专利名称：燃料电池装置及其相应的控制方法
技术领域：
本项发明涉及一种燃料电池装置，该装置配备了燃料电池需要的水存储装置。
背景技术：
在寒冷时水箱的水结冰的情况下，需要快速融化结冰，以便快速向燃料电池供水。
在这方面，日本申请公开第2000-149970号介绍了一种燃料电池装置，其中包括一个向燃料电池提供水的水箱，在水箱上采用了适合用加热器加热的双层结构发明内容然而，这种燃料电池的加热器通过一种热绝缘材料为水箱加热，当融化水箱的结冰时，结果水箱与加热器之间的导热性不良，进而不能有效地加热水箱。
因此，本发明的目的就是为高效率和快速融化水箱的结冰提供一种燃料电池装置及其相应的控制方法。
为达到这个目的，本发明的第一个方面是一种燃料电池装置，包括一个被防冻液冷却的燃料电池、一个防冻液循环的防冻液循环流动管路、一个设置在防冻液循环流动管路中的加热防冻液的防冻液加热器、一个存储向燃料电池供水的水存储器、和一个设置在水存储器的一个与水相接触的热媒介流动管路，允许受防冻液加热器加热的防冻液在其中流动。
本发明的第二个方面是一种控制燃料电池装置方法，它包括准备一个燃料电池，为存储供给燃料电池水准备一个具有一个热媒介流动管路的水存储器，循环防冻液通过一个防冻液循环流动管路流向燃料电池和热媒介流动管路，并加热流经防液循环流动管路的防冻液，以使防冻液加热水存储器中的水。
图1是本发明第一实施方式的一个燃料电池装置的系统结构图。
图2是第一实施方式水箱透视图。
图3是第一实施方式水箱剖面图。
图4是第二实施方式水箱剖面图。
图5是第三实施方式水箱透视图。
图6是从图5的右视的剖面图，用于显示第三实施方式的水箱内部结构轮廓图。
图7是第四实施方式的水箱内部结构透视图。
图8是第五实施方式的水箱外部结构透视图。
图9是第六实施方式的水箱外部结构前视图。
图10是图9的水箱右视图。
图11是本发明第七实施方式的燃料电池装置系统结构图。
图12是在转换防冻液期间，第七实施方式基本工作程序流程图。
图13是本发明第八实施方式燃料电池装置系统结构图。
图14是在转换防冻液期间，第八实施方式基本工作程序流程图。
图15是本发明第九实施方式燃料电池装置系统结构图。
图16是在转换防冻液期间，第九实施方式基本工作程序流程图。
图17表示在转换防冻液期间如何确定转换标志，第十实施方式基本工作程序流程图。
图18是本发明第十一实施方式燃料电池装置系统结构图。
图19是第十一实施方式基本工作程序流程图。
图20是本发明第十二实施方式燃料电池装置中的水箱剖面图，其中防冻液进入热媒介管路。
图21是本发明第十二实施方式燃料电池装置中水箱剖面图，其中空气进入热媒介流动管路。
图22是容纳在第十二实施方式热媒介流动管路中的热绝缘元件剖面23是本发明第十三实施方式燃料电池装置中的水箱剖面图，其中防冻液进入热媒介流动管路。
图24是本发明第十三实施方式燃料电池装置中的水箱剖面图，其中空气进入热媒介流动管路。
具体实施例方式
在下文，参考附图描述本发明的实施方式图1是说明本发明第一实施方式燃料电池装置系统结构图，在此提到的该装置打算安装在电动车上，它包括防冻液循环管路3和水箱5，防冻液循环管路3内的防冻液用于冷却燃料电池组1，用作存储水的水存储装置，该水用于湿润包含有氧气的空气，氧气用作供给上述燃料电池组1的氧化剂，或者水与甲醇混合成蒸气，在配备有甲醇发生器的结构内产生氢气。
为了上述提出的湿润，水箱5内的水被水泵7抽到燃料电池组1。由燃料电池组1排出的水经过一个回流管9回到水箱5。
防冻液在冷却燃料电池组1后，温度升高，经散热器11冷却，通过三通阀13，流到燃料电池组1。
另外，防冻液循环管路3包括热交换器旁路流动管路15，它可使防冻液不经过散热器11，它的一端与三通阀13相连，其中在管路15上还安装了热交换器17。为了加热防冻液，在热交换器17中供应有氢燃烧室19产生的热燃气。
