CN101331634B - 燃料电池的冷却系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种燃料电池冷却系统(100)设有主要冷却流道(102)和与主要冷却流道(102)平行布置并且分流相同冷却剂的旁通冷却流道(104)，作为冷却剂流动通过的流道。散热器(110)和冷却剂循环泵(WP)(130)等布置在主要冷却流道(102)中。来自主要冷却流道(102)的冷却剂进入旁通冷却流道(104)并且经由ACP(48)的马达(50)的机壳等达到第二热交换器(120)。在第二热交换器(120)处，也与供应气体流道(80)执行热交换，在这之后，冷却剂返回到主要冷却流道(102)。可根据冷却剂从主要冷却流道(102)分流的位置和循环泵(130)的布置改变分配冷却剂的方式。

Description

燃料电池的冷却系统和方法
技术领域
本发明涉及燃料电池冷却系统和方法，该燃料电池利用通过向阳极侧供应燃料气体并且向阴极侧供应氧化气体而产生的电化学反应发电。
背景技术
因为燃料电池对于环境具有很小影响，因此燃料电池正被用于车辆中。燃料电池例如通过向燃料电池堆的阳极侧供应燃料气体例如氢并且向阴极侧供应包括氧的氧化气体例如空气，并且通过电解膜在这两者之间发生反应而产生所需电力。这种反应在燃料电池中发热，所以为了将其冷却，冷却剂例如冷却水循环通过燃料电池堆并且然后被散热器等冷却。为了在起动时温热低温的燃料电池，冷却剂被例如加热器加热到适当温度。以此方式，冷却剂循环通过燃料电池堆并且它的温度得以被调节。
同样，气体压缩机例如空气压缩机(ACP)被用于适当加压供应到燃料电池堆的阴极侧的氧化气体。当ACP运行时，它也发热并且因此被称为中间冷却器的热交换器冷却。另外，车辆也设有用于对座舱进行空气调节的热交换器。以此方式，车辆设有用于不同目的的各种热交换器，所以合理的是考虑它们的共享使用。
例如，日本专利申请公开No.JP-A-2005-79007描述了一种燃料电池系统，它防止堵塞同时有助于弥补来自设于燃料电池阴极侧上的增湿器的不足湿度。这里，用于冷却阴极供应气体的冷却剂和用于冷却燃料电池堆的冷却剂这两者被共享并且用于冷却阴极供应气体的热交换器和燃料电池堆被冷却剂流道串联连接。在该冷却剂流道的中途处布置两个三通阀，该两个三通阀根据燃料电池的温度是否高或低而改变冷却剂流动的方向。
同样，PCT申请的公开的日本国家阶段申请No.2005-514261描述了一种用于加热和冷却车辆的方法，该车辆具有作为空气调节设备的燃料电池和加热源，当外部温度低时，它易于弥补不足的热，并且当外部温度高时，还使得能够充分地冷却燃料电池设备和令人舒适的空气调节。根据在该公开中描述的技术，公共冷却剂被用于冷却加热源并且为车辆提供空气调节所以仅仅使用单个的冷却剂回路。该冷却剂回路在分支点处分支成第一子回路和第二子回路。第一子回路向燃料电池设备分配冷却剂，而第二子回路向车辆的空气调节设备分配冷却剂。在循环通过这些设备之后，被分配的冷却剂然后在汇合点处再次汇合到一起。即，燃料电池设备的热交换器和空气调节设备的热交换器在单循环中串联布置。
在相关技术中，当独立控制这些热交换器时，冷却剂回路及其控制相互独立，这是不方便的。当燃料电池堆的冷却系统和阴极供应气体的冷却系统被独立控制时，由阴极供应气体的冷却系统确定进入燃料电池堆的阴极供应气体的温度，并且主要由燃料电池组的冷却系统确定离开燃料电池堆的阴极供应气体(所谓的阴极废气)的温度。如果这两个冷却系统被相互独立地控制，则在进入燃料电池堆的阴极供应气体的温度和阴极废气的温度之间的温差变得太大，这可导致下面的问题。
例如，增湿器与燃料电池堆平行设置以适当加湿阴极供应气体并且将该加湿的气体供应到燃料电池堆，但是在增湿器两端之间的温差可能变得太大。所使用的增湿器可具有熟知的管状构造，但是如果在增湿器两端之间的温差变得太大，则该管状构造可被损坏并且不能充分工作。因此，对于每一燃料电池热交换器，使得冷却剂回路及其控制相互独立不仅使得结构复杂，而且导致冷却剂的不足使用并且可导致例如上述的那些问题。
日本专利申请公开No.JP-A-2005-79007和PCT申请的公开的日本国家阶段申请No.2005-514261描述了相关技术，该技术共享用于冷却阴极供应气体的冷却剂和用于冷却燃料电池堆的冷却剂并且使用用于冷却燃料电池即加热源，以及为车辆座舱提供空气调节的公共冷却剂。利用这些技术，燃料电池堆和用于冷却的另一热交换器被串联布置在冷却剂流道中并且共享相同的冷却剂。结果，燃料电池堆温度的调整和阴极供应气体以及车辆座舱的温度的调整是相互独立的。因此，虽然在这些技术中冷却剂被更加有效地使用，但是不能独立地控制各个温度。因此，正如当各个冷却系统被独立控制时一样，难以适当地对温度进行调节。
以此方式，在相关技术中，燃料电池堆的温度调整和阴极供应气体以及车辆座舱的温度调整未以协作方式得以控制。
发明内容
鉴于前面的问题，本发明因此提供一种燃料电池冷却系统，它以协作方式控制燃料电池堆的冷却系统和另一热交换系统。
本发明的一个方面涉及一种燃料电池冷却系统，该燃料电池通过向阳极侧供应燃料气体并且向阴极侧供应氧化气体而产生的电化学反应来发电，该燃料电池冷却系统特征在于，包括冷却流道，冷却剂通过该冷却流道在燃料电池堆和散热器之间循环，和第二热交换器，该第二热交换器与燃料电池堆平行设置并且使用已从冷却流道分流的冷却剂。
同样，本发明另一方面涉及一种燃料电池冷却系统，该燃料电池通过向阳极侧供应燃料气体并且向阴极侧供应氧化气体而产生的电化学反应发电，该燃料电池冷却系统特征在于，包括冷却流道，冷却剂通过该冷却流道在燃料电池堆和散热器之间循环，和第二热交换器，该第二热交换器与散热器平行设置并且使用已从冷却流道分流的冷却剂。
同样，第二热交换器也可用作用于供应氧化气体的气体压缩机的冷却设备。
同样，燃料电池可为安装在车辆中的车辆用燃料电池，用于对车辆座舱进行空气调节的空气调节热交换器可与燃料电池堆平行设置，并且已从冷却流道分流的冷却剂可被用于空气调节热交换器中。
该燃料电池冷却系统也可包括在冷却流道中串联布置的冷却剂循环泵，和相对于燃料电池堆的阴极侧入口和燃料电池堆的阴极侧出口平行布置的增湿器，氧化气体通过该入口被供应到燃料电池阴极侧，并且气体通过该出口被排出。该增湿器可被布置在冷却剂循环泵的下游和燃料电池堆的上游，并且第二热交换器可使用从散热器下游和冷却剂循环泵上游取得的冷却剂。
该燃料电池冷却系统也可包括在冷却流道中串联布置的冷却剂循环泵，和相对于燃料电池堆的阴极侧入口和燃料电池堆的阴极侧出口平行布置的增湿器，氧化气体通过该入口被供应到燃料电池阴极侧，并且气体通过该出口被排出。该增湿器可被布置在冷却剂循环泵的下游和燃料电池堆的上游，并且第二热交换器可使用从冷却剂循环泵下游和增湿器上游取得的冷却剂。
该燃料电池冷却系统也可包括在冷却流道中串联布置的冷却剂循环泵，和相对于燃料电池堆的阴极侧入口和燃料电池堆的阴极侧出口平行布置的增湿器，氧化气体通过该入口被供应到燃料电池阴极侧，并且气体通过该出口被排出。该增湿器可被布置在冷却剂循环泵的上游和散热器的下游，并且第二热交换器可使用从散热器下游和增湿器上游取得的冷却剂。
该燃料电池冷却系统也可包括在冷却流道中串联布置的冷却剂循环泵，和相对于燃料电池堆的阴极侧入口和燃料电池堆的阴极侧出口平行布置的增湿器，氧化气体通过该入口被供应到燃料电池阴极侧，并且气体通过该出口被排出。该增湿器可被布置在冷却剂循环泵的下游和燃料电池堆的上游，并且空气调节热交换器可使用从增湿器下游和燃料电池堆上游取得的冷却剂。
该燃料电池冷却系统也可包括在冷却流道中串联布置的冷却剂循环泵，和相对于燃料电池堆的阴极侧入口和燃料电池堆的阴极侧出口平行布置的增湿器，氧化气体通过该入口被供应到燃料电池阴极侧，并且气体通过该出口被排出。该增湿器可被布置在冷却剂循环泵的下游和燃料电池堆的上游，并且空气调节热交换器可使用从散热器下游和冷却剂循环泵上游取得的冷却剂。
该燃料电池冷却系统也可包括在冷却流道中串联布置的冷却剂循环泵，和相对于燃料电池堆的阴极侧入口和燃料电池堆的阴极侧出口平行布置的增湿器，氧化气体通过该入口被供应到燃料电池阴极侧，并且气体通过该出口被排出，以及用于切换从冷却流道向第二热交换器分流冷却剂的旁通流道的入口和出口中的至少一个的位置的旁通位置切换装置。
该燃料电池冷却系统也可包括在冷却流道中串联布置的冷却剂循环泵，和相对于燃料电池堆的阴极侧入口和燃料电池堆的阴极侧出口平行布置的增湿器，氧化气体通过该入口被供应到燃料电池阴极侧，并且气体通过该出口被排出，以及用于切换从冷却流道向空气调节热交换器分流冷却剂的旁通流道的入口和出口中的至少一个的位置的旁通位置切换装置。
该燃料电池冷却系统也可包括在冷却流道中串联布置的第一冷却剂循环泵，作为已从冷却流道分流的冷却剂流动通过的并且在其中布置空气调节热交换器、加热器，和第二冷却剂循环泵的旁通流道的空气调节旁通流道，与空气调节旁通流道平行布置的循环流道，和用于切换在空气调节旁通流道和冷却流道之间的连接与在空气调节旁通流道和循环流道之间的连接的空气调节旁通切换装置。
同样，该空气调节旁通切换装置可在其中空气调节旁通流道和循环流道连接成闭环并且与冷却流道断开的闭环连接与其中空气调节旁通流道和冷却流道被直接地连接并且与循环流道断开的直接连接之间切换连接。
第二循环泵可以是当冷却剂流速较低时运行效率比第一循环泵更高的泵，并且也可设置泵运行控制装置，用于根据燃料电池的运行状态彼此相关地控制第一循环泵的运行和第二循环泵的运行，并且当燃料电池在低负载下运行时，停止第一循环泵的运行并且使用第二循环泵将冷却剂循环到燃料电池堆。
同样，本发明的燃料电池冷却系统可包括在冷却流道中串联布置的冷却剂循环泵，并且第二热交换器可从散热器上游和燃料电池堆下游取得冷却剂，并且将冷却剂返回到散热器下游和燃料电池堆上游。
同样，本发明的燃料电池冷却系统可包括在冷却流道中串联布置的冷却剂循环泵，并且第二热交换器可从冷却剂循环泵下游和燃料电池堆上游取得冷却剂。
