JP5761110B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池ユニットと放熱器との間に冷却液が循環して燃料電池を冷却する燃料電池システムに関する。

従来から、燃料電池ユニットを冷却する冷却液の循環回路に設けられた放熱器と、循環回路の放熱器よりも上流側と放熱器よりも下流側とを繋ぎ放熱器を迂回して冷却液を流すバイパス通路と、循環回路へのバイパス通路合流点よりも下流側に設けられたポンプ手段と、循環回路へのバイパス通路の合流点に設けられて放熱器を通過する冷却液とバイパス通路を通過する冷却液との流量比率を調節する三方弁装置と備える燃料電池システムが知られている（下記特許文献１参照。）。

特開２０１０−２８２８０８号公報

しかしながら、上記従来技術の燃料電池システムでは、ポンプ手段が充分に性能を発揮できず、循環流量不足等の不具合を発生する場合があるという問題がある。本発明者らは、この問題点について鋭意検討を行い、三方弁装置の内部からポンプ手段の内部までの間において局所的な低圧部が形成されてキャビテーションが発生し、このキャビテーションによってポンプ手段が充分に性能を発揮できないことを見出した。すなわち、キャビテーションの発生を抑制してやれば、ポンプ手段が充分に性能を発揮することができることを見出した。

本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、キャビテーションの発生を抑制してポンプ手段が充分に性能を発揮することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、
ポンプ手段（６０）よりも冷却液流れ上流側で循環回路（２０）に接続され、接続された接続点において循環回路内の圧力を大気圧以上の所定圧力範囲に調節する圧力調節手段（４０、１４０）を備え、
三方弁装置（５０）を圧力調節手段の接続点（４０、１４１ｂ）よりも冷却液流れ上流側に配設し、
圧力調節手段（１４０）は、循環回路に対して並列に設けられて上流端および下流端が循環回路と連通する連通路（１４１）と、連通路に設けられた圧力調整弁（４０Ａ）と、を有し、
接続点は、下流端が循環回路の連通する下流側連通点（１４１ｂ）であることを特徴としている。

これによると、圧力調節手段が循環回路に接続する接続点において、循環回路内の圧力を大気圧以上の所定圧力範囲にすることができる。したがって、三方弁装置における圧力損失が大きいものであったとしても、三方弁装置よりも冷却液流れ下流側にある接続点とポンプ手段の内部との間においてキャビテーションを発生する局所的な低圧部が生成され難くなる。これにより、圧力調節手段の接続点とポンプ手段の内部との間においてキャビテーションが発生することを抑制することができる。このようにして、ポンプ手段が充分な流量を確保できなかったり、ポンプ手段にエロージョンが発生したりすることを防止し、ポンプ手段が充分に性能を発揮することができる。

なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

本発明を適用した第１の実施形態における燃料電池システムの概略構成を示す模式構成図である。 燃料電池システムに用いるロータリバルブの概略構成を示す縦断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 燃料電池スタックの出口水温に対するウォータポンプの制御特性を示すグラフである。 燃料電池の発熱量に対するウォータポンプの制御特性を示すグラフである。 燃料電池スタックの出口水温に対するロータリバルブの制御特性の一例を示すグラフである。 ロータリバルブの作動角と開口面積との関係を示すグラフである。 ロータリバルブの開口面積と圧力損失との関係を示すグラフである。 第２の実施形態における燃料電池システムの概略構成を示す模式構成図である。 第３の実施形態における燃料電池システムの概略構成を示す模式構成図である。 第４の実施形態における燃料電池システムの概略構成を示す模式構成図である。 リザーブタンクの概略構成を示す縦断面図である。 第５の実施形態における燃料電池システムの概略構成を示す模式構成図である。 他の実施形態における燃料電池システムの概略構成を示す模式構成図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１の実施形態）
本発明を適用した第１の実施形態について、図１〜図８を参照して説明する。

