RU2379794C1

RU2379794C1 - Fuel element cooling system and method

Info

Publication number: RU2379794C1
Application number: RU2008122553/09A
Authority: RU
Inventors: Томотака ИШИКАВА (JP); Томотака ИШИКАВА
Original assignee: Тойота Дзидося Кабусики Кайся
Priority date: 2005-12-12
Filing date: 2006-12-11
Publication date: 2010-01-20
Also published as: JP2013080718A; JP5692214B2

Abstract

FIELD: heating systems. ^ SUBSTANCE: invention refers to fuel element cooling system and method. According to invention, system (100) for cooling fuel element is equipped with main channel (102) for cooling medium and bypass channel (104) for cooling medium, which is located parallel to main channel (102) for cooling medium and discharges cooling medium passing through channels for cooling medium. In main channel (102) for cooling medium there installed is heater (110) and circulation pump WP (130) and the like devices. Cooling medium is supplied from main channel (102) for cooling medium to bypass channel (104) for cooling medium and reaches second heat exchanger (120) through housing of motor (50) of air compressor (ASR) 48, etc. In second heat exchanger (120) there performed is heat exchange with channel (80) for feed gas; after that, cooling medium returns to main channel (102) for cooling medium. The method by means of which the cooling medium is distributed can vary depending on the fact where cooling medium is discharged from main channel (102) for cooling medium and location of circulation pump (130). ^ EFFECT: simplifying the design, effective use of cooling medium, coordinated control of cooling system of fuel elements battery and the other heat exchange system of cooling system of fuel element. ^ 11 cl, 19 dwg

Description

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

1. Область техники, к которой относится изобретение1. The technical field to which the invention relates.

[0001] Настоящее изобретение имеет отношение к системе и способу охлаждения топливного элемента, который вырабатывает электричество посредством электрохимической реакции, осуществляемой за счет подачи топливного газа на сторону анода и подачи окисляющего газа на сторону катода.[0001] The present invention relates to a system and method for cooling a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction by supplying fuel gas to the anode side and supplying oxidizing gas to the cathode side.

2. Описание соответствующего уровня техники2. Description of the Related Art

[0002] Топливные элементы используются в транспортных средствах, поскольку они оказывают малое воздействие на окружающую среду. Топливный элемент вырабатывает требуемую энергию путем, например, подачи топливного газа, такого как водород, на сторону анода батареи топливных элементов и окисляющего газа, содержащего кислород, как, например, воздух, на сторону катода и осуществления реакции между ними через электролитическую мембрану. Во время этой реакции в топливном элементе выделяется тепло, так что для его охлаждения охлаждающее вещество, такое как охлаждающая вода, циркулирует через батарею топливных элементов, а затем охлаждается посредством радиатора или аналогичного устройства. Для подогрева холодного топливного элемента при запуске охлаждающее вещество подогревается до соответствующей температуры с помощью, например, нагревателя. Таким образом, охлаждающее вещество циркулирует через батарею топливных элементов, и его температура регулируется.[0002] Fuel cells are used in vehicles since they have little environmental impact. A fuel cell generates the required energy by, for example, supplying fuel gas, such as hydrogen, to the anode side of the fuel cell stack and an oxidizing gas containing oxygen, such as air, to the cathode side and reacting therebetween through an electrolytic membrane. During this reaction, heat is generated in the fuel cell so that a cooling agent, such as cooling water, circulates through the fuel cell stack to cool it, and then is cooled by a radiator or similar device. To preheat a cold fuel cell at startup, the coolant is heated to the appropriate temperature using, for example, a heater. Thus, the coolant circulates through the battery of fuel cells, and its temperature is regulated.

[0003] Кроме того, для соответствующего повышения давления окисляющего газа, подаваемого на сторону катода батареи топливных элементов, используется газовый компрессор, такой как воздушный компрессор (АСР). Когда воздушный компрессор (АСР) работает, он также выделяет тепло, и поэтому охлаждается посредством теплообменника, называемого промежуточным охладителем. В дополнение к этому транспортные средства оснащаются также теплообменником для кондиционирования воздуха в кабине. Таким образом, транспортные средства оборудуются различными теплообменниками для различных целей, то есть было бы целесообразно рассмотреть их совместное использование.[0003] In addition, a gas compressor such as an air compressor (ACP) is used to appropriately increase the pressure of the oxidizing gas supplied to the cathode side of the fuel cell stack. When the air compressor (ACP) is running, it also generates heat and is therefore cooled by a heat exchanger called an intercooler. In addition to this, vehicles are also equipped with a heat exchanger for air conditioning in the cabin. Thus, vehicles are equipped with various heat exchangers for various purposes, that is, it would be advisable to consider their joint use.

[0004] Например, в публикации японской патентной заявки № JP-A-2005-79007 дается описание системы топливных элементов, которая предотвращает засорение и в то же время способствует подпитке при недостаточной влажности из увлажнителя, предусмотренного на стороне катода топливного элемента. Здесь и охлаждающее вещество для охлаждения подаваемого на катод газа, и охлаждающее вещество для охлаждения батареи топливных элементов используются совместно, и батарея топливных элементов подсоединяется последовательно к каналу для охлаждающего вещества. В середине этого канала для охлаждающего вещества размещаются два трехходовых клапана, которые изменяют направление потока охлаждающего вещества в зависимости от того, высокой или низкой является температура топливного элемента.[0004] For example, Japanese Patent Application Publication No. JP-A-2005-79007 describes a fuel cell system that prevents clogging and at the same time promotes recharge in case of insufficient moisture from a humidifier provided on the cathode side of the fuel cell. Here, both the coolant for cooling the gas supplied to the cathode and the coolant for cooling the fuel cell stack are used together, and the fuel cell stack is connected in series to the coolant duct. Two three-way valves are placed in the middle of this coolant channel, which change the flow direction of the coolant depending on whether the temperature of the fuel cell is high or low.

[0005] Кроме того, в опубликованной заявке №2005-514261 при переходе на национальную фазу в Японии заявки РСТ дано описание способа нагрева и охлаждения транспортного средства, имеющего топливный элемент в качестве кондиционера и источника нагрева, который легко компенсирует недостаток тепла при низкой наружной температуре и который также обеспечивает достаточное охлаждение топливного элемента и комфортное кондиционирование воздуха при высокой наружной температуре. Согласно изложенной в данной публикации технологии для охлаждения источника нагрева и обеспечения кондиционирования воздуха в транспортном средстве используется общее охлаждающее вещество, то есть используется только один контур охлаждающего вещества. Этот контур охлаждающего вещества разветвляется на первый подконтур и второй подконтур. Первый подконтур направляет охлаждающее вещество в устройство с топливными элементами, а второй подконтур направляет охлаждающее вещество в кондиционер транспортного средства. Пройдя через эти устройства, раздельные потоки охлаждающего вещества снова сливаются вместе в точке слияния. Таким образом, теплообменник устройства с топливными элементами и теплообменник кондиционера устанавливаются последовательно в одном контуре.[0005] In addition, in the published application No. 2005-514261, when switching to the national phase in Japan, the PCT application describes a method for heating and cooling a vehicle having a fuel cell as an air conditioner and a heating source that easily compensates for the lack of heat at low outside temperature and which also provides adequate cooling of the fuel cell and comfortable air conditioning at high outdoor temperatures. According to the technology described in this publication, a common coolant is used in the vehicle to cool the heating source and provide air conditioning in the vehicle, that is, only one circuit of the coolant is used. This coolant circuit branches into a first sub-circuit and a second sub-circuit. The first sub-circuit directs the coolant to the fuel cell device, and the second sub-circuit directs the coolant to the vehicle air conditioning. Having passed through these devices, separate flows of the coolant again merge together at the confluence point. Thus, the heat exchanger of the device with fuel cells and the heat exchanger of the air conditioner are installed in series in one circuit.

[0006] В известном уровне техники при независимом управлении этими теплообменниками контур охлаждающего вещества и система управления им независимы друг от друга, что неудобно. Когда система охлаждения батареи топливных элементов и система охлаждения подаваемого на катод газа регулируются независимо, температура подаваемого на катод газа, входящего в батарею топливных элементов, определяется системой охлаждения подаваемого на катод газа, а температура подаваемого на катод газа, выходящего из батареи топливных элементов (так называемого катодного отходящего газа), определяется главным образом системой охлаждения батареи топливных элементов. Если две эти системы охлаждения регулируются независимо друг от друга, то разность температур подаваемого на катод газа, входящего в батарею топливных элементов, и катодного отводящего газа может оказаться слишком большой, что может привести к следующим проблемам.[0006] In the prior art, when these heat exchangers are independently controlled, the coolant circuit and its control system are independent of each other, which is inconvenient. When the cooling system of the fuel cell battery and the cooling system of the gas supplied to the cathode are independently controlled, the temperature of the gas supplied to the cathode of the fuel cell is determined by the cooling system of the gas supplied to the cathode and the temperature of the gas supplied to the cathode from the fuel cell battery (so called cathode exhaust gas), is determined mainly by the cooling system of the fuel cell battery. If these two cooling systems are independently regulated, then the temperature difference between the gas supplied to the cathode entering the fuel cell battery and the cathode exhaust gas may be too large, which can lead to the following problems.

[0007] Например, параллельно батарее топливных элементов предусматривается увлажнитель для соответствующего увлажнения подаваемого на катод газа и подачи этого увлажненного газа в батарею топливных элементов, но разность температур между двумя концами увлажнителя может стать слишком большой. Используемый увлажнитель может иметь общеизвестную трубчатую конструкцию, однако, если разность температур между концами увлажнителя становится слишком большой, то эта трубчатая конструкция может оказаться поврежденной и не работать должным образом. Поэтому наличие независимых друг от друга контуров охлаждающего вещества и систем управления ими для каждого из теплообменников топливных элементов не только усложняет подобную конструкцию, но также приводит к неэффективному использованию охлаждающего вещества и может привести к описанным выше неполадкам.[0007] For example, a humidifier is provided in parallel with the fuel cell stack to properly humidify the gas supplied to the cathode and supply this humidified gas to the fuel cell stack, but the temperature difference between the two ends of the humidifier may become too large. The humidifier used may have a well-known tubular construction, however, if the temperature difference between the ends of the humidifier becomes too large, this tubular construction may be damaged and not work properly. Therefore, the presence of independent from each other coolant circuits and their control systems for each of the fuel cell heat exchangers not only complicates such a design, but also leads to inefficient use of the coolant and can lead to the problems described above.

[0008] В публикации японской патентной заявки №JP-A-2005-79007 и в опубликованной заявке №2005-514261 при переходе заявки РСТ на национальную фазу в Японии описывается известный уровень техники, в котором совместно используются охлаждающее вещество для охлаждения подаваемого на катод газа и охлаждающее вещество для охлаждения батареи топливных элементов, и общее охлаждающее вещество используется для охлаждения топливного элемента, т.е. источника нагрева, и для обеспечения кондиционирования воздуха в салоне транспортного средства. В этих технологиях батарея топливных элементов и другой теплообменник для охлаждения устанавливаются последовательно в канал для охлаждающего вещества и используют одно и то же охлаждающее вещество. В результате регулирование температуры батареи топливных элементов и регулирование температур подаваемого на катод газа и салона транспортного средства являются независимыми. Соответственно, хотя охлаждающее вещество в этих технологиях используется более эффективно, соответствующие температуры невозможно регулировать независимо. Т.е. регулировать должным образом эти температуры также трудно, как и тогда, когда соответствующие системы управления являются независимыми.[0008] Japanese Patent Application Publication No. JP-A-2005-79007 and Published Patent Application No. 2005-514261 disclose a prior art in Japan when a PCT application transitions to a national phase, in which a coolant is used to cool the gas supplied to the cathode. and a coolant for cooling the fuel cell stack, and a common coolant is used to cool the fuel cell, i.e. heat source, and to provide air conditioning in the vehicle interior. In these technologies, a fuel cell battery and another heat exchanger for cooling are installed in series in the channel for the cooling substance and use the same cooling substance. As a result, the temperature control of the fuel cell battery and the temperature control of the gas supplied to the cathode and the passenger compartment of the vehicle are independent. Accordingly, although the coolant is used more efficiently in these technologies, the corresponding temperatures cannot be independently controlled. Those. Properly controlling these temperatures is just as difficult as when the respective control systems are independent.

[0009] Таким образом, в известном уровне техники регулирование температуры батареи топливных элементов и регулирование температуры подаваемого на катод газа и салона транспортного средства осуществляются несогласованно.[0009] Thus, in the prior art, the temperature control of the fuel cell battery and the temperature of the gas supplied to the cathode and the passenger compartment of the vehicle are inconsistent.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

[0010] В свете вышеизложенных проблем настоящим изобретением предусматривается система охлаждения топливного элемента, которая согласованно управляет системой охлаждения батареи топливных элементов и другой системой теплообмена.[0010] In light of the above problems, the present invention provides a fuel cell cooling system that harmoniously controls a fuel cell battery cooling system and another heat exchange system.

[0011] Один из аспектов изобретения относится к системе охлаждения топливного элемента, вырабатывающего электроэнергию посредством электрохимической реакции, осуществляемой за счет подачи топливного газа на сторону анода и окисляющего газа на сторону катода, которая характеризуется тем, что она включает канал для охлаждающего вещества, по которому охлаждающее вещество циркулирует между батареей топливных элементов и радиатором, и второй теплообменник, который предусмотрен параллельно батарее топливных элементов и использует охлаждающее вещество, отводимое из канала для охлаждающего вещества.[0011] One aspect of the invention relates to a cooling system for a fuel cell that generates electricity by means of an electrochemical reaction by supplying fuel gas to the anode side and oxidizing gas to the cathode side, which is characterized in that it includes a channel for the cooling medium, according to which a coolant circulates between the fuel cell battery and the radiator, and a second heat exchanger that is provided in parallel with the fuel cell battery and uses a coolant coolant discharged from the coolant channel.

[0012] Кроме того, другой аспект изобретения относится к системе охлаждения топливного элемента, вырабатывающего электроэнергию посредством электрохимической реакции, осуществляемой за счет подачи топливного газа на сторону анода и окисляющего газа на сторону катода, которая характеризуется тем, что она включает канал для охлаждающего вещества, по которому охлаждающее вещество циркулирует между батареей топливных элементов и радиатором, и второй теплообменник, который предусмотрен параллельно радиатору и использует охлаждающее вещество, отводимое из канала для охлаждающего вещества.[0012] In addition, another aspect of the invention relates to a cooling system for a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction by supplying fuel gas to the anode side and oxidizing gas to the cathode side, which is characterized in that it includes a channel for a cooling substance, in which a coolant circulates between the fuel cell battery and the radiator, and a second heat exchanger, which is provided in parallel with the radiator and uses a coolant in the drawn off from the channel for the coolant.

[0013] Кроме того, второй теплообменник может также служить в качестве устройства охлаждения газового компрессора для подачи окисляющего газа.[0013] Furthermore, the second heat exchanger can also serve as a cooling device for a gas compressor for supplying oxidizing gas.

[0014] Кроме того, топливный элемент может быть топливным элементом для транспортного средства, смонтированным на транспортном средстве, параллельно батарее топливных элементов может быть предусмотрен теплообменник системы кондиционирования воздуха для кондиционирования салона транспортного средства, и в теплообменнике системы кондиционирования воздуха может быть использовано охлаждающее вещество, отводимое из канала для охлаждающего вещества.[0014] Furthermore, the fuel cell may be a fuel cell for a vehicle mounted on a vehicle, a heat exchanger of an air conditioning system for conditioning the interior of the vehicle may be provided in parallel with the battery of the fuel cells, and a coolant may be used in the heat exchanger of the air conditioning system, drained from the channel for the coolant.

[0015] Также система охлаждения топливного элемента может включать циркуляционный насос для охлаждающего вещества, установленный последовательно в канале для охлаждающего вещества, и увлажнитель, установленный параллельно относительно впуска на сторону катода батареи топливных элементов, через который окисляющий газ подается на сторону катода топливного элемента, и выпуска со стороны катода батареи топливных элементов, через который происходит выпуск газа. Увлажнитель может быть установлен между выходом циркуляционного насоса для охлаждающего вещества и входом батареи топливных элементов, а второй теплообменник может использовать охлаждающее вещество, отбираемое между выходом из радиатора и входов в циркуляционный насос для охлаждающего вещества.[0015] Also, the fuel cell cooling system may include a coolant circulation pump installed in series in the coolant channel, and a humidifier installed in parallel with the inlet to the cathode side of the fuel cell, through which oxidizing gas is supplied to the cathode side of the fuel cell, and release from the cathode of the battery of fuel cells through which gas is released. A humidifier can be installed between the outlet of the circulation pump for the coolant and the inlet of the fuel cell battery, and the second heat exchanger can use a coolant taken between the outlet of the radiator and the entrances to the circulation pump for the coolant.

[0016] Также система охлаждения топливного элемента может включать циркуляционный насос для охлаждающего вещества, установленный последовательно в канале для охлаждающего вещества, и увлажнитель, установленный параллельно относительно впуска на сторону катода батареи топливных элементов, через который окисляющий газ подается на сторону катода топливного элемента, и выпуска из стороны катода батареи топливных элементов, через который происходит выпуск газа. Увлажнитель может быть установлен между выходом циркуляционного насоса для охлаждающего вещества и входом батареи топливных элементов, а второй теплообменник может использовать охлаждающее вещество, отбираемое между выходом из циркуляционного насоса для охлаждающего вещества и входом в увлажнитель.[0016] Also, the fuel cell cooling system may include a coolant circulation pump installed in series in the coolant channel, and a humidifier installed in parallel with the inlet to the cathode side of the fuel cell, through which oxidizing gas is supplied to the cathode side of the fuel cell, and release from the side of the cathode of the battery of fuel cells through which gas is released. A humidifier may be installed between the outlet of the circulation pump for the coolant and the inlet of the fuel cell battery, and the second heat exchanger may use a coolant taken between the outlet of the circulation pump for the coolant and the inlet to the humidifier.

[0017] Также система охлаждения топливного элемента может включать циркуляционный насос для охлаждающего вещества, установленный последовательно в канале для охлаждающего вещества, и увлажнитель, установленный параллельно относительно впуска на сторону катода батареи топливных элементов, через который окисляющий газ подается на сторону катода топливного элемента, и выпуска из стороны катода батареи топливных элементов, через который происходит выпуск газа. Увлажнитель может быть установлен между входом циркуляционного насоса для охлаждающего вещества и выходом радиатора, а второй теплообменник может использовать охлаждающее вещество, отбираемое между выходом из радиатора и входом в увлажнитель.[0017] Also, the fuel cell cooling system may include a coolant circulation pump mounted in series in the coolant channel, and a humidifier installed in parallel with the inlet to the cathode side of the fuel cell, through which oxidizing gas is supplied to the cathode side of the fuel cell, and release from the side of the cathode of the battery of fuel cells through which the gas is released. A humidifier can be installed between the inlet of the circulation pump for the cooling medium and the outlet of the radiator, and the second heat exchanger can use a cooling medium taken between the outlet of the radiator and the inlet to the humidifier.

[0018] Также система охлаждения топливного элемента может включать циркуляционный насос для охлаждающего вещества, установленный последовательно в канале для охлаждающего вещества, и увлажнитель, установленный параллельно относительно впуска на сторону катода батареи топливных элементов, через который окисляющий газ подается на сторону катода топливного элемента, и выпуска из стороны катода батареи топливных элементов, через который происходит выпуск газа. Увлажнитель может быть установлен между выходом циркуляционного насоса для охлаждающего вещества и входом батареи топливных элементов, а теплообменник системы кондиционирования воздуха может использовать охлаждающее вещество, отбираемое между выходом из увлажнителя и входом в батарею топливных элементов.[0018] Also, the fuel cell cooling system may include a coolant circulation pump installed in series in the coolant channel, and a humidifier installed in parallel with the inlet to the cathode side of the fuel cell, through which oxidizing gas is supplied to the cathode side of the fuel cell, and release from the side of the cathode of the battery of fuel cells through which the gas is released. A humidifier can be installed between the outlet of the circulation pump for the coolant and the inlet of the fuel cell battery, and the air conditioning system heat exchanger can use a coolant taken between the outlet of the humidifier and the inlet of the fuel cell battery.

[0019] Также система охлаждения топливного элемента может включать циркуляционный насос для охлаждающего вещества, установленный последовательно в канале для охлаждающего вещества, и увлажнитель, установленный параллельно относительно впуска на сторону катода батареи топливных элементов, через который окисляющий газ подается на сторону катода топливного элемента, и выпуска со стороны катода батареи топливных элементов, через который происходит выпуск газа. Увлажнитель может быть установлен между выходом циркуляционного насоса для охлаждающего вещества и входом батареи топливных элементов, а теплообменник системы кондиционирования воздуха может использовать охлаждающее вещество, отбираемое между выходом из радиатора и входом в циркуляционный насос для охлаждающего вещества.[0019] Also, the fuel cell cooling system may include a coolant circulation pump installed in series in the coolant channel, and a humidifier installed in parallel with the inlet to the cathode side of the fuel cell, through which oxidizing gas is supplied to the cathode side of the fuel cell, and release from the cathode of the battery of fuel cells through which gas is released. A humidifier can be installed between the outlet of the circulation pump for the coolant and the inlet of the battery of fuel cells, and the heat exchanger of the air conditioning system can use a coolant taken between the outlet of the radiator and the inlet of the circulation pump for the coolant.

[0020] Также система охлаждения топливного элемента может включать циркуляционный насос для охлаждающего вещества, установленный последовательно в канале для охлаждающего вещества, увлажнитель, установленный параллельно относительно впуска на сторону катода батареи топливных элементов, через который окисляющий газ подается на сторону катода топливного элемента, и выпуска из стороны катода батареи топливных элементов, через который происходит выпуск газа, и средство переключения положения перепуска для переключения в положение по крайней мере впуска или выпуска перепускного канала, который отводит охлаждающее вещество из канала для охлаждающего вещества во второй теплообменник.[0020] Also, the fuel cell cooling system may include a coolant circulation pump mounted in series in the coolant channel, a humidifier mounted in parallel with the inlet to the cathode side of the fuel cell, through which oxidizing gas is supplied to the cathode side of the fuel cell, and an outlet from the cathode side of the fuel cell stack through which the gas is discharged, and means for switching the bypass position to switch to the edge position It least inlet or outlet of the bypass channel which diverts coolant from the coolant channel to the second heat exchanger.

[0021] Также система охлаждения топливного элемента может включать циркуляционный насос для охлаждающего вещества, установленный последовательно в канале для охлаждающего вещества, увлажнитель, установленный параллельно относительно впуска на сторону катода батареи топливных элементов, через который окисляющий газ подается на сторону катода топливного элемента, и выпуска из стороны катода батареи топливных элементов, через который происходит выпуск газа, и средство переключения положения перепуска для переключения положения по крайней мере впуска или выпуска перепускного канала, который отводит охлаждающее вещество из канала для охлаждающего вещества в теплообменник системы кондиционирования воздуха.[0021] Also, the fuel cell cooling system may include a coolant circulation pump installed in series in the coolant channel, a humidifier installed in parallel with the inlet to the cathode side of the fuel cell, through which oxidizing gas is supplied to the cathode side of the fuel cell, and exhaust from the cathode side of the fuel cell battery through which the gas is discharged, and means for switching the bypass position to switch the extreme position It is the measure of the inlet or outlet of the bypass channel, which removes the coolant from the channel for the coolant to the heat exchanger of the air conditioning system.

[0022] Также система охлаждения топливного элемента может включать первый циркуляционный насос для охлаждающего вещества, установленный последовательно в канале для охлаждающего вещества; перепускной канал системы кондиционирования воздуха, который представляет собой перепускной канал, по которому протекает охлаждающее вещество, отводимое из канала для охлаждающего вещества, и в котором предусмотрены теплообменник системы кондиционирования воздуха, нагреватель и второй циркуляционный насос для охлаждающего вещества; циркуляционный канал, предусмотренный параллельно с перепускным каналом системы кондиционирования воздуха; и средство переключения перепуска системы кондиционирования воздуха для переключения соединения между перепускным каналом системы кондиционирования воздуха и каналом для охлаждающего вещества и соединения между перепускным каналом системы кондиционирования воздуха и циркуляционным каналом.[0022] Also, the fuel cell cooling system may include a first coolant circulation pump installed in series in the coolant passage; an air conditioning system bypass channel, which is a bypass channel through which coolant is discharged from the coolant channel, and in which an air conditioning system heat exchanger, a heater, and a second coolant circulation pump are provided; a circulation channel provided in parallel with the bypass channel of the air conditioning system; and means for switching the bypass of the air conditioning system to switch the connection between the bypass channel of the air conditioning system and the channel for the coolant and the connection between the bypass channel of the air conditioning system and the circulation channel.

[0023] Кроме того, средство переключения перепуска системы кондиционирования воздуха может производить переключение между подключением замкнутого контура, когда перепускной канал системы кондиционирования воздуха и циркуляционный канал соединяются в замкнутый контур и отключаются от канала для охлаждающего вещества, и прямым подключением, когда перепускной канал системы кондиционирования воздуха и канал для охлаждающего вещества соединяются напрямую и отключаются от циркуляционного канала.[0023] Further, the air conditioning system bypass switching means can switch between connecting the closed loop when the bypass channel of the air conditioning system and the circulation channel are connected to the closed loop and disconnected from the coolant channel and directly connecting when the bypass channel of the air conditioning system air and the channel for the cooling substance are connected directly and disconnected from the circulation channel.

[0024] Второй циркуляционный насос может быть насосом, который работает более эффективно, чем первый циркуляционный насос, когда расход охлаждающего вещества невелик, и также может быть предусмотрено средство управления работой насосов для управления работой первого циркуляционного насоса и работой второго циркуляционного насоса согласованно друг с другом в соответствии с рабочим состоянием топливного элемента и для остановки первого циркуляционного насоса и обеспечения циркуляции охлаждающего вещества в батарею топливных элементов с использованием второго циркуляционного насоса, когда топливный элемент работает с малой нагрузкой.[0024] The second circulation pump may be a pump that operates more efficiently than the first circulation pump when the coolant flow is low, and pump control means may also be provided to control the operation of the first circulation pump and the operation of the second circulation pump in concert with each other in accordance with the operating condition of the fuel cell and for stopping the first circulation pump and circulating the coolant into the fuel cell battery using a second circulation pump when the fuel cell is operating at low load.

