JP7013944B2 - Fuel cell system with cooling mechanism - Google Patents
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Description
本発明は、冷却機構を備えた燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system including a cooling mechanism.
燃料電池システムにおいては、運転により温度が上昇する燃料電池の温度を中雷するために冷却機構が用いられる。冷却機構は、放熱用のラジエータと、燃料電池とラジエータとの間で不凍液や冷却水などの冷媒を循環させる循環流路と、ラジエータで冷却された冷媒の温度を検出する温度センサなどを備える。 In the fuel cell system, a cooling mechanism is used to reduce the temperature of the fuel cell whose temperature rises due to operation. The cooling mechanism includes a radiator for heat dissipation, a circulation flow path for circulating a refrigerant such as antifreeze and cooling water between the fuel cell and the radiator, and a temperature sensor for detecting the temperature of the refrigerant cooled by the radiator.
燃料電池システムの冷却機構では、特許文献1に示されているように、冷媒の少なくとも一部をラジエータを介することなく循環させるために、バイパス路を設けることがある。この場合、パイパス路への分岐部分に、ラジエータへの流路とパイパス路とを切り替える、あるいは両流路へ所定の割合で冷媒を振り分ける分流弁を設ける。この分流弁を制御することで、燃料電池に供給される冷媒の温度が、燃料電池の運転にとって適正なものとなるように制御している。 In the cooling mechanism of the fuel cell system, as shown in Patent Document 1, a bypass path may be provided in order to circulate at least a part of the refrigerant without passing through a radiator. In this case, a diversion valve is provided at the branch portion to the bypass path to switch between the flow path to the radiator and the bypass path, or to distribute the refrigerant to both channels at a predetermined ratio. By controlling this shunt valve, the temperature of the refrigerant supplied to the fuel cell is controlled to be appropriate for the operation of the fuel cell.
こうした冷却機構を備えた燃料電池システムは、燃料電池の温度を適切に制御する優れたものであるが、ラジエータによる冷却量を適切に検出して、バイパス流路への冷媒の分流比を制御するという点で、更なる改良が求められていた。 A fuel cell system equipped with such a cooling mechanism is an excellent one that appropriately controls the temperature of the fuel cell, but it appropriately detects the amount of cooling by the radiator and controls the distribution ratio of the refrigerant to the bypass flow path. In that respect, further improvement was required.
特に、燃料電池システムを大型の車両に搭載する場合などでは、ラジエータの冷却能力を大きくしているので、ラジエータを通って冷却される冷媒と、燃料電池により温められた温度のままバイパス流路を通過する冷媒との分流比を適正に制御したいという要求は高い。 In particular, when the fuel cell system is mounted on a large vehicle, the cooling capacity of the radiator is increased, so the refrigerant cooled through the radiator and the bypass flow path at the temperature warmed by the fuel cell are used. There is a high demand for proper control of the diversion ratio with the passing refrigerant.
本発明は、こうした課題を踏まえたものであり、以下の態様で実現することが可能である。 The present invention is based on these problems and can be realized in the following aspects.
1つの実施態様として、冷却機構を備えた燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、冷却機構を備える。冷却機構は、冷媒を冷却するラジエータと;燃料電池の冷媒排出口からラジエータの冷媒入口までを接続する冷媒排出流路と;前記ラジエータの冷媒出口から前記燃料電池の冷媒供給口までを接続する冷媒循環流路と;前記冷媒排出流路と前記冷媒循環流路とを、前記ラジエータをバイパスして接続するバイパス流路と;前記バイパス流路の一端に設けられ、前記冷媒排出流路により排出される前記冷媒のうち、前記ラジエータを流れる冷媒および前記バイパス流路を流れる冷媒の割合を調整する分流弁と;前記ラジエータの前記冷媒出口より下流側であって、前記パイパス流路と前記冷媒循環流路との合流点から上流側に予め定めた距離以上隔たった位置に設けられた温度センサと;を備える。かかる燃料電池システムは、前記温度センサにより検出された前記冷媒の温度により、前記分流弁の前記割合を制御する。 As one embodiment, a fuel cell system with a cooling mechanism is provided. This fuel cell system is equipped with a cooling mechanism. The cooling mechanism includes a radiator that cools the refrigerant; a refrigerant discharge flow path that connects the refrigerant discharge port of the fuel cell to the refrigerant inlet of the radiator; and a refrigerant that connects the refrigerant outlet of the radiator to the refrigerant supply port of the fuel cell. A circulation flow path; a bypass flow path that connects the refrigerant discharge flow path and the refrigerant circulation flow path by bypassing the radiator; a bypass flow path provided at one end of the bypass flow path and discharged by the refrigerant discharge flow path. A diversion valve that adjusts the ratio of the refrigerant flowing through the radiator and the refrigerant flowing through the bypass flow path among the refrigerants; the pipe pass flow path and the refrigerant circulation flow downstream of the refrigerant outlet of the radiator. It is equipped with a temperature sensor provided at a position separated by a predetermined distance or more on the upstream side from the confluence with the road. Such a fuel cell system controls the ratio of the diversion valve by the temperature of the refrigerant detected by the temperature sensor.