本実施形態の燃料電池システム１は、例えば車両に搭載されて、走行用電動モータ等に電力を供給する電源として用いることができる。図１に示すように、燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０（燃料電池ユニットに相当、以下ＦＣスタックという場合がある）、循環回路２０、ラジエータ３０（放熱器に相当）、ラジエータキャップ４０、ロータリバルブ５０（三方弁装置に相当）、ウォータポンプ６０（ポンプ手段に相当）および制御装置１００（以下ＥＣＵという場合がある）等を備えている。

ＦＣスタック１０は、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池のセルを複数有している。燃料電池としては、固体高分子形燃料電池を用いることができる。燃料電池の種類はこれに限定されるものではなく、リン酸形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池等であってもかまわない。

循環回路２０は、燃料電池を冷却する冷却水（冷却液に相当）がＦＣスタック１０から流出してＦＣスタック１０へ戻るように、冷却水をＦＣスタック１０の外部に循環させる回路である。循環回路２０は、ＦＣスタック１０の図示下部の冷却水流出口と図示上部の冷却水流入口とを繋いでいる。冷却水としては、低温時の凍結を防止するために例えばエチレングリコールと水との混合溶液を用いることができる。

ラジエータ３０は、循環回路２０に設けられ、冷却水の熱を外気との熱交換により外部へ放出するようになっている。ラジエータキャップ４０は、ラジエータ３０の例えばタンク部に取り付けられている。ラジエータキャップ４０には、余剰の冷却水を貯留するためのリザーブタンク４１が接続している。リザーブタンク４１は、例えば樹脂製の半透明の容器体であり、内圧が常時大気圧と同等である所謂簡易密閉型のリザーブタンクである。

ラジエータキャップ４０は、負圧弁と圧力弁（高圧弁）とを有している。ラジエータキャップ４０は、循環回路２０内の圧力が大気圧以下になったときには負圧弁を開弁して、リザーブタンク４１内の冷却水を循環回路２０内へ移動させるようになっている。また、ラジエータキャップ４０は、循環回路２０内の圧力が大気圧よりも高い所定圧以上になったときには圧力弁を開弁して、循環回路２０内の冷却水をリザーブタンク４１内へ移動させるようになっている。ラジエータキャップ４０は、循環回路２０の一部をなすラジエータ３０に直接接続されて、接続された接続点において循環回路２０内の圧力を大気圧以上の所定圧力範囲に調節する圧力調節手段に相当する。

循環回路２０には、ラジエータ３０をバイパスして冷却水を流通するバイパス通路２１が設けられている。すなわち、バイパス通路２１は、ラジエータ３０よりも冷却液流れ上流側の分岐点で循環回路２０から分岐するとともにラジエータ３０よりも冷却液流れ下流側の合流点で循環回路２０に合流するように設けられている。

ロータリバルブ５０は、循環回路２０からバイパス通路２１が分岐する分岐点に設けられ、ラジエータ３０を通過する冷却水とバイパス通路２１を通過する冷却水との流量比率を調節する弁装置である。

図２および図３に示すように、ロータリバルブ５０は、例えば樹脂製のハウジング５１と、ハウジング５１内に回動可能に配設された弁体５２と、ハウジング５１と弁体５２との間に介設された例えばゴム製のパッキン５３とを備えている。

ロータリバルブ５０は、図２図示下方側に冷却水の導入口５１ａが形成されている。また、図２図示左方側には冷却水をラジエータ３０側へ流出させる第１流出口５１ｂ（第１開口に相当）が形成され、図２図示右方側には冷却水をバイパス通路２１側へ流出させる第２流出口５１ｃ（第２開口に相当）が形成されている。

弁体５２は、図２図示上下方向（図３紙面表裏方向）に延びる回転軸を有しており、導入口５１ａを常時開状態とするとともに、回動に伴って第１流出口５１ｂの開度および第２流出口５１ｃの開度を変更するようになっている。弁体５２は、一体的に形成されており、第１流出口５１ｂの開度および第２流出口５１ｃの開度を変更する共通の弁体をなしている。なお、図２は、弁体５２が両流出口５１ｂ、５１ｃのうち第２流出口５１ｃのみを開口した状態を示しており、図３は、弁体５２が両流出口５１ｂ、５１ｃをほぼ均等に開口した状態を示している。

