空調システム
【課題】温度が異なる２系統の熱媒体が空調風を加熱する加熱用熱交換器に供給される空調システムにおいて、空調フィーリングの悪化を抑制する。
【解決手段】内部を熱媒体が通過するとともに、熱媒体と空調風を熱交換して空調風を加熱する加熱用熱交換器２１と、熱媒体を第１所定温度に加熱する第１加熱手段１０と、加熱用熱交換器に供給される熱媒体を第２所定温度に加熱する第２加熱手段２０と、加熱用熱交換器２１に供給される熱媒体を、第１所定温度に加熱された熱媒体または第２所定温度に加熱された熱媒体に切り替る切替手段２５とを備えた空調システムにおいて、加熱用熱交換器２１における熱媒体が通過する部位の少なくとも上流側に、熱媒体の熱を蓄熱可能な蓄熱材２１を設ける。
【解決手段】内部を熱媒体が通過するとともに、熱媒体と空調風を熱交換して空調風を加熱する加熱用熱交換器２１と、熱媒体を第１所定温度に加熱する第１加熱手段１０と、加熱用熱交換器に供給される熱媒体を第２所定温度に加熱する第２加熱手段２０と、加熱用熱交換器２１に供給される熱媒体を、第１所定温度に加熱された熱媒体または第２所定温度に加熱された熱媒体に切り替る切替手段２５とを備えた空調システムにおいて、加熱用熱交換器２１における熱媒体が通過する部位の少なくとも上流側に、熱媒体の熱を蓄熱可能な蓄熱材２１を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調風を加熱する加熱用熱交換器を備える空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ヒータコアの空気流れ下流側に温熱用蓄熱シートを設け、熱交換器へのエンジン冷却水の供給が停止された後、蓄熱材の潜熱を利用して所定時間だけ車室内の暖房等の補完を行うことができる車両用空気調和装置が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１２６７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、燃料電池を電源とする電気自動車（燃料電池車両）では、燃料電池の冷却系に電気ヒータを設け、電気ヒータのみで加熱された冷却水がヒータコアに流入する状態と燃料電池で加熱された冷却水がヒータコアに流入する状態とが切替可能になっている場合がある。このような構成で、燃料電池から流出した冷却水温度（例えば７０℃）と電気ヒータで加熱された冷却水温度（例えば５０℃）が異なる場合には、電気ヒータのみで加熱された冷却水がヒータコアに流入する状態から燃料電池で加熱された冷却水がヒータコアに流入する状態に切り替わった場合に、ヒータコアに流入する冷却水温度が急激に変化する。
【０００５】
このような場合、上記特許文献１に記載の装置では、ヒータコアに流入する冷却水温度が急激に変化して、空調風温度が急激に変化することが避けられず、空調フィーリングが悪化することとなる。
【０００６】
本発明は上記点に鑑み、温度が異なる２系統の冷却水が空調風を加熱する加熱用熱交換器に供給される空調システムにおいて、空調フィーリングの悪化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の発明では、内部を熱媒体が通過するとともに、熱媒体と空調風を熱交換して空調風を加熱する加熱用熱交換器（２１）と、加熱用熱交換器に供給される熱媒体を第１所定温度に加熱する第１加熱手段（１０）と、加熱用熱交換器に供給される熱媒体を第１所定温度と異なる第２所定温度に加熱する第２加熱手段（２０）と、加熱用熱交換器（２１）に供給される熱媒体を、少なくとも第１加熱手段（１０）によって加熱された熱媒体または第２加熱手段のみで加熱された熱媒体に切り替る切替手段（２５）とを備え、加熱用熱交換器（２１）における熱媒体が通過する部位の少なくとも上流側に、熱媒体の熱を蓄熱可能な蓄熱材（２１ｇ）が設けられていることを特徴としている。
【０００８】
このように、温度が異なる２系統の熱媒体が流入可能な加熱用熱交換器（２１）に蓄熱材（２１ｇ）を設けることで、加熱用熱交換器（２１）に供給される熱媒体温度が上昇した場合には吸熱し、加熱用熱交換器（２１）に供給される熱媒体温度が下降した場合には放熱して、空調風吹出温度の変化を穏やかにすることができる。これにより、空調フィーリングが悪化することを抑制することができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明のように、蓄熱材（２１ｇ）として、融解により蓄熱し、凝固により放熱する潜熱蓄熱材を用いることで、蓄熱材（２１ｇ）の蓄熱量を大きくすることができる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、蓄熱材（２１ｇ）の融解温度が第１所定温度と第２所定温度の間に設定されていることを特徴としている。
【００１１】
これにより、加熱用熱交換器（２１）に高温の熱媒体が供給された場合には蓄熱材（２１ｇ）に吸熱させ、加熱用熱交換器（２１）に低温の熱媒体が供給された場合には蓄熱材（２１ｇ）で放熱させることができ、蓄熱材（２１ｇ）を有効に用いることができる。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、加熱用熱交換器（２１）は、チューブ（２１ａ）とフィン（２１ｂ）を備えており、蓄熱材（２１ｇ）は、チューブ（２１ａ）とフィン（２１ｂ）の隙間に充填されていることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、蓄熱材（２１ｇ）は、加熱用熱交換器（２１）における熱媒体と空調風とを熱交換する部位の表面に設けられていることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明は、加熱用熱交換器（２１）は、空調風の流れ方向に沿って積層された二層構造となっており、一端側から流入した熱媒体が他端側で折り返して一端側から流出するように構成され、二層構造のうち熱媒体流入側が空調風流れ上流側に位置し、熱媒体流出側が空調風流れ下流側に位置しており、蓄熱材（２１ｇ）は、加熱用熱交換器（２１）における空調風流れ上流側に設けられていることを特徴としている。
【００１５】
これにより、加熱用熱交換器（２１）の空調風流れ上流側を通過する一部の空調風が高温になったしても、温度変動が抑制された加熱用熱交換器（２１）の空調風流れ上流側でなまされるため、空調風吹出口温度の急激な上昇を抑えることができる。
【００１６】
また、請求項７に記載の発明は、第１加熱手段（１０）は燃料電池であり、第２加熱手段（２０）は電気ヒータであり、第１所定温度の方が第２所定温度より高いことを特徴としている。
【００１７】
このような構成では、燃料電池（１０）で加熱される熱媒体温度と電気ヒータ（２０）で加熱される熱媒体温度が異なる可能性があり、これらを切り替えた場合には加熱用熱交換器（２１）に供給される熱媒体温度が急激に変化することがある。このため、本発明の加熱用熱交換器（２１）を用いることで、空調風吹出温度の変化を抑えることができ、空調フィーリングが悪化することを抑制することができる。
【００１８】