この燃料電池システムでは、温度センサは、ラジエータの冷媒出口より下流側であって、パイパス流路と冷媒循環流路との合流点から上流側に所定距離以上隔たった位置に設けられているので、温度センサは、バイパス流路を流れる冷媒の温度の影響を受けにくく、ラジエータにより冷却された冷媒の温度を、適切に検出できる。 In this fuel cell system, the temperature sensor is provided on the downstream side of the refrigerant outlet of the radiator and at a position separated by a predetermined distance or more on the upstream side from the confluence of the bypass flow path and the refrigerant circulation flow path. The temperature sensor is not easily affected by the temperature of the refrigerant flowing through the bypass flow path, and can appropriately detect the temperature of the refrigerant cooled by the radiator.
A1.実施形態のハードウェア構成:
第1実施形態の燃料電池システム10は、図1に示すよう、燃料ガスと酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池20、燃料電池20に冷媒である冷却水を循環させる冷却機構30、燃料電池20および冷却機構30を制御する制御部80等を備える。この燃料電池20は、車両に搭載され、発電した電力は、車両の駆動用モータなどに供給される。燃料電池20に燃料ガス等を供給して発電を行なわせる構成や、燃料電池20が発電した電力を負荷に適正に供給する電力系統などについては、周知のものなので、図示およびその説明は省略する。
A1. Hardware configuration of the embodiment:
As shown in FIG. 1, the
冷却機構30は、冷媒排出流路を構成する電池側排出流路32およびラジエータ側排出流路33、冷媒循環流路を構成する電池側循環流路31およびラジエータ返戻流路34、バイパス流路40、冷却水ポンプ51、分流弁52、第1,第2温度センサ61,62、第1,第2ラジエータ71,72、第1,第2ラジエータ71,72を冷却する第1,第2ファン73,74などを備える。冷媒である冷却水は、冷却機構30において、冷却水ポンプ51により圧送され、燃料電池20内の冷却通路と第1,第2ラジエータ71,72との間を循環する。
The
燃料電池20の冷却水排出口22には、電池側排出流路32の一端が接続され、電池側排出流路32の他端は、分流弁52により、ラジエータ側排出流路33およびバイパス流路40に接続されている。ラジエータ側排出流路33は、合流点GP1において、第1,第2ラジエータ71,72に接続されている。合流点GP1は、第1,第2ラジエータ71,72の流路入口側からの配管が結合された合流ポイントであり、分流弁52およびラジエータ側排出流路33を介して流れる冷却水は、この合流点GP1から各ラジエータ71,72に流れ込む。
One end of the battery side
第1,第2ラジエータ71,72に流れ込んだ冷却水はラジエータ内部の冷却用流路を経て、各ラジエータ71,72の流路出口側から流出する。この流路出口側からの配管が結合された合流点GP2には、ラジエータ返戻流路34の一端が接続されている。ラジエータ返戻流路34の他端は、バイパス流路40との合流点GP3に接続されている。合流点GP3には、燃料電池20の冷却水供給口21と接続する電池側循環流路31も接続されており、第1,第2ラジエータ71,72からの冷却水は、バイパス流路40を流れた冷却水と合流し、合流点GP3から、電池側循環流路31を介して、燃料電池の冷却水供給口21に流入する。こうした冷却水の流れは、冷却水ポンプ51により作り出されている。
The cooling water that has flowed into the first and
電池側排出流路32,ラジエータ側排出流路33,バイパス流路40の接続箇所に設けられた分流弁52は、電池側排出流路32からの冷却水をラジエータ側排出流路33側およびバイパス流路40側に振り分ける電動の三方弁として構成されている。分流弁52は、制御部80からの指令を受けて、内部の弁の開度を変更し、ラジエータ側排出流路33側、即ち第1,第2ラジエータ71,72側に流れる冷却水の割合と、バイパス流路40側に流れる冷却水の割合とを調整する。分流弁52は、モータにより駆動されるタイプのものを用いたが、ソレノイドなど他の形式のアクチュエータを用いて構成することも可能である。
The