同样，本发明的燃料电池冷却系统可包括在冷却流道中串联布置的冷却剂循环泵，并且空气调节热交换器可从冷却剂循环泵下游和燃料电池堆上游取得冷却剂。
同样，本发明的燃料电池冷却系统可包括在冷却流道中串联布置的冷却剂循环泵，并且空气调节热交换器可从燃料电池堆下游和散热器上游取得冷却剂。
前面的结构的至少一个结构包括冷却剂通过它在燃料电池堆和散热器之间循环的冷却流道，和与燃料电池堆平行设置并且使用已从冷却流道分流的冷却剂的第二热交换器。同样，前面的结构的至少一个结构包括冷却剂通过它在燃料电池堆和散热器之间循环的冷却流道，和与散热器平行设置并且使用已从冷却流道分流的冷却剂的第二热交换器。因此，在燃料电池堆和第二热交换器之间共享冷却剂。因为经过散热器的主要冷却流道和经过第二热交换器的旁通冷却流道相互平行，所以能够通过控制分配比率(即，流动通过主要冷却流道的冷却剂相对于流动通过旁通冷却流道的冷却剂的比率)以协作方式控制燃料电池堆冷却系统和第二热交换器系统。也可通过设定或者改变在主要冷却流道和旁通冷却流道之间的流道流阻比率、其中布置冷却剂供应泵的位置、和其中布置冷却剂循环泵的位置而控制分配比率。替代地，可通过使用控制分配比率的控制阀确定冷却剂数量而控制分配比率。也可根据旁通冷却流道从主要冷却流道分离的位置和流道的形状等设定流道流阻比率。
同样，第二热交换器还用作用于供应氧化气体的气体压缩机的冷却设备。因此，燃料电池堆冷却系统和用于供应氧化气体的气体压缩机的冷却系统能够相结合地以协作方式得以控制。
而且，用于对车辆座舱进行空气调节的空气调节热交换器与燃料电池堆平行设置并且冷却流道中的冷却剂被分流。因此，燃料电池堆冷却系统和车辆座舱空气调节系统能够相结合地以协作方式得以控制。进一步，燃料电池堆冷却系统、用于供应氧化气体的气体压缩机冷却系统，和车辆座舱空气调节系统能够相结合地以协作方式得以控制。
同样，在燃料电池冷却系统中，冷却剂分配比率根据冷却系统结构，特别地是布置循环泵的位置而不同。因此，可根据如何在燃料电池堆、第二热交换器，和空气调节热交换器之间分配冷却剂而选择冷却系统的结构。
根据前面的结构的至少一个结构，增湿器布置在冷却剂循环泵下游和燃料电池堆上游，并且第二热交换器使用从散热器下游和冷却剂循环泵上游取得的冷却剂。根据该结构，(流动通过散热器的冷却剂数量)+(流动通过第二热交换器的冷却剂数量)＝冷却剂总数量＝(流动通过燃料电池堆的冷却剂数量)+(流动通过增湿器的冷却剂数量)。因此，如果(流动通过增湿器的冷却剂数量)减少，则相当大数量的冷却剂可被供应到燃料电池堆。
同样，根据前面的结构的至少一个结构，增湿器被布置在冷却剂循环泵下游和燃料电池堆上游，并且第二热交换器使用从冷却剂循环泵下游和增湿器上游取得的冷却剂。根据该结构，(流动通过散热器的冷却剂数量)＝冷却剂总数量＝(流动通过第二热交换器的冷却剂数量)+(流动通过燃料电池堆的冷却剂数量)+(流动通过增湿器的冷却剂数量)。因此，最大数量的冷却剂可被供应到散热器。
同样，根据前面的结构的至少一个结构，增湿器被布置在冷却剂循环泵上游和散热器下游，并且第二热交换器使用从散热器下游和增湿器上游取得的冷却剂。根据该结构，(流动通过散热器的冷却剂数量)+(流动通过第二热交换器的冷却剂数量)+(流动通过增湿器的冷却剂数量)＝冷却剂总数量＝(流动通过燃料电池堆的冷却剂数量)。因此，最大数量的冷却剂可被供应到燃料电池堆。
同样，根据前面的结构的至少一个结构，冷却剂循环泵在冷却流道中串联布置，增湿器被布置在冷却剂循环泵下游和燃料电池堆上游，并且空气调节热交换器使用从增湿器下游和燃料电池堆上游取得的冷却剂。根据该结构，(流动通过散热器的冷却剂数量)+(流动通过第二热交换器的冷却剂数量)＝冷却剂总数量＝(流动通过增湿器的冷却剂数量)+(流动通过燃料电池堆的冷却剂数量)+(流动通过空气调节热交换器的冷却剂数量)。因此，冷却剂可被供应到空气调节热交换器而适当数量的冷却剂被供应到燃料电池堆。
同样，根据前面的结构的至少一个结构，冷却剂循环泵在冷却流道中串联布置，增湿器被布置在冷却剂循环泵下游和燃料电池堆上游，并且空气调节热交换器使用从散热器下游和冷却剂循环泵上游取得的冷却剂。根据该结构，(流动通过散热器的冷却剂数量)+(流动通过空气调节热交换器的冷却剂数量)+(流动通过第二热交换器的冷却剂数量)＝冷却剂总数量＝(流动通过增湿器的冷却剂数量)+(流动通过燃料电池堆的冷却剂数量)。因此，冷却剂可被供应到其它元件而相当大数量的冷却剂被供应到燃料电池堆。
而且，设置旁通位置切换装置用于切换从冷却流道向第二热交换器分流冷却剂的旁通流道的入口和出口的位置。因此，例如，通过根据燃料电池堆的运行状态切换旁通位置，适用于燃料电池堆的运行状态的冷却剂数量能够被供应到燃料电池堆。
同样，设置旁通位置切换装置用于在冷却流道中切换从冷却流道向空气调节热交换器分流冷却剂的旁通流道的入口和出口的位置。因此，通过根据车辆座舱温度等切换旁通位置，适用于车辆座舱温度的冷却剂数量可被供应到空气调节热交换器。
同样，设置其中布置空气调节热交换器、加热器和第二冷却剂循环泵的空气调节旁通流道，以及与空气调节旁通流道平行布置的循环流道，并且当从冷却流道向空气调节热交换器分流冷却剂时，在空气调节旁通流道和冷却流道之间的连接，以及在空气调节旁通流道和循环流道之间的连接被切换。结果，与冷却燃料电池堆有关的在空气调节旁通流道和冷却流道之间的连接能够以协作方式或者独立地被切换，由此提高冷却系统的自由度。例如，当燃料电池堆处于低温时，可防止低温冷却剂流动到空气调节旁通流道，并且在燃料电池堆已经升温之后，温热冷却剂可被供应到空气调节热交换器。
同样空气调节旁通流道可与冷却流道断开并且与循环流道连接成闭环。空气调节旁通流道还可与循环流道断开并且直接连接到冷却流道。前一连接允许冷却剂仅仅在空气调节热交换器和加热器之间循环，所以车辆座舱可被独立地温热。后一连接使得冷却剂能够被冷却剂流道以协作方式共享。
同样，第二循环泵以较小流速比第一循环泵更加有效率地运行。因此，当燃料电池在低负载下运行时，第一循环泵被停止并且使用第二循环泵将冷却剂循环到燃料电池堆。当燃料电池堆在低负载下运行时，它不需要被散热器冷却所以通常在低流速下循环冷却剂是足够的。在该情形中，使用第二循环泵消耗较少功率，由此改善总系统的燃料消耗性能。
同样，根据前面的结构的至少一个结构，第二热交换器使用从散热器上游和燃料电池堆下游取得并且返回到散热器下游和燃料电池堆上游的冷却剂。根据该结构，(流动通过散热器的冷却剂数量)+(流动通过第二热交换器的冷却剂数量)＝冷却剂总数量＝(流动通过燃料电池堆的冷却剂数量)。因此，相当大数量的冷却剂可被供应到燃料电池堆。
同样，根据前面的结构的至少一个结构，第二热交换器使用从冷却剂循环泵下游和燃料电池堆上游取得的冷却剂。根据该结构，(流动通过散热器的冷却剂数量)＝冷却剂总数量＝(流动通过第二热交换器的冷却剂数量)+(流动通过燃料电池堆的冷却剂数量)。因此，最大数量的冷却剂可被供应到散热器。
同样，根据前面的结构的至少一个结构，冷却剂循环泵在冷却流道中串联布置，并且空气调节热交换器使用从冷却剂循环泵下游和燃料电池堆上游取得的冷却剂。根据该结构，(流动通过散热器的冷却剂数量)+(流动通过第二热交换器的冷却剂数量)＝冷却剂总数量＝(流动通过燃料电池堆的冷却剂数量)+(流动通过空气调节热交换器的冷却剂数量)。因此，冷却剂可被供应到空气调节热交换器而适当数量的冷却剂被供应到燃料电池堆。
同样，根据前面的结构的至少一个结构，冷却剂循环泵在冷却流道中串联布置，并且空气调节热交换器使用从燃料电池堆下游和散热器上游取得的冷却剂。根据该结构，(流动通过散热器的冷却剂数量)+(流动通过空气调节热交换器的冷却剂数量)+(流动通过第二热交换器的冷却剂数量)＝冷却剂总数量＝(流动通过燃料电池堆的冷却剂数量)。因此，冷却剂可被供应到其它元件而相当大数量的冷却剂被供应到燃料电池堆。
如上所述，根据本发明的燃料电池冷却系统使得燃料电池堆冷却系统和另一热交换系统能够以协作方式得以控制。
附图说明
参考附图从下面的优选实施例的说明可以清楚本发明前面的和进一步的目的、特征与优点，在附图中相似的数字被用于代表相似的元件，并且其中：
图1是向其应用根据本发明第一实施例的燃料电池冷却系统的燃料电池运行系统的框图；
图2是示出根据本发明第一实施例的燃料电池冷却系统的结构的视图；
图3是示出根据第一实施例的燃料电池冷却系统的修改实例的视图；
图4是示出根据第一实施例的燃料电池冷却系统的另一修改实例的视图；
图5是示意与根据本发明第二实施例的空气调节热交换器的协作控制的视图；
图6是示出与根据第二实施例的空气调节热交换器的协作控制的修改实例的视图；
图7是示出与根据第二实施例的空气调节热交换器的协作控制的又一修改实例的视图；
图8是示出在示于图7中的修改实例中的空气调节旁通流道连接的一个实例的视图；
图9是示出在示于图7中的修改实例中的空气调节旁通流道连接的另一实例的视图；和
图10是示意在示于图7中的修改实例中的循环泵的运行的视图。
图11是示出根据另一实施例的燃料电池冷却系统的结构的视图；
图12是示出又一实施例的视图；
图13是示出再一实施例的视图；
图14是示出与空气调节热交换器的协调控制的另一实施例的视图；
图15是示出与空气调节热交换器的协调控制的又一实施例的视图；
图16是示出与空气调节热交换器的协调控制的再一实施例的视图；
图17是在示于图16中的实施例中空气调节旁通冷却流道的连接状态的一个实例的视图；
图18是在示于图16中的实施例中空气调节旁通冷却流道的连接状态的另一实例的视图；
图19是示意示于图16中的实施例中的循环泵的运行的视图。
具体实施方式
在下面的说明和附图中，将根据示例性实施例更加详细地描述本发明。下述燃料电池的冷却系统是被应用于燃料电池运行系统的一种系统。因此，将首先描述燃料电池运行系统的结构，然后将描述冷却系统。图1是燃料电池运行系统10的框图，根据本发明第一实施例的燃料电池的冷却系统被应用于该燃料电池运行系统。燃料电池运行系统10包括系统主要部分20和控制作为总系统的系统主要部分20的各种元件的控制部分70。