在氢燃烧室19中，氢气与空气燃烧。氢气在上述的甲醇发生器中产生，或者自存储在氢气箱中氢气，或者来自由燃料电池组1排出的过量的氢气。来自空气流管路中的空气也提供给燃料电池组1。
如图2、图3所示，水箱5采取了双层结构形式，水箱内部部件21作为与水相接触的部分，水箱外部部件23与水箱内部部件21的构成的空间构成热媒介流动管路25，供上述的防冻液流动。
图中防冻液的进口27位于水箱5右侧面的上部，可使防冻液由防冻液循环管路3进入热媒介流动管路25，防冻液的出口29位于水箱5左侧面的下部，可使防冻液由热媒介流动管路25进入防冻液循环管路3。
水箱5的顶部有一个开口部，上面安装有盖子31。连接到水泵7下端的吸水管33穿过盖子31，它的末端(下端)达到水箱5的底部，其是有一介过滤器35上。同样的，回流管9穿过盖子31，它的末端连到水箱5的内部。此外，水箱5上安装的通气器37用于降低内部压力的增加，水位计39用于测量水箱5中水的容量，一个温度表41用作测量水箱5中水的温度的水温检测装置。
图2中，水箱5上的水泵7和通气器37没有被显示。
现在，描述第一实施方式下燃料电池装置的工作。
在车辆正常运行模式下，三通阀13的流路13a和13b保持接通的状态，因此防冻液通过燃料电池组1和散热器11，按箭头A显示的方向流过防冻液循环管路3。在这种情况下，防冻液吸收燃料电池组1的热量，温度升高，然后在散热器中散热，进而用这种方法能够调节(冷却)燃料电池组的温度。
在冷起动模式下，三通阀13的流路13C和13b阀保持接通状态。防冻液通过燃料电池组和热交换器17，通过防冻液循环管路3，包括热交换流路15，由B箭头所示方向。
在这种情况下。氢气被送到氢气燃烧室中燃烧，结果燃烧气体被用作热交换器17的热媒介，通过热交换器17加热防冻液。加热后的防冻液然后流过燃料电池组1，加热它，然后流经水箱5的防冻液入口27到热媒介流动管路25。
防冻液进入热媒介流动管路25，融化水箱5中水因冷凝而形成的结冰。然后从出口29流到防冻液循环管路3，再流回到热交换器17。只要有氢气输送到氢气燃烧室19，防冻液就被加热，结果，燃料电池组1和水箱5被加热。
水箱5中融化的水被水泵7抽走，用于加热燃料电池组1。同样热交换器17中的燃烧气体被排放到车辆外面。
因此，根据上面所述的第一实施方式，一个热值导致防冻液加热水箱5中的冰(水)，它是通过直接与水箱5中的水接触的水箱内部部件21进行的，这样使融化过程以快速有效、安全的形式进行。
另外，由于防冻液入口27位置高于水箱5上防冻液出口29，热交换主要在上面的水(冰)和主要靠近进口27(温度没有下降)的防冻液间进行，由于在融化过程中，冰的比重小，浮在上面，因此上部的温度相对较低，，因此，这两种媒介温差相对增加，导致具有效率高、速度快的融化能力。
此外，在这种情况下，因为热交换器17加热防冻液，防冻液加热水箱5，加热燃料堆1。这样不需要专门的加热器加热水箱5。
图4是本发明第二实施方式的水箱5A的截面图，这里与第一实施方式相同的部分具有相同的编号，只描述不相同的部分。
在当前实施方式，防冻液流过的吸管加热部分43处于水泵7的吸管33的周围。吸管加热部分43采用圆柱形状，从吸管33的下端中间的垂直方向向上延伸，其一端与防冻液进口27管路一端连。进口27另一端穿过水箱5A延伸到水箱5外部，与如图1所述的防冻液循环管路相连。
另外，这里，水箱盖31在内部形成有一个热媒介流动管路31a，防冻液流过其中，并分别与热媒介流动管路25和吸管加热部分43相连。即，防冻液流过如图1所示的防冻液循环管路3从防冻液入口27流到吸管加热部分43，并随后通过热媒介流路31a，流入热媒介流动管路25，到达防冻液出口29。因而盖子31安放在水箱5A的上部开品上，密封上部的开口。其他结构与第一实施方式相同。
