，在本实施例中使用固体高分子型燃料电池。该燃料电池22具有层积多个单电池而形成的堆栈构造。

氢罐23例如可以是贮藏高压氢的氢瓶。或者，也可以是在内部具有贮氢合金并通过用贮氢合金吸藏氢来贮藏氢的罐。贮藏在氢罐23内的氢气被排放到氢气供应路径60中之后，被压力调整阀62调整为规定的压力，并被供应给燃料电池22的阳极。在氢气供应路径60中设置有FC入口截止阀61。从阳极排出的阳极排气被导入到阳极排气路径63中并再次流入到氢气供应路径60中。这样，阳极排气中的剩余的氢气在流路内循环并被再次供给电化学反应之用。为了使阳极排气进行循环，在氢气供应路径60中设置有具有泵马达65a的氢泵65。

另外，在阳极排气路径63中设置有气液分离器27。随着电化学反应的进行，在阴极生成水。在阴极生成的水经由电解质膜也被导入到阳极一侧的气体内。该水会附着在燃料电池22内的阳极一侧的电极上，从而阻碍电极与氢气接触。结果，燃料电池22中的电化学反应受到阻碍，燃料电池22的输出电压下降。将该现象称为“泛滥(flooding)”。在本实施例的燃料电池系统10中，为了防止该泛滥，通过气液分离器27使滞留在阳极排气中的水蒸气在阳极排气路径63中凝集并将其排出到系统外部。另外，这里所说的“系统”是指包括向燃料电池供应燃料气体的燃料气体供应路径60、燃料电池22内的燃料气体的流路、将从燃料电池22排出的阳极排气再次供应给燃料气体供应路径60的阳极排气路径63在内的气体流路。

另外，阳极排气中的水并非被气液分离器27完全除去。因此，在阳极排气路径63中的从气液分离器27到与氢气供应路径60汇合之处的部分、以及氢气供应路径60中的从与阳极排气路径63汇合之处到燃料电池22的部分60j中，流经的气体中含有少量的水。

对气液分离器27设置有开关阀50，该气液分离器27经由开关阀50与气液排出路径64连接。并且，气液排出路径64与稀释器26连接。通过使开关阀50处于打开状态，在气液分离器27内凝集的水和流经阳极排气路径63的阳极排气的一部分通过稀释器26被排出到大气中。

在本实施例的燃料电池系统10中，阳极排气路径63与氢气供应路径60连接而将阳极排气再次供给电化学反应之用。在燃料电池22中，氮气从阴极一侧通过电解质膜向阳极一侧浸透。因此，当使氢气在燃料电池22与阳极排气路径63之间循环时，随着时间的经过，阳极一侧的氮浓度上升。因此，在燃料电池系统10中，以规定的时间间隔经由开关阀50将阳极排气的一部分排出到流路外部。如此一来，可以降低阳极排气路径63内的杂质的浓度，防止供应给阳极的气体中的氮等杂质的浓度上升。

空气压缩机24经由氧化气体供应路径67将作为氧化气体的加压空气供应给燃料电池22的阴极。当空气压缩机24压缩空气时，会经由具有过滤器的质量流量计28从外部摄入空气。从阴极排出的阴极排气被导入到阴极排气路径68中并被排出到外部。

在阴极排气路径68中设置有前述的稀释器26。阳极排气经由与气液分离器27连接的开关阀50和气液排出路径64流入稀释器26。流入到稀释器26中的阳极排气在稀释器26中通过与阴极排气混合而被稀释。然后，混合的阳极排气和阴极排气从阴极排气路径68被排出到大气中。

燃料电池系统10还包括用于冷却燃料电池22以使其运行温度为规定温度的冷却部40。冷却部40包括：冷却水路径41、冷却泵42、以及散热器29。冷却水路径41是引导冷却水以使其在燃料电池22的内部与散热器29之间循环的流路。另外，冷却水是乙二醇(ethylene glycol)与水的混合物而不是纯粹的水，即所谓的防冻液。冷却泵42使冷却水在冷却水路径41内循环。散热器29具有冷却扇，冷却流经燃料电池22内而温度上升了的冷却水。另外，当燃料电池22停止发电时，控制部70使冷却泵42停止运转。结果，冷却水的循环也被停止。