制御部80は、ラジエータ返戻流路34における冷却水の水温T1を検出する第1温度センサ61や、電池側排出流路32における冷却水の温度T2を検出する第2温度センサ62などからの信号を入力し、冷却水ポンプ51の駆動量や分流弁52の開度、更には第1,第2ラジエータ71,72を冷却する第1,第2ファン73,74の送風量などを制御する。制御部80による分流弁52制御については、後述する。なお、制御部80は、燃料電池20の制御も行なうものとしたが、制御部80とは別に燃料電池20の制御用ECUなどを設け、必要なデータを通信などによりやり取りするものとしても良い。
The
図2は、第1実施形態における二つのラジエータとバイパス流路との関係を説明する説明図である。図2を用いて、冷却水の流れについて、まとめて説明する。燃料電池20の冷却水排出口22から電池側排出流路32を流れる冷却水F1は、分流弁52で分流され、ラジエータ側排出流路33を介して第1,第2ラジエータ71,72に向かう冷却水F2と、バイパス流路40を流れる冷却水Fbとに分流される。ラジエータ側排出流路33をラジエータ側に流れる冷却水F2は合流点GP1で分岐し、第1ラジエータ71を流れる冷却水F11と、第2ラジエータ72を流れる冷却水F12となる。第1,第2ラジエータ71,72で冷却され、温度が下がった冷却水は合流点GP2で合流する。合流後の冷却水F3は、ラジエータ返戻流路34を流れ、バイパス流路40を流れる冷却水Fbと、合流点GP3で合流する。合流点GP3で合流した冷却水F4は、冷却水ポンプ51により圧送され、電池側循環流路31を通って、燃料電池20の冷却水供給口21に供給される。ラジエータ返戻流路34には、合流点GP3の位置Rから所定距離Lだけ隔たった位置Wに第1温度センサ61が設けられている。
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating the relationship between the two radiators and the bypass flow path in the first embodiment. The flow of the cooling water will be collectively described with reference to FIG. The cooling water F1 flowing from the cooling
A2.分流弁の制御:
上述した冷却水の流れにおいて、燃料電池20が通常運転されている間は、冷却水は、燃料電池20を冷却するために用いられて昇温するから、冷却水排出口22から電池側排出流路32を介して分流弁52に向かう冷却水は燃料電池20の発熱により加温され、第1,第2ラジエータ71,72により冷却される。他方、燃料電池20の起動時などには、燃料電池20が冷えているため、冷却水を第1,第2ラジエータ71,72に供給して冷却する割合を減らし、冷却水の水温の下がり過ぎを回避して、燃料電池20の暖機にかかる時間を短縮している。
A2. Control of shunt valve:
In the above-mentioned cooling water flow, while the
そのため、制御部80は、電池側排出流路32を通過する冷却水の温度T2、つまり燃料電池20の温度を第2温度センサ62により検出し、かつ第1,第2ラジエータ71,72で冷却された冷却水の温度T1を第1温度センサ61により検出し、電池側循環流路31を介して燃料電池20に供給される冷却水の温度が適正な範囲に収まるように、分流弁52の開度、つまりバイパス流路40を通ることで、第1,第2ラジエータ71,72により冷却されない冷却水の割合を制御する。分流弁52が所定の開度に制御されて、冷却水F1のうちの100・αパーセント(0≦α≦1)がバイパス流路40を通るとすると、合流点GP3で合流した後の水温Thは、流路内での温度変化を無視すれば、次式(1)に従う。
Th=T2・α+T1・(1-α) …(1)
制御部80は、現在の燃料電池20の運転状態から見て、燃料電池20に供給される冷却水の水温Thが、適正な温度範囲となるように、分流弁52の開度を制御する。もとより、制御部80は、この他にも冷却水ポンプ51の駆動量、即ち冷却水の供給量や、第1,第2ファン73,74の回転数、即ち冷却機構30の冷却能力なども制御し、燃料電池20に供給される冷却水の水温Thを適正な範囲に制御する。
Therefore, the
Th = T2 ・ α + T1 ・ (1-α)… (1)
The
第1実施形態では、ラジエータ返戻流路34は、図3に示したように、合流点GP2から合流点GP3に向けて若干の上り勾配となっている。一般に高温の冷却水はこれより温度の低い冷却水と接した場合、比重差により上方に留まり、下降しにくいから、こうした勾配を設ければ、合流点GP3に流れ込んだバイパス流路40を経由した冷却水のラジエータ返戻流路34への逆流を減らすことができる。逆流が減ることにより、第1温度センサ61の配置を合流点GP3から隔たらせるべき距離Lを小さくでき、冷却機構30の小型化に資することができる。
In the first embodiment, the radiator
A3.温度センサの配置:
図3は、第1実施形態におけるラジエータ返戻流路34の形態と同流路内での温度分布の一例を示す説明図である。ラジエータ返戻流路34は、合流点GP2と合流点GP3とを繋ぐ配管であり、図3に例示するように、第1実施形態では、ラジエータ返戻流路34は、合流点GP2から合流点GP3に向けて上り勾配となっている。また、図3の下段は、このラジエータ返戻流路34内における冷却水の水温の一例を、合流点GP2を位置R、合流点GP3を位置B、第1温度センサ61を位置Wとして示す。
A3. Placement of temperature sensor:
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of the form of the radiator
図3のグラフWTCは、燃料電池20が運転され、燃料電池20から排出される冷却水の温度が一定上昇し、温度T2になっている場合の一例を示す。また、分流弁52は、電池側排出流路32を流れてきた冷却水の約半分(α=0.5)をバイパス流路40に分流しているものとした。図示するように、合流点GP3の位置Bでは、バイパス流路40から温度T2の冷却水が流れ込んでおり、第1,第2ラジエータ71,72からは、温度T1に冷却された後の冷却水が流れ込んでいる。この場合、合流点GP3での冷却水の温度Thは、上記式(1)に従い、
Th=0.5・T2+0.5・T1
となる。合流点GP3では、2つの流路からの冷却水が合流するため、バイパス流路40を通った冷却水の幾分かは、ラジエータ返戻流路34側にある程度逆流する。このため、バイパス流路40から逆流した温度T2の冷却水の影響は、合流点GP3の位置Bから、ラジエータ返戻流路34において、上流方向の所定範囲に亘って及ぶ。とはいえ、冷却水は、第1,第2ラジエータ71,72側から燃料電池20側に流れているので、逆流した冷却水は一定の距離以上は侵入せず、その影響の範囲は限定的なものとなる。
The graph WTC of FIG. 3 shows an example of a case where the
Th = 0.5 ・ T2 + 0.5 ・ T1
Will be. At the confluence point GP3, the cooling water from the two flow paths merges, so that some of the cooling water that has passed through the
本実施形態では、第1温度センサ61は、この温度T2の冷却水の影響が合流点GP3から及ぶ範囲を避けて、具体的には、合流点GP3から上流に50mm以上隔たり、かつ合流点GP2より下流側の位置Wに設けている。従って、第1温度センサ61は、第1,第2ラジエータ71,72により冷却された冷却水の温度を正確に、あるいはバイパス流路40を流れる冷却水の温度の影響を抑制して、検出することができる。このため、制御部80は、第1,第2ラジエータ71,72により冷却された冷却水の温度T1を知って、分流弁52の開度を適切に制御することができる。また、同様に、第1,第2ファン73,74の回転数や冷却水ポンプ51の回転数、つまり冷却能力も適切に制御することができる。なお、本実施形態では、第1温度センサ61の位置Wは、合流点GP3の位置Bから50mm以上上流としたが、この距離は、一般に流路の内径および流量と相関を有する。この実施形態では、冷却水ポンプ51による定常流量において、配管の内径の1.5~2倍程度以上上流に配置すれば良いことが分った。
In the present embodiment, the
本実施形態では、第1温度センサ61の先端は、ラジエータ返戻流路34の配管のほぼ中央に感温部が位置するように配置している。この様子を図4に示した。図4は、図3における4-4断面を模式的に示し、この位置Wでの冷却水の径方向の温度分布の一例を示す。図4において、ハッチングが濃い部分ほど高温となっていることを示すが、もとより実際の温度分布は、図4に示すような区切られ方が生じる訳ではなく、境界なく分布している。こうした温度分布は、合流点GP2に、第1ラジエータ71と第2ラジエータ72とから流れ込む両方の冷却水の水温が一致していないことにより生じる。しかも、第1,第2ラジエータ71,72からの2つの配管が略水平方向の面内で接合されていることから、本実施形態では、およそ水平方向に温度分布が発生している。
In the present embodiment, the tip of the
このように、ラジエータ返戻流路34内の温度が一様でないと、第1温度センサ61による水温の検出は不正確なものになる可能性がある。そこで、ラジエータ返戻流路34における径方向の温度分布について検討した。図5は、ラジエータ返戻流路34における温度測定ポイントの径方向の位置を示す説明図である。測定は、配管のセンタを測定ポイントC0とし、このポイントC0から上下右左方向にそれぞれ7.5ミリ隔たった点をポイントC1,C2,C3,C4として行なった。測定には、第1温度センサ61のような、耐久性を考慮した耐食性のある所定の径の配管に収められたセンサではなく、冷却水の流れを阻害しない細径の熱電対を用いた。図6は、温度分布の一例を示すが、この例では、分流弁52は閉じており、バイパス流路40からの冷却水の合流はない。図示するように、合流点GP3の位置Bや、合流点GP3の位置Bから上流方向に50mm以上隔たった位置Wや、合流点GP2の位置Rのいずれにおいても、ラジエータ返戻流路34内では径方向に温度分布のムラが見られた。図において、「●Ave」としたのは、各測定ポイントC0~C5で検出した温度の平均値を例示したものである。合流点GP3の位置Bから上流方向に50mm以上隔たった位置Wでは、センタのポイントC0での検出値は、平均値Aveに対して、予め定めた許容範囲ΔT内に納まっていた。このため、第1温度センサ61は、その感温部がラジエータ返戻流路34の配管の径方向センタとなるように、ラジエータ返戻流路34に取り付けるものとした。