系统主要部分20包括被称为燃料电池堆22的燃料电池主体，它由堆叠到一起的多个单独燃料电池、在燃料电池堆22的阳极侧上布置的用于供应氢气的各种元件、和在燃料电池堆22的阴极侧上布置的用于供应空气的各种元件构成。
设置阳极侧氢气供应源24，它是供应作为燃料气体的氢的罐。该氢气供应源被连接到调节器26，该调节器用于适当调整从氢气供应源24供应的气体的压力和流速。压力计28被设于调节器26的出口处。该压力计28是用于探测所供应的氢的压力的测量机器。调节器26的出口连接到燃料电池堆22的阳极侧入口从而已被调节为适当压力和流速的燃料气体被供应到燃料电池堆22。
从燃料电池堆22的阳极侧出口排出的气体具有低氢含量，这是因为氢被消耗进行发电，以及由于氮气造成的高的杂质气体含量，氮气是渗透通过MEA(薄膜电极组件)的阴极侧空气的组分。作为反应产物的水分也渗透通过MEA。
当从阳极侧出口排出的气体中的杂质气体含量变高时，连接到燃料电池堆22的阳极侧出口的流动分流器32通过气体释放阀34向稀释器64分流排出的气体。此时排出的气体是除了氮气还包括作为反应产物的水分的氢气。同样，在流动分流器32之后并且在它和阳极侧入口之间设置循环压力增高器件30。该循环压力增高器件30是氢泵，它增高从阳极侧出口返回的气体中的氢的分压力并且再次将该氢返回到阳极侧入口，由此再次利用它。
阴极侧氧供应源40能够使用周边空气。通过过滤器42将从氧供应源40的周边空气(即，气体)供应到阴极侧。在过滤器42之后设置流量计44，它探测从氧供应源40供应的气体的总流量。在过滤器42之后还设置温度计46，它探测从氧供应源40流出的气体的温度。
空气压缩机(ACP)48通过使用马达50压缩供应气体的体积而增高供应气体的压力。同样，ACP(48)在控制部分70的控制下改变它的速度(即，每分钟旋转数)从而供应预定数量的供应气体。即，当需要大的供应气体流速时，马达50的速度增加。相反，当需要小的供应气体流速时，马达50的速度降低。设置ACP功率消耗探测部分52，它是探测ACP(48)的功率消耗或者更具体地，马达50的功率消耗的测量器件。马达50运转越快则消耗功率越多并且马达50运转较慢则消耗功率越少。因此，功率消耗与马达速度或者供应气体流速密切相关。
因为ACP(48)以此方式在控制部分70的控制下向燃料电池堆22的阴极侧供应包括氧的空气，该包括氧的空气在下面被称为阴极侧供应气体或者简称为供应气体。因此，从氧供应源40到ACP(48)的元件可被称为氧供应器件。
增湿器54适当地加湿供应气体从而在燃料电池堆22中的燃料电池反应有效率地进行。已被增湿器54适当地增湿的供应气体然后被供应到燃料电池堆22的阴极侧入口并且从阴极侧出口排出。此时，作为反应产物的水分，也与排出气体一起被排出。燃料电池堆22的温度由于反应而升高，并且当这样时，排出的水分转化为水蒸气。该水蒸气然后被供应到增湿器54并且被用于适当加湿供应气体。以此方式，增湿器54用于从水蒸气向供应气体适当施加水汽，所以它可被用作使用所谓的空中(in-air)系统的气体交换器。即，增湿器54的结构使得能够在气体从ACP(48)流动通过的流道和水蒸气流动通过的流道之间执行气体交换。例如，通过使得空中系统的内侧流道成为供应气体从ACP(48)流动通过的流道并且使得空中系统的外侧流道成为水蒸气从燃料电池堆22的阴极侧出口流动通过的流道，向燃料电池堆22的阴极入口的供应气体能够被适当加湿。
这里，连接上述氧供应器件与燃料电池堆22的阴极侧入口的流道将被称为入口侧流道。相应地，从燃料电池堆22的阴极侧出口连接到排出侧的流道将被称为出口侧流道。
设于出口侧流道的阴极侧出口处的压力计56探测在阴极侧出口处的气体压力。同样，设于出口侧流道中的还被称为背压阀的压力调节阀60通过调整阴极侧出口处的气体压力而调节到燃料电池堆22的供应气体的流速。在这里使用的阀是可调节流道的有效开度的一种阀，例如蝶形阀。
压力调节阀60的出口被连接到增湿器54。因此在气体流动通过压力调节阀60并且向增湿器54供应水蒸气之后，它进入稀释器64，在这之后，它被排出到系统外部。
旁通阀62设于连接入口侧流道与出口侧流道并且与燃料电池堆22平行布置的旁通流道中。该旁通阀62主要供应空气以用于稀释向稀释器64排出的气体中的氢含量。即，当旁通阀62打开时，来自ACP(48)的供应气体经由旁通流道与流动到燃料电池堆22的组分分离地被供应到稀释器64而不流动通过燃料电池堆22。该旁通阀62可具有与被用于削减来自发动机的废气的废气旁通阀的结构相同的结构。该废气旁通阀还被称为EGR阀。
稀释器64是一种缓冲容器，该缓冲容器从阳极侧气体释放阀34收集含有排出水分的氢以及不仅含有来自阴极侧的水蒸气而且含有通过MEA泄露的氢的排出气体，使得氢含量适当，并且然后将它们排出到系统外部。当氢含量超过适当水平时，旁通阀62打开从而可使用不经由燃料电池堆22提供的供应气体适当进行削减。
控制部分70控制作为总系统的系统主要部分20的各种元件并且也可被称为燃料电池CPU。例如，控制部分70根据燃料电池的运行状态以协作方式控制压力调节阀和旁通阀。控制部分70还控制将在以后描述的冷却系统，从而保持燃料电池堆22、ACP48、和阴极侧供应气体等处于适当温度。可利用软件实现这些功能。更具体地，可通过执行相应的燃料电池运行程序、燃料电池冷却程序等实现这些功能。还可利用硬件实现这些功能中的一些。
在这种燃料电池运行系统10中，燃料电池堆22通过在燃料气体和供应气体之间的反应发热。另外，当ACP(48)运行时，还通过马达50等发热。而且，供应到燃料电池堆22的阴极侧的供应气体优选地处于适当温度。同样，虽然可设置用于对车辆座舱进行空气调节的空气调节系统，但是当燃料电池运行系统10被安装在车辆中时，如果可能，优选的是使用来自燃料电池堆22的废热，以当例如座舱较冷时，使得座舱快速地处于适当温度。以此方式，构成燃料电池运行系统10的元件的温度应该被调整，即，被冷却，这便是设置燃料电池冷却系统的原因。
在下面的说明中，使用散热器冷却燃料电池堆的冷却剂流动通过的冷却流道将被称为主要冷却流道，并且分流冷却剂流并且平行于主要冷却流道行进的冷却流道将被称为旁通冷却流道。用于冷却ACP(48)的热交换器和用于对座舱进行空气调节的热交换器将被描述为设于旁通冷却流道中的热交换器。散热器被认为是第一热交换器所以用于冷却ACP(48)的热交换器将被称为第二热交换器，并且用于对座舱进行空气调节的热交换器将被称为空气调节热交换器。第二热交换器在该情形中可与中间冷却器相结合以用于通过使用被分流的冷却剂执行热交换而作为冷却系统独立冷却ACP(48)。当然，中间冷却器也可被保留作为独立冷却系统并且第二热交换器被用于冷却其它元件。
图2是燃料电池的冷却系统100的结构的视图。该图示出在燃料电池运行系统中的阴极侧冷却系统。从ACP(48)经由增湿器54进入燃料电池堆22并且然后离开燃料电池堆22的用于供应气体的流道80以细线示出，而冷却剂流动通过的流道由粗线示出。燃料电池的冷却系统100设有冷却剂流动通过的流道，即主要冷却流道102和与主要冷却流道102平行布置并且分流相同冷却剂的旁通冷却流道104。主要为水的LCC(长寿命冷却剂)等可被用作冷却剂。
在主要冷却流道102中，布置有具有冷却风扇的散热器110、用于加热的加热器112、用于向加热器112适当分流冷却剂的三通阀114、和用于循环冷却剂的循环泵(WP)。流动通过主要冷却流道102的冷却剂在散热器110和燃料电池堆22之间循环，从温的或者热的燃料电池堆22消除热量，然后被散热器110冷却，并且再次返回到燃料电池堆22。同样，增湿器54被平行于向燃料电池堆22的阴极侧供应氧化气体的燃料电池堆阴极侧入口和气体通过它被排出的燃料电池堆阴极侧出口布置，如上所述，并且还被主要冷却流道102冷却。
平行于主要冷却流道102布置旁通冷却流道104。在该旁通冷却流道104中的冷却剂从冷却剂通过它从散热器110朝向燃料电池堆22流动的主要冷却流道102的供应侧流道被取得，并且被返回到冷却剂通过它从燃料电池堆22朝向散热器110流动的主要冷却流道102的排出侧流道。旁通冷却流道104经由第二热交换器120导向ACP(48)的马达50的机壳等，并且然后返回到主要冷却流道102，该第二热交换器120与从ACP(48)供应到增湿器54和燃料电池组22的被压缩的供应气体的流道80执行热交换。因此，第二热交换器120从ACP(48)的马达50消除热并且还调整供应气体的温度。该功能可还由被称为中间冷却器的独立冷却系统执行，但是在示于图2的结构中，中间冷却器的功能被冷却剂和从散热器110延伸到燃料电池堆22的冷却系统共享。
这里，循环泵130被设于在增湿器的上游侧上和冷却剂进入旁通冷却剂流道104的位置的下游侧上的主要冷却流道102的供应侧流道中。如图2所示，增湿器54布置在循环泵130的下游和燃料电池堆22的上游，并且从散热器110下游和循环泵130上游取得热交换器120使用的冷却剂。即，冷却剂在循环泵130的上游流动通过散热器110和第二热交换器120并且在循环泵130的下游通过增湿器54和燃料电池堆22。
因此，利用该结构，(流动通过散热器110的冷却剂数量)+(流动通过第二热交换器120的冷却剂数量)＝冷却剂总数量＝(流动通过燃料电池堆22的冷却剂数量)+(流动通过增湿器54的冷却剂数量)。因此，如果(流动通过增湿器54的冷却剂数量)较小，则相当大的数量的冷却剂可被供应到燃料电池堆22。流动通过增湿器54的冷却剂的数量与流动通过燃料电池组22的冷却剂的数量的比率能够通过这两者的流道阻力的百分比等确定。例如，如果比率(流动通过增湿器54的冷却剂数量)∶(流动通过燃料电池堆22的冷却剂数量)＝2∶98，则冷却剂总数量的98％可被供应到燃料电池堆22。结果，当燃料电池堆22的温度变得太高时，热可被快速消除到散热器110一侧。同样，(流动通过散热器110的冷却剂数量)与(流动通过第二热交换器120的冷却剂数量)的比率也可通过这两者的流道阻力的百分比等确定。可替代地，可使用控制阀确定流动通过它们的冷却剂数量，该阀控制分配比率，并且能够以协作方式运行散热器110和第二热交换器120。