图2是表示冷却水路径41的热交换部41t的构成的示意性立体图。冷却水路径41在位于燃料电池22的下游、散热器29的上游的位置处具有热交换部41t(参照图1)。与冷却水路径41和燃料电池22的连接部分等其他的冷却水路径41的部分相比，热交换部41t的内部的截面积被设定得较大。因此，在热交换部41t中，冷却水的流速变缓，冷却水在此处滞留。即，该热交换部41t内的冷却水是被散热器29冷却之前的冷却水。虽然在图1中表示为热交换部41t稍离开燃料电池22，但是实际上热交换部41t接近燃料电池22设置，燃料电池22与热交换部41t之间的部分的冷却水路径41非常短。

氢气供应路径60和阳极排气路径63的一部分分别通过热交换部41t的内部。即，氢气供应路径60和阳极排气路径63的各自的一部分被冷却水路径41的热交换部41t覆盖。另外，在图2中，通过冷却水路径41内的冷却水、通过氢气供应路径60的氢气、以及通过阳极排气路径63内的阳极排气的流动方向分别如箭头Aw、Ah、Ahe所示。

在氢气供应路径60中，从与阳极排气路径63汇合之处到燃料电池22的部分为第一循环路径60j(参照图1)。在本实施例中，第一循环路径60j的一部分被冷却水路径41的热交换部41t覆盖。因此，含有水的阳极排气在其中循环流动的第一循环路径60j及其内部的气体被冷却水温暖。另外，为了与第一循环路径60j相区别，如图1所示，在氢气供应路径60中，将从氢罐23到与阳极排气路径63汇合之处的部分表示为新氢气供应路径60p。

在阳极排气路径63中，从燃料电池22到气液分离器27的部分为第二循环路径63W(参照图1)。在本实施例中，构成第二循环路径63w的管道中的位于热交换部41t内的管道的表面积大约为第二循环路径63w整体的表面积的70％。另外，构成使氢气循环的阳极排气路径63和第一循环路径60j的管道中的位于热交换部41t内的管道的表面积大约为第一循环路径60j和阳极排气路径63整体的表面积的65％。

此后，将前述的空气压缩机24、冷却泵42、散热器扇、或设置在流路中的阀等随着燃料电池22的发电而动作的装置称为燃料电池辅机。该燃料电池辅机由燃料电池22供电而动作。

在燃料电池22上连接有作为由燃料电池22供电的电力消耗装置的负荷装置30。在负荷装置30中例如包括由燃料电池22供电而动作的电动机。另外，在图1中，负荷装置30表示为与燃料电池系统10相独立的负荷，但是该负荷装置30中也包括前述的燃料电池辅机。即，在图1中，将包括空气压缩机24等燃料电池辅机的、由燃料电池22供电的装置表示为负荷装置30。

燃料电池系统10还包括控制燃料电池系统10的各个部分的动作的控制部70。控制部70构成为以微机为中心的逻辑电路。详细地说，控制部70包括：按照预先设定的控制程序来执行规定的运算等的CPU、预先存储CPU进行各种运算处理所需要的控制程序和控制数据等的ROM、暂时读写同样是CPU进行各种运算处理所需要的各种数据的RAM、以及输入输出各种信号的输入输出端口等。

该控制部70取得设置在燃料电池系统10的各个部分中的电流计35、电压计36、阻抗计37、温度传感器43、66a、66b等(参照图1)各个传感器的检测信号、以及与负荷装置30的负荷要求相关的信息。另外，控制部70向燃料电池系统10所具有的泵、设置在流路中的阀、散热器扇等与燃料电池22的发电相关的各个部分输出驱动信号。另外，在图1中，为了表示燃料电池系统10的构成要素与控制部70之间的信号交换的情况，将控制部70表示于燃料电池系统10的外部。

