JP2003123804A - 燃料電池の冷却方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 導電率の高い冷却液が燃料電池に流れないよ
うにする。 【解決手段】 燃料電池１の発電に伴う発熱を、冷却液
を循環させてラジエター４により放熱する燃料電池１の
冷却方法において、冷却液中に存在するイオンを除去す
るイオン交換器５を、冷却液循環系に設け、冷却液温度
が所定温度より低い時は、冷却液の一部をラジエター４
とイオン交換器５の間で循環させて、熱交換器５の冷却
液中のイオンを除去し、冷却液温度が前記所定温度より
高い時は、冷却液を燃料電池１と熱交換器４の間で循環
させて燃料電池１を冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、燃料電池の発電
に伴う発熱を、冷却液を循環させて熱交換器により放熱
する燃料電池の冷却方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池自動車等に搭載される燃料電池
には、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体
高分子電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み
込み、さらにその外側を一対の導電性セパレータで挟持
して形成されたセルを複数積層して構成されたスタック
からなり、各セルのアノードに燃料ガス（例えば、水素
ガスなど）を供給し、カソードに酸化剤ガス（例えば、
酸素を含む空気など）を供給して発電を行うものがあ
る。この燃料電池においては、アノードで触媒反応によ
り発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過し
てカソードまで移動し、カソードで酸素と電気化学反応
を起こして発電する。

【０００３】また、この種の燃料電池では発電に伴って
発熱するので、燃料電池を所定の作動温度範囲に収める
ように、各セルのセパレータに形成された冷却液通路に
冷却液を流して燃料電池を冷却しており、さらに、この
冷却液を熱交換器により放熱して冷却している。このよ
うな冷却システムを備えている場合、寒冷環境時や低出
力運転時などに燃料電池を過冷却させないように放熱量
を制御する必要がある。従来の放熱量制御の一手法とし
て、温度に応じてサーモスタットバルブで冷却液回路を
切り換える方法がある。この方法では、冷却液がサーモ
スタットバルブの作動温度（以下、サーモスタット作動
温度という）以下の低温域では熱交換器を迂回させて燃
料電池に冷却液を循環させ、前記サーモスタット作動温
度を超える高温域では熱交換器を通して燃料電池に冷却
液を循環させるように流路を切り換える。

【０００４】また、このように冷却液でセパレータを直
接冷却する冷却システムを採用する場合、冷却液を通じ
て漏電が生じないように冷却液の導電率を低く抑えなけ
ればならず、そのため、冷却液をイオン交換器等に通
し、冷却液中に存在するイオンを除去し、冷却液の導電
率を低く保つようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たサーモスタットバルブで冷却液回路を切り換えて放熱
量制御を行うシステムの場合、低温域で熱交換器をバイ
パスして冷却液を循環させている時には、熱交換器およ
びこれに冷却液を循環せしめる流路内で冷却液が滞留し
ており、熱交換器等からイオンが溶出して滞留している
冷却液の導電率が高まることがある。このように低温域
において熱交換器などに滞留する冷却液の導電率が高ま
ると、暖機完了で冷却液回路が切り換えられた時に、熱
交換器に滞留していた導電率の高い冷却液が燃料電池に
導入される虞がある。

【０００６】従来は、このような事態に陥らないよう
に、熱交換器や冷却液の循環配管の材料にイオン溶出の
極めて少ない材料を使用することで対応していたが、そ
のようにすると、熱交換器の形状や製造方法等に制約を
受けることとなり、また、熱交換器の大型化や重量増
大、コストアップなどを引き起こした。また、イオン溶
出を低減するように熱交換器等の内部にコーティングを
施す等で対処する方法もあるが、コーティングが劣化す
るとイオンが溶け出す場合もある。そこで、この発明
は、冷却液温度が低い時にも熱交換器で冷却液が滞留し
ないようにし、且つ、冷却液の導電率が上昇しないよう
にした燃料電池の冷却方法を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載した発明は、燃料電池（例えば、後
述する実施の形態における燃料電池１）の発電に伴う発
熱を、冷却液を循環させて第１の熱交換器（例えば、後
述する実施の形態におけるラジエター４）により放熱す
る燃料電池の冷却方法において、冷却液中に存在するイ
オンを除去するイオン交換器（例えば、後述する実施の
形態におけるイオン交換器５）を、冷却液循環系に設
け、冷却液温度が所定温度より低い時は、冷却液の一部
を前記第１の熱交換器と前記イオン交換器の間で循環さ
せて、前記第１の熱交換器の冷却液中のイオンを除去
し、冷却液温度が前記所定温度より高い時は、冷却液を
前記燃料電池と前記第１の熱交換器の間で循環させて前
記燃料電池を冷却することを特徴とする。このように構
成することにより、冷却液温度が前記所定温度より低い
時に、冷却液の一部を第１の熱交換器とイオン交換器の
間で循環させて、第１の熱交換器の冷却液中のイオンを
除去するので、第１の熱交換器に冷却液が滞留すること
がなくなり、しかも、第１の熱交換器中の冷却液のイオ
ン濃度を低減することができる。