図１に示すように、バイパス通路２１には、並列接続した冷却水通路が設けられており、この冷却水通路にはイオン吸着手段をなすイオン吸着装置７５が配設されている。イオン吸着装置７５内には例えばイオン交換樹脂が充填されている。冷却水はＦＣスタック１０内において燃料電池に接するため、イオン吸着装置７５において冷却水からイオンを吸着除去し、冷却水の導電率の上昇を抑止するようになっている。

ウォータポンプ６０は、循環回路２０のうち、循環回路２０へのバイパス通路２１の合流点よりも冷却水流れ下流側に配設されている。すなわち、ウォータポンプ６０は、循環回路２０へのバイパパス通路２１の合流点よりも下流側、かつ、ＦＣスタック１０よりも上流側に配設されている。ウォータポンプ６０は、冷却水を循環回路２０に循環させるための循環ポンプである。ウォータポンプ６０は、例えば、ポンプハウジング内でインペラを回転させるポンプ装置とすることができる。

循環回路２０には、ＦＣスタック１０の冷却水流出口への接続端の近傍に、ＦＣスタック１０から流出する冷却水の温度を検出する温度検出手段である温度センサ８０が配設されている。

また、循環回路２０には、ＦＣスタック１０をバイパスする冷却水通路が設けられており、この冷却水通路にはインタクーラ７０が配設されている。インタクーラ７０は、ＦＣスタック１０の燃料電池に供給される空気と冷却水とを熱交換する熱交換器であり、燃料電池に供給される空気を好適な温度に温度調節するようになっている。

本実施形態の燃料電池システム１では、循環回路２０やバイパス通路２１等の冷却水通路は、例えば管部材により構成される。ラジエータ３０出口側通路やバイパス通路２１は、比較的剛性が高い樹脂製もしくは金属製の管部材で形成することが好ましい。

ＥＣＵ１００は、システムを制御する制御手段である。ＥＣＵ１００は、ＦＣスタック１０が出力する燃料電池の発熱量もしくは発熱量に関連する物理量（例えば発電量）に関する情報や、温度センサ８０が出力する温度情報を入力し、これらの入力情報に基づいてロータリバルブ５０やウォータポンプ６０を作動制御するようになっている。

ＥＣＵ１００は、例えば、温度センサ８０が検出するＦＣスタック１０の出口水温情報およびＦＣスタック１０からの発熱量情報に基づいてウォータポンプ６０を制御する。ＥＣＵ１００は、図４に一例を示す、ＦＣスタック１０の出口水温に対応するウォータポンプ６０の制御特性（回転数Ｒ１）、および、図５に一例を示す、ＦＣスタック１０の発熱量に対応するウォータポンプ６０の制御特性（回転数Ｒ２）を予め記憶している。そして、ＥＣＵ１００は、入力情報と記憶している上記制御特性とから導出した回転数Ｒ１の値と回転数Ｒ２の値とを比較して、高いほうの値の回転数でウォータポンプ６０を作動させる。

また、ＥＣＵ１００は、例えば、温度センサ８０が検出するＦＣスタック１０の出口水温情報に基づいてロータリバルブ５０を制御する。ＥＣＵ１００は、図６に一例を示す、ＦＣスタック１０の出口水温に対応するロータリバルブ５０の制御特性（弁体５２の作動角）を予め記憶している。そして、ＥＣＵ１００は、入力温度情報と記憶している上記制御特性とから導出した作動角度となるようにロータリバルブ５０の弁体５２を作動制御する。

ＥＣＵ１００は、例えば、ＦＣスタック１０の出口水温が７０℃以上の場合には第１流出口５１ｂを全開とするとともに第２流出口５１ｃを全閉として、循環する冷却水の全量をラジエータ３０に流通させる。ＥＣＵ１００は、ＦＣスタック１０の出口水温が６０℃以下の場合には第１流出口５１ｂを全閉とするとともに第２流出口５１ｃを全開として、循環する冷却水の全量をバイパス通路２１に流通させる。

