JP2013033712A - 燃料電池の冷却液温度調整システム及びサーモスタットバルブ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】冷却液が循環して流れるように、燃料電池10と放熱器20とを結んで設けられる冷却液循環流路30と、冷却液が放熱器20をバイパスするように、放熱器20よりも上流の冷却液循環流路30と放熱器よりも下流の冷却液循環流路30とを結ぶ放熱器バイパス流路40と、冷却液循環流路30と放熱器バイパス流路40との結合場所に設けられ、冷却液循環流路30を流れる流量及び放熱器バイパス流路40を流れる流量を調整するサーモスタットバルブ50と、冷却液がサーモスタットバルブ50をバイパスするように、冷却液循環流路30と放熱器バイパス流路40とを結んで設けられるバルブバイパス流路60と、を含む。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明による燃料電池の冷却液温度調整システムの第1実施形態を示す図である。
アノード電極触媒層: 2H2 →4H+ +4e- ・・・(1-2)
図4は、本発明による燃料電池の冷却液温度調整システムの第2実施形態を説明する図である。
図5は、本発明による燃料電池の冷却液温度調整システムの第3実施形態を示す図である。
Tsst:サーモスタットの設定温度
Tin:燃料電池の目標水温
Tr:放熱器の出口温度の下限値
m:冷却液ポンプの下限流量
c:冷却液の比熱(=0.06kW/(L/min)/℃)
H:燃料電池の発熱量
図7は本発明による燃料電池の冷却液温度調整システムの第4実施形態の構成を説明する図であり、図7(A)はシステム全体図、図7(B)は制御ブロック図である。
図9は本発明による燃料電池の冷却液温度調整システムの第5実施形態の構成を説明する図であり、図9(A)はシステム全体図、図9(B)は制御ブロック図である。
図11は、本発明による燃料電池の冷却液温度調整システムの第6実施形態を説明する図である。
図12は、本発明による燃料電池の冷却液温度調整システムの第7実施形態を説明する図である。
図13は、本発明による燃料電池の冷却液温度調整システムの第8実施形態を説明する図である。
本実施形態では、前述した第1実施形態から第8実施形態で使用したサーモスタットバルブ50の他の実施形態について説明する。
10 燃料電池
11 冷却液入口
12 冷却液出口
20 放熱器(ラジエーター)
30 冷却液循環流路
40 放熱器バイパス流路
50 サーモスタットバルブ
51 ハウジング
51a 低温部
51b 高温部
51c 中温部(混合通路)
51d 低温側開口
51e 高温側開口
52 メインバルブ(弁体)(低温側弁体)
53 バイパスバルブ(弁体)(高温側弁体)
54 伸縮体
60 バルブバイパス流路
70 冷却液ポンプ
511 切り欠き(ハウジングに形成された切り欠き)
531 連通孔(バイパス流路)(連通路)
532 切り欠き(高温側弁体に形成された切り欠き)
Claims (15)
- 燃料電池と、
冷却液の熱を放熱する放熱器と、
冷却液が循環して流れるように、前記燃料電池と前記放熱器とを結んで設けられる冷却液循環流路と、
冷却液が前記放熱器をバイパスするように、放熱器よりも上流の冷却液循環流路と放熱器よりも下流の冷却液循環流路とを結ぶ放熱器バイパス流路と、
前記冷却液循環流路と前記放熱器バイパス流路との結合場所に設けられ、冷却液循環流路を流れる流量及び放熱器バイパス流路を流れる流量を調整するサーモスタットバルブと、
冷却液が前記サーモスタットバルブをバイパスするように、前記冷却液循環流路と前記放熱器バイパス流路とを結んで設けられるバルブバイパス流路と、
を含む燃料電池の冷却液温度調整システム。 - 請求項1に記載の燃料電池の冷却液温度調整システムにおいて、
前記バルブバイパス流路は、前記サーモスタットバルブのハウジングに形成される、
燃料電池の冷却液温度調整システム。 - 請求項1又は請求項2に記載の燃料電池の冷却液温度調整システムにおいて、
前記バイパスバルブ流路は、前記放熱器への最大目標流量を達成できるように圧力損失が設定される、
燃料電池の冷却液温度調整システム。 - 請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の燃料電池の冷却液温度調整システムにおいて、
前記冷却液の上限温度を達成できるように、前記放熱器バイパス流路を流れてサーモスタットバルブに流入する流量と前記バルブバイパス流路を流れる流量との流量比が決められる、
燃料電池の冷却液温度調整システム。 - 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の燃料電池の冷却液温度調整システムにおいて、
要求出力が大きいほど冷却液の目標温度を大きく設定する温度設定部と、
前記冷却液の温度を検出する温度センサーと、