[0025] Кроме того, система охлаждения топливного элемента согласно настоящему изобретению может включать циркуляционный насос для охлаждающего вещества, установленный последовательно в канале для охлаждающего вещества, а второй теплообменник может отбирать охлаждающее вещество между входом радиатора и выходом батареи топливных элементов и возвращать охлаждающее вещество между выходом радиатора и входом батареи топливных элементов.[0025] Furthermore, the fuel cell cooling system according to the present invention may include a coolant circulation pump arranged in series in the coolant channel, and a second heat exchanger may take away coolant between the radiator inlet and the fuel cell battery output and return coolant between the output radiator and fuel cell input.

[0026] Кроме того, система охлаждения топливного элемента согласно настоящему изобретению может включать циркуляционный насос для охлаждающего вещества, установленный последовательно в канале для охлаждающего вещества, а второй теплообменник может отбирать охлаждающее вещество между выходом циркуляционного насоса для охлаждающего вещества и входом батареи топливных элементов.[0026] Furthermore, the fuel cell cooling system according to the present invention may include a coolant circulation pump arranged in series in the coolant channel, and a second heat exchanger may draw a coolant between the output of the coolant circulation pump and the fuel cell battery inlet.

[0027] Кроме того, система охлаждения топливного элемента согласно настоящему изобретению может включать циркуляционный насос для охлаждающего вещества, установленный последовательно в канале для охлаждающего вещества, а теплообменник системы кондиционирования воздуха может отбирать охлаждающее вещество между выходом циркуляционного насоса для охлаждающего вещества и входом батареи топливных элементов.[0027] Furthermore, the fuel cell cooling system according to the present invention may include a coolant circulation pump installed in series in the coolant channel, and an air conditioning heat exchanger may draw coolant between the output of the coolant circulation pump and the fuel cell battery inlet .

[0028] Кроме того, система охлаждения топливного элемента согласно настоящему изобретению может включать циркуляционный насос для охлаждающего вещества, установленный последовательно в канале для охлаждающего вещества, а теплообменник системы кондиционирования воздуха может отбирать охлаждающее вещество между выходом батареи топливных элементов и входом радиатора.[0028] Furthermore, the fuel cell cooling system according to the present invention may include a coolant circulation pump installed in series in the coolant channel, and an air conditioning heat exchanger may draw coolant between the output of the fuel cell battery and the radiator inlet.

[Результаты изобретения][Results of the invention]

[0029] По крайней мере одна из вышеописанных конструкций включает канал для охлаждающего вещества, по которому охлаждающее вещество циркулирует между батареей топливных элементов и радиатором, и второй теплообменник, предусмотренный параллельно батарее топливных элементов и использующий охлаждающее вещество, которое отводится из канала для охлаждающего вещества. Кроме того, по крайней мере одна из вышеописанных конструкций включает канал для охлаждающего вещества, по которому охлаждающее вещество циркулирует между батареей топливных элементов и радиатором, и второй теплообменник, предусмотренный параллельно радиатору и использующий охлаждающее вещество, которое отводится из канала для охлаждающего вещества. Таким образом, охлаждающее вещество используется совместно батареей топливных элементов и вторым теплообменником. Поскольку основной канал для охлаждающего вещества, который проходит через радиатор, и перепускной канал для охлаждающего вещества, который проходит через второй теплообменник, параллельны друг другу, систему охлаждения батареи топливных элементов и систему второго теплообменника можно регулировать согласовано посредством регулирования коэффициента распределения (т.е. соотношения между охлаждающим веществом, протекающим через основной канал для охлаждающего вещества, и охлаждающим веществом, протекающим через перепускной канал для охлаждающего вещества). Этот коэффициент распределения можно также регулировать путем настройки или изменения отношения сопротивлений основного канала для охлаждающего вещества и перепускного канала для охлаждающего вещества, места установки насоса подачи охлаждающего вещества и места установки циркуляционного насоса для охлаждающего вещества. Альтернативно коэффициент распределения можно регулировать посредством определения количества охлаждающего вещества, используя управляющий клапан, который регулирует коэффициент распределения. Отношение сопротивлений каналов может также быть настроено в соответствии с местом, где перепускной канал для охлаждающего вещества отделяется от основного канала для охлаждающего вещества, и формой каналов, и т.п.[0029] At least one of the above structures includes a coolant passage through which the coolant circulates between the fuel cell stack and the radiator, and a second heat exchanger provided in parallel with the fuel cell stack and utilizes the coolant that is discharged from the coolant duct. In addition, at least one of the above structures includes a coolant channel through which the coolant circulates between the fuel cell battery and the radiator, and a second heat exchanger provided parallel to the radiator and using the coolant that is discharged from the coolant channel. Thus, the coolant is shared between the fuel cell stack and the second heat exchanger. Since the main channel for the coolant that passes through the radiator and the bypass channel for the coolant that passes through the second heat exchanger are parallel to each other, the fuel cell battery cooling system and the second heat exchanger system can be adjusted in a coordinated way by adjusting the distribution coefficient (i.e. the relationship between the coolant flowing through the main channel for the coolant and the coolant flowing through the bypass channel for I'm a coolant). This distribution coefficient can also be adjusted by adjusting or changing the resistance ratio of the main channel for the coolant and the bypass channel for the coolant, the installation location of the coolant supply pump and the installation location of the circulation pump for the coolant. Alternatively, the distribution coefficient can be adjusted by determining the amount of coolant using a control valve that controls the distribution coefficient. The channel resistance ratio can also be adjusted in accordance with the place where the bypass channel for the coolant is separated from the main channel for the coolant, and the shape of the channels, and the like.

[0030] Кроме того, второй теплообменник служит также в качестве устройства охлаждения газового компрессора для подачи окисляющего газа. Поэтому можно согласовано управлять системой охлаждения батареи топливных элементов и системой охлаждения газового компрессора для подачи окисляющего газа в сочетании.[0030] Furthermore, the second heat exchanger also serves as a cooling device for a gas compressor for supplying oxidizing gas. Therefore, it is possible to coherently control the fuel cell battery cooling system and the gas compressor cooling system for supplying oxidizing gas in combination.

[0031] Более того, параллельно с батареей топливных элементов предусмотрен теплообменник системы кондиционирования воздуха для кондиционирования воздуха в салоне транспортного средства, и охлаждающее вещество отбирается из канала для охлаждающего вещества. Поэтому можно согласовано управлять системой охлаждения батареи топливных элементов и системой кондиционирования воздуха в салоне транспортного средства в сочетании. Дополнительно можно согласовано управлять в комбинации системой охлаждения батареи топливных элементов, системой охлаждения газового компрессора для подачи окисляющего газа и системой кондиционирования воздуха в салоне транспортного средства.[0031] Moreover, in parallel with the fuel cell battery, an air conditioning system heat exchanger is provided for air conditioning in the vehicle interior, and a coolant is taken out of the coolant channel. Therefore, it is possible to manage the fuel cell battery cooling system and the air conditioning system in the passenger compartment in a coordinated manner. In addition, it is possible to co-ordinate in combination a combination of a fuel cell battery cooling system, a gas compressor cooling system for supplying oxidizing gas and an air conditioning system in the vehicle interior.

[0032] Кроме того, в системе охлаждения топливного элемента коэффициент распределения охлаждающего вещества различается в зависимости от конструкции системы охлаждения, в особенности от места, в котором установлен циркуляционный насос. Поэтому конструкцию системы охлаждения можно выбрать в соответствии с тем, каким образом охлаждающее вещество должно распределяться между батареей топливных элементов, вторым теплообменником и теплообменником системы кондиционирования воздуха.[0032] Furthermore, in the fuel cell cooling system, the distribution coefficient of the coolant differs depending on the design of the cooling system, especially the place where the circulation pump is installed. Therefore, the design of the cooling system can be selected according to how the coolant is to be distributed between the fuel cell stack, the second heat exchanger and the air conditioning system heat exchanger.

[0033] В соответствии по крайней мере с одной из вышеизложенных конструкций увлажнитель устанавливается между выходом циркуляционного насоса для охлаждающего вещества и входом батареи топливных элементов, а второй теплообменник использует охлаждающее вещество, отбираемое между выходом радиатора и входом циркуляционного насоса для охлаждающего вещества. В соответствии с этой конструкцией (количество охлаждающего вещества, протекающего через радиатор) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через второй теплообменник) = полному количеству охлаждающего вещества = (количеству охлаждающего вещества, протекающего через батарею топливных элементов) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через увлажнитель). Таким образом, если (количество охлаждающего вещества, протекающего через увлажнитель) уменьшается, то значительное количество охлаждающего вещества может быть подано в батарею топливных элементов.[0033] According to at least one of the above constructions, a humidifier is installed between the outlet of the circulation pump for the coolant and the inlet of the fuel cell stack, and the second heat exchanger uses a coolant taken between the outlet of the radiator and the inlet of the circulation pump for the coolant. According to this design (amount of coolant flowing through the radiator) + (amount of coolant flowing through the second heat exchanger) = total amount of coolant = (amount of coolant flowing through the battery of fuel cells) + (amount of coolant flowing through humidifier). Thus, if (the amount of coolant flowing through the humidifier) decreases, then a significant amount of coolant can be supplied to the fuel cell battery.

[0034] Кроме того, в соответствии, по крайней мере, с одной из вышеизложенных конструкций увлажнитель установлен между выходом циркуляционного насоса для охлаждающего вещества и входом батареи топливных элементов, а второй теплообменник использует охлаждающее вещество, отбираемое между выходом циркуляционного насоса для охлаждающего вещества и входом увлажнителя. В соответствии с этой конструкцией (количество охлаждающего вещества, протекающего через радиатор) = полному количеству охлаждающего вещества = (количество охлаждающего вещества, протекающего через второй теплообменник) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через батарею топливных элементов) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через увлажнитель). Таким образом, в радиатор может быть подано максимальное количество охлаждающего вещества.[0034] Furthermore, in accordance with at least one of the above constructions, a humidifier is installed between the outlet of the circulation pump for the coolant and the inlet of the fuel cell stack, and the second heat exchanger uses a coolant taken between the outlet of the circulation pump for the coolant and the inlet humidifier. According to this design (amount of coolant flowing through the radiator) = total amount of coolant = (amount of coolant flowing through the second heat exchanger) + (amount of coolant flowing through the battery of fuel cells) + (amount of coolant flowing through humidifier). Thus, the maximum amount of coolant can be supplied to the radiator.

[0035] Кроме того, в соответствии, по крайней мере, с одной из вышеизложенных конструкций увлажнитель установлен между входом циркуляционного насоса для охлаждающего вещества и выходом радиатора, а второй теплообменник использует охлаждающее вещество, отбираемое между выходом радиатора и входом увлажнителя. В соответствии с этой конструкцией (количество охлаждающего вещества, протекающего через радиатор) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через второй теплообменник) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через увлажнитель) = полному количеству охлаждающего вещества = (количеству охлаждающего вещества, протекающего через батарею топливных элементов). Таким образом, в батарею топливных элементов может быть подано максимальное количество охлаждающего вещества.[0035] Furthermore, in accordance with at least one of the foregoing structures, a humidifier is installed between the inlet of the circulation pump for the coolant and the outlet of the radiator, and the second heat exchanger uses a coolant taken between the outlet of the radiator and the inlet of the humidifier. According to this design (amount of coolant flowing through the radiator) + (amount of coolant flowing through the second heat exchanger) + (amount of coolant flowing through the humidifier) = total amount of coolant = (amount of coolant flowing through the fuel battery elements). Thus, a maximum amount of coolant can be supplied to the fuel cell battery.

[0036] Кроме того, в соответствии, по крайней мере, с одной из вышеизложенных конструкций циркуляционный насос для охлаждающего вещества установлен последовательно в канал для охлаждающего вещества, увлажнитель устанавливается между выходом циркуляционного насоса для охлаждающего вещества и входом батареи топливных элементов, а теплообменник системы кондиционирования воздуха использует охлаждающее вещество, отбираемое между выходом увлажнителя и входом батареи топливных элементов. В соответствии с этой конструкцией (количество охлаждающего вещества, протекающего через радиатор)+(количество охлаждающего вещества, протекающего через второй теплообменник) = полному количеству охлаждающего вещества = (количество охлаждающего вещества, протекающего через увлажнитель) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через батарею топливных элементов) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через теплообменник системы кондиционирования воздуха). Таким образом, охлаждающее вещество может быть подано в теплообменник системы кондиционирования воздуха, в то время как соответствующее количество охлаждающего вещества подается в батарею топливных элементов.[0036] Furthermore, in accordance with at least one of the above constructions, the coolant circulation pump is installed in series in the coolant channel, a humidifier is installed between the output of the coolant circulation pump and the fuel cell inlet, and the air conditioning heat exchanger air uses a coolant taken between the outlet of the humidifier and the inlet of the fuel cell battery. According to this design (amount of coolant flowing through the radiator) + (amount of coolant flowing through the second heat exchanger) = total amount of coolant = (amount of coolant flowing through the humidifier) + (amount of coolant flowing through the fuel battery elements) + (amount of coolant flowing through the heat exchanger of the air conditioning system). Thus, the coolant can be supplied to the heat exchanger of the air conditioning system, while the corresponding amount of coolant is supplied to the fuel cell battery.

[0037] Кроме того, в соответствии, по крайней мере, с одной из вышеизложенных конструкций циркуляционный насос для охлаждающего вещества установлен последовательно в канал для охлаждающего вещества, увлажнитель установлен между выходом циркуляционного насоса для охлаждающего вещества и входом батареи топливных элементов, а теплообменник системы кондиционирования воздуха использует охлаждающее вещество, отбираемое между выходом радиатора и входом циркуляционного насоса для охлаждающего вещества. В соответствии с этой конструкцией (количество охлаждающего вещества, протекающего через радиатор) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через теплообменник системы кондиционирования воздуха) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через второй теплообменник) = полному количеству охлаждающего вещества = (количество охлаждающего вещества, протекающего через увлажнитель) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через батарею топливных элементов). Таким образом, охлаждающее вещество может быть подано в другие элементы, в то время как значительное количество охлаждающего вещества подается в батарею топливных элементов.[0037] Furthermore, in accordance with at least one of the above constructions, the coolant circulation pump is installed in series in the coolant channel, a humidifier is installed between the output of the coolant circulation pump and the fuel cell inlet, and the air conditioning heat exchanger air uses a coolant taken between the radiator outlet and the inlet of the circulation pump for the coolant. According to this design (amount of coolant flowing through the radiator) + (amount of coolant flowing through the heat exchanger of the air conditioning system) + (amount of coolant flowing through the second heat exchanger) = total amount of coolant = (amount of coolant flowing through the humidifier) + (amount of coolant flowing through the battery of fuel cells). Thus, the coolant can be supplied to other elements, while a significant amount of coolant is supplied to the battery of fuel cells.

[0038] Более того, для переключения положения впуска и выпуска перепускного канала, который отводит охлаждающее вещество из канала для охлаждающего вещества во второй теплообменник, предусмотрено средство переключения положения перепуска. Таким образом, например, посредством переключения положения перепуска в соответствии с рабочим состоянием батареи топливных элементов в батарею топливных элементов может быть подано количество охлаждающего вещества, соответствующее рабочему состоянию батареи топливных элементов.[0038] Moreover, to switch the position of the inlet and outlet of the bypass channel, which removes the coolant from the channel for the coolant to the second heat exchanger, means for switching the bypass position is provided. Thus, for example, by switching the bypass position in accordance with the operating state of the fuel cell battery, an amount of coolant corresponding to the operating state of the fuel cell battery can be supplied to the fuel cell battery.

[0039] Кроме того, предусмотрено средство переключения положения перепуска для переключения положения в канале для охлаждающего вещества впуска и выпуска перепускного канала, который отводит охлаждающее вещество из канала для охлаждающего вещества в теплообменник системы кондиционирования воздуха. Таким образом, посредством переключения положения перепуска в соответствии с температурой в салоне транспортного средства и т.п. в теплообменник системы кондиционирования воздуха может быть подано количество охлаждающего вещества, соответствующее температуре в салоне транспортного средства.[0039] Furthermore, bypass position switching means is provided for switching the position in the inlet coolant channel and the outlet of the bypass channel, which drains the coolant from the coolant channel to the heat exchanger of the air conditioning system. Thus, by switching the bypass position in accordance with the temperature in the passenger compartment of the vehicle and the like. An amount of coolant corresponding to the temperature in the vehicle cabin can be supplied to the air conditioning system heat exchanger.

[0040] Кроме того, предусмотрены перепускной канал системы кондиционирования воздуха с установленными в нем теплообменником системы кондиционирования воздуха, нагревателем и вторым циркуляционным насосом для охлаждающего вещества, а также циркуляционный канал, который установлен параллельно перепускному каналу системы кондиционирования воздуха, а соединение между перепускным каналом системы кондиционирования воздуха и каналом для охлаждающего вещества, а также соединение между перепускным каналом системы кондиционирования воздуха и циркуляционным каналом переключателя тогда, когда охлаждающее вещество из канала для охлаждающего вещества отводится в теплообменник системы кондиционирования воздуха. В результате переключение соединения между перепускным каналом системы кондиционирования воздуха и каналом для охлаждающего вещества, относящимся к охлаждению батареи топливных элементов, может быть произведено либо согласовано, либо независимо, благодаря чему увеличивается степень свободы системы охлаждения. Например, можно не допустить протекания холодного охлаждающего вещества в перепускной канал системы кондиционирования воздуха, когда батарея топливных элементов является холодной, а после прогрева батареи топливных элементов теплое охлаждающее вещество может быть подано в теплообменник системы кондиционирования воздуха.[0040] In addition, there is provided a bypass channel for the air conditioning system with an air conditioning system heat exchanger, a heater and a second coolant circulation pump installed therein, as well as a circulation channel that is installed parallel to the bypass channel of the air conditioning system, and a connection between the bypass channel of the system the air conditioning and the cooling channel, and the connection between the bypass channel of the air conditioning system and the circulation channel of the switch when the coolant from the channel for the coolant is discharged into the heat exchanger of the air conditioning system. As a result, the switching of the connection between the bypass channel of the air conditioning system and the channel for the cooling agent related to cooling the battery of fuel cells can be either coordinated or independent, thereby increasing the degree of freedom of the cooling system. For example, it is possible to prevent the flow of cold coolant into the bypass channel of the air conditioning system when the fuel cell battery is cold, and after warming the fuel cell battery, warm coolant can be supplied to the air conditioning system heat exchanger.

[0041] Кроме того, перепускной канал системы кондиционирования воздуха может быть отключен от канала для охлаждающего вещества и соединен с циркуляционным каналом в замкнутом контуре. Перепускной канал системы кондиционирования воздуха может также быть отключен от циркуляционного канала и напрямую подсоединен к каналу для охлаждающего вещества. Первое соединение позволяет охлаждающему веществу только циркулировать между теплообменником системы кондиционирования воздуха и нагревателем, так что салон транспортного средства может быть нагрет независимо. Последнее соединение позволяет каналу для охлаждающего вещества совместно и согласовано использовать охлаждающее.[0041] Furthermore, the bypass duct of the air conditioning system can be disconnected from the coolant duct and connected to the circulation duct in a closed loop. The bypass duct of the air conditioning system can also be disconnected from the circulation duct and directly connected to the coolant duct. The first connection only allows the coolant to circulate between the air conditioning system heat exchanger and the heater, so that the interior of the vehicle can be heated independently. The latter connection allows the coolant channel to jointly and consistently use the coolant.

[0042] Кроме того, второй циркуляционный насос при малом расходе работает более эффективно, чем первый циркуляционный насос. Поэтому, когда батарея топливных элементов работает с малой нагрузкой, первый циркуляционный насос останавливается, и охлаждающее вещество циркулирует через батарею топливных элементов с использованием второго циркуляционного насоса. Когда батарея топливных элементов работает с малой нагрузкой, ей не требуется охлаждение с помощью радиатора, так что нередко охлаждающему веществу достаточно циркулировать с небольшим расходом. В этом случае благодаря использованию второго циркуляционного насоса потребляется меньшая мощность, вследствие чего улучшаются характеристики расхода топлива общей системой.[0042] In addition, the second circulation pump at a low flow rate is more efficient than the first circulation pump. Therefore, when the fuel cell battery is operating at low load, the first circulation pump is stopped and the coolant is circulated through the fuel cell battery using the second circulation pump. When the fuel cell battery is running at a low load, it does not require cooling with a radiator, so often it is enough for the coolant to circulate at a low flow rate. In this case, due to the use of the second circulation pump, less power is consumed, thereby improving the fuel consumption characteristics of the overall system.

[0043] Кроме того, в соответствии по крайней мере с одной из вышеизложенных конструкций второй теплообменник использует охлаждающее вещество, отбираемое между входом радиатора и выходом батареи топливных элементов и возвращаемое между выходом радиатора и входом батареи топливных элементов. В соответствии с этой конструкцией (количество охлаждающего вещества, протекающего через радиатор) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через второй теплообменник) = полному количеству охлаждающего вещества = (количество охлаждающего вещества, протекающего через батарею топливных элементов). Таким образом, в батарею топливных элементов может быть подано значительное количество охлаждающего вещества.[0043] In addition, in accordance with at least one of the above constructions, the second heat exchanger uses a coolant taken between the radiator inlet and the fuel cell output and returned between the radiator output and the fuel cell inlet. According to this design (amount of coolant flowing through the radiator) + (amount of coolant flowing through the second heat exchanger) = total amount of coolant = (amount of coolant flowing through the fuel cell battery). Thus, a significant amount of coolant can be supplied to the fuel cell stack.

[0044] Кроме того, в соответствии по крайней мере с одной из вышеизложенных конструкций, второй теплообменник использует охлаждающее вещество, отбираемое между выходом циркуляционного насоса для охлаждающего вещества и входом батареи топливных элементов. В соответствии с этой конструкцией (количество охлаждающего вещества, протекающего через радиатор) = полному количеству охлаждающего вещества = (количество охлаждающего вещества, протекающего через второй теплообменник) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через батарею топливных элементов). Таким образом, в радиатор может быть подано максимальное количество охлаждающего вещества.[0044] Furthermore, in accordance with at least one of the above constructions, the second heat exchanger uses a coolant taken between the outlet of the circulation pump for the coolant and the inlet of the fuel cell stack. According to this design (amount of coolant flowing through the radiator) = total amount of coolant = (amount of coolant flowing through the second heat exchanger) + (amount of coolant flowing through the battery of fuel cells). Thus, the maximum amount of coolant can be supplied to the radiator.

[0045] Кроме того, в соответствии по крайней мере с одной из вышеизложенных конструкций циркуляционный насос для охлаждающего вещества установлен последовательно в канал для охлаждающего вещества, а теплообменник системы кондиционирования воздуха использует охлаждающее вещество, отбираемое между выходом циркуляционного насоса для охлаждающего вещества и входом батареи топливных элементов. В соответствии с этой конструкцией (количество охлаждающего вещества, протекающего через радиатор) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через второй теплообменник) = полному количеству охлаждающего вещества = (количество охлаждающего вещества, протекающего через батарею топливных элементов) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через теплообменник системы кондиционирования воздуха). Таким образом, охлаждающее вещество может быть подано в теплообменник системы кондиционирования воздуха, в то время как соответствующее количество охлаждающего вещества подается в батарею топливных элементов.[0045] Furthermore, in accordance with at least one of the above constructions, the coolant circulation pump is sequentially installed in the coolant channel, and the air conditioning heat exchanger uses a coolant selected between the output of the coolant circulation pump and the fuel battery inlet elements. According to this design (amount of coolant flowing through the radiator) + (amount of coolant flowing through the second heat exchanger) = total amount of coolant = (amount of coolant flowing through the fuel cell battery) + (amount of coolant flowing through air conditioning heat exchanger). Thus, the coolant can be supplied to the heat exchanger of the air conditioning system, while the corresponding amount of coolant is supplied to the fuel cell battery.

[0046] Кроме того, в соответствии по крайней мере с одной из вышеизложенных конструкций циркуляционный насос для охлаждающего вещества установлен последовательно в канал для охлаждающего вещества, а теплообменник системы кондиционирования воздуха использует охлаждающее вещество, отбираемое между выходом батареи топливных элементов и входом радиатора. В соответствии с этой конструкцией (количество охлаждающего вещества, протекающего через радиатор) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через теплообменник системы кондиционирования воздуха) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через второй теплообменник) = полному количеству охлаждающего вещества = (количеству охлаждающего вещества, протекающего через батарею топливных элементов). Таким образом, охлаждающее вещество может быть подано в другие элементы, в то время как значительное количество охлаждающего вещества подается в батарею топливных элементов.[0046] Furthermore, in accordance with at least one of the above constructions, the coolant circulation pump is installed in series in the coolant channel, and the air conditioning heat exchanger uses a coolant selected between the output of the fuel cell battery and the radiator inlet. According to this design (amount of coolant flowing through the radiator) + (amount of coolant flowing through the heat exchanger of the air conditioning system) + (amount of coolant flowing through the second heat exchanger) = total amount of coolant = (amount of coolant flowing through the fuel cell battery). Thus, the coolant can be supplied to other elements, while a significant amount of coolant is supplied to the battery of fuel cells.