そして、ＦＣスタック１０の出口水温が６０〜７０℃の場合には、第１流出口５１ｂおよび第２流出口５１ｃの両者を開く中間開度として、冷却水をラジエータ３０とバイパス通路２１との両者に流通させる。これにより、冷却水により温度調節される燃料電池の温度を、略６５℃とすることができる。なお、図６では、中間開度の作動角特性として、ＦＣスタック出口水温に対応して直線的に変化する例を示していたが、これに限定されるものではない。

本実施形態の燃料電池システム１によれば、ウォータポンプ６０よりも冷却液流れ上流側で循環回路２０に接続されように配設されて、接続するように配設された接続配設点において循環回路２０内の圧力を大気圧以上の所定圧力範囲に調節するラジエータキャップ４０を備えている。そして、ロータリバルブ５０は、循環回路２０のうちラジエータキャップ４０の接続配設点よりも冷却液流れ上流側に設けられている。すなわち、ラジエータキャップ４０は、循環回路２０のロータリバルブ５０とウォータポンプ６０との間に配設されている。

これによると、ラジエータキャップ４０が循環回路２０に接続配設された点において、循環回路２０内の圧力を大気圧以上の所定圧力範囲にすることができる。したがって、ロータリバルブ５０による圧力損失が大きいものであったとしても、ロータリバルブ５０よりも冷却液流れ下流側にあるラジエータキャップ４０の接続配設点とウォータポンプ６０（具体的にはウォータポンプ６０の内部）との間においてキャビテーションを発生するような局所的低圧部が生成され難くなる。これにより、キャビテーションが発生することを抑制することができる。このようにして、ウォータポンプ６０が充分な流量を確保できなかったり、ウォータポンプ６０内にエロージョンが発生したりすることを防止し、ウォータポンプ６０が充分に性能を発揮することができる。

燃料電池システム１の循環回路２０には、内燃機関の冷却水循環回路と比較して、冷却水が高流量で流通する場合が多い。これは、複数の燃料電池の効率向上ためにＦＣスタック１０内における温度分布を小さくすることが望まれるためである。循環回路２０に冷却水を高流量で流通させると、ロータリバルブ５０の内部からウォータポンプ６０の内部までの間でキャビテーションが発生し易くなるが、本発明を適用した燃料電池システム１によれば、キャビテーションが発生を抑制することが可能である。

また、ラジエータ３０に配設されて接続する接続点において循環回路２０内の圧力を大気圧以上の所定圧力範囲に調節する圧力調節手段として、圧力調整弁であるラジエータキャップ４０を用いている。

これによると、ラジエータ３０に配設され（直接取り付けられ）接続したラジエータキャップ４０を、循環回路２０のロータリバルブ５０とウォータポンプ６０との間に設けるという簡単な構成により、ラジエータキャップ４０の接続点とウォータポンプ６０の内部との間においてキャビテーションが発生することを抑制することができる。

また、前述した構成を有するロータリバルブ５０は、例えば図７に示すように、弁体５２が第１流出口５１ｂおよび第２流出口５１ｃの両方を開く中間開度における開口面積の総和が、第１流出口５１ｂおよび第２流出口５１ｃのいずれか一方を全開にしたときの開口面積よりも小さくなる。図７において、一点鎖線が弁体５２の作動角に対する各開口５１ｂ、５１ｃの開口面積であり、実線がそれらの総和を示している。本実施形態のロータリバルブ５０は、第１流出口５１ｂおよび第２流出口５１ｃを同等に開くときに開口面積の総和が最小となる。そして、図８に例示するように、開口面積の総和が小さくなるにしたがって開口を通過する冷却水の圧力損失（通水抵抗）が増大する。

これによると、弁体５２が第１流出口５１ｂおよび第２流出口５１ｃの両方を開く中間開度に設定されたときには、第１流出口５１ｂおよび第２流出口５１ｃのいずれか一方を開いたときよりも、ロータリバルブ５０を通過する冷却水の圧力損失が大きくなる。すなわち、弁体５２が中間開度に設定されたときには、弁体５２よりも下流側において低圧部が形成され易い。このような特性を有するロータリバルブ５０を用いたとしても、ロータリバルブ５０よりも冷却液流れ下流側にあるラジエータキャップ４０の接続配置点とウォータポンプ４０の内部との間においてキャビテーションが発生することを抑制することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について図９に基づいて説明する。

