JP2017212093A - 冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】暖機運転の終了直後において、発熱体を冷却し過ぎてしまうことの無い冷却システムを提供する。【解決手段】冷却システム１０の制御部１８０は、セルスタックＣＳに供給される冷却液の温度、である入口温度を、第１温度センサ１７１及び第２温度センサ１７２のそれぞれの測定値に基づいて算出する算出部１８１と、入口温度に基づいて、調整弁１６０の動作を制御する調整部１８２と、を有している。調整部１８２は、算出された入口温度が所定の目標温度ＴＴに到達するよう、セルスタックＣＳの温度を上昇させる暖機運転中であっても、冷却液がラジエータ１３０を流れるように調整弁１６０の動作を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、冷却液を循環させることにより発熱体を冷却する冷却システムに関する。

燃料電池システムにおいては、発電に伴ってセルスタックが発熱する。発電が効率よく行われている状態を維持するためには、セルスタックを冷却してその温度を適切な温度に保つ必要がある。そこで、燃料電池システムには、発熱体であるセルスタックを冷却するための冷却システムが設けられる。

下記特許文献１に記載された冷却システムは、ラジエータとセルスタック（燃料電池）との間において冷却液（冷却水）を循環させる構成となっている。また、当該冷却システムには、ラジエータを迂回するように冷却液を流すための配管であるバイパス配管が設けられている。バイパス配管は、ラジエータからセルスタックに冷却液を流すための往路配管（冷却水供給管）と、セルスタックからラジエータに冷却液を流すための復路配管（冷却水排出管）と、の間を繋ぐように設けられている。

また、上記冷却システムには、ラジエータから排出された冷却液の温度を測定するための温度センサ（以下では「第１温度センサ」とも称する）と、セルスタックから排出された冷却液の温度を測定するための温度センサ（以下では「第２温度センサ」とも称する）とが設けられている。上記冷却システムでは、これら複数の温度センサで測定されたそれぞれの温度に基づいて、発熱体であるセルスタックの温度が適切な温度となるように冷却液の流量等を調整している。

尚、このような冷却システムによる冷却の対象は、上記のような燃料電池システムのセルスタックに限定されない。例えば車両には、内燃機関を冷却しその温度を適温に保つためのシステムとして、同様の冷却システムが設けられる。この場合には、内燃機関が上記の「発熱体」に該当する。

燃料電池システムのように、発熱体が比較的高温となった状態で運転が行われる装置においては、起動された後の初期段階に、発熱体の温度を動作温度まで上昇させるための暖機運転が行われる。暖機運転中においては、発熱体がその温度均一性を保ちながら迅速に昇温するように、ラジエータを通らない経路で冷却液を循環させる。つまり、全ての冷却液がバイパス配管を通るように流路が切り換えられた状態で暖機運転が行われる。暖機運転が完了した後においては、一部又は全部の冷却液がラジエータを通って流れることとなる。

特開２０１５−６４９４２号公報

上記特許文献１に記載された構成において、暖機運転が行われているときには、ラジエータには冷却液が流れないように流路が切り換えられる。このため、セルスタックを通り循環している冷却液の温度は次第に上昇していく一方で、ラジエータの内部に貯えられている冷却液の温度は低温のままとなっている。

ラジエータからセルスタックに冷却液を流すための往路配管のうち、第１温度センサが設けられている部分は、バイパス配管との接続部よりも上流側である。このため、暖機運転が行われているときには、第１温度センサが設けられている部分においても冷却液は流れない。

しかしながら、バイパス配管を流れている高温の冷却液から、第１温度センサが設けられている位置への伝熱が生じることにより、第１温度センサで測定される温度も次第に上昇して行く。つまり、暖機運転中においては、ラジエータに貯えられている冷却液の温度と、ラジエータの下流側に設けられた第１温度センサで測定される温度とが、互いに一致しない状態になってしまう。

このような状態で暖機運転が終了し、通常運転に移行した直後においては、発熱体（セルスタック）の温度が一時的に低下し過ぎてしまうことがある。これは、第１温度センサで測定される冷却液の温度がラジエータ内の温度よりも高くなってしまっているので、暖機運転の終了直後において、ラジエータを経由して流れる冷却液の流量が大きめに調整されてしまうことによる。

