JP2001298807A - 燃料電池電力供給型車両の熱管理 - Google Patents
燃料電池電力供給型車両の熱管理Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 効率的、低重量及びコスト効率の高い、燃料
電池電力供給型車両用の熱管理システムを提供する。 【解決手段】 燃料電池で電力供給される電気自動車の
熱管理システム２は、少なくとも１つの高温熱輸送回路
４と、少なくとも１つの低温熱輸送回路１４とを有す
る。各回路は他方と同じ誘電性熱輸送媒体を使用する。
これらの回路は互いに流体連通しており、高温輸送媒体
は高温回路４から低温回路１４に流れることができ、よ
り低温の熱輸送媒体は低温回路１４から高温回路４に流
れることができる。このとき、燃料電池１６が低温の場
合には該燃料電池１６を加熱し、燃料プロセッサ６が高
温の場合には該燃料プロセッサ６を冷却し、それ以外で
は車両の熱的要求に合致させる制御が行われる。
電池電力供給型車両用の熱管理システムを提供する。 【解決手段】 燃料電池で電力供給される電気自動車の
熱管理システム２は、少なくとも１つの高温熱輸送回路
４と、少なくとも１つの低温熱輸送回路１４とを有す
る。各回路は他方と同じ誘電性熱輸送媒体を使用する。
これらの回路は互いに流体連通しており、高温輸送媒体
は高温回路４から低温回路１４に流れることができ、よ
り低温の熱輸送媒体は低温回路１４から高温回路４に流
れることができる。このとき、燃料電池１６が低温の場
合には該燃料電池１６を加熱し、燃料プロセッサ６が高
温の場合には該燃料プロセッサ６を冷却し、それ以外で
は車両の熱的要求に合致させる制御が行われる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池電力供給
型電気自動車に係り、より詳しくは、そのような車両の
熱管理に関する。
型電気自動車に係り、より詳しくは、そのような車両の
熱管理に関する。
【０００２】
【従来技術】自動車産業は、水素−酸素で燃料供給され
る燃料電池、特にいわゆるＰＥＭ燃料電池（別称「ＳＰ
Ｅ燃料電池」）で電気自動車を電力供給することの商業
上の実現可能性を調査している。ＰＥＭ燃料電池は、当
該技術分野で周知されており、その面の一方に水素電極
（即ちアノード）及び反対側の面に酸素電極（即ちカソ
ード）を有する薄い陽子透過性の固体ポリマー膜電極
（例えば、ペルフルオロ化スルホン酸（perflourinated
sulfonic acid））である膜電極アセンブリを含む。水
素は、好ましくは、「燃料プロセッサ（fuel processo
r）」として知られている反応器内で液体炭化水素（例
えば、メタノール、ガソリン等）をＨ2及びＣＯ2に触媒
的に分解することによって提供されるのがよい。当該反
応のための熱は、（１）改質器を加熱する加熱排気流れ
を生成するため燃料を燃焼させる外部燃焼器、又は、
（２）蒸気改質器の上流にあり、蒸気改質器への炭化水
素−蒸気入力を予備加熱するを部分的酸化（ＰＯｘ）反
応器のいずれかから提供される。燃料プロセッサは、改
質物中のＣＯ濃度を燃料電池のアノード触媒を毒さない
ほど十分に低いレベルに減少させるＣＯ浄化部も備え
る。燃料プロセッサの浄化部は、典型的に、（１）より
多くのＨ2を形成するため改質物中のＣＯを水と発熱反
応させる水−ガス−シフト反応器、及び、（２）改質物
中のＣＯを空気から得た酸素と選択的に発熱反応させる
優先酸化（ＰｒＯｘ）反応器を備える。ＣＯの浄化は、
典型的に、燃料電池が耐えることができる約５０ＰＰＭ
以下にまでＣＯ含有量を減少させる。次に、この実質的
にＣＯの無いガスは、燃料電池に送られ、そこで、その
ガスは電気化学的に及び発熱的に（空気からの）酸素と
反応し、自動車の電動機を電力供給するための電力を生
成する。電動機及び該モータを制御するコントローラ中
の電力制御回路は、それらが使用中に熱を生成し、冷却
しなければならないという点で両方とも発熱装置であ
る。
る燃料電池、特にいわゆるＰＥＭ燃料電池（別称「ＳＰ
Ｅ燃料電池」）で電気自動車を電力供給することの商業
上の実現可能性を調査している。ＰＥＭ燃料電池は、当
該技術分野で周知されており、その面の一方に水素電極
（即ちアノード）及び反対側の面に酸素電極（即ちカソ
ード）を有する薄い陽子透過性の固体ポリマー膜電極
（例えば、ペルフルオロ化スルホン酸（perflourinated
sulfonic acid））である膜電極アセンブリを含む。水
素は、好ましくは、「燃料プロセッサ（fuel processo
r）」として知られている反応器内で液体炭化水素（例
えば、メタノール、ガソリン等）をＨ2及びＣＯ2に触媒
的に分解することによって提供されるのがよい。当該反
応のための熱は、（１）改質器を加熱する加熱排気流れ
を生成するため燃料を燃焼させる外部燃焼器、又は、
（２）蒸気改質器の上流にあり、蒸気改質器への炭化水
素−蒸気入力を予備加熱するを部分的酸化（ＰＯｘ）反
応器のいずれかから提供される。燃料プロセッサは、改