根据这个实施方式的结构，从入口27来的热的防冻液进入吸管加热部分43，加热吸管33的水，然后流经由水箱内部件21和外部件23间的热媒介管道25，从而加热结冰(水)。当这发生时，，由于能够加热水泵7抽出的水，因此能在低于0°的低温情况下还能防止水泵7里的水再次结冰。
图5是本发明的第三实施方式中水箱5B的透视图。图6是水箱横截面图，是表示水箱5B内部结构的图5的右视图。水箱5B采用像图1所示第一实施方式中由内部件23和外部件23组成的双层结构。其组成的部件如水箱5中的盖子31、水泵7、通气器37在图中被省略。与第一实施方式相同的部分具有相同的编号，只描述不相同的部分。
在当前实施方式，一个螺旋状防冻液导流片45处于热媒介流动管路25中，即处于水箱内部件21和外部件23之间，它从入口27将防冻液引导到出口29。导流片45的内边缘牢固地固定在水箱内部件21的外表面上，同时，为了减少向水箱5B的热传导，导流片45的外边缘部分没有与水箱外部件23(图6)的内表面相接触。
对于本实施方式的结构，防冻液由进口27进入热媒介流动管路25，沿导流片45流到出口29。
于是，这种情况下，防冻液能够实质上均匀地流过热媒介流动管路25的整个流域，不受流速和温度的影响，提高了热交换的效果。
图7是本发明第四实施方式中水箱5C的内部结构透视图。与第一实施方式相同的部分具有相同的编号，只描述不相同的部分。所组成的元件如水箱5中的盖子31、水泵7、通气器37在图中被省略。
本实施方式中，水箱5C不是双层结构，而是由许多环形的导管47(导管组件47a、47b、47c、...、47g、47h)形成热媒介通道，它沿水箱5c的内壁环形布置，在主要在附图中的垂直方向按给定距离堆积在一起。然后，进口27连到最上面一个环形管47a，出口29接到最下面的环形管47h。
在此，最上面的环形管47a与相邻的下环形管47b通过连接管49连接连接于水箱5与防冻液进口27和防冻液出口29的相对的一个侧面(图7所示的右面)处。此外，第三、第四环形管47c、47d通过连接管51相互连接，第五、第六环形管47e、47f通过连接管53相互连接，第七、第八环形管47g、47h通过连接管55相互连接，分别连接于水箱5与防冻液进口27和防冻液出口29相对的一个侧面处。
还有第二、第三环形管47b、47c、第四、第五环形管47d、47e、第六、第七环形管4f、49f分别通过连接管57、59、61相互连接于水箱5的其它侧面上，也就是在有防冻液进口27和防冻液出口29的一侧上。
因此，防冻液从进口25进入最上面的环形管47a，流过环形管47a，从连接管49向图中的左进入环形管47b，流过环形管47b，由连接管57向图中的右进入环形管47c。
以这种方式，防冻液顺序通过堆积起来的环形管47向下流动，最后流到出口29，流到外面，出口29与最下面的环形管47h相连。因此，对于本实施方式，防冻液能均匀地流动，而不依赖于流速和温度，由于水(或冰)，形成一个加热体，与环形管47之间的所形成的加热表面能被加大，能有效的热交换。
同样，在本实施方式，环形管47不必占据水箱5c在垂直方向的整个空间，而可以安装到与接收水的较低的位置。
另外，环形管47，还可以采用图中的自上而下的螺旋形管的结构。这时，不需要连接管49到61。这种螺旋形状的流过防冻液的流路比环形的结构更简单，易于加工，因此成本减少。
图8是本发明第五实施方式中水箱5D的外部结构透视图。与第一实施方式相同的部分具有相同的编号，只描述不相同的部分。另外，在图8中，所组成的元件如水箱5中的水泵7、通气器37在图中被省略。
本实施方式，水箱5D的一个侧壁形成热媒介流动管路，它由许多环形的导管47(导管组件47a、47b、47c、...、47g、47h)组成，与图7的结构相同，相互之间通过铜焊密封连接，层叠在一起。