つまり、暖機運転時における第１温度センサへの伝熱の影響によって、ラジエータ出口における冷却液の温度が実際よりも高めであるように検知されてしまう。その結果、暖機運転が終了した直後には、ラジエータを経由して発熱体に供給される冷却液の流量が大きめとなるように調整される。その直後、ラジエータ内に貯えられていた低温の冷却液が大量に発熱体に到達するので、発熱体が冷却され過ぎてしまう。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、暖機運転の終了直後において、発熱体を冷却し過ぎてしまうことの無い冷却システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る冷却システムは、冷却液を循環させることにより発熱体（ＣＳ）を冷却する冷却システム（１０）であって、冷却液からの放熱を行う放熱器（１３０）と、放熱器を通った冷却液を発熱体に導く往路配管（１１０）と、発熱体を通った冷却液を放熱器に導く復路配管（１２０）と、往路配管の途中と復路配管の途中との間を繋ぐバイパス配管（１５０）と、放熱器を流れる冷却液の流量と、バイパス配管を流れる冷却液の流量と、の比率を調整する調整弁（１６０）と、調整弁の動作を制御する制御部（１８０）と、往路配管のうち、バイパス配管が接続されている部分（ＪＣ）よりも上流側となる位置に設けられ、当該位置における冷却液の温度を測定する第１温度センサ（１７１）と、発熱体から排出された冷却液の温度を測定する第２温度センサ（１７２）と、を備える。制御部は、発熱体に供給される冷却液の温度、である入口温度を、第１温度センサ及び第２温度センサのそれぞれの測定値に基づいて算出する算出部（１８１）と、入口温度に基づいて、調整弁の動作を制御する調整部（１８２）と、を有している。調整部は、算出された入口温度が所定の目標温度に到達するよう、発熱体の温度を上昇させる暖機運転中であっても、冷却液が放熱器を流れるように調整弁の動作を制御する。

このような冷却システムでは、暖機運転中であっても、冷却液が放熱器を流れる。このため、発熱体やバイパス配管から第１温度センサへ向かう伝熱が生じたとしても、第１温度センサで測定される冷却液の温度は、放熱器の内部に存在している冷却液の温度と概ね等しくなる。

このため、暖機運転が終了した後においては、放熱器の内部における冷却液の温度が当初から正確に検知される。放熱器を経由して発熱体に供給される冷却液の流量が適切に調整されるので、一時的に発熱体を冷却し過ぎてしまうようなことが防止される。

本発明によれば、暖機運転の終了直後において、発熱体を冷却し過ぎてしまうことの無い冷却システムを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る冷却システムの構成を示す図である。 暖機運転中の伝熱について説明するための図である。 冷却システムの制御部によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る冷却システムの、制御部によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。 ラジエータから排出される冷却液の温度変化の一例を示す図である。 調整弁の開度の変化を示す図である。 調整弁の開度の変化を示す図である。 暖機運転の終了直後において発熱体の温度が低下する現象、について説明するための図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

本発明の第１実施形態に係る冷却システム１０は、燃料電池システム（全体構成は不図示）が備えるセルスタックＣＳを冷却するための装置として構成されている。燃料電池システムは、複数のセルの集合体であるセルスタックＣＳに燃料ガス及び酸化剤ガスを供給し、これらの化学エネルギーを電気エネルギーに変換して取り出す（つまり発電を行う）装置である。

セルスタックＣＳは固体高分子形燃料電池として構成されているのであるが、他の態様の燃料電池であってもよい。例えば、リン酸形燃料電池や、溶融炭酸塩形燃料電池として構成されていてもよい。セルスタックＣＳ及びこれを備える燃料電池システムの構成は公知のものと同じであるから、その具体的な説明や図示は省略する。

燃料電池システムの動作中においては、発電に伴ってセルスタックＣＳでは熱が生じる。冷却システム１０は、このような発熱体であるセルスタックＣＳを、冷却液を循環させることによって冷却し、セルスタックＣＳの温度を発電に適した温度（９０℃程度）に維持するための装置として設けられている。冷却システム１０は、往路配管１１０と、復路配管１２０と、ラジエータ１３０と、ポンプ１４０と、バイパス配管１５０と、調整弁１６０と、制御部１８０と、を備えている。

往路配管１１０は、後述のラジエータ１３０を通った冷却液を、発熱体であるセルスタックＣＳに導くための配管である。冷却液は、往路配管１１０を通ってセルスタックＣＳに供給され、セルスタックＣＳに沿って形成された不図示の流路を通る。セルスタックＣＳは、冷却液から熱を奪われることによって冷却される。一方、冷却液はセルスタックＣＳの熱を奪ってその温度を上昇させる。その後、高温となった冷却液は復路配管１２０に流入する。尚、本実施形態では、冷却液としてエチレングリコールと水との混合溶液が用いられている。これにより、低温時における冷却液の凍結が防止されている。