【０００８】請求項２に記載した発明は、請求項１に記
載の発明において、前記第１の熱交換器とイオン交換器
の間に対向流型の第２の熱交換器（例えば、後述する実
施の形態における熱交換器６）を設け、冷却液温度が前
記所定温度より低い時は、前記第１の熱交換器に入る前
の冷却液から前記第１の熱交換器から出た後の冷却液に
熱を伝達させることを特徴とする。このように構成する
ことにより、冷却液温度が前記所定温度より低い時に冷
却液の一部を第１の熱交換器とイオン交換器の間で循環
させても、第１の熱交換器における放熱量を低く抑える
ことができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る燃料電池の
冷却方法の実施の形態を図１から図６の図面を参照して
説明する。なお、以下に説明する各実施の形態における
燃料電池の冷却方法は燃料電池自動車に搭載される燃料
電池に実施した態様である。

【００１０】〔第１の実施の形態〕初めに、この発明に
係る燃料電池の冷却方法の第１の実施の形態を図１から
図３の図面を参照して説明する。図１及び図２は、燃料
電池車輌に搭載された燃料電池の冷却システムの概略構
成図である。燃料電池１は、固体高分子電解質膜型の燃
料電池であり、例えば固体ポリマーイオン交換膜等から
なる固体高分子電解質膜をアノードとカソードとで両側
から挟み込み、さらにその外側を一対のセパレータで挟
持して形成されたセルを複数積層して構成されたスタッ
クからなる。この燃料電池１では、アノードに水素ガス
が供給されカソードに酸素を含む空気が供給された時
に、前記アノードで触媒反応により発生した水素イオン
が、固体高分子電解質膜を透過して前記カソードまで移
動し、該カソードで酸素と電気化学反応を起こして発電
するようになっている。なお、図１では、水素ガスと空
気の供給系および排出系の図示を省略している。

【００１１】また、この燃料電池１では、前記セパレー
タに冷却液通路が形成されていて、この冷却液通路に冷
却液を流してセパレータを直接冷却することにより、燃
料電池１の温度を所定の温度範囲（例えば、燃料電池の
暖機完了後で７０〜８０゜ｃ程度）に制御している。次
に、前記冷却液が流れる冷却液循環系について説明す
る。この燃料電池の冷却システムでは、サーモスタット
バルブ３によって冷却液の主流路を切り換えており、冷
却液温度がサーモスタットバルブ３の作動温度（これ
を、サーモスタット作動温度という）以下の時（これを
低温域という）には、大部分の冷却液をラジエター（第
１の熱交換器）４を迂回して燃料電池１に循環させ、冷
却液温度がサーモスタット作動温度を超えた時（これを
高温域という）には、大部分の冷却液をラジエター４に
通し冷却した上で燃料電池１に循環させている。

【００１２】初めに、サーモスタットバルブ３について
図３を参照して説明する。サーモスタットバルブ３は、
ハウジング３１の内部に形成されている弁室が、仕切板
３３によって第１弁室３４と第２弁室３５の２つの部屋
に分けられており、さらに、第１弁室３４と第２弁室３
５を連通する仕切板３３の連通孔３３ａが弁体３７によ
って連通および遮断可能にされている。また、サーモス
タットバルブ３は、弁室内を流れる冷却液の温度に感応
して弁体３７を駆動するサーモスタット（図示せず）を
内蔵しており、冷却液がサーモスタット作動温度以下の
時、すなわち「低温域」にある時には、弁体３７が図３
（Ａ）に示すように連通孔３３ａを閉塞し（以下、この
状態を全閉状態という）、冷却液がサーモスタット作動
温度を超えた時、すなわち「高温域」にある時には、弁
体３７が図３（Ｂ）に示すように連通孔３３ａから離間
する（以下、この状態を全開状態という）。なお、前記
サーモスタットについては周知技術であるので、ここで
の説明は省略する。