[0047] Как описано выше, система охлаждения топливного элемента в соответствии с настоящим изобретением позволяет согласовано регулировать систему охлаждения батареи топливных элементов и другую систему теплообмена.[0047] As described above, the fuel cell cooling system according to the present invention allows for coordinated control of the fuel cell battery cooling system and another heat exchange system.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0048] Вышеизложенные и дальнейшие объекты, особенности и преимущества изобретения будут понятны из последующего описания предпочтительных примеров осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых для представления одинаковых элементов используются одинаковые номера и где:[0048] The foregoing and further objects, features and advantages of the invention will be apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings, in which the same numbers are used to represent the same elements, and where:

ФИГ.1 - блок-схема рабочей системы топливного элемента, в которой использована система охлаждения топливного элемента в соответствии с первым примером осуществления изобретения;FIG. 1 is a block diagram of a fuel cell operating system in which a fuel cell cooling system according to a first embodiment of the invention is used;

ФИГ.2 - вид, на котором показана конструкция системы охлаждения топливного элемента в соответствии с первым примером осуществления настоящего изобретения;FIG. 2 is a view showing a structure of a fuel cell cooling system according to a first embodiment of the present invention; FIG.

ФИГ.3 - вид, на котором показан модифицированный пример системы охлаждения топливного элемента в соответствии с первым примером осуществления изобретения;FIG. 3 is a view showing a modified example of a fuel cell cooling system in accordance with a first embodiment of the invention; FIG.

ФИГ.4 - вид, на котором показан другой модифицированный пример системы охлаждения топливного элемента в соответствии с первым примером осуществления изобретения;FIG. 4 is a view showing another modified example of a fuel cell cooling system in accordance with a first embodiment of the invention; FIG.

ФИГ.5 - вид, иллюстрирующий согласованное управление теплообменником системы кондиционирования воздуха в соответствии со вторым примером осуществления изобретения;5 is a view illustrating coordinated control of a heat exchanger of an air conditioning system in accordance with a second embodiment of the invention;

ФИГ.6 - вид, на котором показан модифицированный пример согласованного управления теплообменником системы кондиционирования воздуха в соответствии со вторым примером осуществления изобретения;FIG.6 is a view showing a modified example of coordinated control of a heat exchanger of an air conditioning system in accordance with a second embodiment of the invention;

ФИГ.7 - вид, на котором показан еще один модифицированный пример согласованного управления теплообменником системы кондиционирования воздуха в соответствии со вторым примером осуществления;FIG.7 is a view showing another modified example of coordinated control of a heat exchanger of an air conditioning system in accordance with a second embodiment;

ФИГ.8 - вид, на котором показан пример соединения перепускного канала системы кондиционирования воздуха в модифицированном примере, показанном на ФИГ.7;FIG. 8 is a view showing an example of connecting a bypass channel of an air conditioning system in a modified example shown in FIG. 7;

ФИГ.9 - вид, на котором показан другой пример соединения перепускного канала системы кондиционирования воздуха в модифицированном примере, показанном на ФИГ.7;FIG. 9 is a view showing another example of connecting a bypass channel of an air conditioning system in a modified example shown in FIG. 7;

ФИГ.10 - вид, иллюстрирующий работу циркуляционного насоса в модифицированном примере, показанном на ФИГ.7;FIG.10 is a view illustrating the operation of the circulation pump in a modified example shown in FIG.7;

ФИГ.11 - вид, на котором показана конструкция системы охлаждения топливного элемента в соответствии с другим примером осуществления;11 is a view showing the construction of a fuel cell cooling system in accordance with another embodiment;

ФИГ.12 - вид, на котором показан еще один пример осуществления;12 is a view showing yet another embodiment;

ФИГ.13 - вид, на котором показан еще один пример осуществления;FIG.13 is a view showing another embodiment;

ФИГ.14 - вид, на котором показан еще один пример осуществления согласованного управления с теплообменником системы кондиционирования воздуха;FIG. 14 is a view showing another example of coordinated control with an air conditioning system heat exchanger;

ФИГ.15 - вид, на котором показан еще один пример осуществления согласованного управления с теплообменником системы кондиционирования воздуха;15 is a view showing yet another example of coordinated control with an air conditioning system heat exchanger;

ФИГ.16 - вид, на котором показан еще один пример осуществления согласованного управления с теплообменником системы кондиционирования воздуха;FIG.16 is a view showing another example of the implementation of coordinated control with a heat exchanger of an air conditioning system;

ФИГ.17 - вид, на котором показан пример подключенного состояния перепускного канала для охлаждающего вещества системы кондиционирования воздуха в примере осуществления, изображенном на ФИГ.16;FIG. 17 is a view showing an example of a connected state of a bypass channel for a cooling agent of an air conditioning system in the embodiment shown in FIG. 16;

ФИГ.18 - вид, на котором показан еще один пример подключенного состояния перепускного канала для охлаждающего вещества системы кондиционирования воздуха в примере осуществления, изображенном на ФИГ.16;FIG. 18 is a view showing yet another example of a connected state of a bypass channel for a cooling agent of an air conditioning system in the embodiment shown in FIG. 16;

ФИГ.19 - вид, иллюстрирующий работу циркуляционного насоса в примере осуществления, изображенном на ФИГ.16.FIG. 19 is a view illustrating the operation of the circulation pump in the embodiment shown in FIG. 16.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

[0049] В последующем описании и прилагаемых чертежах настоящее изобретение будет описано более подробно в терминах предпочтительных примеров осуществления. В системе управления топливным элементом применяется описываемая ниже система охлаждения топливного элемента. Поэтому сначала будет описана конструкция системы управления топливным элементом, а затем система охлаждения. На ФИГ.1 представлена блок-схема системы 10 управления топливным элементом, в которой применена система охлаждения топливного элемента в соответствии с первым примером осуществления изобретения. Система 10 управления топливным элементом включает основную часть 20 системы и управляющую часть 70, которая управляет различными элементами основной части 20 системы как единой системой.[0049] In the following description and the annexed drawings, the present invention will be described in more detail in terms of preferred embodiments. The fuel cell management system uses the fuel cell cooling system described below. Therefore, the design of the fuel cell control system will be described first, and then the cooling system. FIG. 1 is a block diagram of a fuel cell management system 10 in which a fuel cell cooling system according to a first embodiment of the invention is applied. The fuel cell management system 10 includes a system main body 20 and a control part 70 that controls various elements of the system main body 20 as a single system.

[0050] Основная часть 20 системы включает основной блок топливного элемента, называемый батареей 22 топливных элементов, который состоит из множества уложенных вместе топливных элементов, различных элементов для подачи газообразного водорода, расположенных на анодной стороне батареи 22 топливных элементов, и различных элементов для подачи воздуха, расположенных на катодной стороне батареи 22 топливных элементов.[0050] The main body 20 of the system includes a main fuel cell unit called a fuel cell battery 22, which consists of a plurality of stacked fuel cells, various hydrogen gas supply elements located on the anode side of the fuel cell battery 22, and various air supply elements located on the cathode side of the battery 22 of the fuel cells.

[0051] На анодной стороне предусмотрен источник 24 подачи газообразного водорода, который представляет собой бак, откуда подается водород в качестве топливного газа. Этот источник подачи газообразного водорода подключен к регулятору 26, который служит для надлежащего регулирования давления и расхода газа, подаваемого из источника 24 подачи газообразного водорода. На выходе регулятора 26 предусмотрен манометр 28. Этот манометр 28 является измерительным устройством для измерения давления подаваемого водорода. Выпуск регулятора 26 подсоединен к впуску анодной стороны батареи 22 топливных элементов, так что в батарею 22 топливных элементов подается топливный газ, который был отрегулирован на соответствующие давление и расход.[0051] A hydrogen gas supply source 24 is provided on the anode side, which is a tank from which hydrogen is supplied as fuel gas. This hydrogen gas supply is connected to a regulator 26, which serves to properly control the pressure and flow rate of the gas supplied from the hydrogen gas supply 24. A pressure gauge 28 is provided at the output of the regulator 26. This pressure gauge 28 is a measuring device for measuring the pressure of the supplied hydrogen. The outlet of the regulator 26 is connected to the inlet of the anode side of the fuel cell battery 22, so that fuel gas is supplied to the fuel cell battery 22, which has been adjusted to the appropriate pressure and flow rate.

[0052] Газ, выходящий из выпуска анодной стороны батареи 22 топливных элементов, имеет малое содержание водорода, потому что водород потребляется для выработки электроэнергии, и большое содержание примесного газа в виде газообразного азота, который является компонентом воздуха на катодной стороне и проходит через мембранную электродную сборку МЕА (МЕА - Membrane Electrode Assembly). Вода, являющаяся продуктом реакции, также проходит через мембранную электродную сборку МЕА.[0052] The gas exiting the anode side of the fuel cell battery 22 has a low hydrogen content because hydrogen is consumed to generate electricity, and a large content of impurity gas in the form of gaseous nitrogen, which is an air component on the cathode side and passes through the membrane electrode MEA assembly (MEA - Membrane Electrode Assembly). Water, which is a reaction product, also passes through the MEA membrane electrode assembly.

[0053] Когда содержание примесного газа в газе, выходящем из выпуска анодной стороны, становится высоким, отклонитель 32 потока, подключенный к выпуску анодной стороны батареи 22 топливных элементов, отклоняет выпускаемый газ в глушитель 64 через газовыпускной клапан 34. В этом случае выпускаемый газ представляет собой газообразный водород, который в дополнение к азоту содержит также воду, которая является продуктом реакции. Кроме того, после отклонителя 32 потока и между ним и впуском анодной стороны предусмотрено устройство 30 повышения циркуляционного давления. Это устройство 30 повышения циркуляционного давления представляет собой водородный насос, который повышает парциальное давление водорода в газе, возвращаемом из выпуска анодной стороны, и возвращает этот водород обратно на впуск анодной стороны, тем самым используя его повторно.[0053] When the content of impurity gas in the gas exiting the anode side outlet becomes high, a flow diverter 32 connected to the outlet of the anode side of the fuel cell stack 22 deflects the discharged gas to the muffler 64 through the gas exhaust valve 34. In this case, the discharged gas represents hydrogen gas, which in addition to nitrogen also contains water, which is a reaction product. In addition, after the flow diverter 32 and between it and the inlet of the anode side, a circulating pressure increasing device 30 is provided. This circulating pressure boosting device 30 is a hydrogen pump that increases the partial pressure of hydrogen in the gas returned from the outlet of the anode side and returns this hydrogen back to the inlet of the anode side, thereby reusing it.

[0054] Источник 40 подачи кислорода на катодную сторону фактически способен использовать окружающий воздух. Этот окружающий воздух (т.е. газ) из источника 40 подачи кислорода подается на катодную сторону через фильтр 42. После фильтра 42 предусмотрен расходомер 44, который измеряет полный расход газа, подаваемого из источника 40 подачи кислорода. После фильтра 42 предусмотрен также указатель 46 температуры, который измеряет температуру газа, поступающего из источника 40 подачи кислорода.[0054] An oxygen supply source 40 to the cathode side is actually capable of using ambient air. This ambient air (ie, gas) from the oxygen supply 40 is supplied to the cathode side through the filter 42. After the filter 42, a flow meter 44 is provided that measures the total flow rate of the gas supplied from the oxygen supply 40. After the filter 42, a temperature indicator 46 is also provided, which measures the temperature of the gas coming from the oxygen supply 40.

[0055] Воздушный компрессор (АСР) 48 повышает давление' подаваемого газа путем его объемного сжатия, используя электродвигатель 50. Кроме того, воздушный компрессор (АСР) 48 изменяет свою частоту вращения (т.е. число оборотов в минуту) в соответствии с управлением управляющей частью 70 таким образом, чтобы подавать заданное количество газа. Так что когда требуется большой расход газа, частота вращения электродвигателя 50 увеличивается. И наоборот, когда требуется малый расход газа, частота вращения электродвигателя 50 уменьшается. Предусмотрена часть 52 измерения потребляемой воздушным компрессором (АСР) мощности, которая представляет собой измерительное устройство, измеряющее мощность, потребляемую воздушным компрессором (АСР) 48, или, более конкретно, мощность, потребляемую электродвигателем 50. Электродвигатель 50 потребляет тем большую мощность, чем быстрее он вращается, и тем меньшую мощность, чем медленнее он вращается. Поэтому потребляемая мощность тесно связана с частотой вращения электродвигателя или расходом подаваемого газа.[0055] The air compressor (ACP) 48 increases the pressure 'of the feed gas by compressing it volume using an electric motor 50. In addition, the air compressor (ACP) 48 changes its speed (ie, the number of revolutions per minute) in accordance with the control control part 70 so as to supply a predetermined amount of gas. So when a large gas flow rate is required, the rotational speed of the electric motor 50 increases. Conversely, when a low gas flow rate is required, the rotational speed of the electric motor 50 decreases. There is provided a part 52 for measuring the power consumed by the air compressor (ACP), which is a measuring device measuring the power consumed by the air compressor (ACP) 48, or, more specifically, the power consumed by the electric motor 50. The electric motor 50 consumes more power the faster it is rotates, and the less power, the slower it rotates. Therefore, the power consumption is closely related to the frequency of rotation of the electric motor or the flow rate of the supplied gas.

[0056] Поскольку воздушный компрессор (АСР) 48 таким образом под управлением управляющей частью 70 подает на катодную сторону батареи 22 топливных элементов воздух, содержащий кислород, этот воздух, который содержит кислород, далее будет называться газом, питающим катодную сторону, или просто питающим газом. Поэтому элементы от источника 40 кислорода до воздушного компрессора (АСР) 48 можно называть устройствами подачи кислорода.[0056] Since the air compressor (ACP) 48 thus, under the control of the control part 70, supplies oxygen containing air to the cathode side of the fuel cell stack 22, this air that contains oxygen will hereinafter be referred to as the gas supplying the cathode side or simply supplying gas . Therefore, the elements from the oxygen source 40 to the air compressor (ACP) 48 can be called oxygen supply devices.

[0057] Увлажнитель 54 надлежащим образом увлажняет питающий газ, так что в батарее 22 топливных элементов эффективно протекает соответствующая реакция. Питающий газ, должным образом увлажненный посредством увлажнителя 54, затем поступает на впуск катодной стороны батареи 22 топливных элементов и выходит из выпуска катодной стороны. В это время вместе с выпускаемым газом выходит также вода, являющаяся продуктом реакции. Из-за протекания реакции температура батареи 22 топливных элементов повышается, и вследствие этого выходящая вода превращается в водяной пар. Затем этот водяной пар поступает в увлажнитель 54 и используется для соответствующего увлажнения питающего газа. Таким образом, увлажнитель 54 служит для соответствующей передачи влаги из водяного пара в питающий газ, так что он может быть использован как газообменник, в котором используется так называемая воздушная система. Т.е. конструкция увлажнителя 54 позволяет осуществлять газообмен между каналом, по которому проходит газ от воздушного компрессора (АСР) 48, и каналом, по которому проходит водяной пар. Например, если внутренним каналом воздушной системы сделать канал, по которому проходит газ от воздушного компрессора (АСР) 48, а наружным каналом воздушной системы сделать канал, по которому проходит водяной пар из выпуска катодной стороны батареи 22 топливных элементов, то газ, подаваемый на впуск катодной стороны батареи 22 топливных элементов, может быть соответственно увлажнен.[0057] Humidifier 54 properly moistens the feed gas so that a corresponding reaction effectively proceeds in the fuel cell battery 22. The supply gas, properly humidified by means of a humidifier 54, then enters the inlet of the cathode side of the battery 22 of the fuel cells and leaves the outlet of the cathode side. At this time, water, which is a reaction product, also leaves with the exhaust gas. Due to the reaction, the temperature of the battery 22 of the fuel cells rises, and as a result, the effluent is converted into water vapor. This water vapor then enters the humidifier 54 and is used to properly humidify the feed gas. Thus, the humidifier 54 serves to appropriately transfer moisture from the water vapor to the feed gas, so that it can be used as a gas exchanger using a so-called air system. Those. the design of the humidifier 54 allows gas exchange between the channel through which gas passes from the air compressor (ACP) 48 and the channel through which water vapor passes. For example, if the internal channel of the air system makes the channel through which gas passes from the air compressor (ACP) 48, and the external channel of the air system makes the channel through which water vapor passes from the cathode side of the battery 22 of the fuel cells, then the gas supplied to the inlet the cathode side of the battery 22 of the fuel cells can be suitably wetted.

[0058] Далее канал, который соединяет вышеописанные устройства подачи кислорода с впуском катодной стороны батареи 22 топливных элементов, будет называться каналом впускной стороны. Соответственно канал, который соединяет выпуск катодной стороны батареи 22 топливных элементов с выпускной стороной, будет называться каналом выпускной стороны.[0058] Hereinafter, the channel that connects the above-described oxygen supply devices to the inlet of the cathode side of the fuel cell stack 22 will be called the inlet side channel. Accordingly, the channel that connects the outlet of the cathode side of the battery 22 of the fuel cells with the outlet side will be called the channel of the outlet side.

[0059] Манометр 56, предусмотренный на выпуске катодной стороны канала выпускной стороны, измеряет давление газа на выпуске катодной стороны. Кроме того, клапан 60 регулирования давления, называемый также обратным клапаном, который предусмотрен в канале выпускной стороны, регулирует расход питающего газа, подаваемого в батарею 22 топливных элементов, путем регулирования давления газа на выпуске катодной стороны. Здесь используется один из клапанов, способных регулировать эффективное сечение канала, например дроссельный клапан.[0059] A pressure gauge 56 provided at the outlet of the cathode side of the outlet side channel measures gas pressure at the outlet of the cathode side. In addition, the pressure control valve 60, also called a check valve, which is provided in the outlet side channel, controls the flow rate of the feed gas supplied to the fuel cell stack 22 by adjusting the gas pressure at the cathode side outlet. It uses one of the valves that can regulate the effective cross-section of the channel, for example a butterfly valve.

[0060] Выпуск клапана 60 регулирования давления подсоединяется к увлажнителю 54. Затем, после того, как газ пройдет через клапан 60 регулирования давления и послужит источником водяного пара в увлажнителе 54, он поступает в глушитель 64, после которого выпускается за пределы системы.[0060] The outlet of the pressure control valve 60 is connected to the humidifier 54. Then, after the gas passes through the pressure control valve 60 and serves as a source of water vapor in the humidifier 54, it enters the muffler 64, after which it is discharged outside the system.

[0061] В перепускном канале, соединяющем канал впускной стороны с каналом выпускной стороны и проходящем параллельно батарее 22 топливных элементов, предусмотрен перепускной клапан 62. Этот перепускной клапан 62 в основном подает воздух для снижения содержания водорода в газе, сбрасываемом в глушитель 64. Т.е., когда перепускной клапан 62 открыт, в глушитель 64 по перепускному каналу из воздушного компрессора (АСР) 48 отдельно от части газа, протекающей в батарею 22 топливных элементов, поступает питающий газ, не прошедший через батарею 22 топливных элементов. Этот перепускной клапан 62 может иметь такую же конструкцию, как выхлопной перепускной клапан, используемый для разбавления выхлопных газов из двигателя внутреннего сгорания. Такой перепускной клапан для выхлопных газов называется также клапаном EGR (EGR - exhaust gas recirculation - рециркуляции отработавших газов).[0061] A bypass valve 62 is provided in the bypass channel connecting the inlet side channel to the outlet side channel and running parallel to the fuel cell battery 22. This bypass valve 62 mainly supplies air to reduce the hydrogen content in the gas discharged to the muffler 64. T. e. when the bypass valve 62 is open, to the muffler 64 through the bypass channel from the air compressor (ACP) 48 separately from the part of the gas flowing into the battery 22 of the fuel cells, the supply gas that does not pass through the battery 22 of the fuel e ementov. This bypass valve 62 may be of the same construction as the exhaust bypass valve used to dilute exhaust gases from an internal combustion engine. Such a bypass valve for exhaust gases is also called an EGR valve (EGR - exhaust gas recirculation).

[0062] Глушитель 64 представляет собой буферную камеру, которая собирает содержащий воду водород, выпускаемый из газовыпускного клапана 34 анодной стороны, а также выпускаемый из катодной стороны газ, содержащий не только воду, но также водород, просачивающийся через мембранную электродную сборку МЕА, доводит содержание водорода до надлежащего уровня и затем выпускает его за пределы системы. Когда содержание водорода превышает соответствующий уровень, открывается перепускной клапан 62, так что содержание водорода может быть соответственно понижено за счет питающего газа, не прошедшего через батарею 22 топливных элементов.[0062] The silencer 64 is a buffer chamber that collects hydrogen containing water discharged from the gas outlet valve 34 of the anode side, as well as gas discharged from the cathode side, containing not only water but also hydrogen seeping through the MEA membrane electrode assembly, brings the content hydrogen to the proper level and then releases it outside the system. When the hydrogen content exceeds an appropriate level, the bypass valve 62 is opened, so that the hydrogen content can be correspondingly lowered by the supply gas that has not passed through the battery 22 of the fuel cells.

[0063] Управляющая часть 70 управляет различными элементами основной части системы 20 как единой системой и может также быть названа центральным процессором ЦП (central processor unit - CPU) топливного элемента. Например, управляющая часть 70 согласовано управляет клапаном регулирования давления и перепускным клапаном в соответствии с рабочим состоянием топливного элемента. Управляющая часть 70 управляет также системой охлаждения, которая будет описана позже, с целью поддержания батареи 22 топливных элементов, воздушного компрессора (АСР) 48, питающего газа катодной стороны и т.п. при соответствующих температурах. Эти функции могут быть реализованы программными средствами. Более конкретно, эти функции могут быть реализованы путем выполнения соответствующей программы управления топливным элементом, программы охлаждения топливного элемента и т.д. Некоторые из этих функций могут также быть реализованы аппаратными средствами.[0063] The control part 70 controls various elements of the main part of the system 20 as a single system and may also be called the central processor unit of the fuel cell. For example, the control part 70 harmoniously controls the pressure control valve and the bypass valve in accordance with the operating state of the fuel cell. The control part 70 also controls the cooling system, which will be described later, in order to maintain the battery 22 of the fuel cells, air compressor (ACP) 48, the supply gas of the cathode side, etc. at appropriate temperatures. These functions can be implemented by software. More specifically, these functions can be realized by executing an appropriate fuel cell control program, a fuel cell cooling program, etc. Some of these functions can also be implemented in hardware.

[0064] В подобной системе 10 управления топливным элементом в батарее 22 топливных элементов выделяется тепло за счет реакции между топливным газом и питающим газом. Кроме того, тепло также выделяется электродвигателем 50 и т.п. при работе воздушного компрессора (АСР) 48. Помимо этого, питающий газ, подаваемый на катодную сторону батареи 22 топливных элементов, предпочтительно имеет соответствующую температуру. Кроме того, хотя может быть предусмотрена система кондиционирования воздуха в салоне транспортного средства, но когда на транспортном средстве установлена система 10 управления топливным элементом, то, например, для быстрого повышения температуры салона в холодную погоду предпочтительно, по возможности, использовать тепло отработавших газов от батареи топливных элементов 22. Таким образом, температура элементов, составляющих систему 10 управления топливным элементом, должна быть регулируемой, т.е. охлаждаемой, и именно поэтому предусматривается система охлаждения топливного элемента.[0064] In such a fuel cell control system 10, heat is generated in the fuel cell battery 22 due to a reaction between the fuel gas and the feed gas. In addition, heat is also generated by the electric motor 50 and the like. during operation of the air compressor (ACP) 48. In addition, the feed gas supplied to the cathode side of the battery 22 of the fuel cells preferably has a corresponding temperature. In addition, although a vehicle air conditioning system may be provided, but when the fuel cell control system 10 is installed on the vehicle, for example, it is preferable, if possible, to use exhaust heat from the battery to quickly increase the cabin temperature in cold weather fuel cells 22. Thus, the temperature of the elements making up the fuel cell control system 10 must be adjustable, i.e. cooled, and that is why a fuel cell cooling system is provided.

[0065] В последующем описании канал для охлаждающего вещества, по которому протекает охлаждающее вещество, которое с помощью радиатора охлаждает батарею топливных элементов, будет называться основным каналом для охлаждающего вещества, а канал для охлаждающего вещества, который отводит поток охлаждающего вещества и проходит параллельно основному каналу для охлаждающего вещества, будет называться перепускным каналом для охлаждающего вещества. Теплообменник для охлаждения воздушного компрессора (АСР) 48 и теплообменник, используемый для кондиционирования воздуха в салоне, будут описываться как теплообменники, предусмотренные в перепускном канале для охлаждающего вещества. Радиатор считается первым теплообменником, теплообменник для охлаждения воздушного компрессора (АСР) 48 будет называться втором теплообменником, и теплообменник, используемый для кондиционирования воздуха в салоне, будет называться теплообменником системы кондиционирования воздуха. Второй теплообменник в этом случае может быть объединен с промежуточным охладителем для независимого охлаждения воздушного компрессора (АСР) 48 в качестве системы охлаждения путем теплообмена с использованием отводимого охлаждающего вещества. Разумеется, промежуточный охладитель может также быть оставлен как независимая система охлаждения, а второй теплообменник может использоваться для охлаждения других элементов.[0065] In the following description, a channel for a cooling medium through which a cooling medium flows, which, using a radiator, cools a battery of fuel cells, will be called a main channel for a cooling substance, and a channel for a cooling substance that diverts a stream of cooling substance and runs parallel to the main channel for coolant, will be called a bypass for coolant. The heat exchanger for cooling the air compressor (ACP) 48 and the heat exchanger used for air conditioning in the cabin will be described as heat exchangers provided in the bypass channel for the coolant. The radiator is considered the first heat exchanger, the heat exchanger for cooling the air compressor (ACP) 48 will be called the second heat exchanger, and the heat exchanger used for air conditioning in the cabin will be called the heat exchanger of the air conditioning system. The second heat exchanger in this case can be combined with an intercooler for independent cooling of the air compressor (ACP) 48 as a cooling system by heat exchange using an exhausted coolant. Of course, the intercooler can also be left as an independent cooling system, and a second heat exchanger can be used to cool other elements.