復路配管１２０は、発熱体であるセルスタックＣＳを通った冷却液を、ラジエータ１３０に導くための配管である。冷却液は、復路配管１２０を通ってラジエータ１３０に供給される。

ラジエータ１３０は、内部を流れる冷却液と、外部の空気との熱交換を行うための熱交換器である。つまり、ラジエータ１３０は、冷却液から空気への放熱を行う放熱器として機能する。復路配管１２０からラジエータ１３０に供給された冷却液は、空気との熱交換によって熱を奪われて、その温度を低下させる。ラジエータ１３０において低温となった冷却液は、往路配管１１０に流入し、再びセルスタックＣＳに向かって流れる。

ポンプ１４０は、往路配管１１０及び復路配管１２０を冷却液が循環するように、冷却液を送り出す装置である。ポンプ１４０は、往路配管１１０の一部に設けられており、当該位置からセルスタックＣＳに向けて冷却液を送り出す。これにより、冷却液は、ラジエータ１３０とセルスタックＣＳとの間を循環して流れる。ポンプ１４０の動作（回転数等）は、後述の制御部１８０によって制御される。

バイパス配管１５０は、往路配管１１０の途中と、復路配管１２０の途中との間を繋ぐように設けられた配管である。このようなバイパス配管１５０が設けられていることにより、セルスタックＣＳを通った冷却液の一部又は全部を、ラジエータ１３０を迂回するような経路（つまり、バイパス配管１５０を通るような経路）で循環させることが可能となっている。

調整弁１６０は、ラジエータ１３０を流れる冷却液の流量と、バイパス配管１５０を流れる冷却液の流量と、の比率を調整するために設けられた三方弁である。調整弁１６０は、流路が形成された回転体を電磁力によって回転させ、これにより上記の比率を調整するように構成されている。

以下では、調整弁１６０からラジエータ１３０側に冷却液が流れる流路の開度のことを、調整弁１６０の「開度」と定義する。当該開度が１００％のときには、セルスタックＣＳから調整弁１６０に到達した冷却液の全てがラジエータ１３０に供給され、バイパス配管１５０では冷却液が流れない状態となる。また、調整弁１６０の開度が０％のときには、セルスタックＣＳから調整弁１６０に到達した冷却液の全てがバイパス配管１５０側に供給され、ラジエータ１３０では冷却液が流れない状態となる。調整弁１６０の開度は制御部１８０によって制御される。

冷却システム１０には、循環する冷却液の温度を測定するための温度センサとして、第１温度センサ１７１と、第２温度センサ１７２と、が設けられている。第１温度センサ１７１は、往路配管１１０のうち、バイパス配管１５０が接続されている部分（以下、当該部分のことを「接続部ＪＣ」とも表記する）よりも上流側となる位置に設けられており、当該位置を流れる冷却液の温度を測定することが可能となっている。第１温度センサ１７１によって測定された冷却液の温度は、制御部１８０に伝達される。

第２温度センサ１７２は、復路配管１２０のうちセルスタックＣＳの近傍となる位置に設けられており、当該位置を流れる冷却液の温度を測定することが可能となっている。つまり、第２温度センサ１７２は、発熱体であるセルスタックＣＳから排出された冷却液の温度を測定するためのセンサである。第２温度センサ１７２によって測定された冷却液の温度は、制御部１８０に伝達される。

制御部１８０は、冷却システム１０の全体の動作、具体的にはポンプ１４０や調整弁１６０の動作を制御するための装置である。制御部１８０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータシステムとして構成されている。尚、このような制御部１８０は、冷却システム１０の動作を制御するための専用の装置として構成されていてもよいのであるが、他の装置（例えば燃料電池システム）の動作を制御する制御装置の一部として構成されていてもよい。

制御部１８０は、機能的な制御ブロックとして、算出部１８１と、調整部１８２とを有している。算出部１８１は、往路配管１１０を通ってセルスタックＣＳに供給される冷却液の温度、具体的には、セルスタックＣＳに流入する直前における冷却液の温度（以下、「入口温度」とも称する）を算出する部分である。算出部１８１は、第１温度センサ１７１で測定された温度、及び、第２温度センサ１７２で測定された温度のそれぞれに基づいて、上記入口温度を算出する。