第２の実施形態は、本発明を所謂完全密閉型のリザーブタンクを備えるシステムに適用した例である。なお、第１の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。

図９に示すように、本実施形態の燃料電池システムは、圧力調節機構１４０（圧力調節手段に相当）を備えている。圧力調節機構１４０は、循環回路２０に対して並列に設けられた連通路１４１と、連通路１４１に設けられたリザーブタンク４１Ａと、リザーブタンク４１Ａに取り付けられたキャップ４０Ａ（連通路に設けられた圧力調整弁に相当）とを備えている。

連通路１４１は、上流端１４１ａおよび下流端１４１ｂが循環回路２０と連通している。本例では、上流端１４１ａは、循環回路２０の一部をなすラジエータ３０のタンク部に接続してラジエータ３０内と連通している。一方、下流端１４１ｂは、循環回路２０のうち、ラジエータ３０よりも下流側、かつ、バイパス通路２１との合流点よりも上流側に位置する部位に接続して、循環回路２０内と連通している。したがって、下流端１４１ｂは、本実施形態における下流側連通点であり、圧力調節手段の循環回路への接続点に相当する。

キャップ４０Ａは、第１の実施形態で説明したラジエータキャップ４０と同様の構成を有している。したがって、リザーブタンク４１Ａは、内圧が大気圧以上の所定圧力範囲に調節される所謂完全密閉型のリザーブタンクである。

本実施形態の構成によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、キャップ４０Ａにより圧力調節された連通路１４１の下流端１４１ｂを、循環回路２０のロータリバルブ５０とウォータポンプ６０との間に設けるという簡単な構成により、連通路１４１の下流端１４１ｂの接続点とウォータポンプ６０の内部との間においてキャビテーションが発生することを抑制することができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について図１０に基づいて説明する。

第３の実施形態は、第２の実施形態と比較して、連通路１４１の下流端１４１ｂの循環回路２０への接続位置が異なる。なお、第１、第２の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。

図１０に示すように、本実施形態の燃料電池システムでは、連通路１４１の下流端１４１ｂは、循環回路２０のうち、バイパス通路２１との合流点よりも下流側、かつ、ウォータポンプ６０よりも上流側に位置する部位に接続して、循環回路２０内と連通している。下流端１４１ｂは、本実施形態における下流側連通点であり、圧力調節手段の循環回路への接続点に相当する。

本実施形態では、ロータリバルブ５０は、循環回路２０へのバイパス通路２１の合流点に配設されている。これに伴い、第１の実施形態で説明した導入口５１ａが冷却水の流出口となり、両流出口５１ｂ、５１ｃが冷却水の導入口となっている。

本実施形態の構成によれば、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、ロータリバルブ５０は、循環回路２０とバイパス通路２１との分岐点に配設するものであってもよい。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について図１１および図１２に基づいて説明する。

第４の実施形態は、第２の実施形態と比較して、リザーブタンク内を加圧する加圧装置を設けた点が異なる。なお、第１、第２の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。

図１１に示すように、本実施形態の燃料電池システムは、加圧装置９０（加圧手段に相当）を備えている。加圧装置９０は、空気を圧縮する圧縮機９１と、圧縮機９１で生成した圧縮空気をリザーブタンク４１Ｂ内へ導入する導入管９２と、導入管９２内の流体の逆流を防止する逆止弁９３とを備えている。本例では、導入管９２は、その上流端が、圧縮機９１で生成した圧縮空気をインタークーラ７０を介してＦＣスタック１０の燃料電池へ供給する供給管９５に分岐接続している。

本実施形態のリザーブタンク４１Ｂは、第２、第３の実施形態におけるリザーブタンク４１Ａと同様に、所謂完全密閉型のリザーブタンクである。ただし、図１２に示すように、リザーブタンク４１Ｂは、リザーブタンク４１Ａとはエア導入口４１３を有する点が異なっている。エア導入口４１３には、導入管９２の下流端が接続している。