As described above, if the temperature in the radiator
B.第2実施形態:
図7は、第2実施形態の燃料電池システム10Aを冷却機構30Aを中心に示す概略構成成図である。図示するように、第2実施形態は、ラジエータとして第1ラジエータ71のみが用いられている点で、第1実施形態と異なる。このため、第2実施形態では、第2ファン74も用いられていない。また、合流点GP1、GP2も存在しない。以下の説明では、説明の都合上、分流弁52からの流路が第1ラジエータ71の入口に接続される箇所に設けられたエルボを接続点GP4と呼び、第1ラジエータ71の出口がラジエータ返戻流路34に接続される箇所に設けられたエルボを接続点GP5と呼ぶことがある。
B. Second embodiment:
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing the
このように構成された第2実施形態でも、第1温度センサ61は、ラジエータ返戻流路34とバイパス流路40との合流点GP3から上流側に50mm以上隔たり、かつ接続点GP5よりも下流側の位置に設けられている。このため、第1実施形態と同様に、第1ラジエータ71によって冷却された後の冷却水の温度を、バイパス流路40を流れる冷却水の温度の影響を受けることなく、あるいはその影響を十分に抑制して、検出することができる。このため、制御部80は、第1温度センサ61や第2温度センサ62が検出したそれぞれの冷却水の温度に従って、冷却機構30Aの状態を適切に把握でき、冷却機構30Aの分流弁52などを適正に制御することができる。
Even in the second embodiment configured in this way, the
C1.その他の実施形態:
以上、いくつかの実施形態について説明したが、冷却機構の形態は、第1,第2実施形態として開示した構成に留まらない。例えば、ラジエータは、3個以上備える構成としても差し支えない。また、ラジエータ内部の熱交換用の配管は、水平配管でも、垂直配管でも差し支えない。図8は、ラジエータ内の流路が水平方向である場合の冷却水の入口と出口との望ましい関係を例示する説明図である。また、図9は、ラジエータ内の熱交換用の流路が垂直方向である場合の冷却水の入口と出口との望ましい関係を例示する説明図である。図示するように、水平配管(図8)の場合には、ラジエータ79の水平方向の一方の側に冷却水分配マニホールド75Lが垂直方向に沿って設けられている。この冷却水分配マニホールド75Lには、その中央やや上方に設けられた冷却水入口76iから冷却水が入り、複数の水平配管を通って熱交換しつつ、他方の端部に設けられた冷却水合流マニホールド75Rで合流する。合流した冷却水は、冷却水合流マニホールド75Rの中央やや上方に設けられた冷却水出口76oから出て、ラジエータ返戻流路34を流れる。
C1. Other embodiments:
Although some embodiments have been described above, the embodiment of the cooling mechanism is not limited to the configuration disclosed as the first and second embodiments. For example, the radiator may be configured to include three or more radiators. Further, the heat exchange piping inside the radiator may be horizontal piping or vertical piping. FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a desirable relationship between an inlet and an outlet of cooling water when the flow path in the radiator is in the horizontal direction. Further, FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating a desirable relationship between the inlet and the outlet of the cooling water when the flow path for heat exchange in the radiator is in the vertical direction. As shown in the figure, in the case of the horizontal pipe (FIG. 8), the cooling