另外，连通口49a到61a分别形成在环形导管47内的与图7实施方式中连接管49到61相对应的位置处，它们将相邻的环形管47连通一起。
于是，在本实施方式，防冻液顺序通过堆积起来的环形管47向下流动，并从与最下面的环形管47h相连的防冻液出口，流到外面。
而且，最下面的环形管47h的下面与水箱底部63通过铜焊焊在一起。同时，盖子31连接或可拆下地布置在最上面的环形管47a的一个上部上。
因此，本实施方式，防冻液的流动均匀一致，这种结构使产品的重量减少。
同样，上述第五实施方式中的环形管47不必占据水箱5D在垂直方向的整个空间，与第四实施方式相同，可以安装到接收水的较低的位置。
图9是本发明第六实施方式中水箱5D的外部结构前视图。图10是图9的右视图同样，在此，与第一实施方式相同的部分具有相同的编号，只描述不相同的部分。在图9、图10中，组成部件如水箱5中的水泵7、通气器37在图中被省略。
在本实施方式，位于图8的第五实施方式中的环形管47，变为由螺旋形导管65形成的热媒介管道，螺旋形导管65从图中的一个上部向一个下部延伸。在这个情形中，螺旋导管65的相互相邻的上下面呈密封状态，这样就不需要图8中的连通口49a到61a。
一个盖子连接元件67安装在螺旋形导管65的最上端与盖子31之间，用于连接或或可拆下地安装盖子31，它处于密封状态。同样，一个盖子连接元件69安装在螺旋形导管65的最下端与水箱底板63之间，用于连接或可拆下地安装水箱底板63，它处于密封状态。防冻液进口27与螺旋形导管65的最上端相连，防冻液出口29与螺旋形导管65的最下端相连。
因此，在本实施方式，螺旋形导管65形成的热媒介流动管路，使结构更简化，比图8的环形管结构，易于加工，可以降低成本。
图11是本发明第七实施方式燃料电池系统结构图，与第一实施方式相同的部分具有相同的编号，只描述不相同的部分。
在本实施方式中，防冻液可以从水箱5的热媒介流动管路25排放出去，并且排出的防冻液由流过热媒介流动管路25的空气替代。
作为系统结构图，除了图1中的结构以外，三通阀71、73作为热媒介的转换控制开关，它们分别位于防冻液循环管路3的水箱5的热媒介流动管路25的上、下游上。
向燃料电池组1提供空气蒸汽的流路分支出的一条空气供应管路75与水箱5上游的三通阀71相连，防冻液排放管路77的一端与水箱5下游的三通阀73相连。防冻液排放管路77的另一端与防冻液排放箱79相连，排放箱79作为防冻液回收装置，允许从防冻液排放箱79排出返回使用。
下面，叙述本实施方式燃料电池装置在转换控制防冻液时的工作。
转换防冻液期间，作为初始状态，三通阀71的流路71a、71b接通、三通阀73的流路73a、73b接通，流动过程按流程图12进行。
首先，进行读取转换标志(FLG)的工作，FLG为“1”和“0”表示执行转换和不执行转换，对应步骤1201。其次，进行判断标志“1”(步骤1203步)，如果“FLG＝1”，三通阀71的流路71c、71b接通，同时，三通阀73的流路73a、73c接通(步骤1205)。这允许空气从空气管路75进入热媒介流动管路25，随着空气的进入，将使防冻液从热媒介流动管路25排出到排放箱79中。
经过足够时间后，防冻液被排出到排放箱79、这时流路71b、73a与71c、73c关闭(步骤1207)，密封进入热媒介流动管路25的空气，防冻液的排出的大约时间由实验决定。如果FLG≠1，则保持三通阀71、73的初始状态(步骤1209)继续工作。
这样该装置就能不用处理防冻液使热媒介从防冻液变为空气的转换能力，因此，如果防冻液包括50％的乙二醇水溶液，其热传导率约为0.43w/m/k，而空气的热传导率为0.024w/m/k，这使水箱5的热绝缘性大为改善。