A2.停止运行时和开始运行时的燃料气体的温度：

图3是表示实施例的燃料电池系统10停止运行之后的氢气的温度Thi1、阳极排气的温度Tho1、以及冷却水温度Tw1的图。在图3中，纵轴为温度(℃)。并且，横轴为燃料电池系统10停止运行之后经过的时间。To为外部气温。氢气供应路径60的氢气的温度Thi1由设置在冷却水路径41的热交换部41t与燃料电池22之间的氢气供应路径60中的温度传感器66a(参照图1)测定。另外，阳极排气路径63的阳极排气的温度Tho1由设置在燃料电池22与热交换部41t之间的阳极排气路径63中的温度传感器66b测定。另外，冷却水温度Tw1由设置在燃料电池22与热交换部41t之间的冷却水路径41中的温度传感器43测定。

图4是表示比较例的燃料电池系统停止运行之后的氢气的温度Thi2、阳极排气的温度Tho2、以及冷却水温度Tw2的图。比较例的燃料电池系统不具有覆盖氢气供应路径或阳极排气路径的管道的冷却水路径41的热交换部41t。结果，在比较例的燃料电池系统中，氢气供应路径和通过其中的氢气、以及阳极排气路径和通过其中的阳极排气不经由氢气供应路径或阳极排气路径的管道从冷却水接收热量。比较例的燃料电池系统的其他方面与实施例的燃料电池系统10(参照图1)相同。另外，图4的各个曲线图的温度也由分别设置在与实施例的燃料电池系统10相同的场所处的温度传感器测定。

如图3所示，在实施例的燃料电池系统10中，即使在外部气温为0℃以下的情况下，通过燃料电池22的运行而被温暖了的冷却水的温度Tw1在燃料电池22停止运行之后也不会急速下降。即，冷却水的温度Tw1在燃料电池22停止运行之后会缓缓地下降。因此，通过热交换部41t而由冷却水供应热量的氢气和阳极排气的温度Thi1、Tho1也会缓缓地降低。

另外，氢气供应路径60的一部分被冷却水路径41的热交换部41t覆盖。因此，氢气供应路径60中的被热交换部41t覆盖的部分不会从氢气供应路径60的管道直接向外部散发热量。即，与单纯的氢气供应路径60的一部分与冷却水路径41相接触的方式相比，不易将热量散发到外部。因此，通过这一点也防止了氢气供应路径60及其内部的氢气的温度急速下降。

同样，阳极排气路径63的一部分被冷却水路径41的热交换部41t覆盖。因此，阳极排气路径63中的被热交换部41t覆盖的部分不会从阳极排气路径63的管道直接向外部散发热量。即，与单纯的阳极排气路径63的一部分与冷却水路径41相接触的方式相比，不易将热量散发到外部。因此，通过这一点也防止了阳极排气路径63及其内部的阳极排气的温度急速下降。

结果，在本实施例中，即使在外部气温为0℃以下的情况下，氢气供应路径60的氢气的温度Thi1和阳极排气路径63的阳极排气的温度Tho1在燃料电池系统10停止运行之后也不会急速下降到0℃以下。因此，在实施例的燃料电池系统10中，即使在外部气温为0℃以下的环境下停止运行，也不会产生水分在氢气供应路径60内和阳极排气路径63内冻结而在再次运行时阻碍氢气流动的问题。

另一方面，在比较例的燃料电池系统中，氢气和阳极排气不会通过管道而从冷却水接收热量。另外，在比较例的燃料电池系统中，氢气供应路径和阳极排气路径未被冷却水路径41的热交换部41t覆盖。因此，在燃料电池系统停止运行之后，会直接从氢气供应路径和阳极排气路径散发热量。因此，在比较例的燃料电池系统中，如图4所示，氢气和阳极排气的温度Thi2、Tho2在燃料电池22停止运行之后会急速下降并接近外部气温而变为冰点以下。因此，在比较例的燃料电池系统中，水分会在氢气供应路径和阳极排气路径内冻结，因此当再次运行时容易产生阻碍气体流动的问题。

图5是表示在冰点下长时间放置实施例的燃料电池系统10之后再次运行时的氢气的温度Thi1、阳极排气的温度Tho1、以及冷却水温度Tw1的图。各个曲线图的温度是通过与图3相同地进行测定而得到的。