質物中のＣＯ濃度を燃料電池のアノード触媒を毒さない
ほど十分に低いレベルに減少させるＣＯ浄化部も備え
る。燃料プロセッサの浄化部は、典型的に、（１）より
多くのＨ2を形成するため改質物中のＣＯを水と発熱反
応させる水−ガス−シフト反応器、及び、（２）改質物
中のＣＯを空気から得た酸素と選択的に発熱反応させる
優先酸化（ＰｒＯｘ）反応器を備える。ＣＯの浄化は、
典型的に、燃料電池が耐えることができる約５０ＰＰＭ
以下にまでＣＯ含有量を減少させる。次に、この実質的
にＣＯの無いガスは、燃料電池に送られ、そこで、その
ガスは電気化学的に及び発熱的に（空気からの）酸素と
反応し、自動車の電動機を電力供給するための電力を生
成する。電動機及び該モータを制御するコントローラ中
の電力制御回路は、それらが使用中に熱を生成し、冷却
しなければならないという点で両方とも発熱装置であ
る。
【０００３】燃料電池で電力供給される車両中の熱管理
は、チャレンジの対象となる。多数の車両構成部品は、
それらが使用中に熱を生成し、冷却を要するという点で
発熱装置である。車両の構成部品の他のものは、それら
が作動する上で熱を必要とするという点で吸熱装置であ
る。例えば、燃料電池システムは、例えば空気コンプレ
ッサ（発熱）、水再生コンデンサ（発熱）及びシステム
で使用するための水及び／又は燃料を蒸発させるための
蒸発器（吸熱）、並びに、熱を必要とする（吸熱）か、
又は生成する（発熱）か、のいずれかである様々な他の
装置など、多数の吸熱及び発熱装置を典型的に備える。
更に、車両は、乗員の快適さのため暖房、換気及び冷房
のサブシステム（ＨＶＡＣ）を必要とする。その上、車
両の構成部品の作動温度の間に有意な相違が存在する。
この点に関し、例えば燃料電池、電動機及び電力制御回
路は、典型的に、約８０℃から約１００℃までの範囲の
比較的低い作動温度に維持される。これに対し、燃料プ
ロセッサ及び燃料／Ｈ2Ｏ蒸発器は、約２００℃から約
３００℃までの範囲の比較的高い作動温度に維持され
る。
は、チャレンジの対象となる。多数の車両構成部品は、
それらが使用中に熱を生成し、冷却を要するという点で
発熱装置である。車両の構成部品の他のものは、それら
が作動する上で熱を必要とするという点で吸熱装置であ
る。例えば、燃料電池システムは、例えば空気コンプレ
ッサ（発熱）、水再生コンデンサ（発熱）及びシステム
で使用するための水及び／又は燃料を蒸発させるための
蒸発器（吸熱）、並びに、熱を必要とする（吸熱）か、
又は生成する（発熱）か、のいずれかである様々な他の
装置など、多数の吸熱及び発熱装置を典型的に備える。
更に、車両は、乗員の快適さのため暖房、換気及び冷房
のサブシステム（ＨＶＡＣ）を必要とする。その上、車
両の構成部品の作動温度の間に有意な相違が存在する。
この点に関し、例えば燃料電池、電動機及び電力制御回
路は、典型的に、約８０℃から約１００℃までの範囲の
比較的低い作動温度に維持される。これに対し、燃料プ
ロセッサ及び燃料／Ｈ2Ｏ蒸発器は、約２００℃から約
３００℃までの範囲の比較的高い作動温度に維持され
る。
【０００４】これまでのところ、燃料電池システム用に
一つ、電動機及び電力制御回路のために一つ、及び、Ｈ
ＶＡＣシステムのために一つといったように幾つかの個
別の熱輸送回路を設けることが慣わしであった。各々の
システムは、他のシステムから完全に孤立されたそれ自
身の構成部品（例えば配管系統、ポンプ及びバルブ）を
持ち、他のシステムで使用される熱輸送媒体とは異な
る、それ自身に適合された熱輸送媒体を使用していた。
そのような構成部品は、車両に重量及びコストを追加す
る。
一つ、電動機及び電力制御回路のために一つ、及び、Ｈ
ＶＡＣシステムのために一つといったように幾つかの個
別の熱輸送回路を設けることが慣わしであった。各々の
システムは、他のシステムから完全に孤立されたそれ自
身の構成部品（例えば配管系統、ポンプ及びバルブ）を
持ち、他のシステムで使用される熱輸送媒体とは異な
る、それ自身に適合された熱輸送媒体を使用していた。
そのような構成部品は、車両に重量及びコストを追加す
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、効率的、低
重量及びコスト効率の高い、燃料電池で電力供給される
車両用の熱管理システムを提供することを目的とする。
このシステムは、全体を通して同じ熱輸送媒体を利用
し、車両により生成された熱を管理するため必要とされ
る構成部品の数を最小にする。
重量及びコスト効率の高い、燃料電池で電力供給される
車両用の熱管理システムを提供することを目的とする。
このシステムは、全体を通して同じ熱輸送媒体を利用
し、車両により生成された熱を管理するため必要とされ
る構成部品の数を最小にする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、燃料電池電力
供給型の車両であり、該車両は、水素及び酸素から電気
を生成するための燃料電池システムと、該車両を推進さ
せるため前記電気により付勢される電動機と、該電動機
を制御するための電力制御回路と、該車両の乗員室の環