旁通冷却流道104也与主要冷却流道102平行设置，这使得能够减小在从第二热交换器120排出的冷却剂的温度和从燃料电池堆22排出的冷却剂的温度之间的差别。前者确定增湿器54的供应气体入口侧上的供应气体温度并且后者确定增湿器54的供应气体出口的温度。因此，在增湿器54的两个气体入口端之间的温差可被减小，所以即使使用空中式结构，由该两端之间的温差引起的损坏也可被抑制。
在燃料电池冷却系统中，可根据旁通冷却流道在何处从主要冷却流道分离以及循环泵130的布置改变分配冷却剂的方式。图3是根据第一实施例的修改实例的燃料电池的冷却系统140的结构视图，该冷却系统可向散热器110分配最大数量的冷却剂。在该图中与图2中的元件相同的元件利用相似的参考标记标注并且将省去对那些元件的详细说明。
在示于图3的燃料电池的冷却系统140中，循环泵130在散热器110的下游并且在冷却剂被分流到旁通冷却流道144的位置的上游设于主要冷却流道102的供应侧流道中。如图3所示，增湿器54被布置在循环泵130下游和燃料电池堆22上游，并且从散热器110和循环泵130的下游，以及增湿器54的上游取得第二热交换器120使用的冷却剂。即，在循环泵130的上游，冷却剂仅仅流动通过散热器110，而在循环泵130的下游，冷却剂流动通过第二热交换器120、增湿器54和燃料电池堆22。
因此，根据该结构，(流动通过散热器110的冷却剂数量)＝冷却剂总数量＝(流动通过第二热交换器120的冷却剂数量)+(流动通过燃料电池堆22的冷却剂数量)+(流动通过增湿器54的冷却剂数量)，所以(流动通过散热器110的冷却剂数量)可被最大化。结果，当在燃料电池堆22供应气体入口侧和出口侧之间的温差较大时，通过从燃料电池堆22向散热器110分配最大数量的冷却剂，该温差可被有效降低。
图4是根据该实施例另一修改实例的燃料电池的冷却剂系统150的结构视图，其中最大数量的冷却剂可被分配到燃料电池堆22。在该图中与图2和3中的元件相同的元件利用相似的参考标记标注并且将省去对那些元件的详细说明。
在示于图4的燃料电池的冷却系统150中，循环泵130在冷却剂被分流到旁通冷却流道144和增湿器54的位置的下游，并且正好在燃料电池堆22的上游处设于主要冷却流道102的供应侧流道中。如图4所示，增湿器54被布置在循环泵130上游和散热器110下游，并且从散热器110下游和增湿器54的上游取得第二热交换器120使用的冷却剂。即，在循环泵130的上游，冷却剂流动通过散热器110、第二热交换器120和增湿器54，而在循环泵130的下游，冷却剂仅仅流动通过燃料电池堆22。
因此，根据该结构，(流动通过散热器110的冷却剂数量)+(流动通过第二热交换器120的冷却剂数量)+(流动通过增湿器54的冷却剂数量)＝冷却剂总数量＝(流动通过燃料电池堆22的冷却剂数量)，所以(流动通过燃料电池堆22的冷却剂数量)可被最大化。结果，通过向该燃料电池堆22分配最大数量的冷却剂，来自燃料电池堆22的热可被有效消除。
在燃料电池的冷却系统中，还可从主要冷却流道向用于对车辆座舱进行空气调节的空气调节热交换器分流冷却剂。图5是根据本发明第二实施例的向空气调节热交换器分流冷却剂的燃料电池冷却系统160的结构的视图。在该图中与图2中的元件相同的元件利用相似的参考标记标注并且将省去对那些元件的详细说明。
除了参考图2描述的包括旁通冷却流道104和第二热交换器120的冷却系统，示于图5中的燃料电池冷却系统160还设有空气调节旁通冷却流道164，其从主要冷却流道102向用于对车辆座舱162进行空气调节的空气调节热交换器170分流冷却剂。当必要时，在空气调节旁通冷却流道164中设置加热器166，和控制(选择性地允许或者防止)冷却剂到空气调节旁通冷却流道164的分流的截流阀168。
在主要冷却流道102中的冷却剂在正好位于燃料电池堆22的冷却剂入口之前的位置处被分流到空气调节热交换器170。如图5所示，增湿器54被布置在循环泵130的下游和燃料电池堆22的上游，并且从增湿器54下游和燃料电池堆22上游取得空气调节热交换器170使用的冷却剂。同样，当截流阀168打开时，已被从主要冷却流道120分流的冷却剂经由加热器166被供应到空气调节热交换器170，然后返回到主要冷却流道102。冷却剂返回点正好位于燃料电池堆22的冷却剂出口之后。
根据该结构，(流动通过散热器110的冷却剂数量)+(流动通过第二热交换器120的冷却剂数量)＝冷却剂总数量＝(流动通过增湿器54的冷却剂数量)+(流动通过燃料电池堆22的冷却剂数量)+(流动通过空气调节热交换器170的冷却剂数量)。因此，冷却剂可被供应到空气调节热交换器而适当的冷却剂数量还被供应到燃料电池堆22。
即，根据该结构，已经通过燃料电池堆22的运行被加热并且在被散热器110保持在适当温度下时循环的冷却剂可被供应到空气调节热交换器170，从而车辆座舱162可被加热并且实现了适当的空气调节环境而不用特别地提供单独的空气调节系统。如果必要，也可使用加热器112或者加热器166。进一步，当燃料电池堆22未被充分温热时，可通过关闭截流阀168防止低温冷却剂被分配到空气调节热交换器170。
以此方式，通过仅当车辆座舱需被加热时打开截流阀168，可降低循环泵130的功率。同样，通过在空气调节热交换器170的系统中提供有助于加热车辆座舱的加热器166，如图5所示，在截流阀168被关闭的燃料电池堆22的通常冷却运行期间，燃料消耗可被降低而不损失加热器166中的压力。
如上所述，通过在燃料电池堆22的冷却系统和座舱空气调节系统之间共享冷却剂并且根据燃料电池堆22的温度和车辆座舱中的温度选择性地打开和关闭截流阀168，燃料电池堆22的冷却系统和座舱空气调节系统可在协作控制下相结合。在图5中，设置包括第二热交换器120的旁通冷却流道104，并且散热器110、第二热交换器120、以及空气调节热交换器170被以协作方式控制。然而，可替代地，第二热交换器120可被省去并且可在散热器110与空气调节热交换器170之间执行协作控制。
在包括空气调节热交换器的冷却系统中，可根据空气调节旁通冷却流道从主要冷却流道分离的位置以及循环泵130的布置改变冷却剂被分配的方式。图6是根据第二实施例的修改实例的燃料电池的冷却系统180的结构视图。在该系统中，在主要冷却流道102中的冷却剂被分流到正好在散热器110之后的空气调节热交换器170。在该图中与图5中的元件相同的元件利用相似的参考标记标注并且将省去对那些元件的详细说明。
在示于图6的燃料电池的冷却系统180中，在主要冷却流道中的冷却剂被分流到正好在散热器110的下游的空气调节热交换器170。如图所示，增湿器54被布置在循环泵130的下游和燃料电池堆22的上游，并且从散热器110下游和循环泵130上游取得空气调节热交换器170使用的冷却剂。同样，当截流阀168打开时，已从主要冷却流道102分流的冷却剂经由加热器166被供应到空气调节热交换器170并且然后返回到主要冷却流道102。冷却剂返回点正好位于燃料电池堆22的冷却剂出口之后。
根据该结构，(流动通过散热器110的冷却剂数量)+(流动通过空气调节热交换器170的冷却剂数量)+(流动通过第二热交换器120的冷却剂数量)＝冷却剂总数量＝(流动通过增湿器54的冷却剂数量)+(流动通过燃料电池堆22的冷却剂数量)。因此，冷却剂可被供应到其它元件同时相当大数量的冷却剂还被供应到燃料电池堆22。
即，根据该结构，已经通过燃料电池堆22的运行被加热的并且在被散热器110保持在适当温度下时循环的冷却剂可被供应到空气调节热交换器170从而车辆座舱162可被加热并且实现了适当的空气调节环境而不用特别地提供单独的空气调节系统。如果必要，也可使用加热器112或者加热器166。进一步，当燃料电池堆22未被充分温热时，可通过关闭截流阀168防止低温冷却剂被分配到空气调节热交换器170。因为相当大数量的冷却剂可被供应到燃料电池堆22，所以可从该燃料电池堆22快速地消除热。
如上所述，在燃料电池堆的冷却系统中，可根据用于第二热交换器的旁通冷却流道和用于空气调节热交换器的空气调节旁通冷却流道从主要冷却流道分离的位置，以及循环泵的布置改变分配冷却剂的方式。因此，通过切换从主要冷却流道分流的位置和循环泵的位置布置，燃料电池堆的冷却、供应气体和ACP(48)通过第二热交换器的热交换、以及车辆座舱通过空气调节热交换器的空气调节等能够以协作方式被控制，从而可根据燃料电池运行系统10的运行状态或者车辆的运行状态供应用于每一种的适当数量的冷却剂。
例如，提供用于在主要冷却流道中切换从主要冷却流道向第二热交换器分流冷却剂的旁通流道的入口和出口的位置的旁通位置切换装置使得能够通过根据燃料电池堆的运行状态切换旁通位置向燃料电池堆提供适于燃料电池堆的运行状态的冷却剂数量。
同样，提供用于在主要冷却流道中切换从主要冷却流道向空气调节热交换器分流冷却剂的旁通流道的入口和出口的位置的旁通位置切换装置使得能够通过根据座舱温度等切换旁通位置向空气调节热交换器供应适于车辆座舱温度的冷却剂数量。
图7是根据第二实施例的修改实例的燃料电池的冷却系统200的结构视图。这里，空气调节旁通冷却流道的结构已经被设计成使得流动到空气调节热交换器170的冷却剂能够或者与主要冷却流道102以协作方式共享或者仅仅被用于空气调节热交换器170。在该图中与图5中的元件相同的元件利用相似的参考标记标注并且将省去对那些元件的详细说明。
在示于图7的燃料电池的冷却系统200中，空气调节旁通冷却流道202包括三个元件。即，全部空气调节旁通冷却流道202由冷却剂通过它从主要冷却流道102取得并且返回到主要冷却流道102的输入/输出流道204，流动通过空气调节热交换器170的冷却剂流动通过的空气调节旁通流道206，以及平行于空气调节旁通流道206布置的循环流道208构成。