入口温度の算出にあたっては、それぞれの温度センサの位置を流れる冷却液の流量も考慮される。例えば、調整弁１６０の開度が１００％のときには、第１温度センサ１７１で測定された温度がそのまま入口温度として算出される。逆に、調整弁１６０の開度が０％のときには、第２温度センサ１７２で測定された温度がそのまま入口温度として算出される。調整弁１６０の開度が５０％のときには、第１温度センサ１７１で測定された温度と、第２温度センサ１７２で測定された温度との平均値が、入口温度として算出される。

調整部１８２は、算出部１８１で算出された入口温度に基づいて、調整弁１６０の動作（開度）を制御する部分である。当該制御の具体的な態様については後に説明する。

燃料電池システムの始動時には、セルスタックＣＳの温度を発電に適した温度まで上昇させる運転、すなわち暖機運転が行われる。暖機運転中には、セルスタックＣＳに供給される燃料ガス及び酸化剤ガスの流量、及びセルスタックＣＳから取り出される電流の値等が調整されることにより、セルスタックＣＳの温度が次第に上昇して行く。

本実施形態において実行される暖機運転の説明に先立ち、本実施形態とは異なる一般的な暖機運転について説明する。暖機運転中においてはポンプ１４０の運転が行われる。これにより、セルスタックＣＳには冷却液が供給される。ただし、このときの調整弁１６０の開度は０％となっているので、ラジエータ１３０における冷却液の放熱は行われない。循環する冷却液は、その全てがバイパス配管１５０を通って循環し、セルスタックＣＳと共にその温度を次第に上昇させて行く。このとき算出部１８１で算出される入口温度は、第２温度センサ１７２で測定された温度である。また、当該温度はセルスタックＣＳの温度に概ね等しい。一方、ラジエータ１３０の内部に貯えられている冷却液は低温のままとなっている。

暖機運転中のセルスタックＣＳでは、それぞれの単セルにおける発電効率が一様とはなっておらず、一部において発電効率が低下していることがある。その場合、発電効率が低下している単セルでは、他の単セルよりも多くの発電熱が生じてしまうので、セルスタックＣＳの温度分布が不均一となってしまう。暖機運転中において上記のように冷却液を循環させるのは、セルスタックＣＳの温度均一性を保ちながら、セルスタックＣＳを迅速に昇温させるためである。

算出部１８１で算出された入口温度が所定の目標温度ＴＴ（図８参照）に到達すると、燃料電池システムでは暖機運転を終了させ、通常運転に移行する。通常運転中において、冷却システム１０では、セルスタックＣＳの温度が適温に維持されるように、調整弁１６０の開度が調整される。具体的には、算出部１８１で算出された入口温度に基づいて、調整弁１６０の開度が調整される。

暖機運転から通常運転への移行時に生じ得る問題点について、図８を参照しながら説明する。図８（Ａ）には、上記のような一般的な暖機運転が行われた場合における、入口温度の変化の一例が示されている。図８（Ｂ）に示されるのは、第１温度センサ１７１で測定された冷却液の温度の変化、すなわち、ラジエータ１３０の出口部分における冷却液の温度の変化である。図８（Ｃ）に示されるのは、調整弁１６０の開度の変化である。

図８（Ａ）に示されるように、暖機運転の開始時刻ｔ０以降において、入口温度は初期の温度Ｔ０から次第に上昇して行く。その後、時刻ｔ１において入口温度は目標温度ＴＴに到達し、この時点で暖機運転が終了する。図８（Ｃ）に示されるように、開始時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間においては、調整弁１６０の開度は常に０％となっている。このため、当該期間においてはラジエータ１３０には冷却液は流入しておらず、第１温度センサ１７１の位置においても冷却液は流れていない。

図２（Ｂ）には、暖機運転中における第１温度センサ１７１の近傍の様子が模式的に示されている。暖機運転中においては、セルスタックＣＳ、及びバイパス配管１５０を流れる冷却液の温度が高くなっている。接続部ＪＣよりも上流側（ラジエータ１３０側）の部分では、バイパス配管１５０側からの伝熱により、往路配管１１０及びその内部の冷却液の温度が上昇する。図２（Ｂ）では、冷却液が高温となっている部分が斜線で示されている。また、高温部分と低温部分との境界が、境界ＢＤとして示されている。尚、このような境界ＢＤは明確に線として示されるものではないが、伝熱の影響を説明するために敢えて線として図示されている。