リザーブタンク４１Ｂは、例えば樹脂製の半透明の容器体であり、冷却水の流入口４１１および流出口４１２を有している。流入口４１１には、連通路１４１のうち、上流端１４１ａから延びる上流側の部分の下流端が接続している。また、流出口４１２には、連通路１４１のうち、下流端１４１ｂへ延びる下流側の部分の上流端が接続している。

リザーブタンク４１Ｂ内には、底部から仕切壁４１４が立設され、内部を２つの貯留部に区画している。流入口４１１は、図示左方側の貯留部に臨む位置に形成され、流出口４１２は、図示右方側の貯留部に臨む位置に形成されている。したがって、流入口４１１から流入し仕切壁４１４を越えてオーバーフローした冷却水が流出口４１２から流出可能となっている。前述のエア導入口４１３は、リザーブタンク４１Ｂの天井部に形成されている。

本実施形態の構成によれば、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、加圧装置９０により、リザーブタンク４１Ｂを介して連通路１４１内を加圧するようになっている。これによると、連通路１４１内の圧力を、キャップ４０Ａが圧力調整する大気圧以上の所定圧力範囲において比較的高い圧力にすることができる。これに伴い、連通路１４１の下流端１４１ｂが循環回路２０に接続する接続点において、循環回路２０内の圧力を大気圧以上の所定圧力範囲のうち比較的高い圧力にすることができる。したがって、循環回路２０への下流端１４１ｂの接続点とウォータポンプ６０の内部との間においてキャビテーションが発生することを確実に抑制することができる。

また、圧力調節機構１４０は、連通路１４１に設けられて余剰の冷却水を貯留するリザーブタンク４１Ｂを有し、加圧装置９０は、圧縮機９１と、圧縮機９１で生成した圧縮空気をリザーブタンク４１Ｂ内へ導入する導入管９２とを有している。これによると、圧縮機９１で生成した圧縮空気を導入管９２を介してリザーブタンク４１Ｂ内へ導入することで、連通路１４１内を容易に加圧することができる。

また、圧縮機９１で生成した圧縮空気を燃料電池へ供給する供給管９５を備えている。これによると、圧縮機９１で生成した圧縮空気を供給管９５を介して燃料電池へも供給することができる。したがって、連通路１４１の加圧源および燃料電池への空気供給源として圧縮機９１を共用することができる。換言すれば、連通路１４１の加圧源となる専用の圧縮機を設ける必要がない。これにより、燃料電池システムの構成を簡素化することができる。

ＦＣスタック１０における発電量が大きいときには、燃料電池が多量の空気を必要とするため、圧縮機９１の吐出容量が増大される。また、ＦＣスタック１０における発電量が大きいときには、ＦＣスタック１０の発熱量も比例して大きくなるため、ウォータポンプ６０の回転数も上昇する。ウォータポンプ６０の回転数が上昇すると、ウォータポンプ６０の吸入側において圧力が低下し易くなるが、上記した理由により圧縮機９１の圧縮空気の供給能力も比例して上昇する。したがって、ＦＣスタック１０における発電量が増大した際にも、圧縮空気の供給能力が増大した加圧装置９０により連通路１４１内を確実に加圧することができる。

また、導入管９２に逆止弁９３を設けている。これによると、リザーブタンク４１Ｂ内からエアが導入管９２を逆流することを防止でき、リザーブタンク４１Ｂ内を高圧に維持することが容易である。したがって、リザーブタンク４１Ｂ内の圧力が圧縮機９１の吐出圧よりも低くなったときにのみ、導入管９２を介して圧縮空気の導入が行われる。これにより、圧縮機９１の仕事量を抑制することができる。