【００１３】そして、第１弁室３４に冷却液配管１２，
１３が接続され、第２弁室３５に冷却液配管１９が接続
されている。したがって、冷却液が低温域にあってサー
モスタットバルブ３が図３（Ａ）に示す全閉状態になっ
ている場合には、冷却液配管１２から第１弁室３４に流
入した冷却液が冷却液配管１３へと流出する。この時、
冷却液配管１９は第２弁室３５において閉塞した状態と
なる。一方、冷却液が高温域にあってサーモスタットバ
ルブ３が図３（Ｂ）に示す全開状態になっている場合に
は、冷却液配管１９から第２弁室３５に流入した冷却液
が第１弁室３４を通って冷却液配管１３へと流出する。
この時、弁体３７が冷却液配管１２の第１弁室３４への
流入口１２ａを閉塞するようになっているので、冷却液
が冷却液配管１２から第１弁室３４に流入することはな
い。すなわち、サーモスタットバルブ３は、弁体３７で
連通孔３３ａと冷却液配管１２の流入口１２ａを連通あ
るいは遮断することにより、冷却液回路の切り換えを行
う。

【００１４】次に、燃料電池１の冷却液の温度が低いた
め該冷却液を冷却する必要がない時、すなわち冷却液が
「低温域」にある時の冷却液回路を説明する。図１に示
すように、燃料電池１の冷却液通路出口１ａから排出さ
れた冷却液は、冷却液配管１１を介して冷却液ポンプ２
に吸引され、冷却液ポンプ２で昇圧された後、冷却液配
管１２を介してサーモスタットバルブ３に導入され、さ
らに冷却液配管１３を介して燃料電池１の冷却液通路入
口１ｂに導入され、燃料電池１内の冷却液通路を流れた
後、再び冷却液出口１ａから排出され、循環する。これ
が、低温域における冷却液の主流路であり、冷却液の大
部分はこの主流路を通って燃料電池１を循環する。

【００１５】この低温域においては、冷却液配管１３を
流れる冷却液の一部が、冷却液配管１４およびオリフィ
ス１５を介してイオン交換器５に導入される。イオン交
換器５は、その内部にイオン交換樹脂が充填されてい
て、冷却液中に存在するイオンを除去し、冷却液の導電
率を低下させる。また、オリフィス１５は、イオン交換
器５に流入する冷却液の流量を所定流量に制限する制限
オリフィスである。イオン交換器５によってイオン除去
された冷却液は冷却液配管１６を介して冷却液配管１１
に戻され、冷却液ポンプ２に吸引されて循環する。した
がって、低温域においては、燃料電池１を循環する冷却
液の一部が常にイオン交換器５を流通してイオン除去さ
れるので、燃料電池１を循環する冷却液のイオン濃度を
所定値以下に抑えることができ、その結果、該冷却液の
導電率を所定値以下に抑えて、燃料電池１内での冷却液
の絶縁性能が担保される。

【００１６】さらに、低温域においては、冷却液配管１
２を流れる冷却液の一部が、冷却液配管１７を介して熱
交換器（第２の熱交換器）６の１次流体通路６ａに導入
され、１次流体通路６ａを通過した冷却液は冷却液配管
１８を介してラジエター４に供給される。このラジエタ
ー４は、自然送風あるいはファンによる強制送風で冷却
液から熱を奪い冷却する空冷式熱交換器である。ラジエ
ター４を通過した冷却液は、冷却液配管１９，２０を介
して熱交換器６の２次流体通路６ｂに導入され、２次流
体通路６ｂを通過した冷却液は、冷却液配管２１および
オリフィス２２を介して冷却液配管１１に戻され、冷却
液ポンプ２に吸引されて循環する。ただし、ラジエター
４を流れる冷却液の流量は、オリフィス２２によって所
定の小流量に制限されている。なお、この時には、サー
モスタットバルブ３は全閉状態であり、サーモスタット
バルブ３の連通孔３３ａが弁体３７で閉塞されているの
で、冷却液配管１９から第２弁室３５を介して第１弁室
３４に冷却液が流れ込むことはない。熱交換器６は１次
流体通路６ａと２次流体通路６ｂで冷却液の流れ方向が
逆向きになる対向流型の熱交換器であり、１次流体通路
６ａを流れる冷却液と２次流体通路６ｂを流れる冷却液
との間で熱を伝達させる。