図２（Ｂ）に示されるように、第１温度センサ１７１が設けられている位置は接続部ＪＣよりも上流側ではあるが、バイパス配管１５０側からの伝熱の影響を受ける位置となっている。このため、図８（Ｂ）に示されるように、第１温度センサ１７１で測定される温度は、時刻ｔ１までの暖機運転中において次第に上昇して行く。その結果、ラジエータ１３０に貯えられている冷却液の温度と、第１温度センサ１７１で測定される温度とが、互いに一致しない状態となっている。

時刻ｔ１において暖機運転が終了すると、通常運転に移行する。既に述べたように、通常運転では、算出部１８１で算出された入口温度に基づいて調整弁１６０の開度が調整される。例えば、入口温度が高くなると、調整弁１６０の開度が大きくされることによってラジエータ１３０での放熱量が増加し、入口温度の上昇が抑制される。また、入口温度が低くなると、調整弁１６０の開度が小さくされることによってラジエータ１３０での放熱量が減少し、入口温度の低下が抑制される。

図８（Ｂ）に示されるように、時刻ｔ１においては、第１温度センサ１７１で測定される温度は温度Ｔ１となっている。温度Ｔ１は、ラジエータ１３０に貯えられている冷却液の温度（当該温度は、概ね初期の温度Ｔ０に等しい）よりも高くなっている。その結果、算出部１８１で算出される入口温度も高めの値となるので、時刻ｔ１の直後において調整弁１６０の開度が大きめに調整される（図８（Ｃ））。つまり、第１温度センサ１７１で測定された温度が、ラジエータ１３０内における冷却液の温度（Ｔ０）に等しいような場合に比べて、調整弁１６０の開度が大きめに調整される。

調整弁１６０の開度が大きめに調整された後、ラジエータ１３０に貯えられていた低温の冷却液が、短時間のうちに第１温度センサ１７１を通過し、そのままセルスタックＣＳに（大量に）到達する。このため、時刻ｔ１の直後には、第１温度センサ１７１で測定される温度、及び入口温度のいずれもが急激に低下する。時刻ｔ１の後の時刻ｔ２では、入口温度の低下に伴って調整弁１６０の開度が直ちに０％に戻される（図８（Ｃ））。これにより、入口温度は再び上昇して行く。

上記のような入口温度の低下が生じると、セルスタックＣＳが冷却され過ぎてしまうので、セルスタックＣＳでの発電効率が低下してしまう。場合によっては、燃料電池システムの暖機運転を再度やり直す必要が生じる。

そこで、本実施形態では、暖機運転中における調整弁１６０の開度を常に０％とするのではなく、ラジエータ１３０への冷却液の供給を常に又は断続的に行うように構成されている。図２（Ａ）には、このような制御が行われた場合における、第１温度センサ１７１の近傍の様子が模式的に示されている。図２（Ａ）では、図２（Ｂ）の場合と同様に、冷却液が高温となっている部分が斜線で示されている。

図２（Ａ）の例では、往路配管１１０のうち接続部ＪＣよりも上流側の部分でも、セルスタックＣＳに向かって冷却液が流れている。このため、高温部分と低温部分との境界ＢＤが、第１温度センサ１７１の位置よりも下流側に移動している。その結果、第１温度センサ１７１で測定される冷却液の温度は、ラジエータ１３０の内部における冷却液の温度と概ね一致している。両者の温度差が小さい状態で、暖機運転から通常運転への移行が行われれば、図８を参照しながら説明したような、調整弁１６０の開度が大きくされ過ぎてしまう現象の発生が防止される。セルスタックＣＳが一時的に冷却され過ぎてしまうことが無いので、燃料電池システムの通常運転が、当初から安定して行われるようになる。

上記のような制御を実現するために、制御部１８０で行われる処理の具体的な流れについて、図３を参照しながら説明する。図３に示される処理は、燃料電池システムが始動された時点から実行される。尚、第１温度センサ１７１及び第２温度センサ１７２からのそれぞれの測定値の取得、及び算出部１８１における入口温度の算出は、図３に示される処理と並行して、所定の周期が経過する毎に繰り返し実行されている。

最初のステップＳ０１において燃料電池システムが始動されると、ステップＳ０２に移行する。ステップＳ０２では、算出された入口温度が、目標温度ＴＴよりも低いか否かが判定される。入口温度が既に目標温度ＴＴ以上となっている場合には、図３に示される一連の処理を終了する。この場合、暖機運転は不要なので、燃料電池システムの通常運転が直ちに開始される。冷却システム１０では、入口温度に基づいて調整弁１６０の開度を調整する制御が直ちに開始される。