また、請求項８に記載の発明は、燃料電池（１０）から流出した熱媒体温度が上限温度以上の場合に、燃料電池（１０）から流出した熱媒体を加熱用熱交換器（２１）に供給し、燃料電池（１０）から流出した熱媒体温度が下限温度以下の場合に、電気ヒータ（２０）で加熱された熱媒体を加熱用熱交換器（２１）に供給するとともに、燃料電池（１０）から流出した熱媒体を加熱用熱交換器（２１）に供給しないことを特徴としている。
【００１９】
これにより、燃料電池（１０）で加熱された熱媒体と電気ヒータ（２０）で加熱された熱媒体の連携を図りつつ、燃料電池（１０）の温度を一定に保持できる。
【００２０】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態の空調システムの概念図である。
【図２】第１実施形態のヒータコアを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】ヒータコア放熱量とヒータコア入口冷却水温度の関係を示す説明図である。
【図４】第２流路切替弁による冷却水流路の切り替えを説明するための図である。
【図５】燃料電池出口冷却水温度と、ヒータコア入口冷却水温度と、空調風温度の関係を示す説明図である。
【図６】第２実施形態のヒータコアを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図、（ｄ）は平面図である。
【図７】第３実施形態のヒータコアを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１〜図５に基づいて説明する。本実施形態は、本発明の空調システムを、燃料電池１０を電源として走行する電気自動車（燃料電池車両）に適用した例である。
【００２３】
図１は、本実施形態の空調システムの概念図である。本実施形態の空調システムは、燃料電池１０の冷却水を用いて空調風の加熱を行う。燃料電池１０は、任意の種類のものを用いることができ、本実施形態では固体高分子型燃料電池を用いている。
【００２４】
燃料電池１０は発電効率確保のために運転中一定の第１所定温度（例えば７０℃程度）に維持する必要がある。このため、燃料電池１０を冷却するための冷却システムが設けられている。冷却システムには、燃料電池１０に冷却水（熱媒体）を循環させる冷却用経路１１、冷却用経路１１に冷却水を循環させる第１冷却水循環ポンプ１２、ファン１３を備え、冷却水を介して燃料電池１０の熱を外部に放出するラジエータ１４等が設けられている。第１冷却水循環ポンプ１２は、冷却用流路１１におけるラジエータ１４の下流側であって燃料電池１０の上流側に設けられている。なお、燃料電池１０が本発明の第１加熱手段に相当している。
【００２５】
さらに、冷却用流路１１には、冷却水をラジエータ１４をバイパスさせるためのラジエータバイパス流路１５が設けられている。冷却用流路１１とラジエータバイパス流路１５との合流部には、第１流路切替弁１６が設けられている。第１流路切替弁１６によって、ラジエータ１４を通過する冷却水流量割合とラジエータバイパス流路１５を通過する冷却水流量割合を調整することで、ラジエータ１４の放熱量を調整することができる。また、冷却用流路１１における燃料電池１０からの出口近傍には、燃料電池１０から流出した冷却水温度（燃料電池出口冷却水温度）を検出する温度センサ１７が設けられている。定常運転中の燃料電池出口冷却水温度は、第１所定温度（７０℃程度）となる。
【００２６】
冷却用流路１１には、空調用流路１８が設けられている。空調用流路１８は、冷却用流路１１における燃料電池１０の下流側であってラジエータ１４の上流側で、冷却用流路１１から分岐した後に合流している。空調用流路１８には、空調用流路１８に冷却水を循環させるための第２冷却水循環ポンプ１９が設けられている。空調用流路１８における下流側には電気ヒータ２０とヒータコア２１が設けられている。
【００２７】
電気ヒータ２０は、通電により空調用流路１８を流れる冷却水を第２所定温度に加熱するように構成されている。本実施形態では、冷却水が電気ヒータ２０によって加熱される第２所定温度を５０℃程度としている。電気ヒータ２０に対する電源供給は、燃料電池１０の発電電力や図示しない２次電池から供給される電力を用いることができる。なお、電気ヒータ２０が本発明の第２加熱手段に相当している。
【００２８】
ヒータコア２１は、空調風が通過する空調用ダクト２２に設けられており、冷却水の熱によって空調風を加熱する。空調用ダクト２２には、エアミックスドア２３が設けられている。エアミックスドア２３は、ヒータコア２１の上流側に設けられており、図示しない電気モータ等によって作動するように構成されている。エアミックスドア２３は、開度調整によりヒータコア２１を通過する風量割合を調整できる。なお、ヒータコア２１が本発明の加熱用熱交換器に相当している。
【００２９】
空調用流路１８には、閉ループ形成流路２４が設けられている。空調用流路１８における第２冷却水循環ポンプ１９より上流側の閉ループ形成流路２４との分岐点には、第２流路切替弁２５が設けられている。第２流路切替弁２５によって冷却水流路を切り替えることで、電気ヒータ２０のみで加熱された冷却水をヒータコア２１に流入させるか、あるいは燃料電池１０と電気ヒータ２０で加熱された冷却水をヒータコア２１に流入させるかを切り替えることができる。この点については後述する。なお、第２流路切替弁が本発明の切替手段に相当している。
【００３０】
本実施形態の空調システムには、冷凍サイクル２６〜３０が設けられている。冷凍サイクルには、冷媒が循環する冷媒流路２６が設けられている。冷媒流路２６は、内部に冷媒が封入された配管として構成されている。冷媒としては、例えばＨＦＣ−１３４ａなどを用いることができる。
【００３１】
冷媒流路２６の流路内には、圧縮機２７、コンデンサ２８、減圧器２９、エバポレータ３０等が設けられている。圧縮機２７は、気体状態の冷媒を圧縮して吐出するように構成されている。コンデンサ２８は、圧縮機２７から吐出された高温高圧冷媒と外気との間で熱交換を行い、冷媒を凝縮液化させるように構成されている。コンデンサ２８は、ラジエータ１４と重なるように配置されている。減圧器２９は、液体状態の冷媒を低圧に減圧し、低圧の気液２相状態とするように構成されている。減圧器２９からの低圧冷媒はエバポレータ３０に流入し、空調風から吸熱して蒸発する。空調風は、エバポレータ３０を通過することで冷却される。
【００３２】
エバポレータ３０は、ヒータコア２１の上流側に設けられている、また、エバポレータ３０の空調風流れ上流側には、空調風を送風するための空調ファン３１が設けられている。エバポレータ３０で一旦冷却された空調風は、ヒータコア２１で加熱される。このとき、エアミックスドア２３でヒータコア２１を通過する風量割合を調整することで空調風の温度調整をすることができる。
【００３３】
なお、図１では図示を省略しているが、空調システムには、各種制御を行う制御部（ＥＣＵ）が設けられている。制御部は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータとその周辺回路にて構成されている。制御部には、各種センサからのセンサ信号等が入力される。また、制御部は、演算結果に基づいてラジエータファン１３、第１冷却水循環ポンプ１２、第１流路切替弁１６、第２冷却水循環ポンプ１９、電気ヒータ２０、エアミックスドア２３、第２流路切替弁２５、圧縮機２７、空調ファン３１等に制御信号を出力する。