[0066] На ФИГ. 2 показана конструкция системы 100 охлаждения топливного элемента. На этом чертеже показана система охлаждения катодной стороны системы управления топливным элементом. Канал 80 питающего газа, который входит в батарею 22 топливных элементов из воздушного компрессора 48 (АСР) через увлажнитель 54 и затем выходит из батареи 22 топливных элементов, показан тонкой линией, а канал, по которому протекает охлаждающее вещество, показан жирной линией. Систему 100 охлаждения топливного элемента образуют каналы, по которым протекает охлаждающее вещество, а именно основной канал 102 для охлаждающего вещества и перепускной канал 104 для охлаждающего вещества, который проходит параллельно основному каналу 102 для охлаждающего вещества и отбирает из него это охлаждающее вещество. В качестве охлаждающего вещества может быть использовано какое-либо долговечное охлаждающее вещество LLC (LLC - Long Life Coolant), главным образом вода.[0066] FIG. 2 shows the design of a fuel cell cooling system 100. This drawing shows a cathode side cooling system of a fuel cell control system. The feed gas channel 80, which enters the fuel cell battery 22 from the air compressor 48 (ACP) through the humidifier 54 and then exits the fuel cell battery 22, is shown by a thin line, and the channel through which the coolant flows is shown by a thick line. The fuel cell cooling system 100 is formed by channels through which a coolant flows, namely a main coolant channel 102 and a bypass coolant channel 104 that runs parallel to and removes this coolant from the main coolant channel 102. As a cooling medium, any long-term cooling medium LLC (LLC - Long Life Coolant), mainly water, can be used.

[0067] В основном канале 102 для охлаждающего вещества устанавливаются радиатор 110, имеющий охлаждающий вентилятор, нагреватель 112 для нагрева, трехходовой клапан 114 для соответствующего отвода охлаждающего вещества в нагреватель 112, и циркуляционный насос (WP) для перекачки охлаждающего вещества. Охлаждающее вещество, протекающее через основной канал 102 для охлаждающего вещества, циркулирует между радиатором 110 и батареей 22 топливных элементов, отводит тепло от теплой или горячей батареи 22 топливных элементов, а затем охлаждается радиатором 110 и снова возвращается в батарею 22 топливных элементов. Кроме того, параллельно впуску катодной стороны батареи топливных элементов, через который к катодной стороне батареи 22 топливных элементов подается окисляющий газ, и выпуску катодной стороны батареи топливных элементов, через который газ выпускается, как описано выше, и затем охлаждается в основном канале 102 для охлаждающего вещества, устанавливается увлажнитель 54.[0067] A radiator 110 having a cooling fan, a heater 112 for heating, a three-way valve 114 for properly draining the coolant to the heater 112, and a circulation pump (WP) for pumping the coolant are installed in the main channel 102 for the coolant. Coolant flowing through the main channel 102 for the coolant circulates between the radiator 110 and the fuel cell battery 22, removes heat from the warm or hot fuel cell battery 22, and then cools the radiator 110 and returns to the fuel cell battery 22. In addition, parallel to the inlet of the cathode side of the fuel cell battery through which oxidizing gas is supplied to the cathode side of the fuel cell battery 22, and the cathode side of the fuel cell discharge through which gas is discharged as described above and then cooled in the main cooling channel 102 substances, a humidifier 54 is installed.

[0068] Перепускной канал 104 для охлаждающего вещества проходит параллельно основному каналу 102 для охлаждающего вещества. Охлаждающее вещество отбирается в этот перепускной канал 104 для охлаждающего вещества из канала впускной стороны основного канала 102 для охлаждающего вещества, по которому охлаждающее вещество протекает из радиатора 110 к батарее 22 топливных элементов, и возвращается в канал выпускной стороны основного канала 102 для охлаждающего вещества, по которому охлаждающее вещество протекает из батареи 22 топливных элементов к радиатору 110. Перепускной канал 104 для охлаждающего вещества подходит к корпусу и т.д. электродвигателя 50 воздушного компрессора (АСР) 48 через второй теплообменник 120, который осуществляет теплообмен с каналом 80 сжатого питающего газа, подаваемого из воздушного компрессора (АСР) 48 в увлажнитель 54 и батарею 22 топливных элементов, и затем возвращается в основной канал для охлаждающего вещества 102. Соответственно, второй теплообменник 120 отводит тепло от электродвигателя 50 воздушного компрессора (АСР) 48, а также регулирует температуру питающего газа. Эту функцию может также выполнять независимая система охлаждения, называемая промежуточным охладителем, но в конструкции, изображенной на ФИГ. 2, функцию промежуточного охладителя выполняют охлаждающее вещество и система охлаждения, проходящая от радиатора 110 к батарее 22 топливных элементов.[0068] The bypass channel 104 for the coolant runs parallel to the main channel 102 for the coolant. Coolant is taken into this bypass channel 104 for coolant from the inlet channel of the main channel 102 for the coolant, through which the coolant flows from the radiator 110 to the battery 22 of the fuel cells, and returns to the channel of the exhaust side of the main channel 102 for the coolant, to which the coolant flows from the battery 22 of the fuel cells to the radiator 110. The bypass channel 104 for the coolant is suitable for the housing, etc. the electric motor 50 of the air compressor (ACP) 48 through the second heat exchanger 120, which exchanges heat with the channel 80 of the compressed feed gas supplied from the air compressor (ACP) 48 to the humidifier 54 and the battery 22 of the fuel cells, and then returns to the main channel for the cooling substance 102 Accordingly, the second heat exchanger 120 removes heat from the electric motor 50 of the air compressor (ACP) 48, and also controls the temperature of the feed gas. This function can also be performed by an independent cooling system, called an intercooler, but in the design shown in FIG. 2, the function of the intercooler is performed by the coolant and the cooling system passing from the radiator 110 to the fuel cell battery 22.

[0069] В канале впускной стороны основного канала 102 для охлаждающего вещества между входной стороной увлажнителя и выходной стороной в месте, где охлаждающее вещество входит в перепускной канал 104 для охлаждающего вещества, устанавливается циркуляционный насос 130. Как показано на ФИГ.2, увлажнитель 54 располагается на выходе циркуляционного насоса 130 и входе батареи 22 топливных элементов, а охлаждающее вещество, используемое теплообменником 120, отбирается на выходе радиатора 110 и входе циркуляционного насоса 130.[0069] In the channel of the inlet side of the main channel 102 for the coolant between the inlet side of the humidifier and the outlet side at the place where the coolant enters the bypass channel 104 for the coolant, a circulation pump 130 is installed. As shown in FIG. 2, the humidifier 54 is located at the output of the circulation pump 130 and the inlet of the battery 22 of the fuel cells, and the coolant used by the heat exchanger 120 is selected at the output of the radiator 110 and the inlet of the circulation pump 130.

[0070] Соответственно, в данной конструкции (количество охлаждающего вещества, протекающего через радиатор 110) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через второй теплообменник 120) = полному количеству охлаждающего вещества = (количество охлаждающего вещества, протекающего через батарею 22 топливных элементов) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через увлажнитель 54). Таким образом, если (количество охлаждающего вещества, протекающего через увлажнитель 54) невелико, то тогда довольно большое количество охлаждающего вещества может поступать в батарею 22 топливных элементов. Отношение количества охлаждающего вещества, протекающего через увлажнитель 54, к количеству охлаждающего вещества, протекающего через батарею 22 топливных элементов, может быть определено посредством процентного соотношения гидравлических сопротивлений указанных двух веществ или подобных. Например, если отношение (количество охлаждающего вещества, протекающего через увлажнитель 54): (количество охлаждающего вещества, протекающего через батарею топливных элементов 22)=2: 98, то тогда в батарею 22 топливных элементов может поступать 98% от полного количества охлаждающего вещества. В результате, когда температура батареи 22 топливных элементов становится слишком высокой, это тепло может быть быстро отведено на сторону радиатора 110. Кроме того, отношение (количества охлаждающего вещества, протекающего через радиатор 110) к (количеству охлаждающего вещества, протекающего через второй теплообменник 120) также может быть определено посредством процентного соотношения гидравлических сопротивлений указанных двух или подобных веществ. Альтернативно количество охлаждающего вещества, протекающего через них, может быть определено с помощью управляющего клапана, который регулирует соотношение распределения потоков, так что радиатор 110 и второй теплообменник 120 могут работать согласовано.[0070] Accordingly, in this design (amount of coolant flowing through radiator 110) + (amount of coolant flowing through second heat exchanger 120) = total amount of coolant = (amount of coolant flowing through battery 22 of fuel cells) + ( the amount of coolant flowing through the humidifier 54). Thus, if (the amount of coolant flowing through the humidifier 54) is small, then a rather large amount of coolant can enter the battery 22 of the fuel cells. The ratio of the amount of coolant flowing through the humidifier 54 to the amount of coolant flowing through the battery 22 of fuel cells can be determined by the percentage of the hydraulic resistances of these two substances or the like. For example, if the ratio (amount of coolant flowing through the humidifier 54): (amount of coolant flowing through the battery of fuel cells 22) = 2: 98, then 98% of the total amount of coolant can flow into the battery 22 of the fuel cells. As a result, when the temperature of the fuel cell battery 22 becomes too high, this heat can be quickly removed to the side of the radiator 110. In addition, the ratio of (amount of coolant flowing through radiator 110) to (amount of coolant flowing through second heat exchanger 120) can also be determined by the percentage of hydraulic resistance of these two or similar substances. Alternatively, the amount of coolant flowing through them can be determined using a control valve that adjusts the flow distribution so that the radiator 110 and the second heat exchanger 120 can work in concert.

[0071] Кроме того, параллельно основному каналу 102 для охлаждающего вещества предусмотрен перепускной канал 104 для охлаждающего вещества, который позволяет уменьшить разницу между температурой охлаждающего вещества, выпускаемого из второго теплообменника 120, и температурой охлаждающего вещества, выпускаемого из батареи 22 топливных элементов. Первая температура определяет температуру питающего газа на впускной стороне увлажнителя 54, а вторая температура определяет температуру питающего газа на выпуске увлажнителя 54. Следовательно, может быть уменьшена разность температур между двумя впусками газа в увлажнитель 54, так что повреждения, вызываемые разностью температур на этих двух концах, могут быть исключены даже при использовании конструкции воздушного типа.[0071] In addition, a bypass channel 104 for the coolant is provided parallel to the main coolant channel 102, which can reduce the difference between the temperature of the coolant discharged from the second heat exchanger 120 and the temperature of the coolant discharged from the fuel cell battery 22. The first temperature determines the temperature of the feed gas at the inlet side of the humidifier 54, and the second temperature determines the temperature of the feed gas at the outlet of the humidifier 54. Therefore, the temperature difference between the two gas inlets to the humidifier 54 can be reduced, so that damage caused by the temperature difference at these two ends can be eliminated even when using an air type design.

[0072] В данной системе охлаждения топливного элемента способ распределения охлаждающего вещества можно изменять в зависимости от того, в каком месте перепускной канал охлаждающего вещества отделяется от основного канала охлаждающего вещества, и от местонахождения циркуляционного насоса 130. На ФИГ.3 показана конструкция системы 140 охлаждения топливного элемента, которая может подавать наибольшее количество охлаждающего вещества в радиатор 110 в соответствии с модификацией первого примера осуществления. Элементы на этом чертеже, одинаковые с элементами на чертеже на ФИГ.2, обозначаются теми же номерами и подробно описываться не будут.[0072] In this fuel cell cooling system, the method for distributing the coolant can be changed depending on where the bypass channel of the coolant is separated from the main channel of the coolant and the location of the circulation pump 130. FIG. 3 shows the design of the cooling system 140 a fuel cell that can supply the largest amount of coolant to the radiator 110 in accordance with a modification of the first embodiment. Elements in this drawing, identical with elements in the drawing in FIG. 2, are denoted by the same numbers and will not be described in detail.

[0073] В системе 140 охлаждения топливного элемента, показанного на ФИГ.3, циркуляционный насос 130 располагается в канале впускной стороны основного канала 102 для охлаждающего вещества за радиатором 110 и перед тем местом, где охлаждающее вещество отводится в перепускной канал 144 для охлаждающего вещества. Как показано на ФИГ.3, увлажнитель 54 располагается за циркуляционным насосом 130 и перед батареей 22 топливных элементов, а охлаждающее вещество, используемое вторым теплообменником 120, отбирается за радиатором 110 и циркуляционным насосом 130 и перед увлажнителем 54. Т.е. на вход циркуляционного насоса 130 охлаждающее вещество поступает только из радиатора 110, в то время как на выход циркуляционного насоса 130 охлаждающее вещество протекает через второй теплообменник 120, увлажнитель 54 и батарею 22 топливных элементов.[0073] In the fuel cell cooling system 140 shown in FIG. 3, the circulation pump 130 is located in the inlet channel of the main coolant channel 102 behind the radiator 110 and before the place where the coolant is discharged into the bypass channel 144 for the coolant. As shown in FIG. 3, a humidifier 54 is located behind the circulation pump 130 and in front of the fuel cell battery 22, and the coolant used by the second heat exchanger 120 is taken away from the radiator 110 and the circulation pump 130 and before the humidifier 54. That is, at the inlet of the circulation pump 130, the coolant enters only from the radiator 110, while at the outlet of the circulation pump 130, the coolant flows through the second heat exchanger 120, humidifier 54 and the battery 22 of the fuel cells.

[0074] Таким образом, в соответствии с данной конструкцией (количество охлаждающего вещества, протекающего через радиатор 110) = полному количеству охлаждающего вещества = (количество охлаждающего вещества, протекающего через второй теплообменник 120) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через батарею 22 топливных элементов) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через увлажнитель 54), так что (количество охлаждающего вещества, протекающего через радиатор 110) может быть максимизировано. В результате, когда разность температур между стороной впуска питающего газа и стороной выпуска батареи 22 топливных элементов велика, эту разность температур можно эффективно уменьшить путем направления максимального количества охлаждающего вещества из батареи 22 топливных элементов в радиатор 110.[0074] Thus, in accordance with this design (amount of coolant flowing through radiator 110) = total amount of coolant = (amount of coolant flowing through second heat exchanger 120) + (amount of coolant flowing through battery 22 of fuel cells ) + (amount of coolant flowing through humidifier 54) so that (amount of coolant flowing through radiator 110) can be maximized. As a result, when the temperature difference between the feed gas inlet side and the discharge side of the fuel cell battery 22 is large, this temperature difference can be effectively reduced by directing the maximum amount of coolant from the fuel cell battery 22 to the radiator 110.

[0075] На ФИГ.4 показана конструкция системы 150 охлаждения топливного элемента, которая может отводить наибольшее количество охлаждающего вещества в батарею 22 топливных элементов в соответствии с еще одной модификацией первого примера осуществления. Элементы на этом чертеже, одинаковые с элементами на чертеже на ФИГ.2 и 3, обозначаются теми же номерами и подробно описываться не будут.[0075] FIG. 4 shows a design of a fuel cell cooling system 150 that can divert the largest amount of coolant to a fuel cell stack 22 in accordance with yet another modification of the first embodiment. Elements in this drawing, identical with elements in the drawing in FIGS. 2 and 3, are denoted by the same numbers and will not be described in detail.

[0076] В системе 150 охлаждения топливного элемента, показанной на ФИГ.4, циркуляционный насос 130 предусмотрен в канале впускной стороны основного канала 102 для охлаждающего вещества после места, где охлаждающее вещество отбирается в перепускной канал 144 для охлаждающего вещества и увлажнитель 54, и непосредственно перед входом в батарею 22 топливных элементов. Как показано на ФИГ.4, увлажнитель 54 устанавливается на входе циркуляционного насоса 130 и на выходе радиатора 110, а охлаждающее вещество, используемое вторым теплообменником 120, отбирается на выходе радиатора 110 и на входе увлажнителя 54. Т.е. на вход циркуляционного насоса 130 охлаждающее вещество протекает через радиатор 110, второй теплообменник 120 и увлажнитель 54, в то время как с выхода циркуляционного насоса 130 охлаждающее вещество поступает только в батарею 22 топливных элементов.[0076] In the fuel cell cooling system 150 shown in FIG. 4, a circulation pump 130 is provided in the inlet channel of the main coolant channel 102 after the place where the coolant is drawn into the bypass coolant channel 144 and the humidifier 54, and directly before entering the battery 22 fuel cells. As shown in FIG. 4, a humidifier 54 is installed at the inlet of the circulation pump 130 and at the outlet of the radiator 110, and the coolant used by the second heat exchanger 120 is selected at the output of the radiator 110 and at the inlet of the humidifier 54. That is, coolant flows to the inlet of the circulation pump 130 through a radiator 110, a second heat exchanger 120, and a humidifier 54, while from the outlet of the circulation pump 130, the coolant enters only the fuel cell battery 22.

[0077] Таким образом, в соответствии с данной конструкцией (количество охлаждающего вещества, протекающего через радиатор 110) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через второй теплообменник 120) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через увлажнитель 54) = полному количеству охлаждающего вещества = (количество охлаждающего вещества, протекающего через батарею 22 топливных элементов), так что (количество охлаждающего вещества, протекающего через батарею 22 топливных элементов) может быть максимизировано. В результате тепло из батареи 22 топливных элементов может быть эффективно отведено путем отвода максимального количества охлаждающего вещества в эту батарею 22 топливных элементов.[0077] Thus, in accordance with this design (amount of coolant flowing through radiator 110) + (amount of coolant flowing through second heat exchanger 120) + (amount of coolant flowing through humidifier 54) = total amount of coolant = (the amount of coolant flowing through the battery 22 of the fuel cells), so that (the amount of coolant flowing through the battery 22 of the fuel cells) can be maximized. As a result, heat from the fuel cell stack 22 can be efficiently removed by removing the maximum amount of coolant to this fuel cell stack 22.

[0078] В данной системе охлаждения топливного элемента охлаждающее вещество также может быть отведено из основного канала для охлаждающего вещества в теплообменник системы кондиционирования воздуха в салоне транспортного средства. На ФИГ.5 показана конструкция системы 160 охлаждения топливного элемента, в которой охлаждающее вещество отводится в теплообменник системы кондиционирования воздуха в соответствии со вторым примером осуществления изобретения. Элементы на этом чертеже, одинаковые с элементами на чертеже на ФИГ.2, обозначаются теми же номерами и подробно описываться не будут.[0078] In this fuel cell cooling system, the coolant can also be discharged from the main channel for the coolant to the heat exchanger of the air conditioning system in the vehicle interior. FIG. 5 shows the design of a fuel cell cooling system 160 in which coolant is discharged to a heat exchanger of an air conditioning system in accordance with a second embodiment of the invention. Elements in this drawing, identical with elements in the drawing in FIG. 2, are denoted by the same numbers and will not be described in detail.

[0079] В дополнение к системе охлаждения, содержащей перепускной канал 104 для охлаждающего вещества и второй теплообменник 120, описанной со ссылками на ФИГ.2, система 160 охлаждения топливного элемента, показанная на ФИГ.5, снабжена также перепускным каналом 164 для охлаждающего вещества системы кондиционирования воздуха, по которому охлаждающее вещество из основного канала 102 для охлаждающего вещества отводится в теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха для кондиционирования салона 162 транспортного средства. В перепускном канале 164 для охлаждающего вещества системы кондиционирования воздуха предусмотрены нагреватель 166, в случае необходимости и запорный клапан 168, который управляет (избирательно разрешает или блокирует) отводом охлаждающего вещества в перепускной канал 164 для охлаждающего вещества системы кондиционирования воздуха.[0079] In addition to the cooling system comprising the bypass channel 104 for the cooling medium and the second heat exchanger 120 described with reference to FIG. 2, the fuel cell cooling system 160 shown in FIG. 5 is also provided with a bypass channel 164 for the cooling medium of the system air conditioning, in which the coolant from the main channel 102 for the coolant is discharged into the heat exchanger 170 of the air conditioning system for conditioning the passenger compartment 162 of the vehicle. A heater 166 is provided in the bypass channel 164 for the cooling agent of the air conditioning system, and, if necessary, a shut-off valve 168 that controls (selectively enables or blocks) the discharge of the coolant into the bypass channel 164 for the cooling agent of the air conditioning system.

[0080] Охлаждающее вещество из основного канала 102 для охлаждающего вещества отводится в теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха непосредственно перед впуском охлаждающего вещества в батарею 22 топливных элементов. Как показано на ФИГ.5, увлажнитель 54 установлен на выходе циркуляционного насоса 130 и на входе батареи 22 топливных элементов, а охлаждающее вещество, используемое в теплообменнике 170 системы кондиционирования воздуха, отбирается на выходе увлажнителя 54 и на входе батареи 22 топливных элементов. Кроме того, когда запорный клапан 168 открыт, охлаждающее вещество, которое было отведено из основного канала 120 для охлаждающего вещества, поступает в теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха через нагреватель 166 и затем возвращается в основной канал 102 охлаждающего вещества. Место возврата охлаждающего вещества располагается непосредственно у выпуска охлаждающего вещества из батареи 22 топливных элементов.[0080] The coolant from the main channel 102 for the coolant is discharged into the heat exchanger 170 of the air conditioning system immediately before the coolant inlet to the fuel cell battery 22. As shown in FIG. 5, a humidifier 54 is installed at the outlet of the circulation pump 130 and at the inlet of the fuel cell battery 22, and the coolant used in the heat exchanger 170 of the air conditioning system is sampled at the outlet of the humidifier 54 and at the inlet of the fuel cell battery 22. In addition, when the shutoff valve 168 is open, the coolant that has been discharged from the main coolant channel 120 enters the air conditioning system heat exchanger 170 through the heater 166 and then returns to the main coolant channel 102. The coolant return point is located directly at the coolant outlet from the fuel cell stack 22.

[0081] В соответствии с данной конструкцией (количество охлаждающего вещества, протекающего через радиатор 110) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через второй теплообменник 120) = полному количеству охлаждающего вещества = (количество охлаждающего вещества, протекающего через увлажнитель 54) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через батарею 22 топливных элементов)+(количество охлаждающего вещества, протекающего через теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха). Таким образом, охлаждающее вещество может поступать в теплообменник системы кондиционирования воздуха, в то время как соответствующее количество охлаждающего вещества подается также в батарею 22 топливных элементов.[0081] According to this design (amount of coolant flowing through radiator 110) + (amount of coolant flowing through second heat exchanger 120) = total amount of coolant = (amount of coolant flowing through humidifier 54) + (amount of coolant substance flowing through the battery 22 of fuel cells) + (amount of coolant flowing through the heat exchanger 170 of the air conditioning system). Thus, the coolant can enter the heat exchanger of the air conditioning system, while the corresponding amount of coolant is also supplied to the battery 22 of the fuel cells.

[0082] Таким образом, в соответствии с данной конструкцией, в то время как радиатор 110 поддерживает соответствующую температуру охлаждающего вещества, охлаждающее вещество, нагретое за счет работы батареи 22 топливных элементов и циркулирующее в системе, может быть подано в теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха, так что обогрев салона 162 транспортного средства и надлежащее кондиционирование среды могут быть достигнуты без специально предусмотренной отдельной системы кондиционирования воздуха. При необходимости могут также быть использованы нагреватель 112 или нагреватель 166. Кроме того, когда батарея 22 топливных элементов прогрета недостаточно, можно недопустить поступления холодного охлаждающего вещества в теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха, закрыв запорный вентиль 168.[0082] Thus, in accordance with this design, while the radiator 110 maintains the appropriate temperature of the coolant, the coolant heated by the operation of the battery 22 of the fuel cells and circulating in the system can be supplied to the heat exchanger 170 of the air conditioning system, so that heating of the passenger compartment 162 of the vehicle and proper conditioning of the environment can be achieved without a specially provided separate air conditioning system. If necessary, a heater 112 or a heater 166 can also be used. In addition, when the battery 22 of the fuel cells is not sufficiently warmed, it is possible to prevent the entry of cold coolant into the air conditioning system heat exchanger 170 by closing the shut-off valve 168.

[0083] Таким образом, открывая запорный вентиль 168 только тогда, когда требуется обогрев салона транспортного средства, можно уменьшить мощность, потребляемую циркуляционным насосом 130. Кроме того, если установлен нагреватель 166, который помогает обогревать салон транспортного средства в системе с теплообменником 170 системы кондиционирования воздуха, как показано на ФИГ. 5, то в режиме нормального охлаждения батареи 22 топливных элементов в случае, когда запорный вентиль 168 закрыт, расход топлива может быть уменьшен благодаря отсутствию потери давления в нагревателе 166.[0083] Thus, by opening the shut-off valve 168 only when heating of the passenger compartment is required, the power consumed by the circulation pump 130 can be reduced. In addition, if a heater 166 is installed that helps to heat the passenger compartment of the vehicle in a system with an air conditioning heat exchanger 170 air as shown in FIG. 5, in the normal cooling mode of the fuel cell stack 22, when the shutoff valve 168 is closed, fuel consumption can be reduced due to the absence of pressure loss in the heater 166.

[0084] Как описано выше, благодаря совместному использованию охлаждающего вещества системой охлаждения батареи 22 топливных элементов и системой кондиционирования воздуха в салоне и избирательному открыванию и закрыванию запорного вентиля 168 в зависимости от температуры 22 батареи топливных элементов и температуры в салоне транспортного средства, система охлаждения батареи 22 топливных элементов и система кондиционирования воздуха в салоне могут быть объединены при условии согласованного управления. На ФИГ. 5 предусмотрен перепускной канал 104 для охлаждающего вещества, содержащий второй теплообменник 120, при этом радиатор 110, второй теплообменник 120 и теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха управляются согласовано. Альтернативно, однако, второй теплообменник 120 может отсутствовать, и согласованное управление может распространяться на радиатор 110 и теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха.[0084] As described above, by sharing the coolant with the cooling system of the fuel cell battery 22 and the air conditioning system in the passenger compartment and selectively opening and closing the shutoff valve 168 depending on the temperature of the 22 fuel cell battery and the temperature in the passenger compartment, the battery cooling system 22 fuel cells and an air conditioning system in the cabin can be combined subject to coordinated management. In FIG. 5, a bypass channel 104 for a cooling medium is provided, comprising a second heat exchanger 120, wherein the radiator 110, the second heat exchanger 120 and the air conditioning system heat exchanger 170 are controlled in a coordinated manner. Alternatively, however, the second heat exchanger 120 may be absent, and coordinated control may extend to the radiator 110 and the heat exchanger 170 of the air conditioning system.