ステップＳ０２において、入口温度が目標温度ＴＴよりも低かった場合には、ステップＳ０３に移行する。ステップＳ０３では、調整部１８２によって調整弁１６０の開度が調整され、ラジエータ１３０への冷却液の供給が開始される。このときの調整弁１６０の開度は、第１温度センサ１７１を通過する冷却液の温度と、ラジエータ１３０内の冷却液の温度と、を一致させるために最低限必要な程度の微小開度とすることが好ましい。調整弁１６０の開度が大きくなり過ぎてしまうと、セルスタックＣＳの昇温速度が抑制されてしまう可能性があるからである。

ステップＳ０３に続くステップＳ０４では、当該時点に算出された入口温度が目標温度ＴＴよりも低いか否か、が再び判定される。入口温度が目標温度ＴＴよりも低かった場合には、ステップＳ０３以降の処理が再び実行される。入口温度が目標温度ＴＴ以上となっている場合には、図３に示される一連の処理を終了する。以降は、燃料電池システムの通常運転が開始される。冷却システム１０では、入口温度に基づいて調整弁１６０の開度を調整する制御が開始される。

以上のように、本実施形態では、入口温度が所定の目標温度ＴＴに到達するよう、セルスタックＣＳの温度を上昇させる暖機運転中であっても、冷却液がラジエータ１３０を流れるように、調整部１８２が調整弁１６０の動作を制御する。これにより、第１温度センサ１７１で測定される冷却液の温度と、ラジエータ１３０の内部における冷却液の温度とが一致している状態が保たれる。その結果、暖機運転の終了時において、セルスタックＣＳが一時的に冷却され過ぎてしまう現象の発生が防止される。

本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態に係る冷却システム１０は、制御部１８０によって行われる制御の態様についてのみ第１実施形態と異なっており、その端の点においては第１実施形態と同一である。以下では、第１実施形態と異なる点についてのみ説明し、第１実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。

本実施形態に係る制御部１８０で行われる処理の具体的な流れについて、図４を参照しながら説明する。図４に示される一連の処理は、図３に示される一連の処理に替えて実行されるものである。

本実施形態では、燃料電池システムの始動が行われるステップＳ１２に先立ち、第１温度センサ１７１で測定された温度が「初期温度」として取得され、記憶される（ステップＳ１１）。初期温度は、この時点においてラジエータ１３０に貯えられている冷却液の温度に概ね等しい。

その後、ステップＳ１２において燃料電池システムの始動が行われると、ステップＳ１３に移行する。ステップＳ１３では、算出された入口温度が、目標温度ＴＴよりも低いか否かが判定される。入口温度が既に目標温度ＴＴ以上となっている場合には、図３に示される一連の処理を終了する。この場合、暖機運転は不要なので、燃料電池システムの通常運転が直ちに開始される。冷却システム１０では、入口温度に基づいて調整弁１６０の開度を調整する制御が直ちに開始される。

ステップＳ１３において、入口温度が目標温度ＴＴよりも低かった場合には、ステップＳ１４に移行する。ステップＳ１４では、第１温度センサ１７１で測定された温度、すなわち、ラジエータ１３０の出口部分における冷却液の温度が、所定の第１閾値Ｔ１０（図５を参照）以上であるか否かが判定される。第１閾値Ｔ１０とは、ステップＳ１１で取得された初期温度を基準として設定された閾値である。具体的には、初期温度に特定の温度値（例えば１０℃）を加算することによって設定された温度である。

第１温度センサ１７１で測定された温度（以下では「ラジエータ出口温度」とも表記する）が第１閾値Ｔ１０未満であった場合には、ステップＳ１３以降の処理が再度実行される。この場合、調整弁１６０の開度は０％のままであり、ラジエータ１３０においては冷却液が流れない状態のままである。ラジエータ出口温度が第１閾値Ｔ１０以上であった場合には、ステップＳ１５に移行する。

ステップＳ１５では、調整部１８２によって調整弁１６０の開度が調整され、ラジエータ１３０への冷却液の供給が開始される。これにより、ラジエータ出口温度は低下し始める。図５には、ラジエータ出口温度の変化の一例が示されている。図５の例では、時刻ｔ１１においてラジエータ出口温度が第１閾値Ｔ１０以上となっている。時刻ｔ１１以降は、上記のようにラジエータ１３０への冷却液の供給が開始されるので、ラジエータ出口温度が次第に低下している。