如图5所示，在实施例的燃料电池系统10中，通过燃料电池22的运行而被温暖了的冷却水的温度即使在外部气温为0℃以下的情况下也会急速上升。并且，通过热交换部41t而由冷却水供应热量的氢气和阳极排气的温度Thi1、Tho1也会急速上升。即，在实施例中，即使在外部气温为0℃以下的情况下，氢气供应路径60的氢气的温度Thi1和阳极排气路径63的阳极排气的温度Tho1也会在燃料电池系统10再次运行之后在短时间内变为0℃以上。

另外，氢气供应路径60和阳极排气路径63的一部分被冷却水路径41的热交换部41t覆盖。因此，与单纯的氢气供应路径60或阳极排气路径63的一部分与冷却水路径41相接触的方式相比，不易将从热交换部41t接收的热量散发到外部。因此，在本实施例中，通过这一点也有效地加热了氢气供应路径60、阳极排气路径63、以及它们内部的气体。

因此，在本实施例中，即使当水分在氢气供应路径60内和阳极排气路径63内冻结时，该冰也会在燃料电池系统10再次运行之后在短时间内溶解。因此，可以降低由于氢气供应路径60内和阳极排气路径63内的冰在运行时阻碍气体流动而造成的不良影响。

图6是表示在冰点下长时间放置比较例的燃料电池系统之后再次运行时的氢气的温度Thi2、阳极排气的温度Tho2、以及冷却水温度Tw2的图。在比较例的燃料电池系统中，氢气供应路径和阳极排气路径不由冷却水供应热量。因此，在比较例的燃料电池系统中，如图6所示，氢气和阳极排气的温度Thi2、Tho2在燃料电池系统再次运行之后需要很长的时间才会变为0℃以上。因此，在比较例的燃料电池系统中，容易产生在氢气供应路径和阳极排气路径内冻结的水分阻碍气体流动的问题。

另外，在本实施例中，含有水分的燃料气体在其中循环的阳极排气路径63和第一循环路径60j的一部分被冷却水路径41的热交换部41t覆盖(参照图1)。并且，在构成阳极排气路径63和第一循环路径60j的管道中，位于热交换部41t内的管道的表面积的比例大约为60％。因此，当燃料电池系统10运行时，可以利用冷却水来有效地加热含有水分的燃料气体流经的管道(阳极排气路径63和第一循环路径60j)。并且，当燃料电池系统10停止运行时，可以利用冷却水有效地对含有水分的燃料气体流经的管道进行保温。

另外，在本实施例中，被气液分离器27除去水分之前的阳极排气流经的第二循环路径63w被冷却水41的热交换部41t覆盖(参照图1)。并且，在构成第二循环路径63w的管道中，位于热交换部41t内的管道的表面积的比例大约为75％。因此，可以通过冷却水有效地对氢气流经的流路中的、含水分最多的气体流经的第二循环路径63w进行保温和加热。B.第二实施例

图7是表示作为本发明第二实施例的燃料电池系统10b的简要构成的框图。第二实施例的燃料电池系统10b的冷却水路径41b在位于燃料电池22的下游、散热器29的上游的位置处具有冷却水箱44。冷却水箱44是储存规定量的冷却水的箱体。并且，通过气液分离器27从阳极排气分离出的生成水经由开关阀50和气液排出路径64b而被供应给冷却水箱44。另外，冷却水路径41b包括：三通阀41c、以及迂回越过散热器29的旁路41d。第二实施例的燃料电池系统10b的其他方面与第一实施例的燃料电池系统10(参照图1)相同。

从燃料电池22排出的冷却水被送至冷却水箱44，另外，从冷却水箱44向散热器29输送冷却水。之后，被散热器29冷却了的冷却水通过冷却水路径41b2返回至燃料电池22。即，冷却水箱44为冷却水路径的一部分。另外，冷却水箱44内的冷却水是被散热器29冷却之前的冷却水。