如图7所示，三通阀210和212被设于该三个流道，即，输入/输出流道204、空气调节旁通流道206、和循环流道208的连接点处。因此，通过该两个三通阀210和212能够切换在输入/输出流道204、空气调节旁通流道206，和循环流道208之间的连接。在该意义上，该两个三通阀210和212是用于切换在空气调节旁通流道206和连接到主要冷却流道102的输入/输出流道204之间的连接，以及在空气调节旁通流道206和循环流道208之间的连接的切换装置。将在以后描述多种切换模式。
除设于主要冷却流道102中的循环泵130之外用于循环冷却剂的泵被设于空气调节旁通流道206中。为了区分该泵与循环泵130，它将被称为第二循环泵220。在空气调节旁通流道206中，该第二循环泵220、加热器222，和空气调节热交换器170被串联布置。在图7中，元件以下面的次序布置：三通阀210、第二循环泵220、加热器222、空气调节热交换器170，和三通阀212。然而，可替代地，可按照另一次序在三通阀210和212之间布置各种元件，并且根据情况，还包括切换阀等并且被平行布置。
第二循环泵220是比主要冷却流道102中的循环泵130小的冷却剂循环泵。在主要冷却流道102中的循环泵130具有允许其甚至在高流速下也充分运行的容量，从而冷却剂可循环通过包括散热器110，增湿器54，和燃料电池堆22的冷却剂流道，快速执行热交换，并且被保持在适当温度。相反，第二循环泵220被设计成主要通过空气调节热交换器170循环冷却剂，并且因此可为小容量泵。因为该第二循环泵220较小，所以在低流速下的运行效率好于主要冷却流道102中的循环泵130的运行效率。同样，第二循环泵220优选地使得即使当它未被运行时，冷却剂也能够通过它。这使得即使当第二循环泵220未被运行时，也能够防止冷却剂流动效率的降低。
输入/输出流道204是从主要冷却流道102向三通阀210和212延伸的冷却剂流道，所以在该意义上，它可被认为是主要冷却流道102的部分的分支流道。因为循环流道208与空气调节旁通流道206平行连接，所以循环流道208形成环形流道。
下面，将对通过三通阀210和212切换冷却流道进行描述。根据燃料电池堆22的运行状态，通过未示出的冷却控制部分执行三通阀210和212的切换运行。该冷却控制部分也可与示于图1中的燃料电池运行系统10的控制部分70相结合。图8是示出成闭环连接到循环流道208的空气调节旁通流道206的视图，通过切换三通阀210和212实现该闭环。此时，输入/输出流道204从该闭环流道隔离。为了使得该流道更加易于看见，三通阀210和212在图8中已被省去。更特别地，通过运行三通阀210从而它将空气调节旁通流道206的一侧与循环流道208的一侧连接，并且运行三通阀212从而它将空气调节旁通流道206的另一侧与循环流道208的另一侧连接而形成该闭环流道。
形成这种闭环流道使得冷却剂能够独立于主要冷却流道102被第二循环泵220循环通过该闭环流道。即，冷却剂可在加热器222和空气调节热交换器170之间循环。当燃料电池堆22仍在低温下运行时，优选地使用该连接状态。结果，可防止尚未被燃料电池堆22充分加热的低温冷却剂被分配到空气调节热交换器170。同样，运行加热器222和第二循环泵220使得闭环流道中的冷却剂被充分加热并且被供应到空气调节热交换器170，这使得车辆座舱162能够被充分地并且快速地加热。
图9是示出其中三通阀210和212已被切换以断开循环流道208并且将输入/输出流道204与空气调节旁通流道206连接到一起的状态的视图。这里，同样，正如在图8中，三通阀210和212已被省去以使得流道更加易于看见。更特别地，三通阀210运行从而它将连接到主要冷却流道102中的冷却剂入口的输入/输出流道204的一侧与空气调节旁通流道206的一侧相连接，并且三通阀212运行从而它将空气调节旁通流道206的另一侧与连接到主要冷却流道102中的冷却剂返回点的输入/输出流道204的另一侧相连接。结果，循环流道208被断开而输入/输出流道204和空气调节旁通流道206被直接地连接到一起所以可平行于行进通过燃料电池堆22的主要冷却流道102布置空气调节旁通流道206。
该连接与示于图5的结构基本相同。即，空气调节旁通冷却流道202与主要冷却流道102共享冷却剂并且执行所谓的协作控制。因此，三通阀210和212在与主要冷却流道102的协作控制连接和独立控制连接之间切换空气调节旁通流道206的连接。当经由协作控制连接而连接空气调节旁通流道206时，停止第二循环泵220。然而，如上所述，即使当第二循环泵的运行停止时，冷却剂仍可自由地通过第二循环泵220所以空气调节旁通流道206的冷却剂流动效率并不降低。
如参考图5所描述的那样，当循环已经被燃料电池堆22的运行加热并且被散热器110保持在适当温度下的冷却剂时，执行协作控制。因此，根据燃料电池堆22的运行状态在示于图8的闭环流道连接和协作控制连接(示于图9中的直接连接)之间切换连接。例如，当燃料电池堆22尚未被温热时，采用示于图8中的闭环流道连接并且运行加热器222和第二循环泵220以升高被供应到空气调节热交换器170的冷却剂的温度。当燃料电池堆22升温并且主要冷却流道102中的冷却剂温度升高时，连接切换为示于图9中的直接连接并且加热器222停止运行。结果，可降低加热车辆座舱162所需的功率，由此改善燃料消耗。
当燃料电池堆22中冷却剂的温度，即，冷却剂温度，达到预定目标冷却剂温度时，连接可在示于图8中的闭环流道连接和示于图9中的直接连接之间切换。可替代地，为了进一步改善燃料消耗，可甚至更早地进行切换，例如当能够执行热交换并且冷却剂温度达到接近目标冷却剂温度的50摄氏度时。
图10是示出其中当形成示于图9中的连接时，即，当空气调节旁通流道206和主要冷却流道102被直接地连接时，第二循环泵220在运行并且主要冷却流道102的循环泵130被停止的情形的视图。根据燃料电池堆22的运行状态，主要冷却流道102的循环泵130和第二循环泵220的运行通过未示出的冷却控制部分切换。当主要冷却流道102的循环泵130未正在运行时，冷却剂并不循环通过主要冷却流道102。在这些条件下，当第二循环泵220在运行同时形成示于图9中的连接时，冷却剂循环通过闭环，从第二循环泵220流动到加热器222，到空气调节热交换器170，到燃料电池堆22，并且然后再次返回到第二循环泵220。
当燃料电池堆22在低负载下运行时，例如当燃料电池堆22空运行或者间歇运行时，可使用上面参考图10的所述的运行状态。因为当燃料电池堆22在低负载下运行时不产生大量的热，所以经常不需要通过散热器110的冷却。因此，主要冷却流道102的循环泵130被停止并且替代地冷却剂循环通过更小的第二循环泵220。当流速低时，第二循环泵220在比大容量循环泵130更好的效率下运行。即，更小的第二循环泵220能够利用比大容量循环泵130更低的功率有效率地循环冷却剂，这使得当燃料电池堆22在低负载下运行时能够改善燃料消耗。当燃料电池堆22在中等或者高负载下运行时，第二循环泵220停止并且通过仅仅运行主要冷却流道102的循环泵130而循环冷却剂，如参考图9所描述的。因此，驱动第二循环泵220所需功率能被降低，而这又使得能够改进在中等或者高负载下的燃料消耗。
进一步，当在使用示于图8中的闭环流道连接加热冷却剂并且通过空气调节热交换器170温热车辆座舱162之后使用者关闭车辆座舱162中的空气调节时，连接切换为示于图9或者10中的直接连接而加热器222继续运行。当空气调节器被关闭时，从空气调节热交换器170将温热空气吹送到车辆座舱162中的风扇等也被关闭。然而，因为加热器222仍在运行，所以加热的冷却剂可被供应到燃料电池堆22，由此使得燃料电池堆22能够快速温热。
在图5到10中，包括空气调节热交换器170的冷却剂流道优选地被适当隔热装置隔离。例如，冷却剂流道管道可利用适当的隔热材料覆盖。结果，当燃料电池运行系统被起动时，能够在空气调节热交换器170中有效率地执行热交换所以车辆座舱162可被快速温热。因此，可使用小功率等快速温热车辆座舱162，由此改善燃料消耗。
上述结构是其中主要冷却流道102通过增湿器54的一种结构。然而，该结构也可以使得主要冷却流道102不通过增湿器54。同样，用于主要冷却流道102中的第二热交换器120的冷却剂入口和冷却剂返回点可从上述结构颠倒从而冷却剂从马达50朝向第二热交换器120流动。同样，用于主要冷却流道102中的空气调节热交换器170的冷却剂入口和冷却剂返回点也可从上述结构颠倒。现在将描述这种结构。在下面，与图1到10中的元件相同的元件利用相似的参考标记标注并且将省去对那些元件的详细说明。
图11是燃料电池的冷却系统300的结构视图。燃料电池的冷却剂系统300与参考图2描述的燃料电池的冷却剂系统100不同之处在于主要冷却流道102不通过增湿器54并且用于主要冷却流道102中的第二热交换器120的冷却剂入口和冷却剂返回点被颠倒。这里，以与参考图2描述的相同方式，燃料电池的冷却系统300设有冷却剂流动通过的流道，即主要冷却流道102和与该主要冷却流道102平行布置并且分流相同冷却剂的旁通冷却流道104。
在主要冷却流道102中布置具有冷却风扇的散热器110、用于加热的加热器112、用于向加热器112适当分流冷却剂的三通阀114，和用于循环冷却剂的循环泵(WP)130。流动通过主要冷却流道102的冷却剂在散热器110和燃料电池堆22之间循环，从温或热的燃料电池堆22消除热，然后被散热器110冷却，并且再次返回到燃料电池堆22。同样，增湿器54与向燃料电池堆22的阴极侧供应氧化气体的气体入口和气体通过它被排出的气体出口平行布置，如上所述。然而，主要冷却流道102不通过增湿器54，所以增湿器54不被来自主要冷却流道102的冷却剂冷却。
图11中的离子交换器132是用于消除用作冷却介质的冷却剂中的离子的设备。即，来自构成冷却剂循环通道的元素的离子在冷却剂中溶解。离子交换器132消除这些离子，由此保持用作冷却介质的冷却剂的高阻力。离子交换器132与主要冷却流道102平行布置，如图11所示，但是根据情况它也可与主要冷却流道102串联布置。同样用于探测冷却剂中的离子含量的离子探测装置也可被设于离子交换器132中。