境を制御するための熱交換器と、該車両から余剰の熱を
放出するための放熱器と、を有する。本発明は、（１）
高温熱輸送回路であって、液体炭化水素をＰＥＭ燃料電
池に燃料供給するための水素に転換させる熱生成燃料プ
ロセッサ、該高温回路から熱を抽出する少なくとも１つ
の吸熱装置、及び、該高温回路を通して誘電性液体熱輸
送媒体を循環させる第１のポンプを備える、高温熱輸送
回路と、（２）低温熱輸送回路であって、燃料電池、電
動機、電力制御回路、放熱器、及び、該低温回路を通し
て高温回路で使用するのと同じ誘電性熱輸送媒体を循環
させる第２のポンプを備える、低温熱輸送回路と、
（３）高温回路及び低温回路を連通させる制御可能な第
１のバルブであって、該第１のバルブは、開放したと
き、該回路のうち一方の回路（即ち、供与する方の回
路）から他方の回路（即ち、受け取る方の回路）に第１
の量の媒体を差し向けるように構成される、第１のバル
ブと、（４）高温回路及び低温回路を連通させる第２の
バルブであって、該第２のバルブは、第１のバルブが開
放したとき、他方の回路（即ち、受け取る方）から一方
の回路（即ち、供与する方）まで、第１の量に等しい第
２の量の媒体を差し向けるように構成される、第２のバ
ルブと、（５）車両の熱的要求に応答するコントローラ
であって、これら高温回路及び低温回路の構成部品の熱
的必要性により指令されたとき、該高温回路及び低温回
路の各々で媒体の温度を変化させるため第１のバルブの
開閉を制御する、コントローラと、を含む車両を意図し
ている。好ましくは、当該車両は、第１のポンプ及び第
２のポンプの両方を駆動するための単一のモータを備え
る。
供給型の車両であり、該車両は、水素及び酸素から電気
を生成するための燃料電池システムと、該車両を推進さ
せるため前記電気により付勢される電動機と、該電動機
を制御するための電力制御回路と、該車両の乗員室の環
境を制御するための熱交換器と、該車両から余剰の熱を
放出するための放熱器と、を有する。本発明は、（１）
高温熱輸送回路であって、液体炭化水素をＰＥＭ燃料電
池に燃料供給するための水素に転換させる熱生成燃料プ
ロセッサ、該高温回路から熱を抽出する少なくとも１つ
の吸熱装置、及び、該高温回路を通して誘電性液体熱輸
送媒体を循環させる第１のポンプを備える、高温熱輸送
回路と、（２）低温熱輸送回路であって、燃料電池、電
動機、電力制御回路、放熱器、及び、該低温回路を通し
て高温回路で使用するのと同じ誘電性熱輸送媒体を循環
させる第２のポンプを備える、低温熱輸送回路と、
（３）高温回路及び低温回路を連通させる制御可能な第
１のバルブであって、該第１のバルブは、開放したと
き、該回路のうち一方の回路（即ち、供与する方の回
路）から他方の回路（即ち、受け取る方の回路）に第１
の量の媒体を差し向けるように構成される、第１のバル
ブと、（４）高温回路及び低温回路を連通させる第２の
バルブであって、該第２のバルブは、第１のバルブが開
放したとき、他方の回路（即ち、受け取る方）から一方
の回路（即ち、供与する方）まで、第１の量に等しい第
２の量の媒体を差し向けるように構成される、第２のバ
ルブと、（５）車両の熱的要求に応答するコントローラ
であって、これら高温回路及び低温回路の構成部品の熱
的必要性により指令されたとき、該高温回路及び低温回
路の各々で媒体の温度を変化させるため第１のバルブの
開閉を制御する、コントローラと、を含む車両を意図し
ている。好ましくは、当該車両は、第１のポンプ及び第
２のポンプの両方を駆動するための単一のモータを備え
る。
【０００７】本発明の一実施形態によれば、吸熱装置
は、炭化水素、及び／又は、燃料電池システムで利用さ
れる水を蒸発させるための蒸発器である。本発明の別の
実施形態によれば、燃料電池は、該燃料電池の温度を測
定するための第１のセンサーを備え、コントローラは、
該第１のセンサーの出力に応答し、燃料電池が望ましく
ないほど低温の場合、高温回路から低温回路に高温熱輸
送媒体を差し向ける（例えば、燃料電池が氷点下温度で
何も作動していない状態になった後で燃料電池を解凍す
る）。本発明の更に別の実施形態によれば、燃料プロセ
ッサは、該燃料プロセッサの温度を測定するための第２
のセンサーを備える。コントローラは、燃料プロセッサ
の任意の部分（例えば燃焼器又はＰＯｘ区分）が高温に
なり過ぎて（例えば、燃料プロセッサがＨ2の生成をゆ
っくりと低下させることができないうちに電気的負荷が
燃料電池から取り外されたときなど）、低温回路内の放
熱器の手段によっては媒体から余剰熱を抽出することが
できなくなった場合、高温回路から低温回路に高温熱輸
送媒体を差し向ける。特に効果的な熱輸送媒体は、３０
０℃で液体であり、−４０℃でポンプ汲み出し可能であ
り、及び、燃料電池のあらゆる電気的短絡を防止し、熱
輸送媒体を介してそこから車両の残りの部分への電流漏
れを防止するため、少なくとも約２５０Ω−ｃｍの直流
体積抵抗率（即ち、ＡＳＴＭスペシフィケーションＤ−
１１６９により測定されるような）を有する誘電性オイ
ルである。好ましいそのような熱輸送媒体は、「パラセ