氢气供应路径60和阳极排气路径63的一部分分别通过冷却水箱44的内部。即，氢气供应路径60和阳极排气路径63的各自的一部分被冷却水箱44覆盖。

该构成可以取得与第一实施例相同的如下效果。即，即使在外部气温为0℃以下的情况下，氢气供应路径60的氢气的温度Thi1和阳极排气路径63的阳极排气的温度Tho1在燃料电池系统10停止运行之后也不会急速下降到0℃以下(参照图3)。因此，即使燃料电池系统10b在外部气温为0℃以下的环境下停止运行，也不易产生水分在氢气供应路径60内和阳极排气路径63内冻结而在再次运行时阻碍气体流动的问题。

另外，当燃料电池系统10b在外部气温为0℃以下的环境下开始运行时，氢气供应路径60的氢气的温度Thi1和阳极排气路径63的阳极排气的温度Tho1也会通过从冷却水接收热量而在短时间内变为0℃以上(参照图5)。因此，即使在氢气供应路径60内和阳极排气路径63内存在冰时，也可以降低由于该冰在运行时阻碍气体流动而导致的不良影响。

图8是表示冷却水路径的切换处理的流程图。在第二实施例中，控制部70根据是否由燃料电池22进行发电来切换冷却水路径。在步骤S10中，控制部70判断在燃料电池22中是否正在进行发电。当在燃料电池22中正在进行发电时，控制部70控制三通阀41c，使冷却水在散热器29中流动(步骤S20)。并且，阻断旁路41d，使冷却水不流经旁路41d。因此，当在燃料电池22中进行发电时，通过散热器29对冷却水进行冷却。

另一方面，当在燃料电池22中不进行发电时，控制部70控制三通阀41c，使冷却水路径与旁路41d连接(步骤S30)。并且，阻断通向散热器29的冷却水路径，使冷却水不流经散热器29。因此，当在燃料电池22中进行发电时，冷却水的热量不会通过散热器29而散发出来。

与第一实施例相同，在第二实施例中冷却水在停止发电时也不循环。因此，当停止发电时，不将冷却水冷却至与使冷却水循环的发电时期相同的程度。但是，即使不积极地使冷却水循环，如果在燃料电池22停止发电时冷却水成为可以流经散热器29的状态，则可能会产生如下问题。即，通过散热器29而散发了热量的冷的冷却水可能会由于传导或者由于流经冷却水路径41b内而从冷却水路径41b内的其它的冷却水夺走热量。

但是，根据第二实施例的燃料电池系统10b，当在燃料电池22中不进行发电时，通过阻断通向散热器29的冷却水路径(参照步骤S30)，防止了冷却水作为整体而被散热器29冷却。结果，氢气和阳极排气在燃料电池22停止运行时会通过热交换部41t而在长时间内由保持高温的冷却水温暖。因此，根据第二实施例，即使燃料电池系统10在外部气温为0℃以下的环境下停止运行之后，也可以在长时间内防止氢气供应路径60内和阳极排气路径63内的水冻结。

C.第三实施例

在第一和第二实施例中，氢气供应路径60和阳极排气路径63被冷却水路径41覆盖。但是，在第三实施例的燃料电池系统中，除此之外，阴极排气路径68也被冷却水路径41c覆盖。其他方面与第一实施例的燃料电池系统10相同。

图9是表示第三实施例的燃料电池系统的冷却水路径41c的热交换部41t3的立体图。各个标号的表示与图2相同。箭头Aae是表示阴极排气的流动方向的箭头。第一实施例的热交换部41t为近似圆筒形的管(参照图2)，而第三实施例的热交换部41t3形成为近似长方体的外形形状。热交换部41t3是冷却水路径41c的一部分。并且，与第一实施例的热交换部41t相同，设置在位于燃料电池22的下游、散热器29的上游的位置处。

氢气供应路径60和阳极排气路径63的一部分分别通过热交换部41t3的内部。并且，阴极排气路径68的一部分也通过热交换部41t3的内部。即，氢气供应路径60、阳极排气路径63、以及阴极排气路径68的各自的一部分被冷却水路径41c覆盖。

该构成可以取得与第一实施例相同的如下效果。即，即使在外部气温为0℃以下的情况下，也不易产生水分在氢气供应路径60和阳极排气路径63内冻结而导致再次运行时阻碍气体流动的问题。另外，当燃料电池系统10在外部气温为0℃以下的环境下开始运行时，可以降低氢气供应路径60内和阳极排气路径63内的冰在运行时阻碍气体流动而导致的不良影响。