【００１７】このように、低温域の時に冷却液の一部を
ラジエター４に流すようにしたことにより、以下のよう
な作用・効果を奏する。低温域の時にラジエター４への
冷却液の供給を完全に停止すると、ラジエター４内で冷
却液が滞留するため、ラジエター４から溶出するイオン
によりラジエター４内の冷却液のイオン濃度が高まり、
導電率が高まる場合がある。このように、ラジエター４
内の冷却液のイオン濃度が高くなっていると、冷却液が
低温域から高温域に変化して、サーモスタットバルブ３
が閉弁状態から開弁状態に切り換わると、ラジエター４
に滞留していた導電率の高い冷却液が、冷却液配管１３
を通って燃料電池１の冷却液通路に流れ込み、燃料電池
１内の冷却液の絶縁性能を低下させてしまう。

【００１８】これに対して、第１の実施の形態のよう
に、低温域においても冷却液の一部をラジエター４に流
すようにすると、ラジエター４内において冷却液が滞留
するのを阻止することができ、ラジエター４内でイオン
濃度が上昇するのを抑制することができる。そして、こ
のラジエター４を通過した冷却液は、冷却液ポンプ２の
上流の冷却液配管１１に戻されて前記主流路を流れる冷
却液と混合されるが、前述したように、主流路を流れる
冷却液の一部はイオン交換器５を循環することから、ラ
ジエター４を通過した冷却液の少なくとも一部は、イオ
ン交換器５を循環するということができる。すなわち、
低温域においては、冷却液の一部がラジエター４とイオ
ン交換器５の間で循環し、ラジエター４の冷却液中のイ
オンを除去していることとなる。これにより、低温域に
おいても、ラジエター４内の冷却液のイオン濃度を低く
抑えることができるとともに、燃料電池１を循環する冷
却液のイオン濃度を所定値以下に保持することができ
る。

【００１９】また、熱交換器６において、ラジエター４
に入る冷却液（１次流体通路６ａを流れる冷却液）とラ
ジエター４から出た冷却液（２次流体通路６ｂを流れる
冷却液）の間で熱交換するようにしたことにより、以下
のような作用・効果を奏する。熱交換器６を設けなかっ
た場合、ラジエター４には燃料電池１から受熱して温め
られた冷却液が導入されるようになり、この冷却液はラ
ジエター４を流れる際に放熱して冷却されるが、例え
ば、寒冷環境下で低出力運転をする時などには相当な低
温になり、その低温の冷却液が冷却液ポンプ２の上流に
戻され、前記主流路を流れる冷却液と混合される結果、
例え小流量であるとは言え主流路を流れる冷却液の温度
に対する影響は大きく、燃料電池１に供給される冷却液
の温度を低下させ、燃料電池１を過冷却させてしまい、
燃料電池１を適正温度に保てなくなる虞がある。

【００２０】これに対して、熱交換器６を設置した場合
には、燃料電池１から受熱して温められた冷却液が１次
流体通路６ａに流れ、ラジエター４から出た冷たい冷却
液が２次流体通路６ｂを流れることから、１次流体通路
６ａを流れる冷却液の熱が２次流体通路６ｂを流れる冷
却液に伝達され、その結果、１次流体通路６ａを流れる
冷却液の温度は低下し、２次流体通路６ｂを流れる冷却
液の温度は上昇して、両者の温度差が小さくなる。その
結果、ラジエター４での放熱量も少なくなる。したがっ
て、熱交換器６を備えている場合には、冷却液の一部が
ラジエター４を通った後、前記主流路を流れる冷却液に
混合されても、主流路を流れる冷却液の温度に与える影
響は極めて少なく、燃料電池１に供給される冷却液の温
度を殆ど低下させることがないので、燃料電池１の過冷
却を防止して、燃料電池１を適正温度に保持することが
できる。