旁通冷却流道104与该主要冷却流道102平行布置。冷却剂从冷却剂通过它从燃料电池堆22返回到散热器110的主要冷却流道102的排出侧流道被吸入该旁通冷却流道104中，并且被返回到冷却剂通过它从散热器110朝向燃料电池堆22流动的主要冷却流道102的供应侧流道。旁通冷却流道104导向ACP48的第二热交换器120，在此处与用于经由增湿器54从ACP48供应到燃料电池堆22的被压缩的供应气体的流道80执行热交换，在这之后，冷却剂被返回到主要冷却流道102。因此，第二热交换器120调整供应气体的温度。该功能传统上通过被称为中间冷却器的独立的冷却系统执行，但是在示于图11的结构中，类似于图2，传统的中间冷却器的功能被冷却剂和从散热器110延伸到燃料电池堆22的冷却系统共享。
这里，循环泵130被设于冷却剂从旁通冷却剂流道104返回到主要冷却流道102的位置的下游侧上的主要冷却流道102的供应侧流道中。如图11所示，从散热器110上游和燃料电池堆22下游取得流动通过第二热交换器120的冷却剂。即，冷却剂流动通过散热器110和循环泵130上游的第二热交换器120并且通过循环泵130下游的燃料电池堆22。
因此，利用该结构，(流动通过散热器110的冷却剂数量)+(流动通过第二热交换器120的冷却剂数量)＝冷却剂总数量＝(流动通过燃料电池堆22的冷却剂数量)。因此，相当大数量的冷却剂可被供应到燃料电池堆22。结果，当燃料电池堆22的温度太高时，该热可被快速消除到散热器110侧。同样，(流动通过散热器110的冷却剂数量)与(流动通过第二热交换器120的冷却剂数量)的比率可通过该两者的流道阻力等确定。可替代地，可使用控制分配比率的控制阀确定流动通过它们的冷却剂数量并且散热器110和第二热交换器120能够以协作方式运行。
同样，旁通冷却流道104与主要冷却流道102平行设置，这使得在从第二热交换器120排出的冷却剂的温度和从燃料电池堆22排出的冷却剂的温度之间的差减小。前者由增湿器54的供应气体入口侧上的供应气体温度限定并且后者由增湿器54的供应气体出口侧处的气体温度限定。因此，在增湿器54的两个气体入口端之间的温差可被降低所以即使使用空中型结构，由在这两端之间的压力差引起的损坏也可被抑制。
在燃料电池冷却系统中，可根据旁通冷却流道从主要冷却流道分离的位置和循环泵130的布置改变分配冷却剂的方式。图12是可向散热器110分配最大数量的冷却剂的燃料电池的冷却系统340的结构视图。
在示于图12的燃料电池的冷却系统340中，循环泵130在散热器110下游和冷却剂从旁通冷却流道144返回到主要冷却流道102的位置的上游设于主要冷却流道102的供应侧流道中。如图12所示，从散热器110上游，和燃料电池堆22下游取得在第二热交换器120中使用的冷却剂。即，在循环泵130上游，冷却剂仅仅流动通过散热器110，而在循环泵130的下游，冷却剂流动通过第二热交换器120和燃料电池堆22。
因此，根据该结构，(流动通过散热器110的冷却剂数量)＝冷却剂总数量＝(流动通过第二热交换器120的冷却剂数量)+(流动通过燃料电池堆22的冷却剂数量)，所以(流动通过散热器110的冷却剂数量)可被最大化。结果，例如，当在燃料电池堆22的供应气体入口侧和出口侧之间的温差较大时，通过从燃料电池堆22向散热器110分配最大数量的冷却剂，该温差可被有效地减小。
图13是示出可向燃料电池堆22分配最大数量的冷却剂的燃料电池冷却系统350的结构的视图。
在示于图13的燃料电池的冷却系统350中，在冷却剂从旁通冷却流道154返回的位置的下游并且正好在燃料电池堆22的上游，将循环泵130设于主要冷却流道102的供应侧流道中。如图13所示，从散热器110上游和燃料电池堆22下游取得用于第二热交换器120的冷却剂。即，在循环泵130上游冷却剂流动通过散热器110和第二热交换器120，而在循环泵130下游冷却剂仅仅流动通过燃料电池堆22。
因此，根据该结构，(流动通过散热器110的冷却剂数量)+(流动通过第二热交换器120的冷却剂数量)＝冷却剂总数量＝(流动通过燃料电池堆22的冷却剂数量)，所以(流动通过燃料电池堆22的冷却剂数量)可被最大化。结果，通过向燃料电池堆22分配最大数量的冷却剂，来自燃料电池堆22的热可被有效地消除。
在燃料电池的冷却系统中，冷却剂还可从主要冷却流道分流到用于对车辆座舱进行空气调节的空气调节热交换器。图14是向空气调节热交换器分流冷却剂的燃料电池冷却系统360的结构视图。
除了参考图11描述的包括旁通冷却流道104和第二热交换器120的冷却系统，示于图14中的燃料电池冷却系统360还设有空气调节旁通冷却流道164，其从主要冷却流道102向用于对车辆座舱162进行空气调节的空气调节热交换器170分流冷却剂。当必要时，在空气调节旁通冷却流道164中设置加热器166，以及控制(选择性地允许或者防止)向空气调节旁通冷却流道164分流冷却剂的截流阀168。
主要冷却流道102中的冷却剂正在燃料电池堆22的冷却剂入口前的位置处被分流到空气调节热交换器170。如图14所示，从燃料电池堆22上游取得用于空气调节热交换器170中的冷却剂。同样，当截流阀168打开时，已从主要冷却流道102分流的冷却剂经由加热器166被供应到空气调节热交换器170并且然后返回到主要冷却流道102。冷却剂返回点正好位于燃料电池堆22的冷却剂出口之后。
根据该结构，(流动通过散热器110的冷却剂数量)+(流动通过第二热交换器120的冷却剂数量)＝冷却剂总数量＝(流动通过燃料电池堆22的冷却剂数量)+(流动通过空气调节热交换器170的冷却剂数量)。因此，冷却剂可被供应到空气调节热交换器而适当数量的冷却剂还被供应到燃料电池堆22。
即，根据该结构，已被燃料电池堆22的运行加热并且当被散热器110保持在适当温度下时循环的冷却剂可被供应到空气调节热交换器170从而车辆座舱162可被加热并且实现适当的空气调节环境而不需要特别地提供单独的空气调节系统。如果必要，也可使用加热器112或者加热器166。进一步，当燃料电池堆22未被充分温热时，通过关闭截流阀168可防止低温冷却剂被分配到空气调节热交换器170。
以此方式，通过仅当车辆座舱需要被加热时打开截流阀168，循环泵130的功率可被降低。同样，通过在空气调节热交换器170的系统中提供有助于加热车辆座舱的加热器166，如图14所示，在其中截流阀168被关闭的燃料电池堆22的通常冷却运行期间燃料消耗可被降低而没有加热器166中的压力损失。
如上所述，通过在燃料电池堆22的冷却系统和座舱空气调节系统之间共享冷却剂并且通过根据燃料电池堆22的温度和车辆座舱中的温度选择性地打开和关闭截流阀168，可在协作控制下结合燃料电池堆22的冷却系统和座舱空气调节系统。在图14中，设置包括第二热交换器120的旁通冷却流道104，并且散热器110、第二热交换器120、和空气调节热交换器170被以协作方式控制。然而，可替代地，第二热交换器120可已被省去并且可在散热器110和空气调节热交换器170之间执行协作控制。
在包括空气调节热交换器的冷却系统中，能够根据空气调节旁通冷却流道从主要冷却流道分离的位置和循环泵130的布置改变分配冷却剂的方式。图15是根据本发明第十二示例实施例的燃料电池冷却系统380的结构视图。在该系统中，冷却剂正好在散热器110之后，从空气调节热交换器170返回到主要冷却流道102。
在示于图15的燃料电池冷却系统380中，在燃料电池堆22下游和散热器110上游，主要冷却流道102中的冷却剂被分流到空气调节热交换器170。如图15所示，从正好在燃料电池堆22的冷却剂出口下游和散热器110上游取得用于空气调节热交换器170中的冷却剂。同样，当截流阀168打开时，已从主要冷却流道102分流的冷却剂被供应到空气调节热交换器170和加热器166，然后返回到主要冷却流道102。冷却剂返回点位于散热器110下游和循环泵130上游。
根据该结构，(流动通过散热器110的冷却剂数量)+(流动通过空气调节热交换器170的冷却剂数量)+(流动通过第二热交换器120的冷却剂数量)＝冷却剂总数量＝(流动通过燃料电池堆22的冷却剂数量)。因此，冷却剂可被供应到其它元件而相当大数量的冷却剂还被供应到燃料电池堆22。
即，根据该结构，已被燃料电池堆22的运行加热并且当被散热器110保持在适当温度下时循环的冷却剂能够被供应到空气调节热交换器170从而车辆座舱162可被加热并且实现适当的空气调节环境而不需要特别地提供单独的空气调节系统。如果必要，也可使用加热器166。进一步，当燃料电池堆22未被充分温热时，通过关闭截流阀168可防止低温冷却剂被分配到空气调节热交换器170。因为相当大数量的冷却剂可被供应到燃料电池堆22，可从该燃料电池堆22快速消除热。
如上所述，即使在其中冷却剂不从主要冷却流道流动通过增湿器54的燃料电池堆的冷却系统中，也能根据用于第二热交换器的旁通冷却流道和用于空气调节热交换器的空气调节旁通冷却流道从主要冷却流道分离的位置，以及循环泵的布置改变分配冷却剂的方式。因此，通过切换在此处从主要冷却流道进行分流的位置和循环泵的位置布置，燃料电池堆的冷却、供应气体和ACP48通过第二热交换器的热交换、和车辆座舱通过空气调节热交换器的空气调节等能够以协作方式被控制从而可根据燃料电池运行系统10的运行状态或者车辆的运行状态供应用于每一运行的适当数量的冷却剂。
例如，提供用于在主要冷却流道中切换从主要冷却流道向第二热交换器分流冷却剂的旁通流道的入口和出口的位置的旁通位置切换装置使得能够通过根据燃料电池堆的运行状态切换旁通位置向燃料电池堆提供适于燃料电池堆的运行状态的冷却剂数量。
同样，提供用于在主要冷却流道中切换从主要冷却流道向空气调节热交换器分流冷却剂的旁通流道的入口和出口的位置的旁通位置切换装置使得能够通过根据座舱温度等切换旁通位置向空气调节热交换器供应适于车辆座舱温度的冷却剂数量。