【００３４】
次に、本実施形態のヒータコア２１を図２に基づいて説明する。図２は本実施形態のヒータコア２１の構成を示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【００３５】
図２に示すように、ヒータコア２１は、その内部を冷却水が流通する断面扁平状に形成された複数のチューブ２１ａと、チューブ２１ａの扁平面に接合されたフィン２１ｂとを有している。フィン２１ｂは、チューブ２１ａ周りを流通する空気と冷却水との熱交換を促進するもので、波状に湾曲させることによって形成されている。
【００３６】
チューブ２１ａの長手方向両端部には、チューブ２１ａの長手方向と直交する方向であり、かつ、チューブ２１ａおよびフィン２１ｂの並設方向に延びて複数のチューブ２１ａに連通するヘッダタンク２１ｃ、２１ｄが設けられている。図２では、上側が冷却水が流入する流入口２１ｅが設けられた流入側ヘッダタンク２１ｃとなっており、下側が冷却水が流出する流出口２１ｆが設けられた流出側ヘッダタンク２１ｄとなっている。
【００３７】
ヒータコア２１には、蓄熱材２１ｇが設けられている。本実施形態の蓄熱材２１ｇは、ヒータ２１における冷却水流入側に設けられている。図２に示す例では、蓄熱材２１ｇが充填されている割合は、ヒータ２１の流路長の２／５程度となっている。蓄熱材２１ｇは、チューブ２１ａとフィン２１ｂの隙間に充填されている。本実施形態では、蓄熱材２１ｇとして潜熱蓄熱材であるパラフィン（例えばｎ−トリアコンタン（Ｃ30Ｈ62））を用いている。そして、パラフィンが封入されたマイクロカプセルを熱伝導性の高い樹脂に練り込んだ状態で、チューブ２１ａとフィン２１ｂの隙間に充填され固定されている。
【００３８】
本実施形態では、ヒータコア２１における蓄熱材２１ｇが充填された部位は、空調風が通過できない。このため、ヒータコア２１における充填材２１ｇが設けられた部位（冷却水流入側の部位）では、チューブ２１ａとフィン２１ｂを介して冷却水と充填材２１ｇとの間で熱交換が行われる。一方、ヒータコア２１における充填材２１ｇが設けられていない部位（冷却水流出側の部位）では、チューブ２１ａとフィン２１ｂを介して冷却水と空気との間で熱交換が行われる。
【００３９】
充填材２１ｇとして用いられるパラフィンは、融点が上述の第１冷却水温度（７０℃程度）と第２冷却水温度（５０℃程度）の間にあるものを選択する。本実施形態では、融点が６０℃程度のパラフィンを用いている。このため、ヒータコア流入冷却水温度が６０℃未満の場合は、蓄熱材２１ｇは融解しないため顕熱分以外は蓄熱しない。一方、ヒータコア流入冷却水温度が上昇して６０℃以上になった場合には、蓄熱材２１ｇが融解して吸熱する。これにより、高温の冷却水がヒータコア２１に流入した場合には、蓄熱材２１ｇで吸熱することで、冷却水温度を低下させ、空調風が急激に高温となることを防止できる。また、ヒータコア流入冷却水温度が低下して６０℃未満になった場合には、蓄熱材２１が凝固して放熱する。これにより、低温の冷却水がヒータコア２１に流入した場合には、蓄熱材２１ｇで放熱することで、冷却水温度を上昇させ、空調風が急激に低温となることを防止できる。
【００４０】
図３は、ヒータコア２１の放熱量とヒータコア２１に流入するヒータコア入口冷却水温度との関係を示している。図３に示す例では、ヒータコア流入冷却水温度が第２所定温度（５０℃程度）から第２所定温度（７０℃程度）に変化した場合を示している。本実施形態のヒータコア２１では、ヒータコア入口冷却水温度が５０℃の場合には、ヒータコア２１の放熱量が６．０ｋＷとなる。そして、ヒータコア入口冷却水温度が７０℃に上昇した場合には、ヒータコア２１の放熱量が８．５ｋＷに上昇する。
【００４１】
このとき、ヒータコア２１に蓄熱材２１ｇを設けていない場合には、図３の破線で示すようにヒータコア２１の放熱量が６．５ｋＷから８．５ｋＷに急激に上昇する。これに対し、本実施形態のようにヒータコア２１に蓄熱材２１ｇを設けることで、図３の実線で示す熱量を蓄熱材２１ｇで吸収することができ、ヒータコア２１の放熱量の上昇を穏やかなものにすることができる。
【００４２】
次に、第２流路切替弁２５で冷却水流路を切り替えた場合の燃料電池出口冷却水温度、ヒータコア入口冷却水温度、空調風温度の変化について説明する。
【００４３】
図４は、第２流路切替弁２５による冷却水流路の切り替えを説明するための図である。また、図５は、燃料電池出口冷却水温度と、ヒータコア入口冷却水温度と、空調風温度の関係を示している。
【００４４】
まず、燃料電池１０の起動直後は、燃料電池出口冷却水温度が低いので、電気ヒータ２０のみで加熱された冷却水をヒータコア２１に流入させる。このため、図４（ａ）に示すように、第２流路切替弁２５によって、燃料電池１０からの冷却水の流れを遮断し、ヒータコア２１を通過した冷却水が閉ループ形成流路２４を介して空調用流路１８に再度流入する流れを許容する。図４（ａ）に示す状態では、循環ポンプ１９、電気ヒータ２０、ヒータコア２１からなる閉ループを形成され、電気ヒータ２０で第２所定温度（５０℃程度）に加熱された冷却水のみがヒータコア２１に流入することができる。
【００４５】
この状態では、燃料電池１０から流出する冷却水は冷却用流路１１のみを循環する。このため、ヒータコア加熱用の冷却水と燃料電池冷却用の冷却水とが分離しており、温度の異なる２系統の冷却水が存在することとなる。
【００４６】
図５に示すように、燃料電池１０の起動時には、燃料電池出口冷却水温度とヒータコア入口冷却水温度は共に低温となっている。その後、ヒータコア２１には電気ヒータ２０で加熱された冷却水が流入するので、ヒータコア入口冷却水温度は第２所定温度（５０℃程度）まで昇温して維持される。燃料電池出口冷却水温度は徐々に昇温し、第１所定温度（７０℃程度）に到達したときに、第２流路切替弁２５によって冷却水流路を図４（ａ）の状態から図４（ｂ）の状態に切り替える。なお、第１所定温度（７０℃程度）が本発明の上限温度に相当している。
【００４７】
図４（ｂ）に示す状態では、第２流路切替弁２５によって、燃料電池１０からの冷却水の流れを許容し、ヒータコア２１を通過した冷却水が閉ループ形成流路２４を介して空調用流路１８に再度流入する流れを遮断している。これにより、燃料電池１０から流出した冷却水が電気ヒータ２０とヒータコア２１に流れる。このため、燃料電池１０から流出した第１所定温度（７０℃程度）の冷却水が閉ループを流れていた第２所定温度（５０℃程度）の冷却水に合流することとなり、ヒータコア流入冷却水温度と燃料電池出口冷却水温度が略同一温度となる。この結果、ヒータコア流入冷却水温度が上昇する。
【００４８】
ヒータコア２１で加熱される空調風の吹き出し温度は、ヒータコア流入冷却水温度の上昇に伴って上昇する。図５の破線は、ヒータコア２１が蓄熱材２１ｇを備えていない場合の空調風吹出温度の変化を示しており、ヒータコア流入冷却水温度の急激な上昇に伴って、空調風吹出温度も急激に上昇する。これに対し、本実施形態のヒータコア２１は蓄熱材２１ｇを備えているので、空調風吹出温度が急激に上昇することを抑制できる。