【００２１】次に、燃料電池１の冷却液の温度が高いた
め該冷却液を冷却する必要がある時、すなわち冷却液が
「高温域」にある時の冷却液回路を説明する。この場合
には、図２に示すように、サーモスタットバルブ３が全
開状態になるので、燃料電池１の冷却液通路出口１ａか
ら排出され、冷却液ポンプ２で昇圧された冷却液は、冷
却液配管１２、冷却液配管１７、熱交換器６の１次流体
通路６ａ、冷却液配管１８を介してラジエター４に供給
され、ラジエター４により冷却された冷却液は、冷却液
配管１９を介してサーモスタットバルブ３に導入され、
さらに冷却液配管１３を介して燃料電池１の冷却液通路
入口１ｂに導入され、循環する。これが、高温域におけ
る冷却液の主流路であり、冷却液の大部分はこの主流路
を通って燃料電池１を循環する。なお、高温域では、サ
ーモスタットバルブ３が全開状態になり、サーモスタッ
トバルブ３における冷却液配管１２の流入口１２ａが閉
塞されるので、冷却液配管１２から第１弁室３４に冷却
液が流れ込むことはない。

【００２２】この高温域においても、冷却液配管１３を
流れる冷却液の一部が、冷却液配管１４およびオリフィ
ス１５を介してイオン交換器５に導入され、イオン交換
器５によってイオン除去された冷却液は冷却液配管１６
を介して冷却液配管１１に戻され、冷却液ポンプ２に吸
引されて循環する。したがって、高温域においても、燃
料電池１を循環する冷却液の一部が常にイオン交換器５
を流通してイオン除去されるので、燃料電池１を循環す
る冷却液のイオン濃度を所定値以下に抑えることがで
き、その結果、該冷却液の導電率を所定値以下に抑え
て、燃料電池１内での冷却液の絶縁性能が担保される。

【００２３】また、この高温域においては、ラジエター
４を通過した冷却液の一部が、冷却液配管２０を介して
熱交換器６の２次流体通路６ｂに導入され、さらに、冷
却液配管２１およびオリフィス２２を介して冷却液配管
１１に戻されるが、その流量はオリフィス２２によって
制限されるため、前記主流路を流れる冷却液の流量と比
較すると微々たるものであり、熱交換器６における熱損
失も微々たるもので、ラジエター４の冷却性能への影響
は殆どない。

【００２４】このように、冷却液温度が低温域から高温
域に変化して、サーモスタットバルブ３が全閉状態から
全開状態に切り換わり、冷却液の流路が低温域の冷却液
回路から高温域の冷却液回路に瞬時に切り換わっても、
予め低温域の時にラジエター４内の冷却液のイオン濃度
を低く抑えているので、高温域の冷却液回路に切り換わ
った直後から、イオン濃度の低い（すなわち、導電率が
低い）冷却液を燃料電池１に循環させることができる。
したがって、第１の実施の形態における燃料電池の冷却
方法によれば、冷却液の全ての温度域において燃料電池
１内の冷却液の絶縁性能を常に許容範囲内に保つことが
でき、且つ、燃料電池１の過冷却を防止し、燃料電池１
を適正温度に制御することができる。

【００２５】〔第２の実施の形態〕次に、この発明に係
る燃料電池の冷却方法の第２の実施の形態を図４及び図
５の図面を参照して説明する。図４及び図５は、第２の
実施の形態における燃料電池の冷却システムの概略構成
図である。第２の実施の形態における燃料電池の冷却シ
ステムの構成で、前述した第１の実施の形態のものと相
違する点は以下の通りである。

【００２６】第２の実施の形態では、イオン交換器５
は、冷却液配管１１と冷却液配管１３の間ではなく、冷
却液配管１１と冷却液配管１９の間に設置されている。
詳述すると、サーモスタットバルブ３の直ぐ上流の冷却
液配管１９には、途中にオリフィス２３を備えた冷却液
配管２４が接続されており、冷却液配管２４はイオン交
換器５に接続されている。さらに、イオン交換器５は、
冷却液配管２５を介して熱交換器６の２次流体通路６ｂ
入口に接続され、２次流体通路６ｂ出口が冷却液配管２
１を介して冷却液配管１１に接続されている。その他の
構成については第１の実施の形態のものと同じであるの
で、同一態様部分に同一符号を付して説明を省略する。

【００２７】この第２の実施の形態における冷却液の流
れを説明する。初めに、冷却液温度が低温域にある時の
冷却液の流れを図４を参照して説明する。この時の冷却
液の主流路については第１の実施の形態の場合と同じで
あり、冷却液は、燃料電池１の冷却液通路出口１ａ→冷
却液配管１１→冷却液ポンプ２→冷却液配管１２→サー
モスタットバルブ３→冷却液配管１３→燃料電池１の冷
却液通路入口１ｂを通って燃料電池１を循環する。

