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公開番号2025135164
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-18
出願番号2024032831
出願日2024-03-05
発明の名称燃料電池冷却システム
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人弁理士法人快友国際特許事務所
主分類H01M 8/04 20160101AFI20250910BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】インタークーラを冷却するとともに、効率的に燃料電池の温度を上げる技術を提案する。
【解決手段】燃料電池冷却システムでは、第1冷却流路と、第1冷却流路に設けられた燃料電池と、第2冷却流路と、第2冷却流路に設けられたラジエータと、第2冷却流路に設けられたインタークーラと、第1冷却流路と第2冷却流路との間で熱交換を行う中間熱交換器と、第2冷却流路に設けられたバイパス流路を備え、前記燃料電池の発電中において、第1冷却流路の冷媒の温度が第1基準値より低い場合は、中間熱交換器、インタークーラ及びバイパス流路を通る経路で第2冷却流路に冷媒を循環させる第1動作を行い、第1冷却流路の冷媒の温度が第1基準値より高い場合は、中間熱交換器、インタークーラ及びラジエータを通る経路で第2冷却流路に冷媒を循環させる第2動作を行う。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
燃料電池冷却システムであって、
冷媒を循環させる第１冷却流路と、
前記第１冷却流路に設けられた燃料電池と、
冷媒を循環させる第２冷却流路と、
前記第２冷却流路に設けられたラジエータと、
前記第２冷却流路に設けられたインタークーラと、
前記第１冷却流路と前記第２冷却流路との間で熱交換を行う中間熱交換器と、
を備え、
前記第２冷却流路が、前記ラジエータに対して並列に設けられたバイパス流路を備え、
前記燃料電池の発電中において、前記第１冷却流路の冷媒の温度が第１基準値より低い場合は、前記燃料電池と前記中間熱交換器を通る経路で前記第１冷却流路に冷媒を循環させるとともに、前記中間熱交換器、前記インタークーラ及び前記バイパス流路を通る経路で前記第２冷却流路に冷媒を循環させる第１動作を行い、
前記燃料電池の発電中において、前記第１冷却流路の冷媒の温度が前記第１基準値より高い場合は、前記燃料電池と前記中間熱交換器を通る経路で前記第１冷却流路に冷媒を循環させるとともに、前記中間熱交換器、前記インタークーラ及び前記ラジエータを通る経路で前記第２冷却流路に冷媒を循環させる第２動作を行う、
燃料電池冷却システム。
続きを表示（約 360 文字）【請求項２】
前記第１動作及び前記第２動作では、前記第２冷却流路において前記中間熱交換器と前記インタークーラに並列に冷媒が流れる、
請求項１に記載の燃料電池冷却システム。
【請求項３】
前記第１動作において、前記第１冷却流路の冷媒の温度が第２基準値より低い場合には、前記第１冷却流路の冷媒の温度が前記第２基準値より高い場合よりも、前記第１冷却流路の冷媒の循環速度を遅くする、請求項１または２に記載の燃料電池冷却システム。
【請求項４】
前記第１動作において、前記第１冷却流路の冷媒の温度が前記第２基準値より低い場合には、前記第１冷却流路の冷媒の温度が前記第２基準値より高い場合よりも、前記第２冷却流路の冷媒の循環速度を遅くする、請求項３に記載の燃料電池冷却システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、燃料電池冷却システムに関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示の燃料電池システムは、冷媒を循環させる第１冷却流路と第２冷却流路を有している。第１冷却流路には、燃料電池が設けられている。第２冷却流路には、ラジエータが設けられている。第１冷却流路と第２冷却流路に跨って中間熱交換器が設けられている。中間熱交換器は、第１冷却流路と第２冷却流路との間で熱交換を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００２－３３１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池システムでは、燃料電池に供給される圧縮空気を冷却するために、インタークーラが設けられる。特許文献１の技術においては、第２冷却流路にインタークーラを設けると、ラジエータで冷却された冷媒をインタークーラと中間熱交換器に供給できる。燃料電池の発電中においては、第１冷却流路に冷媒を循環させるとともに、ラジエータと中間熱交換器とインタークーラを通るように第２冷却流路に冷媒を循環させることができる。燃料電池で発生した熱は、第１冷却流路を流れる冷媒によって中間熱交換器へと伝達される。中間熱交換器は、第２冷却流路の冷媒（すなわち、ラジエータで冷却された冷媒）との熱交換によって第１冷却流路の冷媒を冷却する。このため、第１冷却流路の冷媒によって燃料電池を効率的に冷却できる。また、インタークーラは、第２冷却流路の冷媒（すなわち、ラジエータで冷却された冷媒）との熱交換によって圧縮空気を冷却する。このため、圧縮空気を効率的に冷却できる。