同样，在这种情况下，如图18所示，旁路流动管路83的布置允许将三通阀71上游防冻液循环管路3与靠近散热器17的处于三通阀73下游的防冻液循环管路3连接起来，因此，即使热媒介流动管路25内的空气被密封，它仍能循环防冻液，冷却燃料电池组1。
另外，本实施方式可以参照第一实施方式的水箱5的结构，第一实施方式也适用于图7所示的第四实施方式、图8所示的第五实施方式、图10所示的第六实施方式的水箱5，这些相应的实施方式具有如下特性。
在第一实施方式，由于水箱5采用双层结构，一个显著的优点是避免水结冰。特别适用在不经常发生外界温度低于结冰温度的地区，在冷起动期间，优先考虑引入空气进入热媒介流动管路25，具有水可以流动平滑地供应、防止结冰的优点。
在第四实施方式，水箱5内壁内有热媒介流动管路(由环形管路47组成)，因此环形管路47的外周被水包围，结果具有热交换效率高的优点。即，在特别冷的特殊地区(采用空气没有防冻效果)，那里，结冰经常发生，最优先考虑的是融化结冰，这特别能使热交换有效地进行，结果在冷起动过程，能够使水的供应平滑地进行。
在第五、第六实施方式，热媒介流动管路结构(由环形管路47或螺旋形导管65组成)构成水箱5的侧壁，热绝缘效果大大改善，能进行有效果的热交换，由此，在某种程度上解决防止结冰和有效的热交换的问题。如果用在介于第一实施方式和第四实施方式所运用的区域之间的地区时，在某种程度上显示出防止结冰和有效的热交换之间的折衷方案，由此在冷起动期间，也能使水平滑地供应。
图13是本发明第八实施方式的系统结构图，本实施方式的是引入燃气，燃气来自氢燃烧室19，经过热交换器17，进入到热媒介流动管路25，替代导入上述图11中所示的第四实施方式的热媒介流动管路25的空气。其他结构与第七实施方式类似。
即，三通阀87安装在与热交换器17连接的废气排放管路85上，三通阀87和71安装在水箱5上游的防冻液循环管路3上，由燃气供应管路89相互连接。
现在，叙述本实施方式燃料电池装置在转换控制防冻液时的工作。
转换防冻液期间，作为初始状态，三通阀87的流路87a、87b接通、三通阀71的流路71a、71b接通，流动过程按流程图14进行。
首先，进行读取转换标志(FLG)的工作，FLG为“1”和“0”表示执行转换和不执行转换，对应步骤1401。其次，进行判断标志“1”(步骤1403步)，如果“FLG＝1”，三通阀87的流路87a、87c接通，三通阀71的流路71c、71b接通，三通阀73的流路73a、73c接通(步骤1405)。这允许经过燃气管路89进入热媒介流动管路25，随着燃气的进入，防冻液从热媒介流动管路25排出到排放箱79中。
经过足够时间后，防冻液被排出到排放箱79，这时三通阀87的流路87a、87b接通，流路71b、73a与71c、73c关闭(步骤1407)，密封进入热媒介流动管路25的燃气，防冻液的排出的大约时间由实验决定。如果FLG≠1，则保持三通阀71、73、87的初始状态(步骤1409)的继续工作。
所以，在本实施方式中，进入并密封在热媒介流动管路25的燃气具有较高的温度，当密封的燃气温度下降，热媒介流动管路25的压力下降，使水箱5的热绝缘性能有较大的改善。
图15是本发明第九实施方式的系统结构图。本实施方式将空气箱91作为气体存储工具来存储燃气，进入如图13第8实施方式的燃气管路89。其他结构与第8实施方式类似。
当存储燃气到空气箱91时，三通阀87的流路87a和87c彼此连通，三通阀71的流路71关闭。这种情况下，氢燃烧室19产生的燃气，从热交换器17流经燃气排放管路85和燃气供应管路89，并存储储到空气箱91中。
转换防冻液期间，作为初始状态，三通阀87的流路87a、87b接通(流路87c关闭)，三通阀71的流路71a、71b接通，另外，三通阀73的流路73a和73b相互连通，流动过程按流程图16进行。