前記冷却液循環流路に設けられ、前記温度センサーで検出された温度が前記目標温度に対して低いほど流量を小にする冷却液ポンプと、
をさらに含む燃料電池の冷却液温度調整システム。 - 請求項5に記載の燃料電池の冷却液温度調整システムにおいて、
前記燃料電池に供給されるカソードガスの湿度を推定する湿度推定部をさらに含み、
前記温度設定部は、前記カソードガスの湿度が大きいほど冷却液の目標温度を大きく設定する、
燃料電池の冷却液温度調整システム。 - 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の燃料電池の冷却液温度調整システムにおいて、
要求出力に基づいて燃料電池の目標湿潤状態を設定する湿潤設定部と、
前記燃料電池の湿潤状態を検出する湿潤検出部と、
前記冷却液循環流路に設けられ、前記湿潤検出部で検出された湿潤状態が前記目標湿潤状態に対して低くて乾燥しているほど流量を小にする冷却液ポンプと、
をさらに含む燃料電池の冷却液温度調整システム。 - 請求項5から請求項7までのいずれか1項に記載の燃料電池の冷却液温度調整システムにおいて、
要求出力が大きいほど、冷却液ポンプの流量を大に補正する補正部をさらに含む、
燃料電池の冷却液温度調整システム。 - 請求項5から請求項8までのいずれか1項に記載の燃料電池の冷却液温度調整システムにおいて、
燃料電池から流出した冷却液の温度が上限温度に達するときの冷却液ポンプの下限流量を求める下限流量演算部と、
前記冷却液ポンプの流量が前記下限流量を下回るときには、冷却液ポンプの流量を下限流量で制限する流量制限部と、
をさらに含む燃料電池の冷却液温度調整システム。 - 低温の流体が流入する低温部、高温の流体が流入する高温部、低温側開口を介して低温部に連通するとともに高温側開口を介して高温部に連通する中温部を備えるハウジングと、
前記低温側開口を開閉する低温側弁体と、
前記高温側開口を開閉する高温側弁体と、
前記低温側弁体及び前記高温側弁体に接続され、温度に応じて伸縮して低温側弁体及び高温側弁体を移動させることで、低温部から中温部に流入する流体の流量と、高温部から中温部に流入する流体の流量と、を調整して、中温部の流体の温度を所定温度にする伸縮体と、
前記ハウジングに形成され、前記中温部に連続する流出路と前記高温部とを接続するバイパス流路と、
を含むサーモスタットバルブ。 - 燃料電池と、
冷却液の熱を放熱する放熱器と、
冷却液が循環して流れるように、前記燃料電池と前記放熱器とを結んで設けられる冷却液循環流路と、
冷却液が前記放熱器をバイパスするように、放熱器よりも上流の冷却液循環流路と放熱器よりも下流の冷却液循環流路とを結ぶ放熱器バイパス流路と、
前記冷却液循環流路と前記放熱器バイパス流路との結合場所に設けられ、冷却液循環流路を流れる流量及び放熱器バイパス流路を流れる流量を調整するサーモスタットバルブと、
を含む燃料電池の冷却液温度調整システムにおいて、
前記サーモスタットバルブが、
前記冷却液循環流路から流入してきた冷却液と、前記放熱器バイパス流路から流入してきた冷却液と、を混合させて前記燃料電池に供給する混合通路と、
混合通路内の温度に応じて、前記冷却液循環流路から前記混合通路に流入する冷却液の流量及び前記放熱器バイパス流路から前記混合通路に流入する冷却液の流量を調整する弁体と、
前記放熱器バイパス流路から流入してきた冷却液を、前記弁体をバイパスさせて前記混合通路内に導入するバイパス流路と、
を含む燃料電池の冷却液温度調整システム。 - 低温の流体が流入する低温部、高温の流体が流入する高温部、低温側開口を介して低温部に連通するとともに高温側開口を介して高温部に連通する中温部を備えるハウジングと、
前記中温部内に設けられ、温度に応じて伸縮する伸縮体と、
前記伸縮体の伸縮に応じて、前記低温部から前記中温部に流入する流体の流量と、前記高温部から前記中温部に流入する流体の流量と、を調整する弁体と、
前記高温部と前記中温部とを常時連通する連通路と、
を含むサーモスタットバルブ。 - 請求項12に記載のサーモスタットバルブにおいて、
前記弁体は、前記高温側開口を開閉する高温側弁体をさらに含み、
前記連通路は、前記高温側弁体を貫通する孔である、
サーモスタットバルブ。 - 請求項12に記載のサーモスタットバルブにおいて、
前記弁体は、前記高温側開口を開閉する高温側弁体をさらに含み、
前記連通路は、前記高温側弁体に形成された切り欠きと、前記高温側開口と、の間に形成される通路である、
サーモスタットバルブ。 - 請求項12に記載のサーモスタットバルブにおいて、
前記弁体は、前記高温側開口を開閉する高温側弁体をさらに含み、
前記連通路は、前記高温側弁体と、その高温側弁体が当接する前記高温側開口部の前記ハウジングに形成された切り欠きと、の間に形成される通路である、
サーモスタットバルブ。
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