【００４９】
そして、ヒータコア流入冷却水温度の上昇にともなって、燃料電池出口冷却水温度が低下する。上述のように、燃料電池１０は発電効率確保のために運転中一定温度に維持する必要があるため、燃料電池出口冷却水温度が第３所定温度（６５℃程度）まで低下した場合に、第２流路切替弁２５によって、冷却水流路を図４（ｂ）の状態から図４（ａ）の状態に切り替える。これにより、ヒータコア加熱用の冷却水と燃料電池冷却用の冷却水とが分離され、燃料電池出口冷却水温度が上昇することとなる。なお、第３所定温度（６５℃程度）が本発明の下限温度に相当している。
【００５０】
以上説明した本実施形態では、温度が異なる２系統の冷却水が流入可能なヒータコア２１に蓄熱材２１ｇを設けることで、ヒータコア流入冷却水温度が上昇した場合には吸熱し、ヒータコア流入冷却水温度が下降した場合には放熱して、空調風吹出温度の変化を穏やかにすることができる。これにより、空調フィーリングが悪化することを抑制することができる。
【００５１】
また、本実施形態では、ヒータコア２１における冷却水流入側に蓄熱材２１ｇを設けているので、ヒータコア２１における冷却水流入側で蓄熱材２１ｇでの吸熱または放熱によって冷却水の温度変化を緩和し、ヒータコア２１における冷却水流入側で温度変化が緩和された冷却水と空調風を熱交換させることができる。
【００５２】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図６に基づいて説明する。本第２実施形態は、上記第１実施形態と比較して、ヒータコア２１の構成が異なる。以下、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００５３】
図６は、本第２実施形態のヒータコア２１の構成を示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図、（ｄ）は平面図である。図６に示すように、本実施形態のヒータコア２１は二層構造となっており、図６の上端から流入した冷却水は、下端で折り返した後、上端から流出する。
【００５４】
図６（ａ）は、空調風流れ上流側に位置する面を示し、図６（ｃ）は、空調風流れ下流側に位置する面を示している。また、図６（ｂ）に示すように、冷却水流入側の面（図６（ｂ）の左側の面）が空調風流れ上流側に位置している。
【００５５】
チューブ２１ａとフィン２１ｂは、冷却水流入側と冷却水流入側のそれぞれに設けられている。図６の上側のヘッダタンク２１ｃの内部は、内部が流入側の冷却水が通過する部位と流出側の冷却水が通過する部位に分離されている。図６の下側のヘッダタンク２１ｄは内部は連通している。
【００５６】
図６（ａ）に示すように、本実施形態のヒータコア２１では、蓄熱材２１ｇは冷却水流入側において、隣り合うチューブ２１ａに間に充填されている。つまり、ヒータコア２１における冷却水流入側は、フィン２１ｂと蓄熱材２１ｇが交互に設けられている。なお、フィン２１ｂと蓄熱材２１ｇの比率は１：１でなくてもよく、要求される蓄熱量に応じて蓄熱材２１ｇの量を調整すればよい。
【００５７】
以上説明した本第２実施形態の構成によっても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５８】
また、本実施形態のヒータコア２１は二層構造となっているため、ヒータコア２１の冷却水流入側（風上側）を通過する一部の空調風が高温になったしても、温度変動が抑制されたヒータコア２１の冷却水流出側（風下側）でなまされるため、空調風吹出口温度の急激な上昇を抑えることができる。
【００５９】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図７に基づいて説明する。本第２実施形態は、上記各実施形態と比較して、ヒータコア２１の構成が異なる。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００６０】
図７は、本第３実施形態のヒータコア２１の構成を示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。図７に示すように、本実施形態のヒータコア２１は、蓄熱材２１ｇがチューブ２１ａとフィン２１ｂの表面に設けられている。パラフィンが封入されたマイクロカプセルを熱伝導性の高い樹脂に練り込んだ状態で、チューブ２１ａとフィン２１ｂの表面にコーティングされ固定されている。
【００６１】
以上の本第３実施形態の構成によっても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、図７に示す例では、チューブ２１ａとフィン２１ｂの全面に蓄熱材２１ｇをコーティングしたが、これに限らず、チューブ２１ａとフィン２１ｂの一部に蓄熱材２１ｇをコーティングするようにしてもよい。この場合には、ヒータコア２１における冷却水流入側に蓄熱材２１ｇをコーティングする。
【００６２】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。
【００６３】
例えば、上記各実施形態では、本発明を燃料電池車両に適用したが、ハイブリッド車両にも適用可能である。この場合、上記実施形態の燃料電池１０が内燃機関に置き換わることになる。
【００６４】
また、上記各実施形態は適宜組み合わせて実施することができる。例えば、上記第２実施形態の二層構造のヒータコア２１において、チューブ２１ａ間に充填した蓄熱材２１ｇに代えて、上記第３実施形態のようにチューブ２１ａとフィン２１ｂの表面に蓄熱材２１ｇをコーティングするようにしてもよい。
【００６５】
また、上記各実施形態では、空調用流路に冷却水を加熱するために電気ヒータ２０を設けたが、電気ヒータ２０に代えて、燃焼式ヒータ等の他の種類のヒータを用いてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１０ 燃料電池（第１加熱手段）
１１ 冷却用流路
１２ 第１冷却水循環ポンプ
１８ 空調用流路
１９ 第２冷却水循環ポンプ
２０ 電気ヒータ（第２加熱手段）
２１ ヒータコア（加熱用熱交換器）
２５ 第２流路切替弁（切替手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調風を加熱する加熱用熱交換器を備える空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ヒータコアの空気流れ下流側に温熱用蓄熱シートを設け、熱交換器へのエンジン冷却水の供給が停止された後、蓄熱材の潜熱を利用して所定時間だけ車室内の暖房等の補完を行うことができる車両用空気調和装置が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１２６７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、燃料電池を電源とする電気自動車（燃料電池車両）では、燃料電池の冷却系に電気ヒータを設け、電気ヒータのみで加熱された冷却水がヒータコアに流入する状態と燃料電池で加熱された冷却水がヒータコアに流入する状態とが切替可能になっている場合がある。このような構成で、燃料電池から流出した冷却水温度（例えば７０℃）と電気ヒータで加熱された冷却水温度（例えば５０℃）が異なる場合には、電気ヒータのみで加熱された冷却水がヒータコアに流入する状態から燃料電池で加熱された冷却水がヒータコアに流入する状態に切り替わった場合に、ヒータコアに流入する冷却水温度が急激に変化する。