さらに、例えば圧縮機９１が停止した際などに、リザーブタンク４１Ｂ内のエアや冷却水が導入管９２を逆流して圧縮機９１やＦＣスタック１０へ向かうことを確実に防止することができる。また、導入管９２が接続するエア導入口４１３は、リザーブタンク４１Ｂの天井部に形成され、冷却水貯留部よりも上方の空気溜まり領域に臨んでいる。これによれば、リザーブタンク４１Ｂ内の冷却水が導入管９２を逆流して圧縮機９１やＦＣスタック１０へ向かうことをより確実に防止することができる。

（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について図１３に基づいて説明する。

第５の実施形態は、第４の実施形態と比較して、連通路１４１の下流端１４１ｂの循環回路２０への接続位置が異なる。なお、第１〜第４の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。

図１３に示すように、本実施形態の燃料電池システムでは、連通路１４１の下流端１４１ｂは、第３の実施形態と同様に、循環回路２０のうち、バイパス通路２１との合流点よりも下流側、かつ、ウォータポンプ６０よりも上流側に位置する部位に接続して、循環回路２０内と連通している。

また、ロータリバルブ５０も、第３の実施形態と同様に、循環回路２０へのバイパス通路２１の合流点に配設されている。本実施形態の構成によれば、第４の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、本実施形態においても第３の実施形態と同様に、ロータリバルブ５０を、循環回路２０とバイパス通路２１との分岐点に配設するものであってもよい。

（他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

上記第１の実施形態では、圧力調整手段である圧力調整弁として、ラジエータ３０に接続配置されるラジエータキャップ４０を採用していたが、これに限定されるものではない。例えば、ラジエータキャップ４０と同様の構成を有するキャップを循環回路２０に接続配置するものであってもよい。

また、上記第２〜第５の実施形態では、圧力調整機構１４０の圧力調整弁として、リザーブタンクに装着されるキャップ４０Ａを採用していたが、これに限定されるものではない。例えば、キャップ４０Ａを連通路１４１に配置するものであってもよい。

また、上記第２〜第５の実施形態では、連通路１４１の上流端１４１ａは、ラジエータ３０に接続していたが、これに限定されるものではない。例えば、循環回路２０のラジエータ３０よりも上流側の部分に上流端１４１ａを接続するものであってもよい。

また、上記各実施形態では、三方弁装置としてロータリバルブ５０を採用していたが、これに限定されるものではない。例えば、直線状にスライド移動する弁体により流量比を調節するものであってもよい。

また、上記各実施形態では、ロータリバルブ５０は、中間開度における開口面積の総和が、いずれか一方の開口のみを全開にしたときの開口面積よりも小さくなるものであったが、これに限定されるものではない。例えば、中間開度時の開口面積の総和と一方の開口のみを全開にしたときの開口面積とが同一であってもよい。また、中間開度時の開口面積の総和が一方の開口のみを全開にしたときの開口面積よりも大きいものであってもよい。

また、上記第４、第５の実施形態では、加圧装置９０によりリザーブタンク４１Ｂを介して加圧された連通路１４１の下流端１４１ｂが、循環回路２０のロータリバルブ５０とウォータポンプ６０との間に接続していたが、これに限定されるものではない。

例えば、図１４に示すように、循環回路２０のロータリバルブ５０よりも上流側の部分に接続するものであってもよい。すなわち、加圧装置９０により、連通路１４１内を加圧するようになっていればよい。これによると、連通路１４１内の圧力を、キャップ４０Ａが圧力調整する大気圧以上の所定圧力範囲において比較的高い圧力にすることができる。これに伴い、連通路１４１の下流端１４１ｂが循環回路２０に接続する接続点において、循環回路２０内の圧力を大気圧以上の所定圧力範囲のうち比較的高い圧力にすることができる。したがって、循環回路２０への下流端１４１ｂの接続点とウォータポンプ６０の内部との間にロータリバルブ５０があったとしても、この間における内圧が全体的に上昇されて、キャビテーションを発生するような局所的低圧部が生成され難くなる。これにより、キャビテーションが発生することを確実に抑制することができる。

１ 燃料電池システム
１０ 燃料電池スタック（燃料電池ユニット）
２０ 循環回路
２１ バイパス通路
３０ ラジエータ（放熱器）
４０ ラジエータキャップ（圧力調整弁、圧力調節手段）
５０ ロータリバルブ（三方弁装置）
６０ ウォータポンプ（ポンプ手段）
１４０ 圧力調整機構（圧力調節手段）