ステップＳ１５に続くステップＳ１６では、ラジエータ出口温度が、所定の第２閾値Ｔ２０（図５を参照）以下であるか否かが判定される。第２閾値Ｔ２０とは、第１閾値Ｔ１０と同様に、ステップＳ１１で取得された初期温度を基準として設定された閾値である。具体的には、初期温度に特定の温度値（例えば５℃）を加算することによって設定された温度である。第２閾値Ｔ２０は、第１閾値Ｔ１０よりも低く、且つ初期温度よりも高い温度として設定されている。

ラジエータ出口温度が第２閾値Ｔ２０以下であった場合には、ステップＳ１７に移行する。ステップＳ１７では、調整部１８２によって調整弁１６０の開度が０％に戻され、ラジエータ１３０への冷却液の供給が停止される。これにより、ラジエータ出口温度は再び上昇し始める。図５の例では、時刻ｔ１１よりも後の時刻ｔ１２において、ラジエータ出口温度が第２閾値Ｔ２０以下となっている。時刻ｔ１２以降は、上記のようにラジエータ１３０への冷却液の供給が停止されるので、ラジエータ出口温度が次第に上昇している。ステップＳ１７の処理が行われた後は、ステップＳ１３以降の処理が再度実行される。

ステップＳ１６において、ラジエータ出口温度が第２閾値Ｔ２０を超えていた場合には、ステップＳ１８に移行する。ステップＳ１８では、当該時点に算出された入口温度が目標温度ＴＴよりも低いか否か、が再び判定される。入口温度が目標温度ＴＴよりも低かった場合には、ステップＳ１５以降の処理が再び実行される。入口温度が目標温度ＴＴ以上となっている場合には、図３に示される一連の処理を終了する。以降は、燃料電池システムの通常運転が開始される。冷却システム１０では、入口温度に基づいて調整弁１６０の開度を調整する制御が開始される。

以上のように、本実施形態では、第１温度センサ１７１により測定されたラジエータ出口温度が第１閾値Ｔ１０を越えると、ラジエータ１３０に冷却液が流れるように、調整部１８２が調整弁１６０の動作を制御する。また、ラジエータ出口温度が（第１閾値Ｔ１０よりも低い）第２閾値Ｔ２０を下回ると、ラジエータ１３０に冷却液が流れないように、調整部１８２が調整弁１６０の動作を制御する。このような制御が行われる結果、暖機運転中におけるラジエータ出口温度は、図５に示されるように、概ね第１閾値Ｔ１０と第２閾値Ｔ２０との間の範囲で変化する。調整弁１６０の開状態を低減できるので、暖機運転中におけるセルスタックＣＳの温度上昇が妨げられてしまうことが防止される。

ステップＳ１５が実行された際における調整弁１６０の開度（つまり調整後の開度）は、常に一定の開度としてもよいのであるが、そのときのラジエータ出口温度に基づいて適宜決定されることとしてもよい。図６には、ラジエータ出口温度と、調整後の開度との関係の一例が示されている。

図６の例では、ラジエータ出口温度が第１閾値Ｔ１０よりも低いときには、調整弁１６０の開度が０％とされる。また、ラジエータ出口の温度が第１閾値Ｔ１０のときには、調整弁１６０の開度が所定の開度Ａ１とされる。開度Ａ１は０％よりも大きな値である。ラジエータ出口温度が第１閾値Ｔ１０以上のときには、調整弁１６０の開度は、ラジエータ出口温度の上昇に伴って大きくなるように調整される。つまり、調整部１８２は、第１温度センサ１７１により測定された温度が高くなるほど、ラジエータ１３０を流れる冷却液の流量が大きくなるように調整弁１６０の動作を制御する。このような制御が行われることにより、伝熱の影響により第１温度センサ１７１の測定値が上昇してしまうことが確実に防止される。

図４及び図５を参照しながら説明したように、第１温度センサ１７１により測定された温度が第１閾値Ｔ１０を一旦超えると、当該温度が第１閾値Ｔ１０を下回っても、調整弁１６０の開度は直ちには０％とされない。このとき、調整弁１６０の開度は常に一定の開度としてもよいのであるが、そのときのラジエータ出口温度に基づいて適宜決定されることとしてもよい。図７には、ラジエータ出口温度と、調整弁１６０の開度との関係の一例が示されている。