[0085] В системе охлаждения, включающей теплообменник системы кондиционирования воздуха, способ распределения охлаждающего вещества может меняться в зависимости от того, где перепускной канал охлаждающего вещества для системы кондиционирования воздуха ответвляется от основного канала для охлаждающего вещества и где располагается циркуляционный насос 130. На ФИГ.6 показана конструкция системы 180 охлаждения топливного элемента в соответствии с модификацией второго примера осуществления. В данной системе охлаждающее вещество в основном канале 102 для охлаждающего вещества отводится в теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха непосредственно после радиатора 110. Элементы на этом чертеже, одинаковые с элементами на чертеже на ФИГ. 5, обозначаются теми же номерами и подробно описываться не будут.[0085] In a cooling system including an air conditioning system heat exchanger, the distribution method of the cooling agent may vary depending on where the bypass channel of the cooling agent for the air conditioning system branches off from the main channel for the cooling agent and where the circulation pump 130 is located. In FIG. 6 shows the design of a fuel cell cooling system 180 in accordance with a modification of the second embodiment. In this system, the coolant in the main channel 102 for the coolant is discharged to the heat exchanger 170 of the air conditioning system immediately after the radiator 110. The elements in this drawing are the same as those in the drawing in FIG. 5 are indicated by the same numbers and will not be described in detail.

[0086] В системе 180 охлаждения топливного элемента, показанной на ФИГ.6, охлаждающее вещество в основном канале охлаждающего вещества отводится в теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха непосредственно на выходе радиатора 110. Как показано на чертеже, увлажнитель 54 располагается на выходе циркуляционного насоса 130 и на входе батареи 22 топливных элементов, а охлаждающее вещество, используемое теплообменником 170 системы кондиционирования воздуха, отбирается на выходе радиатора 110 и на входе циркуляционного насоса 130. Кроме того, когда запорный вентиль 168 открыт, охлаждающее вещество, которое было отведено из основного канала 102 для охлаждающего вещества, поступает в теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха через нагреватель 166, а затем возвращается в основной канал 102 для охлаждающего вещества. Место возврата охлаждающего вещества располагается непосредственно после выпуска охлаждающего вещества из батареи 22 топливных элементов.[0086] In the fuel cell cooling system 180 shown in FIG. 6, the coolant in the main coolant channel is discharged to the air conditioning system heat exchanger 170 directly at the outlet of the radiator 110. As shown, a humidifier 54 is located at the outlet of the circulation pump 130 and at the inlet of the battery 22 of the fuel cells, and the coolant used by the heat exchanger 170 of the air conditioning system is selected at the outlet of the radiator 110 and at the inlet of the circulation pump 130. In addition, when and the shutoff valve 168 is open, the coolant that has been discharged from the main channel 102 for the coolant enters the heat exchanger 170 of the air conditioning system through the heater 166, and then returns to the main channel 102 for the coolant. The return point of the coolant is located immediately after the release of the coolant from the battery 22 of the fuel cells.

[0087] В соответствии с данной конструкцией (количество охлаждающего вещества, протекающего через радиатор 110) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через второй теплообменник 120) = полному количеству охлаждающего вещества = (количество охлаждающего вещества, протекающего через увлажнитель 54) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через батарею 22 топливных элементов). Следовательно, охлаждающее вещество может поступать в другие элементы, в то время как значительное количество охлаждающего вещества подается также в батарею 22 топливных элементов.[0087] According to this design, (amount of coolant flowing through radiator 110) + (amount of coolant flowing through heat exchanger 170 of the air conditioning system) + (amount of coolant flowing through second heat exchanger 120) = total amount of coolant = (amount of coolant flowing through humidifier 54) + (amount of coolant flowing through battery 22 of fuel cells). Consequently, the coolant can enter other elements, while a significant amount of coolant is also supplied to the battery 22 of the fuel cells.

[0088] Таким образом, в соответствии с данной конструкцией охлаждающее вещество, нагретое за счет работы батареи 22 топливных элементов и циркулирующее в системе, в то время как радиатор 110 поддерживает соответствующую температуру охлаждающего вещества, может быть подано в теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха, так что обогрев салона 162 транспортного средства и надлежащее кондиционирование среды могут быть достигнуты без специально предусмотренной отдельной системы кондиционирования воздуха. При необходимости могут также быть использованы нагреватель 112 или нагреватель 166. Кроме того, когда батарея 22 топливных элементов прогрета недостаточно, можно не допустить отвода холодного охлаждающего вещества в теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха, закрыв запорный вентиль 168. Поскольку в батарею 22 топливных элементов может быть подано значительное количество охлаждающего вещества, тепло может быстро отводиться от батареи 22 топливных элементов.[0088] Thus, in accordance with this design, a coolant heated by the operation of the fuel cell battery 22 and circulating in the system, while the radiator 110 maintains a suitable coolant temperature, can be supplied to the air conditioning system heat exchanger 170, so that heating of the vehicle cabin 162 and proper conditioning of the environment can be achieved without a specially provided separate air conditioning system. If necessary, a heater 112 or a heater 166 may also be used. In addition, when the fuel cell battery 22 is not sufficiently warmed up, it is possible to prevent the discharge of cold coolant into the air conditioning system heat exchanger 170 by closing the shut-off valve 168. Since the fuel cell battery 22 may be a significant amount of coolant has been supplied, heat can be quickly removed from the battery 22 of the fuel cells.

[0089] Как описано выше, в системе охлаждения батареи топливных элементов способ распределения охлаждающего вещества может меняться в зависимости от того, где перепускной канал охлаждающего вещества для второго теплообменника и перепускной канал охлаждающего вещества для теплообменника системы кондиционирования воздуха ответвляются от основного канала для охлаждающего вещества, а также от местонахождения циркуляционного насоса. Следовательно, путем переключения места, где поток отводится из основного канала для охлаждающего вещества, и места расположения циркуляционного насоса можно согласовано регулировать охлаждение батареи топливных элементов, теплообмен между питающим газом и воздушным компрессором (АСР) 48 посредством второго теплообменника и кондиционирование воздуха в салоне транспортного средства посредством теплообменника системы кондиционирования воздуха и т.п., так что в каждую из этих систем охлаждения будут подаваться соответствующие количества охлаждающего вещества в соответствии с рабочим состоянием системы 10 управления топливным элементом или рабочим состоянием транспортного средства.[0089] As described above, in the fuel cell battery cooling system, the method of distributing the coolant may vary depending on where the bypass channel of the coolant for the second heat exchanger and the bypass channel of the coolant for the air conditioning system heat exchanger branch from the main channel for the coolant, as well as the location of the circulation pump. Therefore, by switching the place where the flow is diverted from the main channel for the coolant and the location of the circulation pump, it is possible to co-ordinate the cooling of the fuel cell battery, the heat exchange between the supply gas and the air compressor (ACP) 48 by means of a second heat exchanger, and the air conditioning in the passenger compartment by means of an air conditioning system heat exchanger or the like, so that appropriate quantities will be supplied to each of these cooling systems Islands of coolant in accordance with the operating condition of the control system 10 or a fuel cell vehicle operating condition.

[0090] Например, применение средства переключения места перепуска для переключения местонахождения в основном канале для охлаждающего вещества точек впуска и выпуска перепускного канала, который отводит охлаждающее вещество из основного канала для охлаждающего вещества во второй теплообменник, обеспечивает подачу в батарею топливных элементов охлаждающего вещества в количестве, соответствующем рабочему состоянию батареи топливных элементов, путем переключения места перепуска в зависимости от рабочего состояния батареи топливных элементов.[0090] For example, the use of bypass switching means to switch locations in the main channel for the coolant to the inlet and outlet points of the bypass channel, which draws the coolant from the main channel for the coolant to the second heat exchanger, provides the quantity of coolant to the battery of fuel cells corresponding to the operating state of the fuel cell battery by switching the bypass location depending on the operating state of the fuel cell battery ments.

[0091] Кроме того, применение средств переключения места перепуска для переключения местонахождения в основном канале для охлаждающего вещества точек впуска и выпуска перепускного канала, который отводит охлаждающее вещество из основного канала для охлаждающего вещества в теплообменник системы кондиционирования воздуха, обеспечивает подачу в теплообменник системы кондиционирования воздуха охлаждающего вещества в количестве, соответствующем температуре в салоне транспортного средства, путем переключения места перепуска в зависимости от температуры в салоне и т.п.[0091] Furthermore, the use of bypass switching means for switching locations in the main channel for the coolant to the inlet and outlet points of the bypass channel, which leads the coolant from the main channel for the coolant to the air conditioning system heat exchanger, provides air conditioning to the heat exchanger coolant in the amount corresponding to the temperature in the passenger compartment of the vehicle, by switching the place of the bypass depending and the temperature in the cabin, etc.

[0092] На ФИГ.7 показана конструкция системы 200 охлаждения топливного элемента в соответствии с модификацией второго примера осуществления. Здесь конструкция перепускного канала охлаждающего вещества для системы кондиционирования воздуха была изменена таким образом, что охлаждающее вещество, поступающее в теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха, может использоваться либо совместно с основным каналом 102 для охлаждающего вещества, либо только для теплообменника 170 системы кондиционирования воздуха. Элементы на этом чертеже, одинаковые с элементами на чертеже на ФИГ.5 и т.д., обозначаются теми же номерами и подробно описываться не будут.[0092] FIG. 7 shows a design of a fuel cell cooling system 200 in accordance with a modification of the second embodiment. Here, the design of the bypass passage of the cooling medium for the air conditioning system has been changed so that the cooling medium entering the heat exchanger 170 of the air conditioning system can be used either in conjunction with the main channel 102 for the cooling medium, or only for the heat exchanger 170 of the air conditioning system. Elements in this drawing, the same as elements in the drawing in FIG. 5, etc., are indicated by the same numbers and will not be described in detail.

[0093] В системе 200 охлаждения топливного элемента, показанной на ФИГ.7, перепускной канал 202 для охлаждающего вещества системы кондиционирования воздуха содержит три элемента. Т.е. весь перепускной канал 202 для охлаждающего вещества системы кондиционирования воздуха состоит из входного/выходного канала 204, через который охлаждающее вещество отбирается из основного канала 102 для охлаждающего вещества и возвращается в него, перепускного канала 206 системы кондиционирования воздуха, по которому охлаждающее вещество протекает через теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха, и циркуляционного канала 208, который проходит параллельно перепускному каналу 206 системы кондиционирования воздуха.[0093] In the fuel cell cooling system 200 shown in FIG. 7, the bypass channel 202 for the cooling agent of the air conditioning system comprises three elements. Those. the entire bypass channel 202 for the cooling medium of the air conditioning system consists of an inlet / outlet channel 204, through which the cooling medium is taken from the main channel 102 for the cooling medium and returned to it, the bypass channel 206 of the air conditioning system through which the cooling medium flows through the heat exchanger 170 air conditioning systems, and a circulation channel 208, which runs parallel to the bypass channel 206 of the air conditioning system.

[0094] Как показано на ФИГ.7, в точках соединения этих трех каналов, т.е. входного/выходного канала 204, перепускного канала 206 системы кондиционирования воздуха и циркуляционного канала 208, устанавливаются трехходовые клапаны 210 и 212. Таким образом, соединения между входным/выходным каналом 204, перепускным каналом 206 системы кондиционирования воздуха и циркуляционным каналом 208 можно переключать с помощью двух трехходовых клапанов 210 и 212. В этом смысле два трехходовых клапана 210 и 212 являются средствами переключения для переключения соединения между перепускным каналом 206 системы кондиционирования воздуха и входным/выходным каналом 204, который подсоединен к основному каналу 102 для охлаждающего вещества, и соединения между перепускным каналом 206 системы кондиционирования воздуха и циркуляционным каналом 208. Несколько режимов переключения будут описаны ниже.[0094] As shown in FIG. 7, at the junction points of these three channels, i.e. the inlet / outlet channel 204, the bypass channel 206 of the air conditioning system and the circulation channel 208, three-way valves 210 and 212 are installed. Thus, the connections between the inlet / outlet channel 204, the bypass channel 206 of the air conditioning system and the circulation channel 208 can be switched using two three-way valves 210 and 212. In this sense, two three-way valves 210 and 212 are switching means for switching the connection between the bypass channel 206 of the air conditioning system and the input the bottom / outlet channel 204, which is connected to the main channel 102 for the cooling medium, and the connection between the bypass channel 206 of the air conditioning system and the circulation channel 208. Several modes of switching will be described below.

[0095] В перепускном канале 206 системы кондиционирования воздуха предусмотрен насос для перекачки охлаждающего вещества, кроме циркуляционного насоса 130, предусмотренного в основном канале 102 для охлаждающего вещества. Для того, чтобы отличать этот насос от циркуляционного насоса 130, он будет называться вторым циркуляционным насосом 220. В перепускном канале 206 системы кондиционирования воздуха последовательно устанавливаются этот второй циркуляционный насос 220, нагреватель 222 и теплообменник системы кондиционирования воздуха 170. На ФИГ.7 эти элементы расположены в следующем порядке: трехходовой клапан 210, второй циркуляционный насос 220, нагреватель 222, теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха и трехходовой клапан 212. Однако альтернативно различные элементы могут быть расположены между трехходовыми клапанами 210 и 212 в другом порядке и, в зависимости от конкретного случая, могут дополнительно включать переключающий или аналогичный клапан и быть расположены параллельно.[0095] In the bypass channel 206 of the air conditioning system, there is provided a pump for pumping the coolant, in addition to the circulation pump 130 provided in the main channel 102 for the coolant. In order to distinguish this pump from the circulation pump 130, it will be called the second circulation pump 220. In the bypass duct 206 of the air conditioning system, this second circulation pump 220, the heater 222 and the air conditioning system heat exchanger 170 are sequentially installed. In FIG. 7, these elements arranged in the following order: three-way valve 210, second circulation pump 220, heater 222, air conditioning heat exchanger 170, and three-way valve 212. However, an alternative is different These elements may be located between the three-way valves 210 and 212 in a different order and, depending on the particular case, may additionally include a switching or similar valve and be located in parallel.

[0096] Второй циркуляционный насос 220 является циркуляционным насосом для охлаждающего вещества, который меньше, чем циркуляционный насос 130 в основном канале 102 для охлаждающего вещества. Циркуляционный насос 130 в основном канале 102 для охлаждающего вещества имеет такую производительность, которая обеспечивает надежную работу даже при большом расходе, так что охлаждающее вещество может прокачиваться через канал для охлаждающего вещества, который содержит радиатор 110, увлажнитель 54 и батарею 22 топливных элементов, быстро осуществлять теплообмен и поддерживаться при соответствующей температуре. В отличие от этого, второй циркуляционный насос 220 предназначен для перекачки охлаждающего вещества главным образом через теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха, и поэтому может быть насосом небольшой производительности. Поскольку этот второй циркуляционный насос 220 является небольшим, при малом расходе эффективность его эксплуатации выше, чем у циркуляционного насоса 130 в основном канале 102 для охлаждающего вещества. Кроме того, второй циркуляционный насос 220 предпочтительно является таким, что охлаждающее вещество может проходить через него, даже когда он не работает. Благодаря этому предотвращается понижение кпд циркуляции охлаждающего вещества, даже когда второй циркуляционный насос 220 не работает.[0096] The second circulation pump 220 is a coolant circulation pump that is smaller than a circulation pump 130 in the main coolant passage 102. The circulation pump 130 in the main channel 102 for the coolant has such a capacity that ensures reliable operation even at high flow rates, so that the coolant can be pumped through the channel for the coolant, which contains a radiator 110, a humidifier 54 and a fuel cell battery 22, to quickly implement heat transfer and maintained at appropriate temperature. In contrast, the second circulation pump 220 is designed to pump coolant mainly through the heat exchanger 170 of the air conditioning system, and therefore may be a small capacity pump. Since this second circulation pump 220 is small, at a low flow rate, its operational efficiency is higher than that of the circulation pump 130 in the main channel 102 for the cooling medium. In addition, the second circulation pump 220 is preferably such that the coolant can pass through it even when it is not working. This prevents a decrease in the efficiency of circulation of the coolant, even when the second circulation pump 220 is not working.

[0097] Входной/выходной канал 204 является каналом охлаждающего вещества, который проходит от основного канала 102 для охлаждающего вещества до трехходовых клапанов 210 и 212, так что в этом смысле его можно рассматривать как ответвление основного канала 102 для охлаждающего вещества. Циркуляционный канал 208 образует замкнутый канал, т.к. он подсоединяется параллельно перепускному каналу 206 системы кондиционирования воздуха.[0097] The inlet / outlet channel 204 is a coolant channel that extends from the main coolant channel 102 to the three-way valves 210 and 212, so that in this sense it can be considered a branch of the main coolant channel 102. The circulation channel 208 forms a closed channel, because it is connected in parallel with the bypass duct 206 of the air conditioning system.

[0098] Далее будет описано переключение каналов для охлаждающего вещества посредством трехходовых клапанов 210 и 212. Операция переключения трехходовых клапанов 210 и 212 выполняется посредством управляющей охлаждением части (не показана) в соответствии с рабочим состоянием батареи 22 топливных элементов. Управляющая охлаждением часть может также быть объединена с управляющей частью 70 системы 10 управления топливным элементом, изображенной ФИГ.1. На ФИГ.8 показан перепускной канал 206 системы кондиционирования воздуха, соединенный с циркуляционным каналом 208 в виде замкнутого контура, что достигается путем переключения трехходовых клапанов 210 и 212. В этом случае входной/выходной канал 204 отсоединен от замкнутого канала. Для большей наглядности трехходовые клапаны 210 и 212 на ФИГ.8 были опущены. Более конкретно, этот замкнутый канал образуется путем такого переключения трехходового клапана 210, чтобы он соединял одну сторону перепускного канала 206 системы кондиционирования воздуха с одной стороной циркуляционного канала 208, и такого переключения трехходового клапана 212, чтобы он соединял другую сторону перепускного канала 206 системы кондиционирования воздуха с другой стороной циркуляционного канала 208.[0098] Next, switching channels for the coolant by means of three-way valves 210 and 212 will be described. The switching operation of the three-way valves 210 and 212 is performed by the cooling control part (not shown) in accordance with the operating state of the fuel cell battery 22. The cooling control part can also be combined with the control part 70 of the fuel cell control system 10 shown in FIG. FIG. 8 shows the bypass channel 206 of the air conditioning system connected to the circulation channel 208 in the form of a closed loop, which is achieved by switching the three-way valves 210 and 212. In this case, the input / output channel 204 is disconnected from the closed channel. For clarity, the three-way valves 210 and 212 in FIG. 8 were omitted. More specifically, this closed channel is formed by switching the three-way valve 210 so that it connects one side of the bypass duct 206 of the air conditioning system to one side of the circulation channel 208, and by switching the three-way valve 212 so that it connects the other side of the bypass channel 206 of the air conditioning system with the other side of the circulation channel 208.

[0099] Образование такого замкнутого канала позволяет осуществлять перекачку охлаждающего вещества по этому замкнутому каналу вторым циркуляционным насосом 220 независимо от основного канала 102 для охлаждающего вещества. Т.е. охлаждающее вещество может циркулировать между нагревателем 222 и теплообменником 170 системы кондиционирования воздуха. Такое соединенное состояние предпочтительно использовать тогда, когда батарея топливных элементов 22 все еще работает при низкой температуре. В результате можно предотвратить поступление холодного охлаждающего вещества, которое еще не было достаточно нагрето батареей 22 топливных элементов, в теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха. Кроме того, применение нагревателя 222 и второго циркуляционного насоса 220 позволяет достаточно нагреть охлаждающее вещество в замкнутом канале и подать его в теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха, так что можно эффективно и быстро обогреть салон 162 транспортного средства.[0099] The formation of such a closed channel allows the transfer of coolant through this closed channel by the second circulation pump 220, regardless of the main channel 102 for the coolant. Those. coolant may circulate between the heater 222 and the air conditioning system heat exchanger 170. Such a connected state is preferably used when the battery of the fuel cells 22 is still operating at a low temperature. As a result, it is possible to prevent the entry of cold coolant, which has not yet been sufficiently heated by the battery 22 of the fuel cells, into the heat exchanger 170 of the air conditioning system. In addition, the use of a heater 222 and a second circulation pump 220 allows the coolant to be sufficiently heated in a closed channel and supplied to a heat exchanger 170 of the air conditioning system, so that it is possible to quickly and efficiently heat the vehicle interior 162.

[0100] На ФИГ.9 показано состояние, в котором трехходовые клапаны 210 и 212 были переключены на отсоединение циркуляционного канала 208 и соединение входного/выходного канала 204 с перепускным каналом 206 системы кондиционирования воздуха. Здесь так же, как и на ФИГ. 8, трехходовые клапаны 210 и 212 были опущены, чтобы более наглядно показать канал. Более конкретно, трехходовой клапан 210 включен так, чтобы он соединял ту сторону входного/выходного канала 204, которая подсоединяется к впуску охлаждающего вещества в основной канал 102 для охлаждающего вещества, с одной стороной перепускного канала 206 системы кондиционирования воздуха, а трехходовой клапан 212 включен так, чтобы он соединял другую сторону перепускного канала 206 системы кондиционирования воздуха с другой стороной входного/выходного канала 204, которая подсоединяется к возврату охлаждающего вещества в основой канал 102 для охлаждающего вещества. В результате циркуляционный канал 208 отсоединен, в то время как входной/выходной канал 204 и перепускной канал 206 системы кондиционирования воздуха непосредственно соединены друг с другом, так что перепускной канал 206 системы кондиционирования воздуха может располагаться параллельно основному каналу 102 для охлаждающего вещества, проходящему через батарею 22 топливных элементов.[0100] FIG. 9 shows a state in which three-way valves 210 and 212 have been switched to disconnect the circulation channel 208 and to connect the input / output channel 204 to the bypass channel 206 of the air conditioning system. Here is the same as in FIG. 8, three-way valves 210 and 212 were omitted to more clearly show the channel. More specifically, the three-way valve 210 is turned on so that it connects that side of the inlet / outlet channel 204, which is connected to the inlet of the coolant in the main channel 102 for the coolant, with one side of the bypass channel 206 of the air conditioning system, and the three-way valve 212 is turned on so that it connects the other side of the bypass channel 206 of the air conditioning system with the other side of the inlet / outlet channel 204, which is connected to the return of the coolant to the base of the channel 102 for cooling choking substance. As a result, the circulation channel 208 is disconnected, while the input / output channel 204 and the bypass channel 206 of the air conditioning system are directly connected to each other, so that the bypass channel 206 of the air conditioning system can be parallel to the main channel 102 for the cooling substance passing through the battery 22 fuel cells.

[0101] Это соединение в основном аналогично конструкции, показанной на ФИГ.5. Т.е. перепускной канал 202 системы кондиционирования воздуха использует охлаждающее вещество совместно с основным каналом 102 для охлаждающего вещества, и осуществляется так называемое согласованное управление. Таким образом, трехходовые клапаны 210 и 212 переключают подсоединение перепускного канала 206 системы кондиционирования воздуха между соединением для управления, согласованного с основным каналом 102 для охлаждающего вещества, и соединением для независимого управления. Когда перепускной канал 206 системы кондиционирования воздуха подключен для согласованного управления, второй циркуляционный насос 220 останавливается. Однако, как описано выше, даже когда работа второго циркуляционного насоса остановлена, охлаждающее вещество может по-прежнему свободно протекать через второй циркуляционный насос 220, так что кпд циркуляции охлаждающего вещества через перепускной канал 206 системы кондиционирования воздуха не снижается.[0101] This connection is basically similar to the design shown in FIG.5. Those. the bypass duct 202 of the air conditioning system uses the coolant in conjunction with the main channel 102 for the coolant, and so-called coordinated control is performed. Thus, the three-way valves 210 and 212 switch the connection of the bypass channel 206 of the air conditioning system between the control connection matched with the main coolant channel 102 and the connection for independent control. When the bypass duct 206 of the air conditioning system is connected for coordinated control, the second circulation pump 220 is stopped. However, as described above, even when the operation of the second circulation pump is stopped, the coolant can still flow freely through the second circulation pump 220, so that the efficiency of circulation of the coolant through the bypass channel 206 of the air conditioning system is not reduced.

[0102] Согласованное управление реализуется тогда, когда охлаждающее вещество, которое было нагрето за счет работы батареи 22 топливных элементов и поддерживается при соответствующей температуре посредством радиатора 110, циркулирует так, как описано со ссылками на ФИГ.5. Поэтому переключение между соединением для получения замкнутого канала, показанным на ФИГ.8, и соединением для согласованного управления (прямое соединение, показанное на ФИГ.9) зависит от рабочего состояния батареи 22 топливных элементов. Например, когда батарея 22 топливных элементов еще не прогрета, реализуется соединение для получения замкнутого канала, показанное на ФИГ.8, и нагреватель 222, и второй циркуляционный насос 220 работают для повышения температуры охлаждающего вещества, поступающего в теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха. Когда батарея 22 топливных элементов прогрета, и температура охлаждающего вещества в основном канале 102 для охлаждающего вещества возрастает, соединение переключается на прямое соединение, показанное на ФИГ.9, и нагреватель 222 прекращает работу. В результате мощность, требуемая для обогрева салона 162 транспортного средства, может быть уменьшена, вследствие чего уменьшается расход топлива.[0102] Coordinated control is implemented when a coolant that has been heated by the operation of the fuel cell battery 22 and maintained at an appropriate temperature by the radiator 110 is circulated as described with reference to FIG. 5. Therefore, switching between a connection for obtaining a closed channel shown in FIG. 8 and a connection for coordinated control (direct connection shown in FIG. 9) depends on the operating state of the fuel cell battery 22. For example, when the fuel cell battery 22 is not yet warmed up, a closed channel connection is shown, as shown in FIG. 8, and the heater 222 and the second circulation pump 220 work to increase the temperature of the coolant entering the heat exchanger 170 of the air conditioning system. When the fuel cell battery 22 is warmed up and the temperature of the coolant in the main coolant passage 102 rises, the connection switches to the direct connection shown in FIG. 9, and the heater 222 stops working. As a result, the power required to heat the vehicle interior 162 can be reduced, thereby reducing fuel consumption.