【０００５】
このような場合、上記特許文献１に記載の装置では、ヒータコアに流入する冷却水温度が急激に変化して、空調風温度が急激に変化することが避けられず、空調フィーリングが悪化することとなる。
【０００６】
本発明は上記点に鑑み、温度が異なる２系統の冷却水が空調風を加熱する加熱用熱交換器に供給される空調システムにおいて、空調フィーリングの悪化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の発明では、内部を熱媒体が通過するとともに、熱媒体と空調風を熱交換して空調風を加熱する加熱用熱交換器（２１）と、加熱用熱交換器に供給される熱媒体を第１所定温度に加熱する第１加熱手段（１０）と、加熱用熱交換器に供給される熱媒体を第１所定温度と異なる第２所定温度に加熱する第２加熱手段（２０）と、加熱用熱交換器（２１）に供給される熱媒体を、少なくとも第１加熱手段（１０）によって加熱された熱媒体または第２加熱手段のみで加熱された熱媒体に切り替る切替手段（２５）とを備え、加熱用熱交換器（２１）における熱媒体が通過する部位の少なくとも上流側に、熱媒体の熱を蓄熱可能な蓄熱材（２１ｇ）が設けられていることを特徴としている。
【０００８】
このように、温度が異なる２系統の熱媒体が流入可能な加熱用熱交換器（２１）に蓄熱材（２１ｇ）を設けることで、加熱用熱交換器（２１）に供給される熱媒体温度が上昇した場合には吸熱し、加熱用熱交換器（２１）に供給される熱媒体温度が下降した場合には放熱して、空調風吹出温度の変化を穏やかにすることができる。これにより、空調フィーリングが悪化することを抑制することができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明のように、蓄熱材（２１ｇ）として、融解により蓄熱し、凝固により放熱する潜熱蓄熱材を用いることで、蓄熱材（２１ｇ）の蓄熱量を大きくすることができる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、蓄熱材（２１ｇ）の融解温度が第１所定温度と第２所定温度の間に設定されていることを特徴としている。
【００１１】
これにより、加熱用熱交換器（２１）に高温の熱媒体が供給された場合には蓄熱材（２１ｇ）に吸熱させ、加熱用熱交換器（２１）に低温の熱媒体が供給された場合には蓄熱材（２１ｇ）で放熱させることができ、蓄熱材（２１ｇ）を有効に用いることができる。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、加熱用熱交換器（２１）は、チューブ（２１ａ）とフィン（２１ｂ）を備えており、蓄熱材（２１ｇ）は、チューブ（２１ａ）とフィン（２１ｂ）の隙間に充填されていることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、蓄熱材（２１ｇ）は、加熱用熱交換器（２１）における熱媒体と空調風とを熱交換する部位の表面に設けられていることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明は、加熱用熱交換器（２１）は、空調風の流れ方向に沿って積層された二層構造となっており、一端側から流入した熱媒体が他端側で折り返して一端側から流出するように構成され、二層構造のうち熱媒体流入側が空調風流れ上流側に位置し、熱媒体流出側が空調風流れ下流側に位置しており、蓄熱材（２１ｇ）は、加熱用熱交換器（２１）における空調風流れ上流側に設けられていることを特徴としている。
【００１５】
これにより、加熱用熱交換器（２１）の空調風流れ上流側を通過する一部の空調風が高温になったしても、温度変動が抑制された加熱用熱交換器（２１）の空調風流れ上流側でなまされるため、空調風吹出口温度の急激な上昇を抑えることができる。
【００１６】
また、請求項７に記載の発明は、第１加熱手段（１０）は燃料電池であり、第２加熱手段（２０）は電気ヒータであり、第１所定温度の方が第２所定温度より高いことを特徴としている。
【００１７】
このような構成では、燃料電池（１０）で加熱される熱媒体温度と電気ヒータ（２０）で加熱される熱媒体温度が異なる可能性があり、これらを切り替えた場合には加熱用熱交換器（２１）に供給される熱媒体温度が急激に変化することがある。このため、本発明の加熱用熱交換器（２１）を用いることで、空調風吹出温度の変化を抑えることができ、空調フィーリングが悪化することを抑制することができる。
【００１８】
また、請求項８に記載の発明は、燃料電池（１０）から流出した熱媒体温度が上限温度以上の場合に、燃料電池（１０）から流出した熱媒体を加熱用熱交換器（２１）に供給し、燃料電池（１０）から流出した熱媒体温度が下限温度以下の場合に、電気ヒータ（２０）で加熱された熱媒体を加熱用熱交換器（２１）に供給するとともに、燃料電池（１０）から流出した熱媒体を加熱用熱交換器（２１）に供給しないことを特徴としている。
【００１９】
これにより、燃料電池（１０）で加熱された熱媒体と電気ヒータ（２０）で加熱された熱媒体の連携を図りつつ、燃料電池（１０）の温度を一定に保持できる。
【００２０】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態の空調システムの概念図である。
【図２】第１実施形態のヒータコアを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】ヒータコア放熱量とヒータコア入口冷却水温度の関係を示す説明図である。
【図４】第２流路切替弁による冷却水流路の切り替えを説明するための図である。
【図５】燃料電池出口冷却水温度と、ヒータコア入口冷却水温度と、空調風温度の関係を示す説明図である。
【図６】第２実施形態のヒータコアを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図、（ｄ）は平面図である。
【図７】第３実施形態のヒータコアを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１〜図５に基づいて説明する。本実施形態は、本発明の空調システムを、燃料電池１０を電源として走行する電気自動車（燃料電池車両）に適用した例である。
【００２３】
図１は、本実施形態の空調システムの概念図である。本実施形態の空調システムは、燃料電池１０の冷却水を用いて空調風の加熱を行う。燃料電池１０は、任意の種類のものを用いることができ、本実施形態では固体高分子型燃料電池を用いている。
【００２４】