首先，进行读取转换标志(FLG)的工作，FLG为“1”和“0”表示执行转换和不执行转换，对应步骤1601。其次，进行判断标志“1”(步骤1603步)，如果“FLG＝1”，三通阀71的流路71c、71b接通，三通阀73的流路73a、73c接通(步骤1605)。这允许空气箱91内的燃气经过燃气管路89和三通阀71进入热媒介流动管路25，随着燃气的进入，将使防冻液从热媒介流动管路25排出到排放箱79中。
经过足够时间后，防冻液被排出到排放箱79，这时流路71b、73a与71c、73c关闭(步骤1607)，密封进入热媒介流动管路25的燃气，防冻液的排出的大约时间由实验决定。如果FLG≠1，则保持三通阀71、73、87的初始状态(步骤1609)的继续工作。
结果，在本实施方式下，即使燃料电池电力产生系统保持停止，水箱3内的热媒介流动管路25中的防冻液能够被来自空气箱91的燃气取代，使水箱5的具有较好的热绝缘性能。
同样，空气箱91的结构适用于上述的图11的第七实施方式。这时，空气箱91安装在图11的空气供应管路75上，三通阀安装在空气箱91的上游管路中，用于存储空气于空气箱91中。
图17与本发明第十实施方式有关，表示设置防冻液转换标志流程图，可适用于第七实施方式(图11、图12)、第八实施方式(图13、图14)、第九实施方式(图15、图16)。
首先，水箱5内热媒介流动管路25内防冻液温度由温度表92检测，(步骤1701)。其次防冻液温度T1与0℃和α℃相比较(步骤1703)。这里α代表防冻液热容量的参考温度，以控制水箱5内的结冰的融化。
另一方面，因为空气的热传导系数比防冻液的小。即使在同样的0℃，空气比防冻液冷却困难，因此，可以选择在给定时间内用空气代替防冻液，让防冻液保持高于0℃的温度，这样可以防止水箱5内的水结冰。这个高于0℃的温度的上限温度取决于α℃。
在步骤1703，如果0℃＜T1＜α℃，设FLG＝1(步骤1705)。如果0℃＜T1＜α℃不成立，设FLG＝0(步骤1707)。由于α随着外界温度和水箱的散热情况变化，可以采用试验的方法根据外界温度和散热情况确定出作为基本数据的α值。
根据FLG的值完成水箱5内热媒介流动管路25内防冻液的转换为空气的工作，如第7、8、9实施方式所述。
以空气代替热媒介流动管路25内防冻液，可使防冻液的热量被利用到最大的程度，防止燃料电池系统工作性能的浪费(提高了效率)，考虑空气的热绝缘性的优点，可以有效的防止水箱5中的水结冰。
图18是本发明第11实施方式的系统结构图。在图11所示第七实施方式结构中，安装旁路管道83，它不经过水箱5。旁路管道83的一端与三通阀93相连，它安装在三通阀71的上游的防冻液循环管路3上，另一端与散热器11的上游的防冻液循环管路3和热交换器上游旁路管道15相连，其他结构同第7实施方式。
这种情况下，初始状态设定为三通阀93的流路93a和93c相连通，允许防冻液进入旁路管道83，按图19所示的流程图完成操作。
首先，温度表41测出水箱5内水(或冰)的温度T3。
其次，温度T3与旁路判断温度T30(步骤1903)相比较。
如果T3＞＝T30作出如下判断不需要加热水箱5，水箱5的温度超过给定的值，保持三通阀93的流路93a和93c相连通，防冻液经旁路管道83流走，而不经过水箱5(步骤1905)。
如果T3＞＝T30不成立，作出如下判断需要加热水箱5，水箱5的温度低于给定的值，三通阀93的流路93a和93b相连通，防冻液流经水箱5的内热媒介流动管路25。
因此，对于本方式，如果不需要加热水箱，由于防冻液不需要流过热媒介流动管路25，管路的压力损失将最小，图中未显示的防冻液泵的负载下降，结果这使整个系统的效率提高。
图20是本发明第十二实施方式的水箱5F的横截面图。水箱5F采用的双层结构，由水箱内部件21和外部件23组成，如第一实施方式的图1至图3所示。防冻液在水箱内部件21和外部件23之间形成的热媒介流动管路25中流动。