ラジエータ79が第2実施形態として示した例のように、単独で用いられる場合には、第1温度センサ61は、ラジエータ79の冷却水合流マニホールド75Rに設けても良い。この場合でも、図7等に例示した冷却機構30Aにおける合流点GP3から上流側に50mm以上隔たっていればよい。この場合、より好ましくは、冷却水出口76oよりも鉛直下方向に設置する。こうしておけば、仮に合流点GP3から逆流した高温の冷却水が、偶々、冷却水合流マニホールド75Rに及び、冷却水出口76oから侵入したとしても、高温の冷却水は、上方に移動しやすいので、第1温度センサ61が、こうした不慮の高温冷却水の侵入によって、誤った検出結果を制御部80に出力する可能性を減らすことができる。
When the
垂直配管のラジエータ79の場合を図9に従って説明する。このラジエータ79の場合、ラジエータ79の垂直方向の一方の側に冷却水分配マニホールド77uが水平方向に沿って設けられている。この冷却水分配マニホールド77uには、そのほぼ中央に設けられた冷却水入口78iから冷却水が入り、垂直に設けられた複数の通路を通って熱交換しつつ、他方の端部に設けられた冷却水合流マニホールド77dで合流する。合流した冷却水は、冷却水合流マニホールド77dのほぼ中央に設けられた冷却水出口78oから出て、ラジエータ返戻流路34を流れる。
The case of the
ラジエータ79が第2実施形態として示した例のように、単独で用いられる場合には、第1温度センサ61は、ラジエータ79の冷却水合流マニホールド77dに設けても良い。この場合でも、図7等に例示した冷却機構30Aにおける合流点GP3から上流側に50mm以上隔たっていればよい。この場合、より好ましくは、冷却水出口78oから水平方向に隔たった位置に設置する。こうしておけば、仮に合流点GP3から逆流した高温の冷却水が、偶々、冷却水合流マニホールド77dに及んだとしても、高温の冷却水は、上方に移動しやすいので、第1温度センサ61が、こうした不慮の高温冷却水の侵入によって、誤った検出結果を制御部80に出力する可能性を減らすことができる。
When the
以上、いくつかの実施形態を示したが、これらの実施形態以外にも、種々の態様で実施することができる。これらの燃料電池システムは、車載に限らず、定置設置型としてもよい。また、車両としては、通常の4輪自動車に限らず、大型バスなどに用いることも可能である。こうした大型バスなど、高出力の燃料電池システムを用いる場合には、冷却機構も大型化し、複数のラジエータを備えることも想定されるので、ラジエータによって冷却された冷却水の温度を精度良く測定することは重要である。これらの実施形態に示した手法によれば、簡易な構成で、バイパス流路がある場合の冷却機構において、ラジエータで冷却された冷却水の温度を精度良く検出することができる。 Although some embodiments have been shown above, they can be implemented in various embodiments other than these embodiments. These fuel cell systems are not limited to in-vehicle devices, and may be stationary. Further, the vehicle is not limited to a normal four-wheeled vehicle, but can also be used for a large bus or the like. When using a high-power fuel cell system such as such a large bus, it is expected that the cooling mechanism will be large and equipped with multiple radiators, so the temperature of the cooling water cooled by the radiator should be measured accurately. Is important. According to the methods shown in these embodiments, the temperature of the cooling water cooled by the radiator can be accurately detected in the cooling mechanism when there is a bypass flow path with a simple configuration.