ルム（Paratherm）ＯＲTM」という商標名でパラセルム
株式会社により販売されている１×１０12Ω−ｃｍの直
流体積抵抗率を有するパラフィン族炭化水素である。
は、炭化水素、及び／又は、燃料電池システムで利用さ
れる水を蒸発させるための蒸発器である。本発明の別の
実施形態によれば、燃料電池は、該燃料電池の温度を測
定するための第１のセンサーを備え、コントローラは、
該第１のセンサーの出力に応答し、燃料電池が望ましく
ないほど低温の場合、高温回路から低温回路に高温熱輸
送媒体を差し向ける（例えば、燃料電池が氷点下温度で
何も作動していない状態になった後で燃料電池を解凍す
る）。本発明の更に別の実施形態によれば、燃料プロセ
ッサは、該燃料プロセッサの温度を測定するための第２
のセンサーを備える。コントローラは、燃料プロセッサ
の任意の部分（例えば燃焼器又はＰＯｘ区分）が高温に
なり過ぎて（例えば、燃料プロセッサがＨ2の生成をゆ
っくりと低下させることができないうちに電気的負荷が
燃料電池から取り外されたときなど）、低温回路内の放
熱器の手段によっては媒体から余剰熱を抽出することが
できなくなった場合、高温回路から低温回路に高温熱輸
送媒体を差し向ける。特に効果的な熱輸送媒体は、３０
０℃で液体であり、−４０℃でポンプ汲み出し可能であ
り、及び、燃料電池のあらゆる電気的短絡を防止し、熱
輸送媒体を介してそこから車両の残りの部分への電流漏
れを防止するため、少なくとも約２５０Ω−ｃｍの直流
体積抵抗率（即ち、ＡＳＴＭスペシフィケーションＤ−
１１６９により測定されるような）を有する誘電性オイ
ルである。好ましいそのような熱輸送媒体は、「パラセ
ルム（Paratherm）ＯＲTM」という商標名でパラセルム
株式会社により販売されている１×１０12Ω−ｃｍの直
流体積抵抗率を有するパラフィン族炭化水素である。
【０００８】本発明の別の態様によれば、本発明は、燃
料電池電力供給型の車両を作動させる方法を意図する。
この車両は、（ａ）水素及び酸素から電気を生成するた
めの燃料電池と、（ｂ）該車両を推進させるため該電気
により付勢される電動機と、（ｃ）該電動機を制御する
ための電力制御回路と、（ｄ）該車両の乗員室の環境を
制御するための熱交換器と、（ｅ）該車両から余剰の熱
を放出するための放熱器と、（ｆ）液体炭化水素を燃料
電池に燃料供給するための水素に転換させる熱生成燃料
プロセッサと、（ｇ）車両から熱を抽出する少なくとも
１つの吸熱装置と、（ｈ）燃料プロセッサ及び吸熱装置
の間の高温回路内で液体熱輸送媒体を循環させる第１の
ポンプと、（ｉ）燃料電池、電動機、電力制御回路及び
放熱器を通して低温回路内で前記熱輸送媒体を循環させ
る第２のポンプと、を有する。一実施形態によれば、本
発明に係る方法は、燃料電池の温度を測定し、燃料電池
が低温過ぎるとき（例えば燃料電池解凍するとき）、低
温回路内の媒体の温度を上昇させて該燃料電池をウォー
ムアップするため、高温回路から低温回路に第１の量の
媒体を押し流し、第１の量の媒体が低温回路内に押し流
されたとき、該低温回路から高温回路に該第１の量と等
しい量の前記媒体を排出させる、各工程を含む。これと
同じ技術は、燃料電池システムの他の構成部品、特に氷
を含む部品を解凍するため使用することができる。別の
実施形態によれば、本発明に係る方法は、燃料電池及び
Ｈ2Ｏを含む装置に対して上記したものと類似している
が、その代わりに、燃料プロセッサの構成部品（例え
ば、燃焼器又はＰＯｘ）の過熱に対して臨時の冷却を提
供することを指向している。該方法は、燃料プロセッサ
の温度を測定し、高温回路から低温回路に第１の量の媒
体を押し流し、該低温回路から該高温回路に該第１の量
と等しい量の媒体を排出させ、これによって燃料プロセ
ッサを冷却する、各工程を含む。
料電池電力供給型の車両を作動させる方法を意図する。
この車両は、（ａ）水素及び酸素から電気を生成するた
めの燃料電池と、（ｂ）該車両を推進させるため該電気
により付勢される電動機と、（ｃ）該電動機を制御する
ための電力制御回路と、（ｄ）該車両の乗員室の環境を
制御するための熱交換器と、（ｅ）該車両から余剰の熱
を放出するための放熱器と、（ｆ）液体炭化水素を燃料
電池に燃料供給するための水素に転換させる熱生成燃料
プロセッサと、（ｇ）車両から熱を抽出する少なくとも
１つの吸熱装置と、（ｈ）燃料プロセッサ及び吸熱装置
の間の高温回路内で液体熱輸送媒体を循環させる第１の
ポンプと、（ｉ）燃料電池、電動機、電力制御回路及び
放熱器を通して低温回路内で前記熱輸送媒体を循環させ
る第２のポンプと、を有する。一実施形態によれば、本
発明に係る方法は、燃料電池の温度を測定し、燃料電池
が低温過ぎるとき（例えば燃料電池解凍するとき）、低
温回路内の媒体の温度を上昇させて該燃料電池をウォー
ムアップするため、高温回路から低温回路に第１の量の
媒体を押し流し、第１の量の媒体が低温回路内に押し流
されたとき、該低温回路から高温回路に該第１の量と等
しい量の前記媒体を排出させる、各工程を含む。これと
同じ技術は、燃料電池システムの他の構成部品、特に氷