【００２８】そして、この時に、冷却液配管１２を流れ
る冷却液の一部が、冷却液配管１７を介して熱交換器６
の１次流体通路６ａに導入され、１次流体通路６ａを通
過した冷却液は冷却液配管１８を介してラジエター４に
供給される。ラジエター４を通過した冷却液は、冷却液
配管１９、オリフィス２３、冷却液配管２４を介してイ
オン交換器５に導入され、イオン交換器５においてイオ
ン除去された冷却液は冷却液配管２５を介して熱交換器
６の２次流体通路６ｂに導入され、２次流体通路６ｂを
通過した冷却液は冷却液配管２１を介して冷却液配管１
１に戻され、冷却液ポンプ２に吸引されて循環する。す
なわち、この第２の実施の形態では、イオン交換器５と
熱交換器６の２次流体通路６ｂが直列接続されており、
同じ冷却液がイオン交換器５を通過した後に２次流体通
路６ｂに流れるようになっている。

【００２９】この第２の実施の形態においても、低温域
において冷却液の一部がラジエター４に流れるので、ラ
ジエター４内で冷却液が滞留するのを阻止して、ラジエ
ター４内でのイオン濃度の上昇を抑制することができ
る。また、ラジエター４を通過した冷却液を、イオン交
換器５に循環させているので、ラジエター４の冷却液中
のイオンを除去することができる。したがって、低温域
においても、ラジエター４内の冷却液のイオン濃度を低
く抑えることができるとともに、燃料電池１を循環する
冷却液のイオン濃度を所定値以下に保持することができ
る。

【００３０】また、この第２の実施の形態においても、
熱交換器６において、ラジエター４に導入される比較的
に温かい冷却液とラジエター４から出た冷たい冷却液の
間で熱交換が行われ、両者の温度差を小さくすることが
できるので、ラジエター４での放熱量を少なくすること
ができる。したがって、ラジエター４および熱交換器６
を通過した冷却液が主流路を流れる冷却液に混合されて
も、燃料電池１に供給される冷却液の温度を殆ど低下さ
せないようにすることができ、燃料電池１の過冷却を防
止して、燃料電池１を適正温度に保持することができ
る。

【００３１】次に、冷却液温度が高温域にある時の冷却
液の流れを図５を参照して説明する。この時の冷却液の
主流路については第１の実施の形態の場合と同じであ
り、冷却液は、燃料電池１の冷却液通路出口１ａ→冷却
液ポンプ２→冷却液配管１２→冷却液配管１７→熱交換
器６の１次流体通路６ａ→冷却液配管１８→ラジエター
４→冷却液配管１９→サーモスタットバルブ３→冷却液
配管１３→燃料電池１の冷却液通路入口１ｂを通って燃
料電池１を循環する。

【００３２】そして、この時にも、冷却液配管１９を流
れる冷却液の一部が、オリフィス２３、冷却液配管２４
を介してイオン交換器５に導入され、イオン交換器５に
おいてイオン除去された冷却液は冷却液配管２５を介し
て熱交換器６の２次流体通路６ｂに導入され、２次流体
通路６ｂを通過した冷却液は冷却液配管２１を介して冷
却液配管１１に戻され、冷却液ポンプ２に吸引されて循
環する。したがって、高温域においても、燃料電池１を
循環する冷却液の一部が常にイオン交換器５を流通して
イオン除去されるので、燃料電池１を循環する冷却液の
イオン濃度を所定値以下に抑えることができる。

【００３３】したがって、この第２の実施の形態におい
ても、冷却液温度が低温域から高温域に変化して、サー
モスタットバルブ３が全閉状態から全開状態に切り換わ
り、冷却液の流路が低温域の冷却液回路から高温域の冷
却液回路に瞬時に切り換わっても、予め低温域の時にラ
ジエター４内の冷却液のイオン濃度を低く抑えているの
で、高温域の冷却液回路に切り換わった直後から、イオ
ン濃度の低い（すなわち、導電率が低い）冷却液を燃料
電池１に循環させることができる。