图16是根据本发明第十四示例实施例的燃料电池的冷却系统400的结构视图。这里，空气调节旁通冷却流道的结构已经被设计成使得流动到空气调节热交换器170的冷却剂或者能够与主要冷却流道102以协作方式共享或者仅仅被用于空气调节热交换器170。
在示于图16的燃料电池的冷却系统400中，空气调节旁通冷却流道202包括三个元件。即，全部空气调节旁通冷却流道202由冷却剂通过它从主要冷却流道102取得并且返回到主要冷却流道102的输入/输出流道204、流动通过空气调节热交换器170的冷却剂流动通过的空气调节旁通流道206、以及平行于空气调节旁通流道206布置的循环流道208构成。
如图16所示，三通阀212被设于该三个流道，即，输入/输出流道204、空气调节旁通流道206、和循环流道208的连接点处。因此，通过该三通阀212可切换在输入/输出流道204、空气调节旁通流道206、和循环流道208之间的连接。在该意义上，该两个三通阀212用作用于切换在空气调节旁通流道206和连接到主要冷却流道102的输入/输出流道204之间的连接，以及在空气调节旁通流道206和循环流道208之间的连接的装置。将在以后描述多种切换模式。
除设于主要冷却流道102中的循环泵130之外用于循环冷却剂的泵被设于空气调节旁通流道206中。为了区分该泵与循环泵130，它将被称为第二循环泵220。在空气调节旁通流道206中，该第二循环泵220、加热器222，和空气调节热交换器170被串联布置。在图16中，元件以下面的次序布置：三通阀212、第二循环泵220、加热器222，和空气调节热交换器170。然而，可替代地，可按照另一次序在三通阀212的入口和出口之间布置各种元件，并且根据情况，还包括切换阀等并且被平行布置。
第二循环泵220是比主要冷却流道102中的循环泵130更小的冷却剂循环泵。在主要冷却流道102中的循环泵130具有允许其甚至在大流速下也充分运行的容量，从而冷却剂可循环通过包括散热器110的冷却剂流道、增湿器54，和燃料电池堆22，快速执行热交换，并且被保持在适当温度。相反，第二循环泵220被设计成主要通过空气调节热交换器170循环冷却剂，并且因此可为小容量泵。因为该第二循环泵220较小，所以在低流速下的运行效率好于主要冷却流道102中的循环泵130的运行效率。同样，第二循环泵220优选地使得即使当它未被运行时，冷却剂也能够通过它。这使得即使当第二循环泵220未被运行时，也能够防止冷却剂流动效率中的降低。
输入/输出流道204是从主要冷却流道102向三通阀212延伸的冷却剂流道，所以在该意义上，它可被认为是主要冷却流道102的部分的分支流道。因为循环流道208与空气调节旁通流道206平行，所以循环流道208形成环形流道。
下面，将对通过三通阀212切换冷却流道进行描述。根据燃料电池堆22的运行状态，通过未示出的冷却控制部分执行三通阀212的切换运行。该冷却控制部分也可与燃料电池运行系统10的控制部分70相结合。图17是示出成闭环连接到循环流道208的空气调节旁通流道206的视图，通过切换三通阀212实现该闭环。此时，输入/输出流道204从该闭环流道断开。为了使得该流道更加易于看见，三通阀212在图17中用虚线示出。更特别地，通过运行三通阀212从而它将空气调节旁通流道206的一侧与循环流道208的一侧连接而形成该闭环流道。
形成这种闭环流道使得冷却剂能够独立于主要冷却流道102被第二循环泵220循环通过该闭环流道。即，冷却剂可在加热器222和空气调节热交换器170之间循环。当燃料电池堆22仍在低温下运行时，优选地使用该连接状态。结果，可防止尚未被燃料电池堆22充分加热的低温冷却剂被分配到空气调节热交换器170。同样，运行加热器222和第二循环泵220使得闭环流道中的冷却剂被充分加热并且被供应到空气调节热交换器170，这使得车辆座舱162能够被充分地并且快速地加热。
图18是示出其中三通阀212已被切换以断开循环流道208并且将输入/输出流道204与空气调节旁通流道206连接到一起的状态的视图。这里，同样，正如在图17中，三通阀212用虚线示出以使得流道更加易于看见。更特别地，三通阀212运行从而它将空气调节旁通流道206的一侧与从主要冷却流道102连接到冷却剂入口的输入/输出流道204的一侧相连接。结果，循环流道208被断开而输入/输出流道204和空气调节旁通流道206被直接地连接到一起，所以可平行于行进通过燃料电池堆22的主要冷却流道102布置空气调节旁通流道206。
该连接与示于图615的结构基本相同。即，空气调节旁通冷却流道202与主要冷却流道102共享冷却剂并且执行所谓的协作控制。因此，三通阀212在与主要冷却流道102的协作控制连接和独立控制连接之间切换空气调节旁通流道206的连接。当经由协作控制连接而连接空气调节旁通流道206时，停止第二循环泵220。然而，如上所述，即使当第二循环泵的运行停止时，冷却剂仍可自由通过第二循环泵220，所以空气调节旁通流道206的冷却剂流动效率并不降低。
如参考图6和15所描述的那样，当已经被燃料电池堆22的运行加热并且被散热器110保持在适当温度下的冷却剂循环时，执行协作控制。因此，根据燃料电池堆22的运行状态在示于图17的闭环流道连接和协作控制连接之间切换连接。例如，当燃料电池堆22尚未被温热时，采用示于图17中的闭环流道连接并且运行加热器222和第二循环泵220以升高被供应到空气调节热交换器170的冷却剂的温度。当燃料电池堆22升温并且主要冷却流道102中的冷却剂的温度升高时，连接切换为示于图18中的直接连接并且加热器222停止运行。结果，可降低加热车辆座舱162所需的功率，由此改善燃料消耗。
例如，当燃料电池堆22中的冷却剂的温度，即，冷却剂温度，达到预定目标冷却剂温度时，连接可在示于图17中的闭环流道连接和示于图18中的直接连接之间切换。可替代地，为了进一步改善燃料消耗，可甚至更早地进行切换，例如当冷却剂温度达到50摄氏度时进行切换，该温度下能够执行热交换并且该温度接近目标冷却剂温度。
图19示出示于图18中的连接的修改实例。这里，流动通过空气调节旁通流道206的冷却剂在燃料电池堆22上游返回到主要冷却流道102。同样，运行三通阀212以将连接到在此处从主要冷却流道102取得冷却剂的一侧的输入/输出流道204的一侧，和空气调节旁通流道206的一侧相连接。结果，循环流道208被断开并且输入/输出流道204直接地与空气调节旁通流道206连接，此时运行第二循环泵220并且停止主要冷却流道102的循环泵130。根据燃料电池堆22的运行状态，通过未示出的冷却控制部分切换主要冷却流道102的循环泵130和第二循环泵220的运行。
当主要冷却流道102的循环泵130未在运行时，冷却剂并不循环通过主要冷却流道102。在这些条件下，当第二循环泵220在运行同时形成示于图19中的连接时，冷却剂循环通过闭环，从第二循环泵220流动到加热器222，到空气调节热交换器170，到燃料电池堆22，然后再次返回到第二循环泵220。
当燃料电池堆22在低负载下运行时，例如当燃料电池堆22空运行或者间歇运行时，可使用参考图19的上述运行状态。因为当燃料电池堆22在低负载下运行时不产生大量的热量，所以经常不必通过散热器110进行冷却。因此，主要冷却流道102的循环泵130被停止并且替代地冷却剂通过更小的第二循环泵220而循环。当流速低时，第二循环泵220在比大容量循环泵130更好的效率下运行。即，更小的第二循环泵220能够利用比大容量循环泵130更低的功率有效率地循环冷却剂，这使得当燃料电池堆22在低负载下运行时，能够改善燃料消耗。当燃料电池堆22在中等或者高负载下运行时，第二循环泵220停止并且通过仅仅运行主要冷却流道102的循环泵130而循环冷却剂，如参考图9所描述的。因此，驱动第二循环泵220所需的功率可被降低，这又使得能够改进在中等或者高负载下的燃料消耗。
进一步，当在使用示于图17中的闭环流道连接加热冷却剂并且通过空气调节热交换器170温热车辆座舱162之后使用者关闭车辆座舱162中的空气调节时，连接切换为示于图18或者19中的直接连接而加热器222继续运行。当空气调节器被关闭时，从空气调节热交换器170将温热空气吹送到车辆座舱162中的风扇等也被关闭。然而，因为加热器222仍在运行，所以加热的冷却剂可被供应到燃料电池堆22，由此使得燃料电池堆22能够快速温热。
虽然已经参考被认为是其优选实施例的实施例描述了本发明，但是应该理解本发明不限于所披露的实施例或者构造。相反，本发明旨在涵盖各种修改和等价布置。另外，虽然所披露发明的各种元件以示例性的各种组合和构造示出，但是包括更多、更少或者仅仅单一元件的其它组合和构造也位于本发明的范围中。

Claims (11)

1.一种燃料电池冷却系统，所述燃料电池利用通过向阳极侧供应燃料气体并向阴极侧供应氧化气体而产生的电化学反应发电，所述燃料电池冷却系统包括：
冷却流道(102)，冷却剂通过所述冷却流道(102)在燃料电池堆(22)和散热器(110)之间循环；
第二热交换器(120)，所述第二热交换器(120)与所述燃料电池堆(22)或所述散热器(110)并联设置，且使用已从所述冷却流道(102)分流的冷却剂；
冷却剂循环泵(130)，所述冷却剂循环泵(130)在所述冷却流道(102)中串联布置；和
增湿器(54)，所述增湿器(54)相对于所述燃料电池堆(22)的阴极侧入口及所述燃料电池堆(22)的阴极侧出口并联布置，所述氧化气体通过所述阴极侧入口被供应到所述燃料电池的所述阴极侧，气体通过所述阴极侧出口被排出，
其中所述增湿器(54)被布置在所述冷却剂循环泵(130)的下游和所述燃料电池堆(22)的上游，并且所述第二热交换器使用从所述散热器(110)的下游和所述冷却剂循环泵(130)的上游取得的冷却剂。
2.一种燃料电池冷却系统，所述燃料电池利用通过向阳极侧供应燃料气体并向阴极侧供应氧化气体而产生的电化学反应发电，所述燃料电池冷却系统包括：