并且，在第三实施例中，即使燃料电池系统10b在外部气温为0℃以下的环境下停止运行之后，阴极排气路径68内的阴极排气的温度也不会急速下降到0℃以下。因此，即使在外部气温为0℃以下的环境下停止运行，也不易产生阴极排气中含有的水分在阴极排气路径68内冻结而在再次运行时阻碍阴极排气流动的问题。

另外，即使燃料电池系统10在外部气温为0℃以下的环境下开始运行，阴极排气路径68的阴极排气的温度也会由于从冷却水接收热量而在短时间内变为0℃以上。因此，即使在阴极排气路径68内存在冰，也可以降低在运行时阻碍阴极气体流动而导致的不良影响。

D.变形例：

本发明不限于上述实施例或实施方式，可以在不脱离其主旨的范围内以各种方式来实施，例如可以进行如下变形。

D1.变形例1：

在上述实施例中，氢气供应路径60、阳极排气路径63、以及阴极排气路径68均被作为冷却水路径的一部分、并且为相同的框体的热交换部41t、冷却水箱44、或热交换部41t3覆盖。但是，氢气供应路径60、阳极排气路径63、以及阴极排气路径68也可以以其他的方式被冷却水路径41覆盖。例如，也可以如下构成：冷却水路径41形成分支，在各个分支中设置热交换部，氢气供应路径60、阳极排气路径63、以及阴极排气路径68被各个分支的热交换部覆盖。例如，也可以采用如下方式：分别由双层管构成氢气供应路径60、阳极排气路径63、以及阴极排气路径68，冷却水在其外侧部分流动。

另外，在上述实施例中，在冷却水路径41中，氢气供应路径60、阳极排气路径63、以及阴极排气路径68通过其内部的部分的截面积比其他部分大。但是，也可以将冷却水路径41的氢气供应路径60、阳极排气路径63、或阴极排气路径68通过其内部的部分的截面积设置成与其他部分相同。

在上述实施例中，在冷却水路径41中的氢气供应路径60、阳极排气路径63、以及阴极排气路径68通过其内部的部分，冷却水流动的方向与各气体的流动方向平行。但是，冷却水路径41的构成方式不限于此，也可以采用冷却水在与各气体的流动方向交叉的方向上流动的方式。

即，燃料电池系统可以采用如下方式：被供应给燃料电池或从燃料电池排出的反应气体流经的反应气体流路的至少一部分被冷却水路径覆盖。另外，冷却水路径“覆盖”反应气体流路是指：当以某同一平面截断反应气体流路和冷却水路径时，存在反应气体流路的截面的全周被冷却水路径包围那样的平面。

D2.变形例2：

在上述实施例中，含有水分的燃料气体流经的阳极排气路径63和第一循环路径60j的一部分分别被冷却水路径41的热交换部41t覆盖。并且，在构成它们的管道中，位于热交换部41t内的管道的表面积的比例大约为65％。但是，冷却水路径、阳极排气路径、以及氢气供应路径也可以采用其他的构成。但优选的是：在使燃料气体循环的管道中，位于冷却水路径内的管道的表面积的比例为50％以上。并且，更加优选的是该比例为60％以上，进一步优选为70％以上。

另外，在上述实施例中，第二循环路径63w的一部分被冷却水路径41的热交换部41t覆盖。第二循环路径63w是构成阳极排气路径63中的、从燃料电池22到气液分离器27的部分的流路。并且，在构成第二循环路径63w的管道中，位于热交换部41t内的管道的表面积的比例大约为70％。但是，冷却水路径、阳极排气路径也可以采用其他的构成。但优选的是：在被气液分离器27除去水分之前的阳极排气流经的流路中，位于冷却水路径内的管道的表面积的比例为60％以上。并且，更加优选的是该比例为70％以上，进一步优选为75％以上。