燃料電池１０は発電効率確保のために運転中一定の第１所定温度（例えば７０℃程度）に維持する必要がある。このため、燃料電池１０を冷却するための冷却システムが設けられている。冷却システムには、燃料電池１０に冷却水（熱媒体）を循環させる冷却用経路１１、冷却用経路１１に冷却水を循環させる第１冷却水循環ポンプ１２、ファン１３を備え、冷却水を介して燃料電池１０の熱を外部に放出するラジエータ１４等が設けられている。第１冷却水循環ポンプ１２は、冷却用流路１１におけるラジエータ１４の下流側であって燃料電池１０の上流側に設けられている。なお、燃料電池１０が本発明の第１加熱手段に相当している。
【００２５】
さらに、冷却用流路１１には、冷却水をラジエータ１４をバイパスさせるためのラジエータバイパス流路１５が設けられている。冷却用流路１１とラジエータバイパス流路１５との合流部には、第１流路切替弁１６が設けられている。第１流路切替弁１６によって、ラジエータ１４を通過する冷却水流量割合とラジエータバイパス流路１５を通過する冷却水流量割合を調整することで、ラジエータ１４の放熱量を調整することができる。また、冷却用流路１１における燃料電池１０からの出口近傍には、燃料電池１０から流出した冷却水温度（燃料電池出口冷却水温度）を検出する温度センサ１７が設けられている。定常運転中の燃料電池出口冷却水温度は、第１所定温度（７０℃程度）となる。
【００２６】
冷却用流路１１には、空調用流路１８が設けられている。空調用流路１８は、冷却用流路１１における燃料電池１０の下流側であってラジエータ１４の上流側で、冷却用流路１１から分岐した後に合流している。空調用流路１８には、空調用流路１８に冷却水を循環させるための第２冷却水循環ポンプ１９が設けられている。空調用流路１８における下流側には電気ヒータ２０とヒータコア２１が設けられている。
【００２７】
電気ヒータ２０は、通電により空調用流路１８を流れる冷却水を第２所定温度に加熱するように構成されている。本実施形態では、冷却水が電気ヒータ２０によって加熱される第２所定温度を５０℃程度としている。電気ヒータ２０に対する電源供給は、燃料電池１０の発電電力や図示しない２次電池から供給される電力を用いることができる。なお、電気ヒータ２０が本発明の第２加熱手段に相当している。
【００２８】
ヒータコア２１は、空調風が通過する空調用ダクト２２に設けられており、冷却水の熱によって空調風を加熱する。空調用ダクト２２には、エアミックスドア２３が設けられている。エアミックスドア２３は、ヒータコア２１の上流側に設けられており、図示しない電気モータ等によって作動するように構成されている。エアミックスドア２３は、開度調整によりヒータコア２１を通過する風量割合を調整できる。なお、ヒータコア２１が本発明の加熱用熱交換器に相当している。
【００２９】
空調用流路１８には、閉ループ形成流路２４が設けられている。空調用流路１８における第２冷却水循環ポンプ１９より上流側の閉ループ形成流路２４との分岐点には、第２流路切替弁２５が設けられている。第２流路切替弁２５によって冷却水流路を切り替えることで、電気ヒータ２０のみで加熱された冷却水をヒータコア２１に流入させるか、あるいは燃料電池１０と電気ヒータ２０で加熱された冷却水をヒータコア２１に流入させるかを切り替えることができる。この点については後述する。なお、第２流路切替弁が本発明の切替手段に相当している。
【００３０】
本実施形態の空調システムには、冷凍サイクル２６〜３０が設けられている。冷凍サイクルには、冷媒が循環する冷媒流路２６が設けられている。冷媒流路２６は、内部に冷媒が封入された配管として構成されている。冷媒としては、例えばＨＦＣ−１３４ａなどを用いることができる。
【００３１】
冷媒流路２６の流路内には、圧縮機２７、コンデンサ２８、減圧器２９、エバポレータ３０等が設けられている。圧縮機２７は、気体状態の冷媒を圧縮して吐出するように構成されている。コンデンサ２８は、圧縮機２７から吐出された高温高圧冷媒と外気との間で熱交換を行い、冷媒を凝縮液化させるように構成されている。コンデンサ２８は、ラジエータ１４と重なるように配置されている。減圧器２９は、液体状態の冷媒を低圧に減圧し、低圧の気液２相状態とするように構成されている。減圧器２９からの低圧冷媒はエバポレータ３０に流入し、空調風から吸熱して蒸発する。空調風は、エバポレータ３０を通過することで冷却される。
【００３２】
エバポレータ３０は、ヒータコア２１の上流側に設けられている、また、エバポレータ３０の空調風流れ上流側には、空調風を送風するための空調ファン３１が設けられている。エバポレータ３０で一旦冷却された空調風は、ヒータコア２１で加熱される。このとき、エアミックスドア２３でヒータコア２１を通過する風量割合を調整することで空調風の温度調整をすることができる。
【００３３】
なお、図１では図示を省略しているが、空調システムには、各種制御を行う制御部（ＥＣＵ）が設けられている。制御部は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータとその周辺回路にて構成されている。制御部には、各種センサからのセンサ信号等が入力される。また、制御部は、演算結果に基づいてラジエータファン１３、第１冷却水循環ポンプ１２、第１流路切替弁１６、第２冷却水循環ポンプ１９、電気ヒータ２０、エアミックスドア２３、第２流路切替弁２５、圧縮機２７、空調ファン３１等に制御信号を出力する。
【００３４】
次に、本実施形態のヒータコア２１を図２に基づいて説明する。図２は本実施形態のヒータコア２１の構成を示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【００３５】
図２に示すように、ヒータコア２１は、その内部を冷却水が流通する断面扁平状に形成された複数のチューブ２１ａと、チューブ２１ａの扁平面に接合されたフィン２１ｂとを有している。フィン２１ｂは、チューブ２１ａ周りを流通する空気と冷却水との熱交換を促進するもので、波状に湾曲させることによって形成されている。
【００３６】
チューブ２１ａの長手方向両端部には、チューブ２１ａの長手方向と直交する方向であり、かつ、チューブ２１ａおよびフィン２１ｂの並設方向に延びて複数のチューブ２１ａに連通するヘッダタンク２１ｃ、２１ｄが設けられている。図２では、上側が冷却水が流入する流入口２１ｅが設けられた流入側ヘッダタンク２１ｃとなっており、下側が冷却水が流出する流出口２１ｆが設けられた流出側ヘッダタンク２１ｄとなっている。
【００３７】
ヒータコア２１には、蓄熱材２１ｇが設けられている。本実施形態の蓄熱材２１ｇは、ヒータ２１における冷却水流入側に設けられている。図２に示す例では、蓄熱材２１ｇが充填されている割合は、ヒータ２１の流路長の２／５程度となっている。蓄熱材２１ｇは、チューブ２１ａとフィン２１ｂの隙間に充填されている。本実施形態では、蓄熱材２１ｇとして潜熱蓄熱材であるパラフィン（例えばｎ−トリアコンタン（Ｃ30Ｈ62））を用いている。そして、パラフィンが封入されたマイクロカプセルを熱伝導性の高い樹脂に練り込んだ状態で、チューブ２１ａとフィン２１ｂの隙間に充填され固定されている。
【００３８】