冷却流道(102)，冷却剂通过所述冷却流道(102)在燃料电池堆(22)和散热器(110)之间循环；
第二热交换器，所述第二热交换器与所述燃料电池堆(22)或所述散热器(110)并联设置，且使用已从所述冷却流道(102)分流的冷却剂，其中所述第二热交换器用作用于供应氧化气体的气体压缩机的冷却设备；
冷却剂循环泵(130)，所述冷却剂循环泵(130)在所述冷却流道(102)中串联布置；和
增湿器(54)，所述增湿器(54)相对于所述燃料电池堆(22)的阴极侧入口及所述燃料电池堆(22)的阴极侧出口并联布置，所述氧化气体通过所述阴极侧入口被供应到所述燃料电池的所述阴极侧，气体通过所述阴极侧出口被排出，
其中所述增湿器(54)被布置在所述冷却剂循环泵(130)的下游和所述燃料电池堆(22)的上游，并且所述第二热交换器使用从所述冷却剂循环泵(130)的下游和所述增湿器(54)的上游取得的冷却剂。
3.一种燃料电池冷却系统，所述燃料电池利用通过向阳极侧供应燃料气体并向阴极侧供应氧化气体而产生的电化学反应发电，所述燃料电池冷却系统包括：
冷却流道(102)，冷却剂通过所述冷却流道(102)在燃料电池堆(22)和散热器(110)之间循环；
第二热交换器，所述第二热交换器与所述燃料电池堆(22)或所述散热器(110)并联设置，且使用已从所述冷却流道(102)分流的冷却剂，其中所述第二热交换器用作用于供应氧化气体的气体压缩机的冷却设备；
冷却剂循环泵(130)，所述冷却剂循环泵(130)在所述冷却流道(102)中串联布置；和
增湿器(54)，所述增湿器(54)相对于所述燃料电池堆(22)的阴极侧入口及所述燃料电池堆(22)的阴极侧出口并联布置，所述氧化气体通过所述阴极侧入口被供应到所述燃料电池的所述阴极侧，气体通过所述阴极侧出口被排出，
其中所述增湿器(54)被布置在所述冷却剂循环泵(130)的上游和所述散热器(110)的下游，并且所述第二热交换器使用从所述散热器(110)的下游和所述增湿器(54)的上游取得的冷却剂。
4.一种燃料电池冷却系统，所述燃料电池利用通过向阳极侧供应燃料气体并向阴极侧供应氧化气体而产生的电化学反应发电，所述燃料电池冷却系统包括：
冷却流道(102)，冷却剂通过所述冷却流道(102)在燃料电池堆(22)和散热器(110)之间循环；
第二热交换器，所述第二热交换器与所述燃料电池堆(22)或所述散热器(110)并联设置，且使用已从所述冷却流道(102)分流的冷却剂，其中所述第二热交换器用作用于供应氧化气体的气体压缩机的冷却设备，其中所述燃料电池是安装在车辆中的车辆用燃料电池，用于对车辆座舱进行空气调节的空气调节热交换器与所述燃料电池堆(22)并联设置，并且已从所述冷却流道(102)分流的冷却剂被用于所述空气调节热交换器中；
冷却剂循环泵(130)，所述冷却剂循环泵(130)在所述冷却流道(102)中串联布置；和
增湿器(54)，所述增湿器(54)相对于所述燃料电池堆(22)的阴极侧入口及所述燃料电池堆(22)的阴极侧出口并联布置，所述氧化气体通过所述阴极侧入口被供应到所述燃料电池的所述阴极侧，气体通过所述阴极侧出口被排出，
其中所述增湿器(54)被布置在所述冷却剂循环泵(130)的下游和所述燃料电池堆(22)的上游，并且所述空气调节热交换器使用从所述增湿器(54)的下游和所述燃料电池堆(22)的上游取得的冷却剂。
5.一种燃料电池冷却系统，所述燃料电池利用通过向阳极侧供应燃料气体并向阴极侧供应氧化气体而产生的电化学反应发电，所述燃料电池冷却系统包括：
冷却流道(102)，冷却剂通过所述冷却流道(102)在燃料电池堆(22)和散热器(110)之间循环；
第二热交换器，所述第二热交换器与所述燃料电池堆(22)或所述散热器(110)并联设置，且使用已从所述冷却流道(102)分流的冷却剂，其中所述第二热交换器用作用于供应氧化气体的气体压缩机的冷却设备，其中所述燃料电池是安装在车辆中的车辆用燃料电池，用于对车辆座舱进行空气调节的空气调节热交换器与所述燃料电池堆(22)并联设置，并且已从所述冷却流道(102)分流的冷却剂被用于所述空气调节热交换器中；
冷却剂循环泵(130)，所述冷却剂循环泵(130)在所述冷却流道(102)中串联布置；和
增湿器(54)，所述增湿器(54)相对于所述燃料电池堆(22)的阴极侧入口及所述燃料电池堆(22)的阴极侧出口并联布置，所述氧化气体通过所述阴极侧入口被供应到所述燃料电池的所述阴极侧，气体通过所述阴极侧出口被排出，
其中所述增湿器(54)被布置在所述冷却剂循环泵(130)的下游和所述燃料电池堆(22)的上游，并且所述空气调节热交换器使用从所述散热器(110)的下游和所述冷却剂循环泵(130)的上游取得的冷却剂。
6.一种燃料电池冷却系统，所述燃料电池利用通过向阳极侧供应燃料气体并向阴极侧供应氧化气体而产生的电化学反应发电，所述燃料电池冷却系统包括：
冷却流道(102)，冷却剂通过所述冷却流道(102)在燃料电池堆(22)和散热器(110)之间循环；
第二热交换器，所述第二热交换器与所述燃料电池堆(22)或所述散热器(110)并联设置，且使用已从所述冷却流道(102)分流的冷却剂，其中所述第二热交换器用作用于供应氧化气体的气体压缩机的冷却设备；
冷却剂循环泵(130)，所述冷却剂循环泵(130)在所述冷却流道(102)中串联布置；
增湿器(54)，所述增湿器(54)相对于所述燃料电池堆(22)的阴极侧入口及所述燃料电池堆(22)的阴极侧出口并联布置，所述氧化气体通过所述阴极侧入口被供应到所述燃料电池的所述阴极侧，气体通过所述阴极侧出口被排出；和
旁通位置切换装置，所述旁通位置切换装置用于切换旁通流道的入口和出口中的至少一个的位置，所述旁通流道将冷却剂从所述冷却流道(102)分流到所述第二热交换器。
7.一种燃料电池冷却系统，所述燃料电池利用通过向阳极侧供应燃料气体并向阴极侧供应氧化气体而产生的电化学反应发电，所述燃料电池冷却系统包括：
冷却流道(102)，冷却剂通过所述冷却流道(102)在燃料电池堆(22)和散热器(110)之间循环；
第二热交换器，所述第二热交换器与所述燃料电池堆(22)或所述散热器(110)并联设置，且使用已从所述冷却流道(102)分流的冷却剂，其中所述第二热交换器用作用于供应氧化气体的气体压缩机的冷却设备，其中所述燃料电池是安装在车辆中的车辆用燃料电池，用于对车辆座舱进行空气调节的空气调节热交换器与所述燃料电池堆(22)并联设置，并且已从所述冷却流道(102)分流的冷却剂被用于所述空气调节热交换器中；
冷却剂循环泵(130)，所述冷却剂循环泵(130)在所述冷却流道(102)中串联布置；
增湿器(54)，所述增湿器(54)相对于所述燃料电池堆(22)的阴极侧入口及所述燃料电池堆(22)的阴极侧出口并联布置，所述氧化气体通过所述阴极侧入口被供应到所述燃料电池堆(22)的所述阴极侧，气体通过所述阴极侧出口被排出；和
旁通位置切换装置，所述旁通位置切换装置用于切换旁通流道的入口和出口中的至少一个的位置，所述旁通流道将冷却剂从所述冷却流道(102)分流到所述空气调节热交换器。
8.一种燃料电池冷却系统，所述燃料电池利用通过向阳极侧供应燃料气体并向阴极侧供应氧化气体而产生的电化学反应发电，所述燃料电池冷却系统包括：
冷却流道(102)，冷却剂通过所述冷却流道(102)在燃料电池堆(22)和散热器(110)之间循环；
第二热交换器，所述第二热交换器与所述燃料电池堆(22)或所述散热器(110)并联设置，且使用已从所述冷却流道(102)分流的冷却剂，其中所述第二热交换器用作用于供应氧化气体的气体压缩机的冷却设备，其中所述燃料电池是安装在车辆中的车辆用燃料电池，用于对车辆座舱进行空气调节的空气调节热交换器与所述燃料电池堆(22)并联设置，并且已从所述冷却流道(102)分流的冷却剂被用于所述空气调节热交换器中；
第一冷却剂循环泵，所述第一冷却剂循环泵在所述冷却流道(102)中串联布置；
空气调节旁通流道，所述空气调节旁通流道是已从所述冷却流道(102)分流的冷却剂流过的旁通流道，并且所述空气调节热交换器、加热器和第二冷却剂循环泵布置在所述空气调节旁通流道中；
循环流道，所述循环流道与所述空气调节旁通流道并联布置；和
空气调节旁通切换装置，所述空气调节旁通切换装置用于切换在所述空气调节旁通流道和所述冷却流道(102)之间的连接与在所述空气调节旁通流道和所述循环流道之间的连接。
9.根据权利要求8的燃料电池冷却系统，其中所述空气调节旁通切换装置在闭环连接与直接连接之间切换连接，在所述闭环连接中，所述空气调节旁通流道和所述循环流道连接成闭环，且与所述冷却流道(102)断开，在所述直接连接中，所述空气调节旁通流道和所述冷却流道(102)直接连接，且与所述循环流道断开。
10.根据权利要求9的燃料电池冷却系统，其中第二循环泵是当所述冷却剂的流速低时运行效率比第一循环泵更高的泵；并且还设置泵运行控制装置，用于根据所述燃料电池的运行状态彼此相关地控制第一循环泵的运行和第二循环泵的运行，并且当所述燃料电池在低负载下运行时，停止第一循环泵的运行，并且使用第二循环泵将冷却剂循环到所述燃料电池堆(22)。
11.一种燃料电池冷却系统，所述燃料电池利用通过向阳极侧供应燃料气体并向阴极侧供应氧化气体而产生的电化学反应发电，所述燃料电池冷却系统包括：
冷却流道(102)，冷却剂通过所述冷却流道(102)在燃料电池堆(22)和散热器(110)之间循环；
第二热交换器，所述第二热交换器与所述燃料电池堆(22)或所述散热器(110)并联设置，且使用已从所述冷却流道(102)分流的冷却剂，其中所述第二热交换器用作用于供应氧化气体的气体压缩机的冷却设备；和
冷却剂循环泵(130)，所述冷却剂循环泵(130)在所述冷却流道(102)中串联布置，
其中所述第二热交换器从所述散热器的上游和所述燃料电池堆的下游取得冷却剂，并将冷却剂返回到所述散热器的下游和所述燃料电池堆的上游。
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