【００３４】加えて、第２の実施の形態においては、イ
オン交換器５と熱交換器６の２次流体通路６ｂを直列接
続しているので、冷却液が高温域にある時に、ラジエタ
ー４によって冷却された冷却液のうち燃料電池１を通ら
ずに循環する冷却液の量を、第１の実施の形態の場合に
比べて減少させることができ、換言すれば、ラジエター
４によって冷却された冷却液のうち燃料電池１に循環す
る冷却液の量を増大することができ、その結果、燃料電
池１に対する冷却能力を向上させることができる。

【００３５】以上のように、第２の実施の形態における
燃料電池の冷却方法によれば、冷却液の全ての温度域に
おいて燃料電池１内の冷却液の絶縁性能を常に許容範囲
内に保つことができ、且つ、燃料電池１の過冷却を防止
し、燃料電池１を適正温度に制御することができる。

【００３６】〔他の実施の形態〕尚、この発明は前述し
た実施の形態に限られるものではない。例えば、熱交換
器６の構造に特に限定はなく、図６に示すように、１次
流体通路６ａの内側に２次流体通路６ｂを配置した二重
管構造のものであってもよい。また、低温域における冷
却液回路と高温域における冷却液回路の切り換え手段
は、サーモスタットバルブに限るものではなく、温度セ
ンサと該温度センサの検出結果に応じて開閉制御される
バルブによって構成することも可能である。

【００３７】

【発明の効果】以上説明するように、請求項１に記載し
た発明によれば、冷却液温度が所定温度より低い時に、
冷却液の一部を第１の熱交換器とイオン交換器の間で循
環させて、第１の熱交換器の冷却液中のイオンを除去す
るので、第１の熱交換器に冷却液が滞留することがなく
なり、しかも、第１の熱交換器中の冷却液のイオン濃度
を低減することができ、その結果、燃料電池に高イオン
濃度の冷却液が導入されるのを阻止することができ、燃
料電池内での冷却液の絶縁性能を良好に維持することが
でき、燃料電池を電気的に安定した状態に保つことがで
きるという優れた効果が奏される。

【００３８】請求項２に記載した発明によれば、冷却液
温度が前記所定温度より低い時に冷却液の一部を第１の
熱交換器とイオン交換器の間で循環させても、第１の熱
交換器における放熱量を低く抑えることができるので、
冷却液の温度低下が抑制され、燃料電池の過冷却を防止
して、燃料電池を適正温度に保持することができるとい
う優れた効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係る燃料電池の冷却方法を実施可
能な燃料電池システムの第１の実施の形態におけるシス
テム構成図であり、低温域における冷却液の流れを示す
図である。

【図２】 前記第１の実施の形態におけるシステム構成
図であり、高温域における冷却液の流れを示す図であ
る。

【図３】 前記第１の実施の形態において使用されるサ
ーモスタットバルブの作動を説明するための図である

【図４】 この発明に係る燃料電池の冷却方法を実施可
能な燃料電池システムの第２の実施の形態におけるシス
テム構成図であり、低温域における冷却液の流れを示す
図である。

【図５】 前記第２の実施の形態におけるシステム構成
図であり、高温域における冷却液の流れを示す図であ
る。

【図６】 第２の熱交換器６の構造例を示す図である。

【符号の説明】 １ 燃料電池 ４ ラジエター（第１の熱交換器） ５ イオン交換器 ６ 熱交換器（第２の熱交換器）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 下山 義郎 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 5H027 AA06 CC06 KK48 MM16

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料電池の発電に伴う発熱を、冷却液を
   循環させて第１の熱交換器により放熱する燃料電池の冷
   却方法において、 冷却液中に存在するイオンを除去するイオン交換器を、
   冷却液循環系に設け、 冷却液温度が所定温度より低い時は、冷却液の一部を前
   記第１の熱交換器と前記イオン交換器の間で循環させ
   て、前記第１の熱交換器の冷却液中のイオンを除去し、 冷却液温度が前記所定温度より高い時は、冷却液を前記
   燃料電池と前記第１の熱交換器の間で循環させて前記燃
   料電池を冷却することを特徴とする燃料電池の冷却方
   法。
2. 【請求項２】 前記第１の熱交換器とイオン交換器の間
   に対向流型の第２の熱交換器を設け、冷却液温度が前記
   所定温度より低い時は、前記第１の熱交換器に入る前の
   冷却液から前記第１の熱交換器から出た後の冷却液に熱
   を伝達させることを特徴とする請求項１に記載の燃料電
   池の冷却方法。