本実施形態では、ヒータコア２１における蓄熱材２１ｇが充填された部位は、空調風が通過できない。このため、ヒータコア２１における充填材２１ｇが設けられた部位（冷却水流入側の部位）では、チューブ２１ａとフィン２１ｂを介して冷却水と充填材２１ｇとの間で熱交換が行われる。一方、ヒータコア２１における充填材２１ｇが設けられていない部位（冷却水流出側の部位）では、チューブ２１ａとフィン２１ｂを介して冷却水と空気との間で熱交換が行われる。
【００３９】
充填材２１ｇとして用いられるパラフィンは、融点が上述の第１冷却水温度（７０℃程度）と第２冷却水温度（５０℃程度）の間にあるものを選択する。本実施形態では、融点が６０℃程度のパラフィンを用いている。このため、ヒータコア流入冷却水温度が６０℃未満の場合は、蓄熱材２１ｇは融解しないため顕熱分以外は蓄熱しない。一方、ヒータコア流入冷却水温度が上昇して６０℃以上になった場合には、蓄熱材２１ｇが融解して吸熱する。これにより、高温の冷却水がヒータコア２１に流入した場合には、蓄熱材２１ｇで吸熱することで、冷却水温度を低下させ、空調風が急激に高温となることを防止できる。また、ヒータコア流入冷却水温度が低下して６０℃未満になった場合には、蓄熱材２１が凝固して放熱する。これにより、低温の冷却水がヒータコア２１に流入した場合には、蓄熱材２１ｇで放熱することで、冷却水温度を上昇させ、空調風が急激に低温となることを防止できる。
【００４０】
図３は、ヒータコア２１の放熱量とヒータコア２１に流入するヒータコア入口冷却水温度との関係を示している。図３に示す例では、ヒータコア流入冷却水温度が第２所定温度（５０℃程度）から第２所定温度（７０℃程度）に変化した場合を示している。本実施形態のヒータコア２１では、ヒータコア入口冷却水温度が５０℃の場合には、ヒータコア２１の放熱量が６．０ｋＷとなる。そして、ヒータコア入口冷却水温度が７０℃に上昇した場合には、ヒータコア２１の放熱量が８．５ｋＷに上昇する。
【００４１】
このとき、ヒータコア２１に蓄熱材２１ｇを設けていない場合には、図３の破線で示すようにヒータコア２１の放熱量が６．５ｋＷから８．５ｋＷに急激に上昇する。これに対し、本実施形態のようにヒータコア２１に蓄熱材２１ｇを設けることで、図３の実線で示す熱量を蓄熱材２１ｇで吸収することができ、ヒータコア２１の放熱量の上昇を穏やかなものにすることができる。
【００４２】
次に、第２流路切替弁２５で冷却水流路を切り替えた場合の燃料電池出口冷却水温度、ヒータコア入口冷却水温度、空調風温度の変化について説明する。
【００４３】
図４は、第２流路切替弁２５による冷却水流路の切り替えを説明するための図である。また、図５は、燃料電池出口冷却水温度と、ヒータコア入口冷却水温度と、空調風温度の関係を示している。
【００４４】
まず、燃料電池１０の起動直後は、燃料電池出口冷却水温度が低いので、電気ヒータ２０のみで加熱された冷却水をヒータコア２１に流入させる。このため、図４（ａ）に示すように、第２流路切替弁２５によって、燃料電池１０からの冷却水の流れを遮断し、ヒータコア２１を通過した冷却水が閉ループ形成流路２４を介して空調用流路１８に再度流入する流れを許容する。図４（ａ）に示す状態では、循環ポンプ１９、電気ヒータ２０、ヒータコア２１からなる閉ループを形成され、電気ヒータ２０で第２所定温度（５０℃程度）に加熱された冷却水のみがヒータコア２１に流入することができる。
【００４５】
この状態では、燃料電池１０から流出する冷却水は冷却用流路１１のみを循環する。このため、ヒータコア加熱用の冷却水と燃料電池冷却用の冷却水とが分離しており、温度の異なる２系統の冷却水が存在することとなる。
【００４６】
図５に示すように、燃料電池１０の起動時には、燃料電池出口冷却水温度とヒータコア入口冷却水温度は共に低温となっている。その後、ヒータコア２１には電気ヒータ２０で加熱された冷却水が流入するので、ヒータコア入口冷却水温度は第２所定温度（５０℃程度）まで昇温して維持される。燃料電池出口冷却水温度は徐々に昇温し、第１所定温度（７０℃程度）に到達したときに、第２流路切替弁２５によって冷却水流路を図４（ａ）の状態から図４（ｂ）の状態に切り替える。なお、第１所定温度（７０℃程度）が本発明の上限温度に相当している。
【００４７】
図４（ｂ）に示す状態では、第２流路切替弁２５によって、燃料電池１０からの冷却水の流れを許容し、ヒータコア２１を通過した冷却水が閉ループ形成流路２４を介して空調用流路１８に再度流入する流れを遮断している。これにより、燃料電池１０から流出した冷却水が電気ヒータ２０とヒータコア２１に流れる。このため、燃料電池１０から流出した第１所定温度（７０℃程度）の冷却水が閉ループを流れていた第２所定温度（５０℃程度）の冷却水に合流することとなり、ヒータコア流入冷却水温度と燃料電池出口冷却水温度が略同一温度となる。この結果、ヒータコア流入冷却水温度が上昇する。
【００４８】
ヒータコア２１で加熱される空調風の吹き出し温度は、ヒータコア流入冷却水温度の上昇に伴って上昇する。図５の破線は、ヒータコア２１が蓄熱材２１ｇを備えていない場合の空調風吹出温度の変化を示しており、ヒータコア流入冷却水温度の急激な上昇に伴って、空調風吹出温度も急激に上昇する。これに対し、本実施形態のヒータコア２１は蓄熱材２１ｇを備えているので、空調風吹出温度が急激に上昇することを抑制できる。
【００４９】
そして、ヒータコア流入冷却水温度の上昇にともなって、燃料電池出口冷却水温度が低下する。上述のように、燃料電池１０は発電効率確保のために運転中一定温度に維持する必要があるため、燃料電池出口冷却水温度が第３所定温度（６５℃程度）まで低下した場合に、第２流路切替弁２５によって、冷却水流路を図４（ｂ）の状態から図４（ａ）の状態に切り替える。これにより、ヒータコア加熱用の冷却水と燃料電池冷却用の冷却水とが分離され、燃料電池出口冷却水温度が上昇することとなる。なお、第３所定温度（６５℃程度）が本発明の下限温度に相当している。
【００５０】
以上説明した本実施形態では、温度が異なる２系統の冷却水が流入可能なヒータコア２１に蓄熱材２１ｇを設けることで、ヒータコア流入冷却水温度が上昇した場合には吸熱し、ヒータコア流入冷却水温度が下降した場合には放熱して、空調風吹出温度の変化を穏やかにすることができる。これにより、空調フィーリングが悪化することを抑制することができる。
【００５１】
また、本実施形態では、ヒータコア２１における冷却水流入側に蓄熱材２１ｇを設けているので、ヒータコア２１における冷却水流入側で蓄熱材２１ｇでの吸熱または放熱によって冷却水の温度変化を緩和し、ヒータコア２１における冷却水流入側で温度変化が緩和された冷却水と空調風を熱交換させることができる。
【００５２】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図６に基づいて説明する。本第２実施形態は、上記第１実施形態と比較して、ヒータコア２１の構成が異なる。以下、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００５３】