[0103] Когда температура охлаждающего вещества в батарее 22 топливных элементов достигает заданного значения температуры охлаждающего вещества, может быть произведено переключение между соединением для получения замкнутого канала, показанным на ФИГ.8, и прямым соединением, показанным на ФИГ.9. Альтернативно для дополнительного улучшения расхода топлива переключение может быть произведено даже раньше, тогда, когда становится возможен теплообмен, и охлаждающее вещество достигает температуры 50 градусов Цельсия, которая близка к заданной температуре охлаждающего вещества.[0103] When the temperature of the coolant in the battery 22 of the fuel cells reaches a predetermined value of the temperature of the coolant, a switch can be made between the connection to obtain the closed channel shown in FIG. 8 and the direct connection shown in FIG. 9. Alternatively, to further improve fuel consumption, switching can be done even earlier, when heat exchange is possible and the coolant reaches a temperature of 50 degrees Celsius, which is close to the target temperature of the coolant.

[0104] На ФИГ.10 показан случай, при котором второй циркуляционный насос 220 работает, а циркуляционный насос 130 основного канала 102 для охлаждающего вещества остановлен, когда организуется соединение, показанное на ФИГ.9, т.е. когда перепускной канал 206 системы кондиционирования воздуха и основной канал 102 для охлаждающего вещества соединены напрямую. Циркуляционный насос 130 основного канала 102 для охлаждающего вещества и второй циркуляционный насос 220 подключаются посредством части, управляющей системой охлаждения (не показана), в соответствии с рабочим состоянием батареи 22 топливных элементов. Когда циркуляционный насос 130 основного канала 102 для охлаждающего вещества не работает, охлаждающее вещество не циркулирует через основной канал 102 для охлаждающего вещества. В этих условиях, если второй циркуляционный насос 220 работает и установлено соединение, показанное на ФИГ.9, охлаждающее вещество циркулирует по замкнутому контуру, протекая от второго циркуляционного насоса 220 через нагреватель 222 и теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха в батарею 22 топливных элементов, а затем возвращаясь обратно во второй циркуляционный насос 220.[0104] FIG. 10 shows a case in which the second circulation pump 220 is operated and the circulation pump 130 of the main coolant channel 102 is stopped when the connection shown in FIG. 9 is established, i.e. when the bypass duct 206 of the air conditioning system and the main channel 102 for the cooling medium are connected directly. The circulation pump 130 of the main channel 102 for the cooling medium and the second circulation pump 220 are connected through the part that controls the cooling system (not shown), in accordance with the operating state of the battery 22 of the fuel cells. When the circulation pump 130 of the main channel 102 for the coolant does not work, the coolant does not circulate through the main channel 102 for the coolant. Under these conditions, if the second circulation pump 220 is running and the connection shown in FIG. 9 is established, the coolant circulates in a closed circuit, flowing from the second circulation pump 220 through the heater 222 and the air conditioning system heat exchanger 170 to the fuel cell battery 22, and then returning to the second circulation pump 220.

[0105] Рабочее состояние, описанное выше со ссылками на ФИГ.10, может быть использовано, когда батарея 22 топливных элементов работает при малой нагрузке, например, когда батарея 22 топливных элементов находится в режиме холостого хода или работает периодически. Поскольку, когда батарея 22 топливных элементов работает при малой нагрузке, выделяется небольшое количество тепла, охлаждения посредством радиатора 110 зачастую не требуется. Поэтому циркуляционный насос 130 основного канала 102 для охлаждающего вещества останавливается, и охлаждающее вещество вместо него перекачивается меньшим вторым циркуляционным насосом 220. Когда расход невелик, второй циркуляционный насос 220 работает с более высоким кпд, чем имеющий большую производительность циркуляционный насос 130. Так что меньший второй циркуляционный насос 220 способен эффективно перекачивать охлаждающее вещество при меньшей мощности, чем высокопроизводительный циркуляционный насос 130, что позволяет уменьшить расход топлива, когда батарея 22 топливных элементов работает при малой нагрузке. Когда батарея 22 топливных элементов работает при средней или большой нагрузке, второй циркуляционный насос 220 останавливается, и охлаждающее вещество перекачивается только циркуляционным насосом 130 основного канала 102 для охлаждающего вещества, как описано со ссылками на ФИГ.9. Соответственно, мощность, требуемую для привода второго циркуляционного насоса 220, можно уменьшить, что в свою очередь позволяет сократить расход топлива при средней или большой нагрузке.[0105] The operating state described above with reference to FIG. 10 can be used when the fuel cell battery 22 is operating at low load, for example, when the fuel cell battery 22 is in idle mode or operates periodically. Since, when the fuel cell battery 22 is operating under light load, a small amount of heat is generated, cooling by the radiator 110 is often not required. Therefore, the circulation pump 130 of the main channel 102 for the coolant is stopped, and the coolant is pumped instead by a smaller second circulation pump 220. When the flow rate is low, the second circulation pump 220 operates at a higher efficiency than the circulation pump 130 having a higher capacity. So, the smaller second circulation pump 220 is capable of efficiently pumping coolant at lower power than high-performance circulation pump 130, thereby reducing consumption fuel when the battery 22 of the fuel cells operates at low load. When the fuel cell battery 22 is operating at medium or heavy load, the second circulation pump 220 is stopped and the coolant is only pumped by the circulation pump 130 of the main coolant passage 102, as described with reference to FIG. 9. Accordingly, the power required to drive the second circulation pump 220 can be reduced, which in turn can reduce fuel consumption at medium or heavy load.

[0106] Далее, когда пользователь выключает кондиционирование воздуха в салоне 162 транспортного средства после того, как охлаждающее вещество было нагрето при соединении для получения замкнутого контура, показанном на ФИГ.8, и салон 162 транспортного средства обогревается теплообменником 170 системы кондиционирования воздуха, соединение переключается на прямое соединение, показанное на ФИГ.9 или 10, в то время как нагреватель 222 продолжает работать. Когда кондиционер выключается, вентилятор и т.п., которые подают теплый воздух из теплообменника 170 системы кондиционирования воздуха в салон транспортного 162 средства, также выключаются. Однако, поскольку, нагреватель 222 по-прежнему работает, нагретое охлаждающее вещество может быть подано в батарею 22 топливных элементов, что позволяет быстро прогреть батарею 22 топливных элементов.[0106] Further, when the user turns off the air conditioning in the vehicle cabin 162 after the coolant has been heated in the closed loop connection shown in FIG. 8, and the vehicle cabin 162 is heated by the air conditioning system heat exchanger 170, the connection is switched to the direct connection shown in FIGS. 9 or 10, while the heater 222 continues to operate. When the air conditioner is turned off, the fan and the like, which supply warm air from the heat exchanger 170 of the air conditioning system to the vehicle interior 162, are also turned off. However, since the heater 222 is still operating, the heated coolant can be supplied to the fuel cell battery 22, which allows the fuel cell battery 22 to quickly warm up.

[0107] На ФИГ.5-10 канал для охлаждающего вещества, который содержит теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха, предпочтительно изолирован с помощью соответствующего теплоизоляционного средства. Например, труба канала охлаждающего вещества может быть покрыта соответствующим теплоизоляционным материалом. В результате при запуске системы эксплуатации топливного элемента в теплообменнике 170 системы кондиционирования воздуха может выполняться эффективный теплообмен, так что можно быстро прогреть салон 162 транспортного средства. Таким образом, салон 162 транспортного средства может быть быстро прогрет с использованием небольшой мощности, благодаря чему снижается расход топлива.[0107] In FIGS. 5-10, a channel for a cooling medium that comprises a heat exchanger 170 of an air conditioning system is preferably insulated with appropriate heat insulation means. For example, the pipe channel of the coolant may be coated with a suitable heat-insulating material. As a result, when the fuel cell operation system is started in the heat exchanger 170 of the air conditioning system, efficient heat exchange can be performed so that the vehicle interior 162 can be quickly heated. In this way, the vehicle interior 162 can be quickly warmed up using low power, thereby reducing fuel consumption.

[0108] Вышеописанная конструкция является одной из тех, в которых основной канал 102 для охлаждающего вещества проходит через увлажнитель 54. Однако конструкция может быть также такой, что основной канал 102 для охлаждающего вещества не проходит через увлажнитель 54. Кроме того, впуск охлаждающего вещества и возврат охлаждающего вещества во второй теплообменник 120 в основном канале 102 для охлаждающего вещества можно поменять местами по сравнению с вышеописанной конструкцией, так что охлаждающее вещество протекает из электродвигателя 50 во второй теплообменник 120. Кроме того, впуск охлаждающего вещества и возврат охлаждающего вещества для теплообменника 170 системы кондиционирования воздуха в основном канале 102 для охлаждающего вещества также можно поменять местами по сравнению с вышеописанной конструкцией. Далее будет описана такая конструкция. При этом элементы, которые имеют такие же номера, как на ФИГ.1-10 обозначаются теми же номерами и подробно описываться не будут.[0108] The above construction is one in which the main coolant channel 102 passes through the humidifier 54. However, the design may also be such that the main coolant channel 102 does not pass through the humidifier 54. In addition, the coolant inlet and the return of the coolant to the second heat exchanger 120 in the main channel 102 for the coolant can be interchanged compared with the above construction, so that the coolant flows from the electric motor 50 to the second th heat exchanger 120. In addition, the inlet of the coolant and the return of the coolant for the heat exchanger 170 of the air conditioning system in the main channel 102 for the coolant can also be interchanged in comparison with the above construction. Next will be described such a design. At the same time, elements that have the same numbers as in FIGS. 1-10 are indicated by the same numbers and will not be described in detail.

[0109] На ФИГ.11 показана конструкция системы 300 охлаждения топливного элемента. Эта система 300 охлаждения топливного элемента отличается от системы 100 охлаждения топливного элемента, описанной со ссылками на ФИГ.2, тем, что основной канал 102 для охлаждающего вещества не проходит через увлажнитель 54, а впуск охлаждающего вещества и возврат охлаждающего вещества во второй теплообменник 120 в основном канале 102 для охлаждающего вещества реверсированы. Здесь так же, как описано со ссылками на ФИГ.2, система 300 охлаждения топливного элемента имеет каналы, по которым протекает охлаждающее вещество, а именно основной канал 102 для охлаждающего вещества и перепускной канал 104 для охлаждающего вещества, который располагается параллельно основному каналу 102 для охлаждающего вещества и отводит из него то же самое охлаждающее вещество.[0109] FIG. 11 shows a design of a fuel cell cooling system 300. This fuel cell cooling system 300 differs from the fuel cell cooling system 100 described with reference to FIG. 2 in that the main channel 102 for the coolant does not pass through the humidifier 54, and the inlet of the coolant and the return of the coolant to the second heat exchanger 120 in main coolant channel 102 is reversed. Here, as described with reference to FIG. 2, the fuel cell cooling system 300 has channels through which coolant flows, namely a main coolant channel 102 and a coolant bypass channel 104 that is parallel to the main channel 102 for cooling substance and removes from it the same cooling substance.

[0110] В основном канале 102 для охлаждающего вещества располагаются радиатор 110, который имеет охлаждающий вентилятор, нагреватель 112 для нагрева и трехходовой клапан 114 для соответствующего отвода охлаждающего вещества в нагреватель 112, а также циркуляционный насос (WP) 130 для перекачки охлаждающего вещества. Охлаждающее вещество, протекающее через основной канал 102 для охлаждающего вещества, циркулирует между радиатором 110 и батареей 22 топливных элементов, отводя тепло от теплой или горячей батареи 22 топливных элементов, а затем охлаждается радиатором 110 и снова возвращается в батарею 22 топливных элементов. Кроме того, увлажнитель 54 располагается параллельно впуску, через который окисляющий газ подается на катодную сторону батареи 22 топливных элементов, и выпуску, через который газ выпускается, как описано выше. Однако основной канал 102 для охлаждающего вещества не проходит через увлажнитель 54, так что увлажнитель 54 не охлаждается охлаждающим веществом из основного канала 102 охлаждающего вещества.[0110] In the main channel 102 for the coolant are a radiator 110, which has a cooling fan, a heater 112 for heating and a three-way valve 114 for the corresponding removal of coolant in the heater 112, as well as a circulation pump (WP) 130 for pumping coolant. Coolant flowing through the main channel 102 for the coolant circulates between the radiator 110 and the fuel cell battery 22, removing heat from the warm or hot fuel cell battery 22, and then is cooled by the radiator 110 and again returned to the fuel cell battery 22. In addition, the humidifier 54 is parallel to the inlet through which oxidizing gas is supplied to the cathode side of the fuel cell stack 22 and to the outlet through which gas is discharged as described above. However, the main coolant channel 102 does not pass through the humidifier 54, so that the humidifier 54 is not cooled by the coolant from the main coolant channel 102.

[0111] Ионообменник 132 на ФИГ.11 представляет собой устройство, которое служит для удаления ионов из охлаждающего вещества, используемого в качестве охлаждающей среды. Дело в том, что ионы элементов, образующих циркуляционные каналы для охлаждающего вещества, растворяются в охлаждающем веществе. Ионообменник 132 удаляет эти ионы, поддерживая высоким сопротивление охлаждающего вещества, используемого в качестве охлаждающей среды. Ионообменник 132 располагается параллельно основному каналу 102 для охлаждающего вещества, как показано на ФИГ.11, однако, в зависимости от ситуации, он может также располагаться последовательно с основным каналом 102 для охлаждающего вещества. Кроме того, в ионообменнике 132 также может быть предусмотрено средство для измерения содержания ионов в охлаждающем веществе.[0111] The ion exchanger 132 of FIG. 11 is a device that serves to remove ions from a coolant used as a cooling medium. The fact is that the ions of the elements forming the circulation channels for the coolant dissolve in the coolant. The ion exchanger 132 removes these ions, maintaining a high resistance of the coolant used as the cooling medium. The ion exchanger 132 is parallel to the main channel 102 for the coolant, as shown in FIG. 11, however, depending on the situation, it can also be located in series with the main channel 102 for the coolant. In addition, means may also be provided in the ion exchanger 132 for measuring the ion content of the coolant.

[0112] Перепускной канал 104 для охлаждающего вещества располагается параллельно основному каналу 102 для охлаждающего вещества. Охлаждающее вещество отбирается в этот перепускной канал 104 для охлаждающего вещества из канала выпускной стороны основного канала 102 для охлаждающего вещества, по которому охлаждающее вещество возвращается из батареи топливных элементов 22 в радиатор 110, и возвращается в канал впускной стороны основного канала 102 для охлаждающего вещества, по которому охлаждающее вещество протекает из радиатора 110 к батарее 22 топливных элементов. Перепускной канал 104 для охлаждающего вещества ведет во второй теплообменник 120 воздушного компрессора (АСР) 48, где выполняется теплообмен с каналом 80 для сжатого питающего газа, подаваемого из воздушного компрессора (АСР) 48 в батарею 22 топливных элементов через увлажнитель 54, после которого охлаждающее вещество возвращается в основной канал 102 для охлаждающего вещества. Соответственно, второй теплообменник 120 регулирует температуру питающего газа. Эта функция обычно выполняется независимой системой охлаждения, называемой промежуточным охладителем, однако в конструкции ФИГ. 11, аналогичной ФИГ.2, функция обычного промежуточного охладителя выполняется совместно охлаждающим веществом и системой охлаждения, которая проходит от радиатора 110 в батарею 22 топливных элементов.[0112] The bypass channel 104 for the coolant is parallel to the main channel 102 for the coolant. Coolant is drawn into this bypass channel 104 for coolant from the outlet channel of the main channel 102 for coolant, through which the coolant is returned from the battery of fuel cells 22 to the radiator 110, and returns to the channel inlet side of the main channel 102 for coolant, to which the coolant flows from the radiator 110 to the battery 22 of the fuel cells. The bypass channel 104 for the cooling substance leads to the second heat exchanger 120 of the air compressor (ACP) 48, where heat is exchanged with the channel 80 for the compressed feed gas supplied from the air compressor (ACP) 48 to the battery 22 of the fuel cells through a humidifier 54, after which the cooling substance returns to main channel 102 for coolant. Accordingly, the second heat exchanger 120 controls the temperature of the feed gas. This function is usually performed by an independent cooling system called an intercooler, however, in the design of FIG. 11, similar to FIG. 2, the function of a conventional intercooler is performed jointly by a cooling agent and a cooling system that extends from a radiator 110 to a fuel cell battery 22.

[0113] Здесь циркуляционный насос 130 располагается в канале впускной стороны основного канала 102 для охлаждающего вещества на выходной стороне того места, где охлаждающее вещество возвращается в основной канал 102 для охлаждающего вещества из перепускного канала 104 для охлаждающего вещества. Как показано на ФИГ.11, охлаждающее вещество, которое протекает через второй теплообменник 120, отбирается на входе радиатора 110 и на выходе батареи 22 топливных элементов. Таким образом, охлаждающее вещество протекает через радиатор 110 и второй теплообменник 120 на входе циркуляционного насоса 130 и через батарею 22 топливных элементов на выходе циркуляционного насоса 130.[0113] Here, the circulation pump 130 is located in the inlet channel of the main coolant channel 102 on the output side of the place where the coolant returns to the main coolant channel 102 from the bypass channel 104 for the coolant. As shown in FIG. 11, a coolant that flows through the second heat exchanger 120 is sampled at the inlet of the radiator 110 and at the output of the fuel cell battery 22. Thus, the coolant flows through the radiator 110 and the second heat exchanger 120 at the inlet of the circulation pump 130 and through the battery 22 of the fuel cells at the output of the circulation pump 130.

[0114] Соответственно, в данной конструкции (количество охлаждающего вещества, протекающего через радиатор 110) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через второй теплообменник 120) = полному количеству охлаждающего вещества = (количеству охлаждающего вещества, протекающего через батарею 22 топливных элементов). Поэтому в батарею 22 топливных элементов может быть подано достаточно большое количество охлаждающего вещества. В результате, когда температура батареи 22 топливных элементов слишком высока, это тепло может быть быстро отведено на сторону радиатора 110. Кроме того, отношение (количества охлаждающего вещества, протекающего через радиатор 110) к (количеству охлаждающего вещества, протекающего через второй теплообменник 120) может быть отрегулировано посредством процентного соотношения гидравлических сопротивлений указанных двух или подобных. Альтернативно количество охлаждающего вещества, протекающего через указанные, может быть задано с помощью управляющего клапана, который регулирует соотношение распределения, при этом радиатор 110 и второй теплообменник 120 могут работать согласовано.[0114] Accordingly, in this design (amount of coolant flowing through the radiator 110) + (amount of coolant flowing through the second heat exchanger 120) = total amount of coolant = (amount of coolant flowing through the battery 22 of the fuel cells). Therefore, a sufficiently large amount of coolant can be supplied to the battery 22 of the fuel cells. As a result, when the temperature of the fuel cell battery 22 is too high, this heat can be quickly removed to the side of the radiator 110. In addition, the ratio of (amount of coolant flowing through radiator 110) to (amount of coolant flowing through second heat exchanger 120) can be adjusted by the percentage of hydraulic resistance of said two or the like. Alternatively, the amount of coolant flowing through these can be set using a control valve that controls the distribution ratio, with the radiator 110 and the second heat exchanger 120 working in concert.

[0115] Кроме того, перепускной канал 104 для охлаждающего вещества располагается параллельно основному каналу 102 для охлаждающего вещества, что позволяет уменьшить разницу между температурой охлаждающего вещества, выпускаемого из второго теплообменника 120, и температурой охлаждающего вещества, выпускаемого из батареи 22 для топливных элементов. Первая температура определяется температурой питающего газа на впускной стороне увлажнителя 54, а вторая температура определяется температурой питающего газа на выпуске увлажнителя 54. Следовательно, может быть уменьшена разность температур между двумя впусками газа в увлажнитель 54 так, что повреждения, вызываемые разностью температур на этих двух концах, могут быть исключены даже при использовании конструкции воздушного типа.[0115] Furthermore, the bypass channel 104 for the coolant is parallel to the main channel 102 for the coolant, thereby reducing the difference between the temperature of the coolant discharged from the second heat exchanger 120 and the temperature of the coolant discharged from the fuel cell battery 22. The first temperature is determined by the temperature of the feed gas at the inlet side of the humidifier 54, and the second temperature is determined by the temperature of the feed gas at the outlet of the humidifier 54. Consequently, the temperature difference between the two gas inlets to the humidifier 54 can be reduced so that damage caused by the temperature difference at these two ends can be excluded even when using an air type design.

[0116] В системе 340 охлаждения топливного элемента, показанной на ФИГ.12, способ распределения охлаждающего вещества можно изменять в зависимости от того, в каком месте перепускной канал охлаждающего вещества отделяется от основного канала охлаждающего вещества, и от местонахождения циркуляционного насоса 130. На ФИГ.12 показана конструкция системы 340 охлаждения топливного элемента, которая может подавать наибольшее количество охлаждающего вещества в радиатор 110.[0116] In the fuel cell cooling system 340 shown in FIG. 12, the method for distributing the coolant can be changed depending on where the bypass channel of the coolant is separated from the main channel of the coolant, and from the location of the circulation pump 130. In FIG. .12 shows the design of a fuel cell cooling system 340 that can deliver the largest amount of coolant to a radiator 110.

[0117] В системе 340 охлаждения топливного элемента, показанной на ФИГ.12, циркуляционный насос 130 предусмотрен в канале впускной стороны основного канала 102 для охлаждающего вещества за радиатором 110 и перед тем местом, где охлаждающее вещество возвращается в основной канал 102 для охлаждающего вещества из перепускного канала 144 для охлаждающего вещества. Как показано на ФИГ.12, охлаждающее вещество, используемое во втором теплообменнике 120, отбирается перед радиатором 110 и за батареей 22 топливных элементов. Таким образом, на входе циркуляционного насоса 130 охлаждающее вещество протекает только через радиатор 110, в то время как на выходе циркуляционного насоса 130 охлаждающее вещество протекает через второй теплообменник 120 и батарею 22 топливных элементов.[0117] In the fuel cell cooling system 340 of FIG. 12, a circulation pump 130 is provided in the inlet channel of the main coolant channel 102 behind the radiator 110 and before the point where the coolant returns to the main coolant channel 102 from bypass channel 144 for coolant. As shown in FIG. 12, the coolant used in the second heat exchanger 120 is withdrawn in front of the radiator 110 and behind the fuel cell battery 22. Thus, at the inlet of the circulation pump 130, the coolant flows only through the radiator 110, while at the output of the circulation pump 130, the coolant flows through the second heat exchanger 120 and the fuel cell battery 22.

[0118] Следовательно, в соответствии с данной конструкцией (количество охлаждающего вещества, протекающего через радиатор 110) = полному количеству охлаждающего вещества = (количество охлаждающего вещества, протекающего через второй теплообменник 120) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через батарею 22 топливных элементов), так что (количество охлаждающего вещества, протекающего через радиатор 110) может быть максимизировано. В результате, когда разность температур между стороной впуска питающего газа и выпускной стороной батареи 22 топливных элементов велика, эта разность температур может быть эффективно уменьшена путем подачи из батареи 22 топливных элементов в радиатор 110 максимального количества охлаждающего вещества.[0118] Therefore, in accordance with this design (amount of coolant flowing through radiator 110) = total amount of coolant = (amount of coolant flowing through second heat exchanger 120) + (amount of coolant flowing through battery 22 of fuel cells) so that (the amount of coolant flowing through the radiator 110) can be maximized. As a result, when the temperature difference between the feed gas inlet side and the exhaust side of the fuel cell battery 22 is large, this temperature difference can be effectively reduced by supplying the maximum amount of coolant from the battery 22 to the radiator 110.

[0119] На ФИГ.13 показана конструкция системы 350 охлаждения топливного элемента, которая может подавать максимальное количество охлаждающего вещества в батарею 22 топливных элементов.[0119] FIG. 13 shows a design of a fuel cell cooling system 350 that can supply a maximum amount of coolant to a fuel cell battery 22.

[0120] В системе 350 охлаждения топливного элемента, показанной на ФИГ.13, циркуляционный насос 130 располагается в канале впускной стороны основного канала 102 для охлаждающего вещества на выходе того места, где охлаждающее вещество возвращается из перепускного канала 154 для охлаждающего вещества и непосредственно на входе батареи 22 топливных элементов. Как показано на ФИГ.13, охлаждающее вещество, используемое во втором теплообменнике 120, отбирается на входе радиатора 110 и на выходе батареи топливных элементов 22. Таким образом, на входе циркуляционного насоса 130 охлаждающее вещество протекает через радиатор 110 и второй теплообменник 120, в то время как на выходе циркуляционного насоса 130 охлаждающее вещество протекает только через батарею 22 топливных элементов.[0120] In the fuel cell cooling system 350 shown in FIG. 13, the circulation pump 130 is located in the inlet channel of the main coolant channel 102 at the outlet where the coolant returns from the coolant bypass channel 154 and directly at the inlet batteries 22 fuel cells. As shown in FIG. 13, the coolant used in the second heat exchanger 120 is sampled at the inlet of the radiator 110 and at the output of the battery of the fuel cells 22. Thus, at the inlet of the circulation pump 130, the coolant flows through the radiator 110 and the second heat exchanger 120, while while at the outlet of the circulation pump 130, the coolant flows only through the battery 22 of the fuel cells.

[0121] Следовательно, в соответствии с данной конструкцией (количество охлаждающего вещества, протекающего через радиатор 110) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через второй теплообменник 120) = полному количеству охлаждающего вещества = (количеству охлаждающего вещества, протекающего через батарею 22 топливных элементов), так что (количество охлаждающего вещества, протекающего через батарею 22 топливных элементов) может быть максимизировано. В результате тепло от батареи 22 топливных элементов может быть эффективно отведено путем отвода в батарею 22 топливных элементов максимального количества охлаждающего вещества.[0121] Therefore, in accordance with this design (amount of coolant flowing through radiator 110) + (amount of coolant flowing through second heat exchanger 120) = total amount of coolant = (amount of coolant flowing through battery 22 of fuel cells) so that (the amount of coolant flowing through the battery 22 of the fuel cells) can be maximized. As a result, heat from the battery 22 of the fuel cells can be effectively removed by removing the maximum amount of coolant to the battery 22 of the fuel cells.