Claims (5)

1. 燃料電池を有する燃料電池ユニット（１０）と、
   前記燃料電池を冷却する冷却液が前記燃料電池ユニットから流出して前記燃料電池ユニットへ戻るように循環する循環回路（２０）と、
   前記循環回路に設けられ、前記冷却液の熱を外部へ放出する放熱器（３０）と、
   前記放熱器よりも冷却液流れ上流側の分岐点で前記循環回路から分岐するとともに前記放熱器よりも冷却液流れ下流側の合流点で前記循環回路に合流するように設けられ、前記放熱器を迂回して前記冷却液を流すバイパス通路（２１）と、
   前記循環回路に設けられ、前記放熱器を通過する前記冷却液と前記バイパス通路を通過する前記冷却液との流量比率を調節する三方弁装置（５０）と、
   前記循環回路の前記合流点よりも冷却液流れ下流側に設けられ、前記冷却液を前記循環回路に循環させるポンプ手段（６０）と、
   前記ポンプ手段よりも冷却液流れ上流側で前記循環回路に接続され、前記接続された接続点において前記循環回路内の圧力を大気圧以上の所定圧力範囲に調節する圧力調節手段（４０、１４０）と、を備え、
   前記三方弁装置を前記接続点（４０、１４１ｂ）よりも冷却液流れ上流側に配設し、
   前記圧力調節手段（１４０）は、前記循環回路に対して並列に設けられて上流端および下流端が前記循環回路と連通する連通路（１４１）と、前記連通路に設けられた圧力調整弁（４０Ａ）と、を有し、
   前記接続点は、前記下流端が前記循環回路の連通する下流側連通点（１４１ｂ）であることを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記連通路内を加圧する加圧手段（９０）を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記圧力調節手段は、前記連通路に設けられて余剰の前記冷却液を貯留するリザーブタンク（４１Ｂ）を有し、
   前記加圧手段は、空気を圧縮する圧縮機（９１）と、前記圧縮機で生成した圧縮空気を前記リザーブタンク内へ導入する導入管（９２）とを有することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 前記圧縮機で生成した前記圧縮空気を前記燃料電池へ供給する供給管（９５）を備えることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
5. 燃料電池を有する燃料電池ユニット（１０）と、
   前記燃料電池を冷却する冷却液が前記燃料電池ユニットから流出して前記燃料電池ユニットへ戻るように循環する循環回路（２０）と、
   前記循環回路に設けられ、前記冷却液の熱を外部へ放出する放熱器（３０）と、
   前記放熱器よりも冷却液流れ上流側の分岐点で前記循環回路から分岐するとともに前記放熱器よりも冷却液流れ下流側の合流点で前記循環回路に合流するように設けられ、前記放熱器を迂回して前記冷却液を流すバイパス通路（２１）と、
   前記循環回路に設けられ、前記放熱器を通過する前記冷却液と前記バイパス通路を通過する前記冷却液との流量比率を調節する三方弁装置（５０）と、
   前記循環回路の前記合流点よりも冷却液流れ下流側に設けられ、前記冷却液を前記循環回路に循環させるポンプ手段（６０）と、
   前記ポンプ手段よりも冷却液流れ上流側で前記循環回路に接続され、前記接続された接続点において前記循環回路内の圧力を大気圧以上の所定圧力範囲に調節する圧力調節手段（４０、１４０）と、を備え、
   前記三方弁装置を前記接続点（４０、１４１ｂ）よりも冷却液流れ上流側に配設し、
   前記三方弁装置は、
   前記放熱器側の第１開口（５１ｂ）の開度および前記バイパス通路側の第２開口（５１ｃ）の開度を変更する共通の弁体（５２）を有し、
   前記弁体が前記第１開口および前記第２開口の両方を開く中間開度における開口面積の総和が、前記第１開口および前記第２開口のいずれか一方を開いたときの開口面積よりも小さいことを特徴とする燃料電池システム。

Images