热媒介流动管路25内包含一个热绝缘元件95，如图22的透视图所示。热绝缘元件95的中心有一个穿心孔95a，以便容纳于在水箱内部件21的周边侧壁和外部件23的周边侧壁间所形成一个空间(热媒介流动管路25)，并且由一种为了可在垂直方向上移动的比重大于空气小于防冻液的材料制成。
因此，在图20，热绝缘元件95向上浮在防冻液中，在图21，热绝缘元件95向下处于热媒介流动管路25中空气。
一个止动元件97安装在水箱内部件21内，在热绝缘元件95向下移动过程中支持索。止动元件97的外周侧远离水箱外部件23的相对内周侧定位，由此，允许防冻液或空气从出口29流出。绝缘元件95由苯乙烯泡沫和以二氧化硅粉为核心材料的真空绝缘材料(evacuated heatinsulation material)制成。
如图20所示，如果防冻液进入热媒介流动管路25，那么绝缘元件95向上移动(浮动)，防止热量从水箱内部件21的空间(高于水位L的上部区域)放出，从而提高了融化或加热能力同时，如图空气进入热媒介流动管路25，如图21所示，绝缘元件95向下移动以减少水中的热的散热程度，从而改进了热的散热效果。
结果，根据本实施方式，会改善融化冰能力、加热性能、热的绝缘性能。
图23、24是用在本发明第十三实施方式的燃料电池装置中的水箱5G的横截面图，水箱5G采用的双层结构由水箱内部件21和外部件23组成，如第一实施方式的图1至图3所示，防冻液在水箱内部件21和外部件23之间形成的热媒介流动管路25中流动。
代替图22的第十二实施方式的绝缘元件95，有大量的球形热绝缘元件99，容纳在热媒介流动管路25中，它所形成的多个元件小于内部件21和外部件23间的热媒介流动管路25的横截面积。
热绝缘元件99由比重大于空气，小于防冻液的材料制成，像图22中绝缘元件95。因此，当防冻液进入热媒介流动管路25，热绝缘元件99上浮，如图23所示，当空气进入热媒介流动管路25，热绝缘元件99处于下沉，如图24所示。为避免热绝缘元件99在这样的情形中从出口29排出，在水箱内部件21的下部，有一个热绝缘元件挡块元件101，元件101可以是由网似的结构组成。
因此，甚至在螺旋状防冻导流板片5如上述的图5所示的情形中，当防冻液进入时，本实施方式的热绝缘元件99能向上移动，并且当或空气进入时，能向下移动，因此，能在提高的防冻导流板片45的热交换效率和和融化性能、湿润性能、及热绝缘元件99的热绝缘的提高之间进行折衷。
根据本发明，如上所述，由于防冻液的被防冻液加热器加热，防冻液的的性能允许进入水箱内的热媒体管路，即使在水箱内的水结冰也如此，因此，热的防冻液会以有效的方式融化结冰。
2002年8月27日申请的日本申请公开第P2002-246873号的全部内容在此作为参照。
虽然公布的内容已参照本发明的某些实施方式进行了描述，但本发明不局限于上述的多种实施方式，根据这些教导，本领域技术人员能作出变型。本发明的范围可参照如下权利要求。
权利要求
1.一种燃料电池装置，包括一个被防冻液冷却的燃料电池；一个防冻液循环管路，允许防冻液在其中循环；一个安装在防冻液循环管路中的防冻液加热器，以加热防冻液；一个存储供给到燃料电池的水的水存储装置；和一个热媒介流动管路，布置在水存储装置的一个水接触段内，允许由防冻液加热器加热的防冻液在其中流动。
2.根据权利要求1所述的燃料电池装置，还包括一个将存储在水存储装置内的水抽出到外部的水泵；以及一个吸管加热器部分，绕水泵的一个吸水管的周边布置，允许加热的防冻液流过。
3.根据权利要求1所述的燃料电池装置，还包括一个防冻液导流片，安装在热媒体管路中，引导防冻液流动。