を含む部品を解凍するため使用することができる。別の
実施形態によれば、本発明に係る方法は、燃料電池及び
Ｈ2Ｏを含む装置に対して上記したものと類似している
が、その代わりに、燃料プロセッサの構成部品（例え
ば、燃焼器又はＰＯｘ）の過熱に対して臨時の冷却を提
供することを指向している。該方法は、燃料プロセッサ
の温度を測定し、高温回路から低温回路に第１の量の媒
体を押し流し、該低温回路から該高温回路に該第１の量
と等しい量の媒体を排出させ、これによって燃料プロセ
ッサを冷却する、各工程を含む。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明は、その好ましい実施形態
に関する以下の詳細な説明に鑑みて考えられるとき、よ
り良く理解されよう。
に関する以下の詳細な説明に鑑みて考えられるとき、よ
り良く理解されよう。
【００１０】図１は、燃料電池で電力供給される車両の
ための熱管理システムを概略的に表している。システム
２は、高温（即ち、約２００乃至３００℃）回路４を備
えており、該回路を通って、例えばパラセルムＯＲＴＭ
（Paratherm ORTM）などの適切な誘電性液体熱輸送媒体
が循環する。高温回路４は、燃料プロセッサ６及び蒸発
器８を備えている。その内部機構では、燃料プロセッサ
６は、（１）Ｈ2を含むアノード排気ガスにより燃料供
給される燃焼器により加熱される蒸気改質器、（２）水
−ガス−シフト（ＷＧＳ）反応器区分、及び、（３）優
先酸化（ＰｒＯｘ）区分を備える。誘電性液体は、燃焼
器、ＷＧＳ区分及びＰｒＯｘ区分と連係する熱交換機を
通って流れ、通常の作動の下でそれらの熱交換器から熱
を抽出し、システム始動の間にＷＧＳ反応器を加熱し、
及び、燃料プロセッサがそのＨ2の生成を減少すること
ができる前に燃料電池から負荷が除去されるとき燃焼器
を冷却する。蒸発器８は、燃料電池作動システムの一部
分であり、燃料プロセッサへの供給用の液体炭化水素を
蒸発させるため、及び／又は、燃料電池システム（例え
ば、蒸気改質器及び水−ガス−シフト反応器区分）で使
用するための水を蒸発させるために役立つ。モータ１２
により駆動されるポンプ１０は、誘電性熱輸送媒体を、
回路４を通して循環させ、この回路では、通常の作働条
件下において、（ａ）媒体が燃料プロセッサ６から熱を
抽出し、（ｂ）蒸発器８が媒体から熱を抽出し、燃料プ
ロセッサ６を通って戻り再循環させるため該媒体を冷却
する。
ための熱管理システムを概略的に表している。システム
２は、高温（即ち、約２００乃至３００℃）回路４を備
えており、該回路を通って、例えばパラセルムＯＲＴＭ
（Paratherm ORTM）などの適切な誘電性液体熱輸送媒体
が循環する。高温回路４は、燃料プロセッサ６及び蒸発
器８を備えている。その内部機構では、燃料プロセッサ
６は、（１）Ｈ2を含むアノード排気ガスにより燃料供
給される燃焼器により加熱される蒸気改質器、（２）水
−ガス−シフト（ＷＧＳ）反応器区分、及び、（３）優
先酸化（ＰｒＯｘ）区分を備える。誘電性液体は、燃焼
器、ＷＧＳ区分及びＰｒＯｘ区分と連係する熱交換機を
通って流れ、通常の作動の下でそれらの熱交換器から熱
を抽出し、システム始動の間にＷＧＳ反応器を加熱し、
及び、燃料プロセッサがそのＨ2の生成を減少すること
ができる前に燃料電池から負荷が除去されるとき燃焼器
を冷却する。蒸発器８は、燃料電池作動システムの一部
分であり、燃料プロセッサへの供給用の液体炭化水素を
蒸発させるため、及び／又は、燃料電池システム（例え
ば、蒸気改質器及び水−ガス−シフト反応器区分）で使
用するための水を蒸発させるために役立つ。モータ１２
により駆動されるポンプ１０は、誘電性熱輸送媒体を、
回路４を通して循環させ、この回路では、通常の作働条
件下において、（ａ）媒体が燃料プロセッサ６から熱を
抽出し、（ｂ）蒸発器８が媒体から熱を抽出し、燃料プ
ロセッサ６を通って戻り再循環させるため該媒体を冷却
する。
【００１１】システム２は、低温熱輸送回路１４も含
む。この低温熱輸送回路１４は、（ａ）ＰＥＭ燃料電池
１６、（ｂ）車両推進用の電動機１８、（ｃ）電動機１
８を制御するための電力制御回路パッケージ２０、
（ｄ）車両の乗員室の空気温度を快適なレベルに維持す
るためのＨＶＡＣシステムの熱交換器２２、（ｅ）低温
回路内の熱輸送媒体から周囲に熱を放出するための従来
自動車型式の放熱器２４など、（ｆ）燃料電池作動シス
テム内で再使用するため水を液化再生するのに十分なほ
ど燃料電池からの排出流れを冷却する復水器２６、及
び、（ｇ）誘電性液体熱輸送媒体を低温回路１４を通し
て循環させるためのポンプ２８を含んでいる。低温回路
内の熱輸送液体は、高温回路４内で使用されるものと同
じであり、低温回路１４のためのポンプ２８は、高温回
路４用のポンプ１０を駆動するのと同じモータ１２によ
り駆動される。
む。この低温熱輸送回路１４は、（ａ）ＰＥＭ燃料電池
１６、（ｂ）車両推進用の電動機１８、（ｃ）電動機１
８を制御するための電力制御回路パッケージ２０、
（ｄ）車両の乗員室の空気温度を快適なレベルに維持す