D3.变形例3：

在上述实施例中，氢气供应路径60、阳极排气路径63、以及阴极排气路径68的一部分通过冷却水路径41内部。与此相对，燃料电池系统也可以采用氧化气体供应路径67通过冷却水路径41内部的方式。根据该方式，可以在燃料电池系统停止运行时防止氧化气体供应路径67内的空气中所含有的水分冻结，并且可以在燃料电池系统开始运行之后及早溶解冻结了的水分。另外，与在变形例1中说明的氢气供应路径60、阳极排气路径63、以及阴极排气路径68相同，冷却水路径41和氧化气体供应路径67可以采用各种方式。

经由被冷却水路径覆盖的反应气体流路而被供应给燃料电池或者从燃料电池排出的气体也可以是氢或空气以外的气体。例如，燃料电池系统也可以采用通过冷却水来覆盖供应作为氧化气体的氧的气体流路的方式。即，燃料电池系统采用被供应给燃料电池或从燃料电池排出的反应气体流经的反应气体流路的至少一部分被冷却水路径覆盖的方式即可。

D4.变形例4：

在上述实施例中，通过空气压缩机24向燃料电池22供应氧化气体(参照图1和图7)。但是，燃料电池系统10也可以代替空气压缩机24而采用通过鼓风机向燃料电池22供应作为氧化气体的空气的方式。在该方式中，与通过空气压缩机供应氧化气体的方式相比，通常氧化气体和阴极排气的温度会变低。因此，在该实施方式中，尤其优选阴极排气路径68和氧化气体供应路径67被冷却水路径41覆盖的方式。

D5.变形例5：

在上述实施例中，用于对冷却水进行冷却的散热器29具有冷却扇。但是，用于对冷却水进行冷却的构成也可以采用其他方式。例如，既可以采用将热量传导至其他的构造物来散热的构成，也可以采用具有冷却用的散热片并暴露于外部气体中的构造。

另外，在上述实施例中，冷却水是乙二醇与水的混合物，但也可以是丙二醇和水的混合物等其他的构成方式。另外，“冷却水”也可以是不含有水的物质。即，冷却水是能够传导热量的液体即可。

以上参照本发明优选的例示性实施例进行了详细的说明。但是，本发明不限于以上说明的实施例或构成。并且，本发明包括各种变形和等同的构成。并且，虽然被公开的发明的各种要素以各种组合和构成被公开，但是它们仅为例示，各个要素既可以增多也可以减少。并且，要素也可以为一个。这些方式均包括在本发明的范围之内。

工业实用性

本发明可以应用于燃料电池系统、将燃料电池作为动力源的原动机、具有利用了燃料电池系统的动力源的车辆。

Claims (4)

1.一种燃料电池系统，其特征在于，

包括：

燃料电池；

反应气体流路，被供应给所述燃料电池或从所述燃料电池排出的反应气体流经该反应气体流路；以及

冷却水路径，对所述燃料电池进行了冷却的冷却水流经该冷却水路径；

所述冷却水路径覆盖所述反应气体流路的至少一部分。

2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，

所述冷却水路径包括：

冷却部，用于对所述冷却水进行冷却；以及

冷却水滞留部，设置在所述燃料电池与所述冷却部之间，截面积比所述冷却水路径的、与所述燃料电池连接的部分大；

所述反应气体流路的至少一部分通过所述冷却水滞留部内部。

3.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，

还包括贮藏作为所述反应气体的氢气的氢贮藏部，

所述反应气体流路包括：

反应气体供应路径，使从所述氢贮藏部供应的所述氢气流向所述燃料电池；以及

反应气体循环路径，将从所述燃料电池排出的所述氢气的至少一部分再次供应给所述燃料电池；

所述反应气体循环路径的至少一部分被所述冷却水路径覆盖。

4.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，

所述冷却水路径包括：

冷却部，用于对所述冷却水进行冷却；

冷却水循环路径，将从所述冷却部排出的所述冷却水再次供应给所述燃料电池；

冷却部迂回通路，不通过所述冷却部而将所述冷却水再次供应给所述燃料电池；以及

流路切换部，可以选择性地阻断所述冷却水向所述冷却部和所述冷却部迂回通路流动；

当所述燃料电池系统不进行发电时，所述流路切换部阻断所述冷却水向所述冷却部流动。

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