4.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于，热媒介流动管路至少沿水存储装置的一个内壁布置。
5.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于，热媒介流动管路由相邻的许多元件堆积而成，这些元件之间要密封，并且至少构成水存储装置的一个侧壁的一部分。
6.根据权利要求4燃料电池装置，其特征在于，热媒介流动管路以螺旋形状形成。
7.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于，热媒介流动管路有一个防冻液进口，允许防冻液进入，它位于一个比防冻液出口高的位置，防冻液从防冻液出口流出。
8.根据权利要求1所述的燃料电池装置，还包括一个转换单元，从热媒介流动管路排出防冻液，以允许空气代替排出的防冻液进入热媒介流动管路。
9.根据权利要求8所述的燃料电池装置，还包括一个防冻液存储单元，当热媒介流动管路内的防冻液被空气代替时，用于存储被空气排出的防冻液。
10.根据权利要求8所述的燃料电池装置，其特征在于，代替防冻液进入热媒介流动管路的气体，包括由防冻液加热器内的燃烧室产生的燃烧气体。
11.根据权利要求8所述的燃料电池装置，还包括一个空气存储单元，用于存储代替防冻液引入热媒介流动管路内的空气。
12.根据权利要求8所述的燃料电池装置，还包括一个防冻液温度测量装置，用于测量热媒介流动管路中的防冻液的温度；其中当检测到防冻液温度大于0℃而小于α℃(α为防冻液热容量参考温度)时，防冻液温度测量装置控制热媒介转换单元工作，允许空气代替防冻液进入热媒介流动管路中。
13.根据权利要求1所述的燃料电池装置，的还包括一个水温测量装置，用于测量水存储装置内的水的温度；和一个绕过热媒介流动管路的旁路单元；其中，当检测的水温超过一个给定值时，水温测量装置控制旁路单元工作，使防冻液不流过热媒介流动管路。
14.根据权利要求8所述的燃料电池装置，其特征在于，水存储装置为双层结构，由水箱内部件和外部件组成，它们之间构成热媒介流动管路，并且一种比重大于空气、但小于防冻液的热绝缘元件能够在热媒介流动管路中运动。
15.根据权利要求14所述的燃料电池装置，其特征在于，加热元件包括多个尺寸小于形成在水箱内部件和外部件间的热媒介流动管路的一个流动截面的元件。
16.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于，被防冻液加热器加热的防冻液，加热燃料电池，并在经过热媒介流动管路时，加热水存储装置中的水。
17.一种燃料电池装置，包括一个被防冻液冷却的燃料电池；一个使防冻液循环的防冻液循环管路；使流经防冻液循环管路的防冻液加热的防冻液加热装置；存储向燃料电池供给的水的水存储装置；和热媒介流动管路，布置在水存储装置的一个水接触段内，允许由防冻液加热装置加热的防冻液流过。
18.一种控制燃料电池装置的方法，该方法包括制备一个燃料电池；为了存储向燃料电池供应的水，制备一个具有一个热媒介流动管路的水存储器；循环防冻液通过防冻液循环流动管路，流向燃料电池和热媒介流动管路；和加热流经防冻液循环流动管路的防冻液，由此加热水存储器中的水。
全文摘要
公开了一种燃料电池装置和相关的控制方法，其中，在一个燃料电池组1的下游布置一个水箱5，一个热媒介流动管路25形成在水箱5的一个外周，防冻液可从其中流过。在冷起动过程中，一个三通阀13被转换，使防冻液流过燃料电池组1与一个热交换器17，通过这个防冻液被加热，并被供给燃料电池组1和水箱5，以加热这些组件，由此，水箱5中的结冰受热融化。
文档编号H01M8/04GK1610983SQ0380182
公开日2005年4月27日 申请日期2003年8月7日 优先权日2002年8月27日
发明者山田一浩 申请人:日产自动车株式会社