るためのＨＶＡＣシステムの熱交換器２２、（ｅ）低温
回路内の熱輸送媒体から周囲に熱を放出するための従来
自動車型式の放熱器２４など、（ｆ）燃料電池作動シス
テム内で再使用するため水を液化再生するのに十分なほ
ど燃料電池からの排出流れを冷却する復水器２６、及
び、（ｇ）誘電性液体熱輸送媒体を低温回路１４を通し
て循環させるためのポンプ２８を含んでいる。低温回路
内の熱輸送液体は、高温回路４内で使用されるものと同
じであり、低温回路１４のためのポンプ２８は、高温回
路４用のポンプ１０を駆動するのと同じモータ１２によ
り駆動される。
【００１２】本発明によれば、高温熱輸送回路４及び低
温回路１４は、流れ制御バルブ３２を含む第１の導管３
０、及び、流れ戻りバルブ３６を含む第２の導管３４を
介して、相互に連通する。バルブ３２は、これらの回路
のうち一方（例えば高温回路）から他方の回路（例えば
低温回路）へ熱輸送媒体の流れを制御し、好ましくは、
例えば制御可能なパルス幅変調バルブ、プロポーショニ
ングバルブ、又は、これらの回路の間で流れる熱輸送媒
体の量を変動可能とする可変オリフィスバルブなどのバ
ルブであるのがよい。導管３４内の流れ戻りバルブ３６
は、他方の回路（即ち、受け取る方の回路）から一方の
回路（即ち、供与する方の回路）に戻る熱輸送媒体の一
方向の流れを、制御バルブ３２を介して一方の回路から
他方の回路まで移送されるのと同じ量で可能にするチェ
ックバルブであるのが好ましい。
温回路１４は、流れ制御バルブ３２を含む第１の導管３
０、及び、流れ戻りバルブ３６を含む第２の導管３４を
介して、相互に連通する。バルブ３２は、これらの回路
のうち一方（例えば高温回路）から他方の回路（例えば
低温回路）へ熱輸送媒体の流れを制御し、好ましくは、
例えば制御可能なパルス幅変調バルブ、プロポーショニ
ングバルブ、又は、これらの回路の間で流れる熱輸送媒
体の量を変動可能とする可変オリフィスバルブなどのバ
ルブであるのがよい。導管３４内の流れ戻りバルブ３６
は、他方の回路（即ち、受け取る方の回路）から一方の
回路（即ち、供与する方の回路）に戻る熱輸送媒体の一
方向の流れを、制御バルブ３２を介して一方の回路から
他方の回路まで移送されるのと同じ量で可能にするチェ
ックバルブであるのが好ましい。
【００１３】温度センサー即ち燃料電池１６に伴う他の
温度インジケータ３８、及び、温度センサー即ち燃料プ
ロセッサ６に伴う他の温度インジケータ４０は、コント
ローラ４２に接続されている。コントローラ４２は、セ
ンサー／インジケータ３８及び４０から温度に関連した
信号４４及び４６を各々受け取り、該信号に応答して、
システムの温度必要性と合致させるため、必要となる場
合にバルブ３２の開閉を制御する制御信号４８を出力す
る。例えば燃料電池が低温であるとき（例えば凍り付い
たとき）などのある一つの状況において、高温回路４か
らの高温熱輸送媒体は、制御バルブ３２を通して低温回
路１４に、よって燃料電池１６の加熱又は解凍のため燃
料電池１６に差し向けられる。低温回路の回送が適切な
場合、燃料電池システムの低温に敏感な他の構成部品も
同様に暖められ、或いは、解凍される。例えば燃料プロ
セッサ内の燃焼器が高温過ぎるとき（例えば電気的負荷
が燃料電池から取り外された直後）などの別の状況にお
いては、高温回路４からの高温輸送媒体は、バルブ３２
を通して、低温回路１４に、よって冷却用の放熱器２４
を通り、そして燃料プロセッサを冷却するため高温回路
４に戻る。
温度インジケータ３８、及び、温度センサー即ち燃料プ
ロセッサ６に伴う他の温度インジケータ４０は、コント
ローラ４２に接続されている。コントローラ４２は、セ
ンサー／インジケータ３８及び４０から温度に関連した
信号４４及び４６を各々受け取り、該信号に応答して、
システムの温度必要性と合致させるため、必要となる場
合にバルブ３２の開閉を制御する制御信号４８を出力す
る。例えば燃料電池が低温であるとき（例えば凍り付い
たとき）などのある一つの状況において、高温回路４か
らの高温熱輸送媒体は、制御バルブ３２を通して低温回
路１４に、よって燃料電池１６の加熱又は解凍のため燃
料電池１６に差し向けられる。低温回路の回送が適切な
場合、燃料電池システムの低温に敏感な他の構成部品も
同様に暖められ、或いは、解凍される。例えば燃料プロ
セッサ内の燃焼器が高温過ぎるとき（例えば電気的負荷
が燃料電池から取り外された直後）などの別の状況にお
いては、高温回路４からの高温輸送媒体は、バルブ３２
を通して、低温回路１４に、よって冷却用の放熱器２４
を通り、そして燃料プロセッサを冷却するため高温回路
４に戻る。
【００１４】本発明は、その特定の実施形態に鑑みて説
明されたが、上記例に限定されるものではなく、請求の
範囲によってのみその範囲が画定される。
明されたが、上記例に限定されるものではなく、請求の
範囲によってのみその範囲が画定される。
【図１】図１は、本発明の車両熱管理システムの好まし
い実施形態を表した図である。
い実施形態を表した図である。