[0122] В данной системе охлаждения топливного элемента охлаждающее вещество можно также отводить из основного канала для охлаждающего вещества в теплообменник системы кондиционирования воздуха в салоне транспортного средства. На ФИГ.14 показана конструкция системы 360 охлаждения топливного элемента, в которой охлаждающее вещество отводится в теплообменник системы кондиционирования воздуха.[0122] In this fuel cell cooling system, the coolant can also be removed from the main channel for the coolant to the heat exchanger of the air conditioning system in the passenger compartment of the vehicle. FIG. 14 shows a design of a fuel cell cooling system 360 in which coolant is discharged to a heat exchanger of an air conditioning system.

[0123] В дополнение к системе охлаждения, содержащей перепускной канал 104 для охлаждающего вещества и второй теплообменник 120, которая описана со ссылками на ФИГ.11, система 360 охлаждения топливного элемента, показанная на ФИГ.14, также снабжена перепускным каналом 164 для системы кондиционирования воздуха, посредством которого охлаждающее вещество из основного канала 102 для охлаждающего вещества отводится в теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха в салоне 162 транспортного средства. В перепускном канале 164 для охлаждающего вещества системы кондиционирования воздуха предусмотрены в случае необходимости нагреватель 166 и запорный клапан 168, который управляет (избирательно разрешает или блокирует) отведение охлаждающего вещества в перепускной канал 164 для охлаждающего вещества системы кондиционирования воздуха.[0123] In addition to a cooling system comprising a bypass channel 104 for cooling medium and a second heat exchanger 120, which is described with reference to FIG. 11, the fuel cell cooling system 360 shown in FIG. 14 is also provided with a bypass channel 164 for an air conditioning system air, through which the coolant from the main channel 102 for the coolant is discharged into the heat exchanger 170 of the air conditioning system in the passenger compartment 162 of the vehicle. If necessary, a heater 166 and a shutoff valve 168 are provided in the bypass channel 164 for the cooling agent of the air conditioning system, which controls (selectively enables or blocks) the discharge of the coolant into the bypass channel 164 for the cooling agent of the air conditioning system.

[0124] Охлаждающее вещество в основном канале 102 для охлаждающего вещества отводится в теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха в месте непосредственно перед впуском охлаждающего вещества в батарею 22 топливных элементов. Как показано на ФИГ.14, охлаждающее вещество, используемое в теплообменнике 170 системы кондиционирования воздуха, отбирается перед батарей 22 топливных элементов. Кроме того, когда запорный клапан 168 открыт, охлаждающее вещество, которое было отведено из основного канала 102 для охлаждающего вещества, поступает в теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха через нагреватель 166, а затем возвращается в основной канал 102 охлаждающего вещества. Место возврата охлаждающего вещества располагается непосредственно после выпуска охлаждающего вещества из батареи 22 топливных элементов.[0124] The coolant in the main channel 102 for the coolant is discharged into the heat exchanger 170 of the air conditioning system in place immediately before the inlet of the coolant into the fuel cell battery 22. As shown in FIG. 14, the coolant used in the air conditioning system heat exchanger 170 is sampled in front of the fuel cell batteries 22. In addition, when the shutoff valve 168 is open, the coolant that has been discharged from the main channel 102 for the coolant enters the heat exchanger 170 of the air conditioning system through the heater 166, and then returns to the main channel 102 of the coolant. The return point of the coolant is located immediately after the release of the coolant from the battery 22 of the fuel cells.

[0125] В соответствии с данной конструкцией (количество охлаждающего вещества, протекающего через радиатор 110) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через второй теплообменник 120) = полному количеству охлаждающего вещества = (количество охлаждающего вещества, протекающего через батарею 22 топливных элементов) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха). Следовательно, охлаждающее вещество может подаваться в теплообменник системы кондиционирования воздуха, в то время как соответствующее количество охлаждающего вещества поступает также в батарею 22 топливных элементов.[0125] In accordance with this design (amount of coolant flowing through radiator 110) + (amount of coolant flowing through second heat exchanger 120) = total amount of coolant = (amount of coolant flowing through battery 22 of fuel cells) + ( the amount of coolant flowing through the heat exchanger 170 of the air conditioning system). Therefore, the coolant can be supplied to the heat exchanger of the air conditioning system, while the corresponding amount of coolant also enters the battery 22 of the fuel cells.

[0126] Таким образом, в соответствии с данной конструкцией циркулирующее охлаждающее вещество, которое было нагрето за счет работы батареи 22 топливных элементов и поддерживается при соответствующей температуре посредством радиатора 110, может подаваться в теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха, так что обогрев салона 162 транспортного средства и соответствующее кондиционирование могут быть достигнуты без применения специально предусмотренной отдельной системы кондиционирования воздуха. При необходимости могут также быть использованы нагреватель 112 или нагреватель 166. Кроме того, когда батарея 22 топливных элементов прогрета недостаточно, можно не допустить подачи охлаждающего вещества в теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха, перекрыв запорный клапан 168.[0126] Thus, in accordance with this construction, a circulating coolant that has been heated by the operation of the fuel cell battery 22 and maintained at a suitable temperature by the radiator 110 can be supplied to the air conditioning system heat exchanger 170, so that the interior of the vehicle 162 is heated. and appropriate conditioning can be achieved without the use of a specially designed separate air conditioning system. If necessary, a heater 112 or a heater 166 may also be used. In addition, when the fuel cell battery 22 is not sufficiently warmed up, it is possible to prevent the coolant from being supplied to the air conditioning system heat exchanger 170 by closing the shutoff valve 168.

[0127] Таким образом, открывая запорный клапан 168 только тогда, когда необходимо нагреть салон транспортного средства, можно уменьшить мощность, потребляемую циркуляционным насосом 130. Кроме того, как показано на ФИГ.14, за счет применения в системе теплообменника 170 системы кондиционирования воздуха нагревателя 166, который способствует обогреву салона транспортного средства, можно уменьшить расход топлива без потери давления в нагревателе 166 во время нормального режима охлаждения батареи 22 топливных элементов, когда запорный клапан 168 закрыт.[0127] Thus, by opening the shut-off valve 168 only when it is necessary to heat the interior of the vehicle, the power consumed by the circulation pump 130 can be reduced. Furthermore, as shown in FIG. 14, by using a heater air conditioning system in the heat exchanger 170 system 166, which helps to heat the interior of the vehicle, it is possible to reduce fuel consumption without losing pressure in the heater 166 during normal cooling mode of the fuel cell battery 22 when the shutoff valve 168 is closed t

[0128] Как описано выше, за счет совместного использования охлаждающего вещества системой охлаждения батареи 22 топливных элементов и системой кондиционирования воздуха в салоне и посредством избирательного открывания и закрывания запорного клапан 168 в зависимости от температуры батареи 22 топливных элементов и температуры в салоне транспортного средства, система охлаждения батареи 22 топливных элементов и система кондиционирования воздуха в салоне могут быть объединены с использованием согласованного управления. На ФИГ.14 предусмотрен перепускной канал 104 для охлаждающего вещества, который включает второй теплообменник 120 и радиатор 110, при этом второй теплообменник 120 и теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха управляются согласовано. Однако, альтернативно, второй теплообменник 120 может отсутствовать, и согласованное управление может распространяться на радиатор 110 и на теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха.[0128] As described above, by sharing the coolant with the cooling system of the fuel cell battery 22 and the cabin air conditioning system and by selectively opening and closing the shutoff valve 168 depending on the temperature of the fuel cell battery 22 and the temperature in the passenger compartment, the system cooling the fuel cell battery 22 and the cabin air conditioning system can be combined using coordinated controls. 14, a bypass channel 104 is provided for the cooling medium, which includes a second heat exchanger 120 and a radiator 110, wherein the second heat exchanger 120 and the air conditioning system heat exchanger 170 are controlled in a coordinated manner. However, alternatively, the second heat exchanger 120 may be absent, and coordinated control may extend to the radiator 110 and the heat exchanger 170 of the air conditioning system.

[0129] В системе охлаждения, которая включает теплообменник системы кондиционирования воздуха, способ распределения охлаждающего вещества можно изменять в зависимости от того, в каком месте перепускной канал системы кондиционирования воздуха отделяется от основного канала для охлаждающего вещества, и от местонахождения циркуляционного насоса 130. На ФИГ.15 показана конструкция системы 380 охлаждения топливного элемента в соответствии с двенадцатым примером осуществления изобретения. В этой системе охлаждающее вещество возвращается в основной канал 102 для охлаждающего вещества из теплообменника 170 системы кондиционирования воздуха непосредственно после радиатора 110.[0129] In the cooling system, which includes an air conditioning system heat exchanger, the method for distributing the cooling agent can be changed depending on where the bypass channel of the air conditioning system is separated from the main channel for the cooling agent, and from the location of the circulation pump 130. In FIG. .15 shows the design of a fuel cell cooling system 380 in accordance with a twelfth embodiment of the invention. In this system, the coolant is returned to the main channel 102 for the coolant from the heat exchanger 170 of the air conditioning system immediately after the radiator 110.

[0130] В системе 380 охлаждения топливного элемента, показанной на ФИГ.15, охлаждающее вещество из основного канала 102 для охлаждающего вещества отводится в теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха за батареей 22 топливных элементов и перед радиатором 110. Как показано на ФИГ.15, охлаждающее вещество, используемое в теплообменнике 170 системы кондиционирования воздуха, отбирается непосредственно на выходе охлаждающего вещества из батареи 22 топливных элементов и на входе радиатора 110. Кроме того, когда запорный клапан 168 открыт, охлаждающее вещество, которое было отведено из основного канала 102 для охлаждающего вещества, подается в теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха и нагреватель 166, а затем возвращается в основной канал 102 для охлаждающего вещества. Место возврата охлаждающего вещества располагается за выходом радиатора 110 и перед входом циркуляционного насоса 130.[0130] In the fuel cell cooling system 380 of FIG. 15, the coolant from the main coolant channel 102 is discharged to the air conditioning system heat exchanger 170 behind the fuel cell battery 22 and before the radiator 110. As shown in FIG. 15, the cooling the substance used in the heat exchanger 170 of the air conditioning system is taken directly at the outlet of the coolant from the battery 22 of the fuel cells and at the inlet of the radiator 110. In addition, when the shutoff valve 168 is open, cooling e a substance that has been allocated from the main channel 102 for the coolant is supplied to heat exchanger 170 in the air conditioning and the heater 166, and then returns to the main channel 102 for the coolant. The return point of the coolant is located beyond the outlet of the radiator 110 and before the inlet of the circulation pump 130.

[0131] В соответствии с данной конструкцией (количество охлаждающего вещества, протекающего через радиатор 110) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха) + (количество охлаждающего вещества, протекающего через второй теплообменник 120) = полному количеству охлаждающего вещества = (количеству охлаждающего вещества, протекающего через батарею 22 топливных элементов). Следовательно, охлаждающее вещество можно подавать в другие элементы, в то время как значительное количество охлаждающего вещества поступает также в батарею 22 топливных элементов.[0131] According to this design (amount of coolant flowing through radiator 110) + (amount of coolant flowing through heat exchanger 170 of the air conditioning system) + (amount of coolant flowing through second heat exchanger 120) = total amount of coolant = (the amount of coolant flowing through the battery 22 of the fuel cells). Therefore, the coolant can be supplied to other elements, while a significant amount of coolant also enters the battery 22 of the fuel cells.

[0132] Таким образом, в соответствии с данной конструкцией циркулирующее охлаждающее вещество, которое было нагрето за счет работы батареи 22 топливных элементов и поддерживается при соответствующей температуре посредством радиатора 110, может подаваться в теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха, так что обогрев салона 162 транспортного средства и соответствующее кондиционирование могут быть достигнуты без применения специально предусмотренной отдельной системы кондиционирования воздуха. При необходимости также может быть использован нагреватель 166. Кроме того, когда батарея 22 топливных элементов прогрета недостаточно, можно не допустить подачи холодного охлаждающего вещества в теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха, перекрыв запорный клапан 168. Поскольку в батарею 22 топливных элементов можно подавать значительное количество охлаждающего вещества, тепло может быть быстро отведено из батареи 22 топливных элементов.[0132] Thus, in accordance with this construction, a circulating coolant that has been heated by operation of the fuel cell battery 22 and maintained at a suitable temperature by the radiator 110 can be supplied to the air conditioning system heat exchanger 170, so that the interior of the vehicle 162 is heated. and appropriate conditioning can be achieved without the use of a specially designed separate air conditioning system. If necessary, a heater 166 may also be used. In addition, when the fuel cell battery 22 is not sufficiently warmed up, it is possible to prevent the supply of cold coolant to the air conditioning system heat exchanger 170 by closing the shutoff valve 168. Since a significant amount of cooling can be supplied to the fuel cell battery 22 substances, heat can be quickly removed from the battery 22 of the fuel cells.

[0133] Как описано выше, даже в системе охлаждения батареи топливных элементов, в которой охлаждающее вещество из основного канала для охлаждающего вещества не протекает через увлажнитель 54, способ распределения охлаждающего вещества можно изменять в зависимости от того, в каком месте перепускной канал второго теплообменника и перепускной канал системы кондиционирования воздуха отделяются от основного канала для охлаждающего вещества, а также от местонахождения циркуляционного насоса. Следовательно, путем переключения места, где поток отводится из основного канала для охлаждающего вещества, и места расположения циркуляционного насоса можно согласовано регулировать охлаждение батареи топливных элементов, теплообмен между питающим газом и воздушным компрессором (АСР) 48 посредством второго теплообменника и кондиционирование воздуха в салоне транспортного средства посредством теплообменника системы кондиционирования воздуха и т.п., так что в каждую из этих систем охлаждения будут подаваться соответствующие количества охлаждающего вещества в соответствии с рабочим состоянием системы 10 управления топливным элементом или рабочим состоянием транспортного средства.[0133] As described above, even in a fuel cell battery cooling system in which coolant does not flow from the main coolant channel through the humidifier 54, the method of distributing the coolant can be changed depending on where the bypass channel of the second heat exchanger and the bypass channel of the air conditioning system is separated from the main channel for the coolant, as well as from the location of the circulation pump. Therefore, by switching the place where the flow is diverted from the main channel for the coolant and the location of the circulation pump, it is possible to co-ordinate the cooling of the fuel cell battery, the heat exchange between the supply gas and the air compressor (ACP) 48 by means of a second heat exchanger, and the air conditioning in the passenger compartment by means of an air conditioning system heat exchanger or the like, so that appropriate quantities will be supplied to each of these cooling systems Islands of coolant in accordance with the operating condition of the control system 10 or a fuel cell vehicle operating condition.

[0134] Например, применение средства переключения положения перепуска для переключения местонахождения в основном канале охлаждающего вещества впуска и выпуска перепускного канала, который отводит охлаждающее вещество из основного канала для охлаждающего вещества во второй теплообменник, обеспечивает подачу в батарею топливных элементов охлаждающего вещества в количестве, соответствующем рабочему состоянию батареи топливных элементов, путем переключения места перепуска в зависимости от рабочего состояния батареи топливных элементов.[0134] For example, using the bypass position switching means to switch the location in the main intake coolant channel and the bypass outlet, which draws the coolant from the main coolant channel to the second heat exchanger, provides a quantity corresponding to the amount of coolant in the fuel cell stack the operating state of the fuel cell battery by switching the bypass location depending on the operating state of the fuel cell battery in.

[0135] Кроме того, применение средства переключения места перепуска для переключения местонахождения в основном канале охлаждающего вещества впуска и выпуска перепускного канала, который отводит охлаждающее вещество из основного канала охлаждающего вещества в теплообменник системы кондиционирования воздуха, обеспечивает подачу в теплообменник системы кондиционирования воздуха охлаждающего вещества в количестве, соответствующем температуре в салоне транспортного средства, путем переключения места перепуска в зависимости от температуры в салоне.[0135] In addition, the use of the bypass switching means for switching the location in the main intake channel of the inlet coolant and the outlet of the bypass channel, which removes the cooling substance from the main channel of the cooling substance to the air conditioning system heat exchanger, provides cooling medium to the air conditioning system heat exchanger the amount corresponding to the temperature in the vehicle compartment by switching the place of the bypass depending on the temperature tours in the cabin.

[0136] На ФИГ.16 показана конструкция системы 400 охлаждения топливного элемента в соответствии с четырнадцатым предпочтительным примером осуществления изобретения. Здесь конструкция перепускного канала охлаждающего вещества системы кондиционирования воздуха была изменена таким образом, что охлаждающее вещество, протекающее в теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха, можно использовать либо совместно с каналом 102 для охлаждающего вещества, либо только для теплообменника 170 системы кондиционирования воздуха.[0136] FIG. 16 shows a design of a fuel cell cooling system 400 in accordance with a fourteenth preferred embodiment of the invention. Here, the design of the bypass channel of the cooling agent of the air conditioning system has been changed so that the cooling agent flowing into the heat exchanger 170 of the air conditioning system can be used either in conjunction with the channel 102 for the cooling agent, or only for the heat exchanger 170 of the air conditioning system.

[0137] В системе 400 охлаждения топливного элемента, показанной на ФИГ. 16, перепускной канал 202 системы кондиционирования воздуха включает три элемента. Т.е. весь перепускной канал 202 для охлаждающего вещества системы кондиционирования воздуха состоит из входного/выходного канала 204, через который охлаждающее вещество отбирается из основного канала 102 для охлаждающего вещества и возвращается в него, перепускного канала 206 системы кондиционирования воздуха, по которому охлаждающее вещество протекает через теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха, и циркуляционного канала 208, который проходит параллельно перепускному каналу 206 системы кондиционирования воздуха.[0137] In the fuel cell cooling system 400 shown in FIG. 16, the bypass duct 202 of the air conditioning system includes three elements. Those. the entire bypass channel 202 for the cooling medium of the air conditioning system consists of an inlet / outlet channel 204, through which the cooling medium is taken from the main channel 102 for the cooling medium and returned to it, the bypass channel 206 of the air conditioning system through which the cooling medium flows through the heat exchanger 170 air conditioning systems, and a circulation channel 208, which runs parallel to the bypass channel 206 of the air conditioning system.

[0138] Как показано на ФИГ.16, в точке соединения этих трех каналов, т.е. входного/выходного канала 204, перепускного канала 206 системы кондиционирования воздуха и циркуляционного канала 208, устанавливается трехходовой клапан 212. Таким образом, соединение между входным/выходным каналом 204, перепускным каналом 206 системы кондиционирования воздуха и циркуляционным каналом 208 можно переключать с помощью трехходового клапана 212. В этом смысле трехходовой клапан 212 является средством переключения соединения между перепускным каналом 206 системы кондиционирования воздуха и входным/выходным каналом 204, который подсоединен к основному каналу 102 для охлаждающего вещества, и соединения между перепускным каналом 206 системы кондиционирования воздуха и циркуляционным каналом 208. Несколько режимов переключения будут описаны ниже.[0138] As shown in FIG. 16, at the junction of these three channels, i.e. the inlet / outlet channel 204, the bypass channel 206 of the air conditioning system and the circulation channel 208, establishes a three-way valve 212. Thus, the connection between the inlet / outlet channel 204, the bypass channel 206 of the air conditioning system and the circulation channel 208 can be switched using a three-way valve 212 In this sense, the three-way valve 212 is a means of switching the connection between the bypass channel 206 of the air conditioning system and the input / output channel 204, which is connected inen to the main channel 102 for the coolant, and the connection between the bypass channel 206 of the air conditioning system and the circulation channel 208. Several modes of switching will be described below.

[0139] В перепускном канале 206 системы кондиционирования воздуха, кроме циркуляционного насоса 130, установленного в главном канале охлаждающего вещества 102, предусмотрен насос для перекачки охлаждающего вещества. Для того, чтобы отличать этот насос от циркуляционного насоса 130, он будет называться вторым циркуляционным насосом 220. В перепускном канале 206 системы кондиционирования воздуха последовательно установлены этот второй циркуляционный насос 220, нагреватель 222 и теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха. На ФИГ.16 эти элементы расположены в следующем порядке: трехходовой клапан 212, второй циркуляционный насос 220, нагреватель 222 и теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха. Однако, альтернативно, различные элементы могут быть расположены между впуском и выпуском трехходового клапана 212 в другом порядке и, в зависимости от конкретного случая, могут дополнительно включать переключающий или аналогичный клапан и быть расположены параллельно.[0139] In the bypass channel 206 of the air conditioning system, in addition to the circulation pump 130 installed in the main channel of the coolant 102, a pump for pumping the coolant is provided. In order to distinguish this pump from the circulation pump 130, it will be called the second circulation pump 220. In the bypass duct 206 of the air conditioning system, this second circulation pump 220, a heater 222 and an air conditioning system heat exchanger 170 are installed in series. In FIG. 16, these elements are arranged in the following order: a three-way valve 212, a second circulation pump 220, a heater 222, and an air conditioning system heat exchanger 170. However, alternatively, various elements may be located between the inlet and outlet of the three-way valve 212 in a different order and, depending on the particular case, may further include a switching or similar valve and be arranged in parallel.

[0140] Второй циркуляционный насос 220 является циркуляционным насосом для охлаждающего вещества, который меньше, чем циркуляционный насос 130 в основном канале 102 для охлаждающего вещества. Циркуляционный насос 130 в основном канале 102 для охлаждающего вещества имеет такую производительность, которая обеспечивает надежную работу даже при большом расходе, так что охлаждающее вещество может прокачиваться через канал охлаждающего вещества, который содержит радиатор 110, увлажнитель 54 и батарею 22 топливных элементов, быстро осуществлять теплообмен и поддерживаться при соответствующей температуре. В отличие от этого, второй циркуляционный насос 220 предназначен для перекачки охлаждающего вещества главным образом через теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха, и поэтому может быть насосом небольшой производительности. Поскольку этот второй циркуляционный насос 220 является небольшим, при малом расходе эффективность его эксплуатации выше, чем у циркуляционного насоса 130 в основном канале 102 для охлаждающего вещества. Кроме того, второй циркуляционный насос 220 предпочтительно является таким, что охлаждающее вещество может проходить через него, даже когда он не работает. Благодаря этому предотвращается понижение кпд циркуляции охлаждающего вещества, даже когда второй циркуляционный насос 220 не работает.[0140] The second circulation pump 220 is a coolant circulation pump that is smaller than a circulation pump 130 in the main coolant passage 102. The circulation pump 130 in the main channel 102 for the coolant has such a capacity that ensures reliable operation even at high flow rates, so that the coolant can be pumped through the channel of the coolant, which contains a radiator 110, a humidifier 54 and a battery 22 of fuel cells, to quickly heat exchange and maintained at the appropriate temperature. In contrast, the second circulation pump 220 is designed to pump coolant mainly through the heat exchanger 170 of the air conditioning system, and therefore may be a small capacity pump. Since this second circulation pump 220 is small, at a low flow rate, its operational efficiency is higher than that of the circulation pump 130 in the main channel 102 for the cooling medium. In addition, the second circulation pump 220 is preferably such that the coolant can pass through it even when it is not working. This prevents a decrease in the efficiency of circulation of the coolant, even when the second circulation pump 220 is not working.

[0141] Входной/выходной канал 204 является каналом охлаждающего вещества, который проходит от основного канала 102 для охлаждающего вещества до трехходового клапана 212, так что в этом смысле его можно рассматривать как ответвление основного канала 102 охлаждающего вещества. Циркуляционный канал 208 образует замкнутый канал, т.к. он подсоединяется параллельно перепускному каналу 206 системы кондиционирования воздуха.[0141] The inlet / outlet channel 204 is a coolant channel that extends from the main coolant channel 102 to the three-way valve 212, so that in this sense it can be considered a branch of the main coolant channel 102. The circulation channel 208 forms a closed channel, because it is connected in parallel with the bypass duct 206 of the air conditioning system.

[0142] Далее будет описано переключение каналов охлаждающего вещества посредством трехходового клапана 212. Операция переключения трехходового клапана 212 выполняется посредством управляющей охлаждением части (не показана) в соответствии с рабочим состоянием батареи 22 топливных элементов. Управляющая охлаждением часть может также быть объединена с управляющей частью 70 системы 10 управления топливным элементом. На ФИГ.17 показан перепускной канал 206 системы кондиционирования воздуха, соединенный с циркуляционным каналом 208 в виде замкнутого контура, что достигается путем переключения трехходового клапана 212. В этом случае входной/выходной канал 204 отсоединен от замкнутого канала. Для большей наглядности трехходовой клапан 212 на ФИГ.17 показан пунктиром. Более конкретно, этот замкнутый канал образуется путем такого переключения трехходового клапана 212, чтобы он соединял одну сторону перепускного канала 206 системы кондиционирования воздуха с одной стороной циркуляционного канала 208.[0142] Next, switching of the coolant channels by the three-way valve 212 will be described. The switching operation of the three-way valve 212 is performed by the cooling control part (not shown) in accordance with the operating state of the fuel cell battery 22. The cooling control part may also be combined with the control part 70 of the fuel cell control system 10. 17, the bypass channel 206 of the air conditioning system is connected to the circulation channel 208 in the form of a closed loop, which is achieved by switching the three-way valve 212. In this case, the input / output channel 204 is disconnected from the closed channel. For clarity, the three-way valve 212 in FIG. 17 is shown in dashed lines. More specifically, this closed channel is formed by switching the three-way valve 212 so that it connects one side of the bypass channel 206 of the air conditioning system with one side of the circulation channel 208.