図７の例では、ラジエータ出口温度が低下して第１閾値Ｔ１０以下になると、それに伴って調整弁１６０の開度が小さくなるように調整される。つまり、調整部１８２は、第１温度センサ１７１により測定された温度が低くなるほど、ラジエータ１３０を流れる冷却液の流量が小さくなるように調整弁１６０の動作を制御する。このような制御が行われることにより、調整弁１６０の開度が大き過ぎることで、セルスタックＣＳの昇温速度が抑制されてしまうことを防止できる。

尚、図７では、ラジエータ出口温度が低下して第２閾値Ｔ２０となったときにおける調整弁１６０の開度が、開度Ａ２として示されている。ラジエータ出口温度が更に低下すると、調整弁１６０の開度は０％とされる。開度Ａ２は、０％よりも大きな開度であってもよく、０％であってもよい。

以上においては、冷却システム１０によって冷却される対象、すなわち発熱体が、燃料電池システムに設けられたセルスタックＣＳである場合の例について説明した。冷却システム１０は、他の発熱体を冷却するためのシステムとして構成されていてもよい。例えば、車両に設けられた内燃機関が、冷却システム１０による冷却の対象（発熱体）であってもよい。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

ＣＳ：セルスタック（発熱体）
１０：冷却システム
１１０：往路配管
１２０：復路配管
１３０：ラジエータ
１５０：バイパス配管
１６０：調整弁
１７１：第１温度センサ
１７２：第２温度センサ
１８０：制御部

Claims (6)

1. 冷却液を循環させることにより発熱体（ＣＳ）を冷却する冷却システム（１０）であって、
   冷却液からの放熱を行う放熱器（１３０）と、
   前記放熱器を通った冷却液を前記発熱体に導く往路配管（１１０）と、
   前記発熱体を通った冷却液を前記放熱器に導く復路配管（１２０）と、
   前記往路配管の途中と前記復路配管の途中との間を繋ぐバイパス配管（１５０）と、
   前記放熱器を流れる冷却液の流量と、前記バイパス配管を流れる冷却液の流量と、の比率を調整する調整弁（１６０）と、
   前記調整弁の動作を制御する制御部（１８０）と、
   前記往路配管のうち、前記バイパス配管が接続されている部分（ＪＣ）よりも上流側となる位置に設けられ、当該位置における冷却液の温度を測定する第１温度センサ（１７１）と、
   前記発熱体から排出された冷却液の温度を測定する第２温度センサ（１７２）と、を備え、
   前記制御部は、
   前記発熱体に供給される冷却液の温度、である入口温度を、前記第１温度センサ及び前記第２温度センサのそれぞれの測定値に基づいて算出する算出部（１８１）と、
   前記入口温度に基づいて、前記調整弁の動作を制御する調整部（１８２）と、を有しており、
   前記調整部は、
   算出された前記入口温度が所定の目標温度に到達するよう、前記発熱体の温度を上昇させる暖機運転中であっても、冷却液が前記放熱器を流れるように前記調整弁の動作を制御する冷却システム。
2. 前記調整部は、
   前記第１温度センサにより測定された温度が第１閾値を越えると、前記放熱器に冷却液が流れるよう前記調整弁の動作を制御し、
   前記第１温度センサにより測定された温度が、前記第１閾値よりも低い第２閾値を下回ると、前記放熱器に冷却液が流れないよう前記調整弁の動作を制御する、請求項１に記載の冷却システム。
3. 前記第１閾値及び前記第２閾値は、暖機運転が開始されるよりも前の時点で前記第１温度センサにより測定された温度、を基準として設定されたものである、請求項２に記載の冷却システム。
4. 前記調整部は、
   前記第１温度センサにより測定された温度が前記第１閾値を越えた後においては、前記第１温度センサにより測定された温度が高くなるほど、前記放熱器を流れる冷却液の流量が大きくなるように前記調整弁の動作を制御する、請求項３に記載の冷却システム。
5. 前記調整部は、
   前記第１温度センサにより測定された温度が前記第１閾値を下回った後においては、前記第１温度センサにより測定された温度が低くなるほど、前記放熱器を流れる冷却液の流量が小さくなるように前記調整弁の動作を制御する、請求項４に記載の冷却システム。
6. 前記発熱体は燃料電池システムに設けられたセルスタック（ＣＳ）である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の冷却システム。

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