２ 熱管理システム ４ 高温回路（高温熱輸送回路） ６ 燃料プロセッサ ８ 蒸発器 １０ ポンプ １２ モータ １４ 低温回路（低温熱輸送回路） １６ ＰＥＭ燃料電池 １８ 電動機 ２０ 電力制御回路 ２２ 冷暖房換気（ＨＶＡＣ）サブシステム（熱交換
器） ２４ 放熱器 ２６ 復水器 ２８ ポンプ ３０ 第１の導管 ３２ 流れ制御バルブ ３４ 第２の導管３４ ３６ 流れ戻りバルブ ３８ 温度インジケータ ４０ 温度インジケータ ４２ コントローラ ４４ 温度信号 ４６ 温度信号 ４８ 制御信号
器） ２４ 放熱器 ２６ 復水器 ２８ ポンプ ３０ 第１の導管 ３２ 流れ制御バルブ ３４ 第２の導管３４ ３６ 流れ戻りバルブ ３８ 温度インジケータ ４０ 温度インジケータ ４２ コントローラ ４４ 温度信号 ４６ 温度信号 ４８ 制御信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/04 Ｈ０１Ｍ 8/04 Ｊ 8/10 8/10
Claims (11)
- 【請求項１】 燃料電池電力供給型の車両であって、該
車両は、水素及び酸素から電気を生成するための燃料電
池システムと、該車両を推進させるため前記電気により
付勢される電動機と、該電動機を制御するための電力制
御回路と、該車両の乗員室の環境を制御するための熱交
換器と、該車両から余剰の熱を放出するための放熱器
と、を有し、 更に、 高温熱輸送回路であって、液体炭化水素をＰＥＭ燃料電
池に燃料供給するための水素に転換させる熱生成燃料プ
ロセッサ、該高温回路から熱を抽出する少なくとも１つ
の吸熱装置、及び、該高温回路を通して誘電性液体熱輸
送媒体を循環させる第１のポンプを備える、前記高温熱
輸送回路と、 低温熱輸送回路であって、前記燃料電池、前記電動機、
前記電力制御回路、前記放熱器、及び、該低温回路を通
して前記熱輸送媒体を循環させる第２のポンプを備え
る、前記低温熱輸送回路と、 前記高温回路及び前記低温回路を連通させる第１のバル
ブであって、該第１のバルブは、開放したとき、該回路
のうち一方の回路から他方の回路に第１の量の前記媒体
を差し向けるように構成される、前記第１のバルブと、 前記高温回路及び前記低温回路を連通させる第２のバル
ブであって、該第２のバルブは、前記第１のバルブが開
放したとき、前記他方の回路から前記一方の回路まで、
前記第１の量に等しい第２の量の前記媒体を差し向ける
ように構成される、前記第２のバルブと、 前記車両の熱的要求に応答するコントローラであって、
前記高温回路及び低温回路の各々で前記媒体の温度を変
化させるため前記第１のバルブの開閉を制御する、前記
コントローラと、 を含むことを特徴とする、前記燃料電池電力供給型の車
両。 - 【請求項２】 前記第１のポンプ及び第２のポンプの両
方を駆動するための単一のモータを備える、請求項１に
記載の車両。 - 【請求項３】 前記第１のバルブは、パルス幅変調バル
ブ、プロポーショニングバルブ及び可変オリフィスバル
ブからなるグループから選択される、請求項１に記載の
車両。 - 【請求項４】 前記第２のバルブはチェックバルブであ
る、請求項１に記載の車両。 - 【請求項５】 前記燃料電池は、該燃料電池の温度を測
定するための第１のセンサーを備え、前記コントローラ
は該第１のセンサーの出力に応答する、請求項１に記載
の車両。 - 【請求項６】 前記燃料プロセッサは、該燃料プロセッ
サの温度を測定するための第２のセンサーを備え、前記
コントローラは該第２のセンサーの出力に応答する、請
求項１に記載の車両。 - 【請求項７】 前記媒体は、３００℃で液体であり、−
４０℃でポンプ汲み出し可能であり、少なくとも約２５
０Ω−ｃｍの直流体積抵抗率を有するオイルである、請
求項１に記載の車両。 - 【請求項８】 前記オイルは、パラフィン族炭化水素で
ある、請求項７に記載の車両。 - 【請求項９】 前記吸熱装置は、前記炭化水素、及び／
又は、前記燃料電池システムで使用するための水を蒸発
させるための蒸発器である、請求項１に記載の車両。 - 【請求項１０】 燃料電池電力供給型の車両を作動させ
る方法であって、該車両は、（ａ）水素及び酸素から電
気を生成するための燃料電池と、（ｂ）該車両を推進さ
せるため前記電気により付勢される電動機と、（ｃ）該
電動機を制御するための電力制御回路と、（ｄ）該車両
の乗員室の環境を制御するための熱交換器と、（ｅ）該
車両から余剰の熱を放出するための放熱器と、（ｆ）液
体炭化水素を前記燃料電池に燃料供給するための水素に
転換させる熱生成燃料プロセッサと、（ｇ）少なくとも
１つの吸熱装置と、（ｈ）前記燃料プロセッサ及び前記
吸熱装置の間の高温回路内で液体熱輸送媒体を循環させ
る第１のポンプと、（ｉ）前記燃料電池、前記電動機、
前記電力制御回路及び前記放熱器を通して低温回路内で
前記熱輸送媒体を循環させる第２のポンプと、を有し、 前記方法は、 前記燃料電池の温度を測定し、 前記燃料電池が低温過ぎるとき、前記低温回路内の媒体
の温度を上昇させて該燃料電池をウォームアップするた
め、前記高温回路から前記低温回路に第１の量の前記媒
体を押し流し、 前記第１の量の媒体が前記低温回路内に押し流されたと