[0143] При образовании такого замкнутого канала охлаждающее вещество может перекачиваться по этому замкнутому каналу вторым циркуляционным насосом 220 независимо от основного канала 102 для охлаждающего вещества. Т.е. охлаждающее вещество может циркулировать между нагревателем 222 и теплообменником 170 системы кондиционирования воздуха. Такое состояние предпочтительно используется тогда, когда батарея 22 топливных элементов все еще работает при низкой температуре. В результате можно предотвратить поступление холодного охлаждающего вещества, которое еще не было достаточно нагрето батареей 22 топливных элементов, в теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха. Кроме того, применение нагревателя 222 и второго циркуляционного насоса 220 позволяет достаточно нагреть охлаждающее вещество в замкнутом канале и подать его в теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха, так что можно эффективно и быстро обогреть салон 162 транспортного средства.[0143] When such a closed channel is formed, the coolant can be pumped through this closed channel by the second circulation pump 220, regardless of the main channel 102 for the coolant. Those. coolant may circulate between the heater 222 and the air conditioning system heat exchanger 170. This condition is preferably used when the fuel cell battery 22 is still operating at a low temperature. As a result, it is possible to prevent the entry of cold coolant, which has not yet been sufficiently heated by the battery 22 of the fuel cells, into the heat exchanger 170 of the air conditioning system. In addition, the use of a heater 222 and a second circulation pump 220 allows the coolant to be sufficiently heated in a closed channel and supplied to a heat exchanger 170 of the air conditioning system, so that it is possible to quickly and efficiently heat the vehicle interior 162.

[0144] На ФИГ.18 показано состояние, в котором трехходовой клапан 212 был переключен на отсоединение циркуляционного канала 208 и соединение входного/выходного канала 204 с перепускным каналом 206. Здесь так же, как и на ФИГ. 17, трехходовой клапан 212 изображен пунктиром, чтобы более наглядно показать канал. Более конкретно, трехходовой клапан 212 включен так, чтобы он соединял одну сторону перепускного канала 206 системы кондиционирования воздуха с той стороной входного/выходного канала 204, которая подсоединяется к впуску охлаждающего вещества из основного канала 102 для охлаждающего вещества. В результате циркуляционный канал 208 отсоединен, в то время как входной/выходной канал 204 и перепускной канал 206 системы кондиционирования воздуха соединены друг с другом, так что перепускной канал 206 системы кондиционирования воздуха может располагаться параллельно основному каналу 102 для охлаждающего вещества, проходящему через батарею 22 топливных элементов.[0144] FIG. 18 shows a state in which a three-way valve 212 has been switched to disconnect the circulation channel 208 and connect the input / output channel 204 to the bypass channel 206. Here, as in FIG. 17, the three-way valve 212 is dotted to show the channel more clearly. More specifically, the three-way valve 212 is turned on so that it connects one side of the bypass channel 206 of the air conditioning system to that side of the inlet / outlet channel 204 that is connected to the inlet of the coolant from the main channel 102 for the coolant. As a result, the circulation channel 208 is disconnected while the inlet / outlet channel 204 and the bypass channel 206 of the air conditioning system are connected to each other, so that the bypass channel 206 of the air conditioning system can be parallel to the main channel 102 for the cooling substance passing through the battery 22 fuel cells.

[0145] Это соединение в основном аналогично конструкции, показанной на ФИГ.6 и 15. Т.е. перепускной канал 202 системы кондиционирования воздуха использует охлаждающее вещество совместно с основным каналом 102 для охлаждающего вещества, и осуществляется так называемое согласованное управление. Таким образом, трехходовой клапан 212 переключает подсоединение перепускного канала 206 системы кондиционирования воздуха между соединением для управления, согласованного с основным каналом 102 для охлаждающего вещества, и соединением для независимого управления. Когда перепускной канал 206 системы кондиционирования воздуха подключен для согласованного управления, второй циркуляционный насос 220 останавливается. Однако, как описано выше, даже когда работа второго циркуляционного насоса остановлена, охлаждающее вещество может по-прежнему свободно протекать через второй циркуляционный насос 220, так что кпд циркуляции охлаждающего вещества через перепускной канал 206 системы кондиционирования воздуха не снижается.[0145] This connection is basically similar to the construction shown in FIGS. 6 and 15. That is, the bypass duct 202 of the air conditioning system uses the coolant in conjunction with the main channel 102 for the coolant, and so-called coordinated control is performed. Thus, the three-way valve 212 switches the connection of the bypass channel 206 of the air conditioning system between the control connection matched with the main coolant channel 102 and the connection for independent control. When the bypass duct 206 of the air conditioning system is connected for coordinated control, the second circulation pump 220 is stopped. However, as described above, even when the operation of the second circulation pump is stopped, the coolant can still flow freely through the second circulation pump 220, so that the efficiency of circulation of the coolant through the bypass channel 206 of the air conditioning system is not reduced.

[0146] Согласованное управление реализуется тогда, когда охлаждающее вещество, которое было нагрето за счет работы батареи 22 топливных элементов и поддерживается при соответствующей температуре посредством радиатора 110, циркулирует так, как описано со ссылками на ФИГ.6 и 15. Поэтому переключение между соединением для получения замкнутого канала, показанным на ФИГ.17, и соединением для согласованного управления зависит от рабочего состояния батареи 22 топливных элементов. Например, когда батарея 22 топливных элементов еще не прогрета, реализуется соединение для получения замкнутого канала, показанное на ФИГ.17, а нагреватель 222 и второй циркуляционный насос 220 работают для повышения температуры охлаждающего вещества, поступающего в теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха. Когда батарея 22 топливных элементов прогрета, и температура охлаждающего вещества в основном канале 102 для охлаждающего вещества возрастает, соединение переключается на прямое соединение, показанное на ФИГ.18, и нагреватель 222 прекращает работу. В результате мощность, требуемая для обогрева салона 162 транспортного средства, может быть уменьшена, вследствие чего уменьшается расход топлива[0146] Coordinated control is implemented when a coolant that has been heated by the operation of the fuel cell battery 22 and maintained at an appropriate temperature by the radiator 110 is circulated as described with reference to FIGS. 6 and 15. Therefore, switching between the connection for 17, the acquisition of the closed channel shown in FIG. 17 and the connection for coordinated control depends on the operating state of the fuel cell battery 22. For example, when the fuel cell battery 22 is not yet warmed up, a closed channel connection is shown in FIG. 17, and the heater 222 and the second circulation pump 220 operate to raise the temperature of the coolant entering the heat exchanger 170 of the air conditioning system. When the fuel cell battery 22 is warmed up and the temperature of the coolant in the main coolant passage 102 rises, the connection switches to the direct connection shown in FIG. 18, and the heater 222 stops working. As a result, the power required to heat the interior of the vehicle 162 can be reduced, thereby reducing fuel consumption

[0147] Переключение между соединением для получения замкнутого канала, показанным на ФИГ.17, и прямым соединением, показанным на ФИГ.18, может быть произведено тогда, когда температура охлаждающего вещества в батарее 22 топливных элементов достигает заданного значения температуры охлаждающего вещества. Альтернативно для дополнительного улучшения расхода топлива переключение может быть произведено даже раньше, тогда, когда охлаждающее вещество достигает температуры 50 градусов Цельсия, при которой становится возможен теплообмен и которая близка к заданной температуре охлаждающего вещества.[0147] Switching between the closed channel connection shown in FIG. 17 and the direct connection shown in FIG. 18 can be made when the temperature of the coolant in the fuel cell battery 22 reaches a predetermined temperature value of the coolant. Alternatively, to further improve fuel consumption, switching can be done even earlier, when the coolant reaches a temperature of 50 degrees Celsius, at which heat exchange is possible and which is close to the target temperature of the coolant.

[0148] На ФИГ.19 показан модифицированный пример соединения, изображенного на ФИГ.18. Здесь охлаждающее вещество, протекающее через перепускной канал 206 системы кондиционирования воздуха, возвращается в основный канал 102 для охлаждающего вещества на входе батареи 22 топливных элементов. Кроме того, трехходовой клапан 212 переключается так, что он соединяет ту сторону входного/выходного канала 204, которая соединена с местом, где охлаждающее вещество отбирается из основного канала 102 для охлаждающего вещества, с одной из сторон перепускного канала 206. В результате циркуляционный канал 208 отсоединяется, а входной/выходной канал 204 напрямую соединяется с перепускным каналом 206; при этом второй циркуляционный насос 220 работает, а циркуляционный насос 130 главного канала 102 для охлаждающего вещества останавливается. Часть, управляющая охлаждением (не показана), в соответствии с рабочим состоянием батареи топливных элементов 22 осуществляет управление работой циркуляционного насоса 130 основного канала 102 для охлаждающего вещества и второго циркуляционного насоса 220.[0148] FIG. 19 shows a modified example of the compound depicted in FIG. 18. Here, the coolant flowing through the bypass duct 206 of the air conditioning system returns to the main coolant duct 102 at the inlet of the fuel cell stack 22. In addition, the three-way valve 212 is switched so that it connects the side of the inlet / outlet channel 204, which is connected to the place where the coolant is taken from the main channel 102 for the coolant, on one side of the bypass channel 206. As a result, the circulation channel 208 disconnected, and the input / output channel 204 is directly connected to the bypass channel 206; while the second circulation pump 220 is running, and the circulation pump 130 of the main channel 102 for the cooling medium is stopped. The cooling control part (not shown), in accordance with the operating state of the fuel cell battery 22, controls the operation of the circulation pump 130 of the main channel 102 for the cooling medium and the second circulation pump 220.

[0149] Когда циркуляционный насос 130 основного канала 102 для охлаждающего вещества не работает, охлаждающее вещество не циркулирует через основной канал 102 для охлаждающего вещества. При этих условиях, когда второй циркуляционный насос 220 работает, а соединение установлено так, как показано на ФИГ.19, охлаждающее вещество циркулирует по замкнутому контуру, протекая из второго циркуляционного насоса 220 в нагреватель 222, в теплообменник 170 системы кондиционирования воздуха и в батарею 22 топливных элементов, а затем возвращается обратно во второй циркуляционный насос 220.[0149] When the circulation pump 130 of the main coolant channel 102 is not operating, the coolant does not circulate through the main coolant channel 102. Under these conditions, when the second circulation pump 220 is operating and the connection is established as shown in FIG. 19, the coolant circulates in a closed circuit, flowing from the second circulation pump 220 to the heater 222, to the heat exchanger 170 of the air conditioning system and to the battery 22 fuel cells, and then returns back to the second circulation pump 220.

[0150] Рабочее состояние, описанное выше со ссылками на ФИГ. 19, может быть использовано, когда батарея 22 топливных элементов работает при малой нагрузке, например, когда батарея 22 топливных элементов работает на холостом ходу или периодически. Поскольку, когда батарея 22 топливных элементов работает при малой нагрузке, выделяется небольшое количество тепла, охлаждения посредством радиатора 110 зачастую не требуется. Поэтому циркуляционный насос 130 основного канала 102 для охлаждающего вещества останавливается, и охлаждающее вещество вместо него перекачивается меньшим вторым циркуляционным насосом 220. Когда расход невелик, второй циркуляционный насос 220 работает с более высоким кпд, чем имеющий большую производительность циркуляционный насос 130. Т.е. меньший второй циркуляционный насос 220 способен эффективно перекачивать охлаждающее вещество при меньшей мощности, чем высокопроизводительный циркуляционный насос 130, что позволяет уменьшить расход топлива, когда батарея 22 топливных элементов работает при малой нагрузке. Когда батарея 22 топливных элементов работает при средней или большой нагрузке, второй циркуляционный насос 220 останавливается, и охлаждающее вещество перекачивается только циркуляционным насосом 130 основного канала 102 для охлаждающего вещества, как описано со ссылками на ФИГ.9. Соответственно, мощность, требуемую для привода второго циркуляционного насоса 220, можно уменьшить, что в свою очередь позволяет сократить расход топлива при средней или большой нагрузке.[0150] The operating state described above with reference to FIG. 19 may be used when the fuel cell battery 22 is operating at low load, for example, when the fuel cell battery 22 is idling or periodically. Since, when the fuel cell battery 22 is operating under light load, a small amount of heat is generated, cooling by the radiator 110 is often not required. Therefore, the circulation pump 130 of the main channel 102 for the coolant is stopped, and the coolant is pumped instead by the smaller second circulation pump 220. When the flow rate is low, the second circulation pump 220 operates at a higher efficiency than the circulation pump 130 having a higher capacity. That is the smaller second circulation pump 220 is capable of efficiently pumping coolant at lower power than the high-performance circulation pump 130, which can reduce fuel consumption when the fuel cell battery 22 is operating at low load. When the fuel cell battery 22 is operating at medium or heavy load, the second circulation pump 220 is stopped and the coolant is only pumped by the circulation pump 130 of the main coolant passage 102, as described with reference to FIG. 9. Accordingly, the power required to drive the second circulation pump 220 can be reduced, which in turn can reduce fuel consumption at medium or heavy load.

[0151] Далее, когда пользователь выключает кондиционирование воздуха в салоне 162 транспортного средства после того, как охлаждающее вещество было нагрето при соединении для получения замкнутого канала, показанном на ФИГ.17, и салон 162 транспортного средства обогревается теплообменником 170 системы кондиционирования воздуха, соединение переключается на прямое соединение, показанное на ФИГ.18 или 19, в то время как нагреватель 222 продолжает работать. Когда кондиционер выключается, вентилятор и т.п., которые подают теплый воздух из теплообменника 170 системы кондиционирования воздуха в салон 162 транспортного средства, также выключаются. Однако, поскольку, нагреватель 222 по-прежнему работает, нагретое охлаждающее вещество может быть подано в батарею 22 топливных элементов, что позволяет быстро прогреть батарею 22 топливных элементов.[0151] Further, when the user turns off the air conditioning in the vehicle cabin 162 after the coolant has been heated in the connection to obtain the closed channel shown in FIG. 17, and the vehicle cabin 162 is heated by the air conditioning system heat exchanger 170, the connection is switched to the direct connection shown in FIG. 18 or 19, while the heater 222 continues to operate. When the air conditioner is turned off, the fan and the like, which supply warm air from the heat exchanger 170 of the air conditioning system to the vehicle interior 162, are also turned off. However, since the heater 222 is still operating, the heated coolant can be supplied to the fuel cell battery 22, which allows the fuel cell battery 22 to quickly warm up.

[0152] Хотя изобретение было описано со ссылками на примеры осуществления, рассматриваемые как предпочтительные, понятно, что изобретение не ограничено описанными примерами осуществления или конструкциями. Наоборот, изобретение рассчитано на охват всевозможных модификаций и эквивалентных конструкций. Кроме того, хотя различные элементы описанного изобретения показаны в различных сочетаниях и конфигурациях, которые являются примерными, в рамках настоящего изобретения возможны также другие сочетания и конфигурации, включающие большее число элементов, меньшее число или только один элемент.[0152] Although the invention has been described with reference to exemplary embodiments considered to be preferred, it is understood that the invention is not limited to the described exemplary embodiments or constructions. On the contrary, the invention is designed to cover all kinds of modifications and equivalent designs. In addition, although various elements of the described invention are shown in various combinations and configurations, which are exemplary, other combinations and configurations are also possible within the framework of the present invention, including more elements, fewer or only one element.

Claims

1. The cooling system of the fuel cell, which generates electricity through an electrochemical reaction, carried out by supplying fuel gas to the anode side and oxidizing gas to the cathode side, containing:
a channel (102) for a coolant, through which a coolant circulates between the battery (22) of the fuel cells and the radiator (110);
a second heat exchanger (120), which is provided in parallel with the battery (22) of the fuel cells or the radiator (110) and uses a coolant withdrawn from the channel (102) for the coolant;
a circulation pump (130) for a coolant installed in series in the channel (102) for a coolant; and
a humidifier (54) mounted parallel to the inlet of the cathode side of the fuel cell battery (22) through which oxidizing gas is supplied to the cathode side of the fuel cell and the cathode side of the fuel cell battery (22) through which gas is discharged,
wherein the humidifier (54) is located at the outlet of the circulation pump (130) for the coolant and at the inlet of the battery (22) of the fuel cells, and the second heat exchanger uses a coolant taken at the outlet of the radiator (110) and at the inlet of the circulation pump (130) for coolant.

2. The cooling system of a fuel cell that generates electricity through an electrochemical reaction carried out by supplying fuel gas to the anode side and oxidizing gas to the cathode side, comprising:
a channel (102) for a coolant, through which a coolant circulates between the battery (22) of the fuel cells and the radiator (110);
a second heat exchanger that is provided in parallel with the fuel cell battery (22) or radiator (110) and uses a coolant discharged from the channel (102) for the coolant, the second heat exchanger serving as a cooling device for the gas compressor supplying the oxidizing gas;
a circulation pump (130) for a coolant installed in series in the channel (102) for a coolant; and
a humidifier (54) installed parallel to the inlet of the cathode side of the fuel cell battery (22) through which oxidizing gas is supplied to the cathode side of the fuel cell and the cathode side of the fuel cell battery (22) through which gas is discharged,
wherein the humidifier (54) is located at the outlet of the circulation pump (130) for the coolant and at the inlet of the battery (22) of the fuel cells, and the second heat exchanger uses a coolant taken at the outlet of the circulation pump (130) for the coolant and at the inlet of the humidifier ( 54).

3. The cooling system of the fuel cell, which generates electricity through an electrochemical reaction, carried out by supplying fuel gas to the anode side and oxidizing gas to the cathode side, containing:
a channel (102) for a coolant, through which a coolant circulates between the battery (22) of the fuel cells and the radiator (110);
a second heat exchanger that is provided in parallel with the fuel cell battery (22) or radiator (110) and uses a coolant discharged from the channel (102) for the coolant, the second heat exchanger serving as a cooling device for the gas compressor supplying the oxidizing gas;
a circulation pump (130) for a coolant installed in series in the channel (102) for a coolant; and a humidifier (54) mounted parallel to the inlet of the cathode side of the fuel cell battery (22) through which the oxidizing gas is supplied to the cathode side of the fuel cell, and the cathode side of the fuel cell battery (22) is released through which gas is discharged,
in this case, a humidifier (54) is located at the inlet of the circulation pump (130) for the coolant and at the outlet of the radiator (110), and the second heat exchanger uses a coolant taken at the outlet of the radiator (110) and at the inlet of the humidifier (54).

4. The cooling system of the fuel cell, which generates electricity through an electrochemical reaction, carried out by supplying fuel gas to the anode side and oxidizing gas to the cathode side, comprising: a channel (102) for the cooling medium through which the cooling medium circulates between the battery (22) fuel cells and radiator (110);
a second heat exchanger that is provided in parallel with the fuel cell battery (22) or radiator (110) and uses a coolant discharged from the channel (102) for the coolant, the second heat exchanger serving as a cooling device for the gas compressor supplying the oxidizing gas; the fuel cell is an automobile fuel cell mounted on a vehicle, the heat exchanger of the air conditioning system for conditioning the interior of the vehicle is provided in parallel with the battery (22) of the fuel elements, and the coolant removed from the channel (102) for cooling is used in the heat exchanger of the air conditioning system substances;
a circulation pump (130) for a coolant installed in series in the channel (102) for a coolant; and
a humidifier (54) mounted parallel to the inlet of the cathode side of the fuel cell battery (22) through which oxidizing gas is supplied to the cathode side of the fuel cell and the cathode side of the fuel cell battery (22) through which gas is discharged,
at the same time, a humidifier (54) is located at the outlet of the circulation pump (130) for the cooling substance and at the inlet of the battery (22) of the fuel elements, and a coolant is used in the heat exchanger of the air conditioning system, taken at the outlet of the humidifier (54) and at the entrance of the battery (22 ) fuel cells.

5. The cooling system of the fuel cell, which generates electricity through an electrochemical reaction, carried out by supplying fuel gas to the anode side and oxidizing gas to the cathode side, containing:
a channel (102) for a coolant, through which a coolant circulates between the battery (22) of the fuel cells and the radiator (110);
a second heat exchanger that is provided in parallel with the fuel cell battery (22) or radiator (110) and uses a coolant discharged from the channel (102) for the coolant, the second heat exchanger serving as a cooling device for the gas compressor supplying the oxidizing gas; the fuel cell is an automobile fuel cell mounted on a vehicle, the heat exchanger of the air conditioning system for conditioning the interior of the vehicle is provided in parallel with the battery (22) of fuel cells, and the heat exchanger of the air conditioning system uses a coolant discharged from the channel (102) for cooling substances;
a circulation pump (130) for a coolant installed in series in the channel (102) for a coolant; and a humidifier (54) mounted parallel to the inlet of the cathode side of the fuel cell battery (22), through which oxidizing gas is supplied to the cathode side of the fuel cell, and the cathode side of the fuel cell battery (22) through which gas is discharged,
at the same time, a humidifier (54) is located at the outlet of the circulation pump (130) for the cooling substance and at the inlet of the battery (22) of the fuel elements, and a cooling substance is used in the heat exchanger of the air conditioning system, taken at the outlet of the radiator (110) and at the inlet of the circulation pump 130) for coolant.

6. The cooling system of the fuel cell, which generates electricity through an electrochemical reaction, carried out by supplying fuel gas to the anode side and oxidizing gas to the cathode side, containing:
a channel (102) for a coolant, through which a coolant circulates between the battery (22) of the fuel cells and the radiator (110);
a second heat exchanger that is provided in parallel with the fuel cell battery (22) or radiator (110) and uses a coolant discharged from the channel (102) for the coolant, the second heat exchanger serving as a cooling device for the gas compressor supplying the oxidizing gas;
a circulation pump (130) for a coolant installed in series in the channel (102) for a coolant; and
a humidifier (54) mounted parallel to the inlet of the cathode side of the fuel cell battery (22) through which oxidizing gas is supplied to the cathode side of the fuel cell and the cathode side of the fuel cell battery (22) through which gas is discharged; and
means for switching the position of the bypass to switch the location of at least the inlet or outlet of the bypass channel, through which the coolant is removed from the channel (102) for the coolant to the second heat exchanger.

7. The cooling system of the fuel cell, which generates electricity through an electrochemical reaction, carried out by supplying fuel gas to the anode side and oxidizing gas to the cathode side, containing:
a channel (102) for a coolant, through which a coolant circulates between the battery (22) of the fuel cells and the radiator (110);
a second heat exchanger that is provided in parallel with the fuel cell battery (22) or radiator (110) and uses a coolant discharged from the channel (102) for the coolant, the second heat exchanger serving as a cooling device for the gas compressor supplying the oxidizing gas; the fuel cell is an automobile fuel cell mounted on a vehicle, the heat exchanger of the air conditioning system for conditioning the interior of the vehicle is provided in parallel with the battery (22) of the fuel elements, and the coolant removed from the channel (102) for cooling is used in the heat exchanger of the air conditioning system substances; a circulation pump (130) for a coolant installed in series in the channel (102) for a coolant;
a humidifier (54) mounted parallel to the inlet of the cathode side of the fuel cell battery (22) through which oxidizing gas is supplied to the cathode side of the fuel cell and the cathode side of the fuel cell battery (22) through which gas is discharged; and
means for switching the position of the bypass to switch the location of at least the inlet or outlet of the bypass channel through which the coolant is removed from the channel (102) for the coolant to the heat exchanger of the air conditioning system.

8. The cooling system of the fuel cell, which generates electricity through an electrochemical reaction, carried out by supplying fuel gas to the anode side and oxidizing gas to the cathode side, containing:
a channel (102) for a coolant, through which a coolant circulates between the battery (22) of the fuel cells and the radiator (110);
a second heat exchanger that is provided in parallel with the fuel cell battery (22) or radiator (110) and uses a coolant discharged from the channel (102) for the coolant, the second heat exchanger serving as a cooling device for the gas compressor supplying the oxidizing gas; the fuel cell is an automobile fuel cell mounted on a vehicle, the heat exchanger of the air conditioning system for conditioning the interior of the vehicle is provided in parallel with the battery (22) of the fuel elements, and the coolant removed from the channel (102) for cooling is used in the heat exchanger of the air conditioning system substances;
a first coolant circulation pump installed in series in the coolant channel (102);
the bypass channel of the air conditioning system, which is the bypass channel through which coolant flows out from the coolant channel (102) and into which the air conditioning system heat exchanger, a heater and a second circulation pump for the coolant are installed; a circulation channel parallel to the bypass channel of the air conditioning system; but
means for switching the bypass channel of the air conditioning system to switch the connection between the bypass channel of the air conditioning system and the channel (102) for the coolant and the connection between the bypass channel of the air conditioning system and the circulation channel.

9. The fuel cell cooling system of claim 8, in which the switching means of the bypass channel of the air conditioning system switches between the connection to obtain a closed loop, in which the bypass channel of the air conditioning system and the circulation channel are connected in a closed loop and disconnected from the channel (102 ) for the coolant, and a direct connection in which the bypass channel of the air conditioning system and the channel (102) for the coolant are connected directly to connected to the circulation channel.

10. The fuel cell cooling system of claim 9, wherein the second circulation pump is a pump that operates at a higher efficiency than the first circulation pump when the flow rate of the coolant is small; and additionally, means for controlling the operation of the pump are provided for controlling the operation of the first circulation pump and the operation of the second circulation pump connected to each other in accordance with the operating state of the fuel cell, and for stopping the operation of the first circulation pump and pumping the coolant into the battery (22) of the fuel cells with using a second circulation pump when the fuel cell is operating at low load.

11. The cooling system of the fuel cell, which generates electricity through an electrochemical reaction, carried out by supplying fuel gas to the anode side and oxidizing gas to the cathode side, containing:
a channel (102) for a coolant, through which a coolant circulates between the battery (22) of the fuel cells and the radiator (110);
a second heat exchanger (120), which is provided parallel to the battery (22) of the fuel cells or radiator (110) and uses a coolant discharged from the channel (102) for coolant, while the second heat exchanger serves as a cooling device for a gas compressor supplying oxidizing gas ; and a circulation pump (130) for the coolant installed in series in the channel (102) for the coolant;
the second heat exchanger selects the coolant at the inlet of the radiator and at the output of the fuel cell battery and returns the coolant at the output of the radiator and at the input of the fuel cell battery.