また、これらの実施形態では、冷媒として冷却水を用いたが、水以外の不凍液、その他の液体を用いることも差し支えない。更に、冷却水ポンプ51は、電池側排出流路32側に設けても良い。また、複数台の冷却水ポンプ51を用いることも差し支えない。必要かあれば、バイパス流路40とラジエータ側排出流路33とのそれぞれに冷却水ポンプを設けてもよい。冷却機構は、発熱を伴う燃料電池以外の他の部材を併せて冷却するものとしてもよい。例えば、燃料電池の電源ラインに設けられた昇圧コンバータやモータ等を駆動するインバータ等の冷却機構に適用してもよい。分流弁52は、合流点GP3がわに設けてもよい。また、冷却水ポンプ51は、電池側排出流路32に設けることも差し支えない。
Further, in these embodiments, cooling water is used as the refrigerant, but antifreeze liquid other than water and other liquids may be used. Further, the cooling
GP1~GP3…合流点
GP4,GP5…接続点
10,10A…燃料電池システム
20…燃料電池
21…冷却水供給口
22…冷却水排出口
30,30A…冷却機構
31…電池側循環流路
32…電池側排出流路
33…ラジエータ側排出流路
34…ラジエータ返戻流路
40…バイパス流路
51…冷却水ポンプ
52…分流弁
61…第1温度センサ
62…第2温度センサ
71…第1ラジエータ
72…第2ラジエータ
73…第1ファン
74…第2ファン
75L…冷却水分配マニホールド
75R…冷却水合流マニホールド
76i…冷却水入口
76o…冷却水出口
77d…冷却水合流マニホールド
77u…冷却水分配マニホールド
78i…冷却水入口
78o…冷却水出口
79…ラジエータ
80…制御部
GP1 to GP3 ... Confluence point GP4, GP5 ...
Claims (1)
前記冷却機構は、
冷媒を冷却するラジエータと、
燃料電池の冷媒排出口から前記ラジエータの冷媒入口までを接続する冷媒排出流路と、
前記ラジエータの冷媒出口から前記燃料電池の冷媒供給口までを接続する冷媒循環流路と、
前記冷媒排出流路と前記冷媒循環流路とを、前記ラジエータをバイパスして接続するバイパス流路と、
前記バイパス流路の一端に設けられ、前記冷媒排出流路により排出される前記冷媒のうち、前記ラジエータを流れる冷媒および前記バイパス流路を流れる冷媒の割合を調整する分流弁と、
前記ラジエータの前記冷媒出口より下流側であって、前記バイパス流路と前記冷媒循環流路との合流点から上流側に、前記冷媒循環流路の内径の1.5倍以上隔たった位置に設けられた温度センサと、
を備え、
前記温度センサにより検出された前記冷媒の温度により、前記分流弁の前記割合を制御する燃料電池システム。 A fuel cell system with a cooling mechanism
The cooling mechanism is
With a radiator that cools the refrigerant,
A refrigerant discharge flow path connecting the refrigerant discharge port of the fuel cell to the refrigerant inlet of the radiator,
A refrigerant circulation flow path connecting the radiator's refrigerant outlet to the fuel cell's refrigerant supply port,
A bypass flow path that connects the refrigerant discharge flow path and the refrigerant circulation flow path by bypassing the radiator.
A flow dividing valve provided at one end of the bypass flow path and adjusting the ratio of the refrigerant flowing through the radiator and the refrigerant flowing through the bypass flow path among the refrigerants discharged by the refrigerant discharge flow path.
Provided at a position downstream of the refrigerant outlet of the radiator, upstream from the confluence of the bypass flow path and the refrigerant circulation flow path, at a position 1.5 times or more the inner diameter of the refrigerant circulation flow path. With the temperature sensor
Equipped with
A fuel cell system that controls the ratio of the diversion valve by the temperature of the refrigerant detected by the temperature sensor.
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