き、該低温回路から前記高温回路に該第１の量と等しい
量の前記媒体を排出させる、各工程を含む、前記方法。 - 【請求項１１】 燃料電池電力供給型の車両を作動させ
る方法であって、該車両は、（ａ）水素及び酸素から電
気を生成するための燃料電池と、（ｂ）該車両を推進さ
せるため前記電気により付勢される電動機と、（ｃ）該
電動機を制御するための電力制御回路と、（ｄ）該車両
の乗員室の環境を制御するための熱交換器と、（ｅ）該
車両から余剰の熱を放出するための放熱器と、（ｆ）液
体炭化水素を前記燃料電池に燃料供給するための水素に
転換させる熱生成燃料プロセッサと、（ｇ）少なくとも
１つの吸熱装置と、（ｈ）前記燃料プロセッサ及び前記
吸熱装置の間の高温回路内で液体熱輸送媒体を循環させ
る第１のポンプと、（ｉ）前記燃料電池、前記電動機、
前記電力制御回路及び前記放熱器を通して低温回路内で
前記熱輸送媒体を循環させる第２のポンプと、を有し、 前記方法は、 前記燃料プロセッサの温度を測定し、 前記燃料プロセッサが高温過ぎた場合、前記高温回路内
の媒体を冷却するため、該高温回路から前記低温回路に
第１の量の前記媒体を押し流し、該低温回路から該高温
回路に該第１の量と等しい量の前記媒体を排出させ、こ
れによって前記燃料プロセッサを冷却する、各工程を含
む、前記方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/504450 | 2000-02-16 | ||
| US09/504,450 US6394207B1 (en) | 2000-02-16 | 2000-02-16 | Thermal management of fuel cell powered vehicles |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001298807A true JP2001298807A (ja) | 2001-10-26 |
| JP3431604B2 JP3431604B2 (ja) | 2003-07-28 |
Family
ID=24006309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001040529A Expired - Fee Related JP3431604B2 (ja) | 2000-02-16 | 2001-02-16 | 燃料電池電力供給型車両の熱管理 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6394207B1 (ja) |
| JP (1) | JP3431604B2 (ja) |
| CA (1) | CA2327593C (ja) |
| DE (1) | DE10105088A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| KR101417115B1 (ko) | 2008-10-15 | 2014-07-08 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 차량의 열 및 물 관리 시스템 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US7038766B2 (en) * | 1999-04-01 | 2006-05-02 | Microtrace, Llc | Identification particles and system and method for retrospective identification using spectral codes |
| US6860349B2 (en) * | 2000-05-26 | 2005-03-01 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Cooling system for fuel cell powered vehicle and fuel cell powered vehicle employing the same |
| JP4843147B2 (ja) * | 2000-05-30 | 2011-12-21 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池暖機システム |
| JP4575551B2 (ja) | 2000-05-30 | 2010-11-04 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池用ガス供給装置 |
| DE10065303A1 (de) * | 2000-12-29 | 2002-07-11 | Siemens Ag | Kraftfahrzeug mit einem Elektromotorantrieb und einer Bordstromversorgung |
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