【０００５】
低温環境において燃料電池を始動した場合、始動直後においては燃料電池の温度が低く、発電効率が低い。また、燃料電池を始動すると、インタークーラに冷媒を供給する必要がある。上記の燃料電池システムでは、インタークーラに冷媒を供給すると、中間熱交換器にも冷媒が供給される。すると、中間熱交換器と第１冷却流路の冷媒によって燃料電池が冷却され、燃料電池の温度が上昇し難い。このため、燃料電池の発電効率が上昇し難い。このように、第２冷却流路にインタークーラを設けると、低温環境において燃料電池の温度が上昇し難いという問題があった。本明細書では、インタークーラに冷媒を供給しながら燃料電池の温度を上げることが可能な技術を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（態様１）
本明細書が開示する燃料電池冷却システムでは、冷媒を循環させる第１冷却流路と、前記第１冷却流路に設けられた燃料電池と、冷媒を循環させる第２冷却流路と、前記第２冷却流路に設けられたラジエータと、前記第２冷却流路に設けられたインタークーラと、前記第１冷却流路と前記第２冷却流路との間で熱交換を行う中間熱交換器と、を備え、前記第２冷却流路が、前記ラジエータに対して並列に設けられたバイパス流路を備え、前記燃料電池の発電中において、前記第１冷却流路の冷媒の温度が第１基準値より低い場合は、前記燃料電池と前記中間熱交換器を通る経路で前記第１冷却流路に冷媒を循環させるとともに、前記中間熱交換器、前記インタークーラ及び前記バイパス流路を通る経路で前記第２冷却流路に冷媒を循環させる第１動作を行い、前記燃料電池の発電中において、前記第１冷却流路の冷媒の温度が前記第１基準値より高い場合は、前記燃料電池と前記中間熱交換器を通る経路で前記第１冷却流路に冷媒を循環させるとともに、前記中間熱交換器、前記インタークーラ及び前記ラジエータを通る経路で前記第２冷却流路に冷媒を循環させる第２動作を行う。
【０００７】
上記の燃料電池冷却システムでは、燃料電池の発電中において第１冷却流路の冷媒の温度が第１基準値より低い場合、第１動作を行う。第１動作では、中間熱交換器、インタークーラ及びバイパス流路を通る経路で冷媒が第２冷却流路を循環する。ラジエータをバイパスする経路で冷媒が循環するので、第２冷却流路の冷媒の温度が下がり難い。そのため、中間熱交換器内での第１冷却流路と第２冷却流路との間の熱移動量が小さくなる。その結果、第１冷却流路の冷媒の温度が下がりにくくなり、燃料電池の温度を効率的に上げことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
燃料電池冷却システムのブロック図である。
第１循環流路の説明図である。
第２循環流路の説明図である。
燃料電池冷却システムの動作選択処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
上記態様１に続き、本明細書が開示する燃料電池冷却システムの追加的な構成について以下に説明する。
（態様２）
前記第１動作及び前記第２動作では、前記第２冷却流路において前記中間熱交換器と前記インタークーラに並列に冷媒が流れる、態様１に記載の燃料電池冷却システム。
（態様３）
前記第１動作において、前記第１冷却流路の冷媒の温度が第２基準値より低い場合には、前記第１冷却流路の冷媒の温度が第２基準値より高い場合よりも、前記第１冷却流路の冷媒の循環速度を遅くする、態様１または２に記載の燃料電池冷却システム。
（態様４）
前記第１動作において、前記第１冷却流路の冷媒の温度が前記第２基準値より低い場合には、前記第１冷却流路の冷媒の温度が第２基準値より高い場合よりも、前記第２冷却流路の冷媒の循環速度を遅くする態様１～３のいずれかに記載の燃料電池冷却システム。
【００１０】
態様２によれば、第２冷却流路を流れる冷媒が、中間熱交換器に流入するとともに、インタークーラに流入する。すなわち、中間熱交換器が第１冷却流路と第２冷却流路との間で熱交換を行うのとともに、インタークーラの冷却を行う。
（【００１１】以降は省略されています）

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