図６は、本第２実施形態のヒータコア２１の構成を示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図、（ｄ）は平面図である。図６に示すように、本実施形態のヒータコア２１は二層構造となっており、図６の上端から流入した冷却水は、下端で折り返した後、上端から流出する。
【００５４】
図６（ａ）は、空調風流れ上流側に位置する面を示し、図６（ｃ）は、空調風流れ下流側に位置する面を示している。また、図６（ｂ）に示すように、冷却水流入側の面（図６（ｂ）の左側の面）が空調風流れ上流側に位置している。
【００５５】
チューブ２１ａとフィン２１ｂは、冷却水流入側と冷却水流入側のそれぞれに設けられている。図６の上側のヘッダタンク２１ｃの内部は、内部が流入側の冷却水が通過する部位と流出側の冷却水が通過する部位に分離されている。図６の下側のヘッダタンク２１ｄは内部は連通している。
【００５６】
図６（ａ）に示すように、本実施形態のヒータコア２１では、蓄熱材２１ｇは冷却水流入側において、隣り合うチューブ２１ａに間に充填されている。つまり、ヒータコア２１における冷却水流入側は、フィン２１ｂと蓄熱材２１ｇが交互に設けられている。なお、フィン２１ｂと蓄熱材２１ｇの比率は１：１でなくてもよく、要求される蓄熱量に応じて蓄熱材２１ｇの量を調整すればよい。
【００５７】
以上説明した本第２実施形態の構成によっても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５８】
また、本実施形態のヒータコア２１は二層構造となっているため、ヒータコア２１の冷却水流入側（風上側）を通過する一部の空調風が高温になったしても、温度変動が抑制されたヒータコア２１の冷却水流出側（風下側）でなまされるため、空調風吹出口温度の急激な上昇を抑えることができる。
【００５９】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図７に基づいて説明する。本第２実施形態は、上記各実施形態と比較して、ヒータコア２１の構成が異なる。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００６０】
図７は、本第３実施形態のヒータコア２１の構成を示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。図７に示すように、本実施形態のヒータコア２１は、蓄熱材２１ｇがチューブ２１ａとフィン２１ｂの表面に設けられている。パラフィンが封入されたマイクロカプセルを熱伝導性の高い樹脂に練り込んだ状態で、チューブ２１ａとフィン２１ｂの表面にコーティングされ固定されている。
【００６１】
以上の本第３実施形態の構成によっても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、図７に示す例では、チューブ２１ａとフィン２１ｂの全面に蓄熱材２１ｇをコーティングしたが、これに限らず、チューブ２１ａとフィン２１ｂの一部に蓄熱材２１ｇをコーティングするようにしてもよい。この場合には、ヒータコア２１における冷却水流入側に蓄熱材２１ｇをコーティングする。
【００６２】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。
【００６３】
例えば、上記各実施形態では、本発明を燃料電池車両に適用したが、ハイブリッド車両にも適用可能である。この場合、上記実施形態の燃料電池１０が内燃機関に置き換わることになる。
【００６４】
また、上記各実施形態は適宜組み合わせて実施することができる。例えば、上記第２実施形態の二層構造のヒータコア２１において、チューブ２１ａ間に充填した蓄熱材２１ｇに代えて、上記第３実施形態のようにチューブ２１ａとフィン２１ｂの表面に蓄熱材２１ｇをコーティングするようにしてもよい。
【００６５】
また、上記各実施形態では、空調用流路に冷却水を加熱するために電気ヒータ２０を設けたが、電気ヒータ２０に代えて、燃焼式ヒータ等の他の種類のヒータを用いてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１０ 燃料電池（第１加熱手段）
１１ 冷却用流路
１２ 第１冷却水循環ポンプ
１８ 空調用流路
１９ 第２冷却水循環ポンプ
２０ 電気ヒータ（第２加熱手段）
２１ ヒータコア（加熱用熱交換器）
２５ 第２流路切替弁（切替手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を熱媒体が通過するとともに、熱媒体と空調風を熱交換して空調風を加熱する加熱用熱交換器（２１）と、
前記加熱用熱交換器に供給される熱媒体を第１所定温度に加熱する第１加熱手段（１０）と、
前記加熱用熱交換器に供給される熱媒体を前記第１所定温度と異なる第２所定温度に加熱する第２加熱手段（２０）と、
前記加熱用熱交換器（２１）に供給される熱媒体を、少なくとも前記第１加熱手段（１０）によって加熱された熱媒体または前記第２加熱手段のみで加熱された熱媒体に切り替る切替手段（２５）とを備え、
前記加熱用熱交換器（２１）における熱媒体が通過する部位の少なくとも上流側に、熱媒体の熱を蓄熱可能な蓄熱材（２１ｇ）が設けられていることを特徴とする空調システム。
【請求項２】
前記蓄熱材（２１ｇ）は、融解により蓄熱し、凝固により放熱する潜熱蓄熱材であることを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
【請求項３】
前記蓄熱材（２１ｇ）の融解温度は、前記第１所定温度と前記第２所定温度の間に設定されていることを特徴とする請求項２に記載の空調システム。
【請求項４】
前記加熱用熱交換器（２１）は、チューブ（２１ａ）とフィン（２１ｂ）を備えており、
前記蓄熱材（２１ｇ）は、前記チューブ（２１ａ）と前記フィン（２１ｂ）の隙間に充填されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の空調システム。
【請求項５】
前記蓄熱材（２１ｇ）は、前記加熱用熱交換器（２１）における熱媒体と空調風とを熱交換する部位の表面に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の空調システム。
【請求項６】
前記加熱用熱交換器（２１）は、空調風の流れ方向に沿って積層された二層構造となっており、一端側から流入した熱媒体が他端側で折り返して前記一端側から流出するように構成され、
前記二層構造のうち熱媒体流入側が空調風流れ上流側に位置し、熱媒体流出側が空調風流れ下流側に位置しており、
前記蓄熱材（２１ｇ）は、前記加熱用熱交換器（２１）における空調風流れ上流側に設けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の空調システム。
【請求項７】
前記第１加熱手段（１０）は燃料電池であり、前記第２加熱手段（２０）は電気ヒータであり、前記第１所定温度の方が前記第２所定温度より高いことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の空調システム。
【請求項８】
前記燃料電池（１０）から流出した熱媒体温度が上限温度以上の場合に、前記燃料電池（１０）から流出した熱媒体を前記加熱用熱交換器（２１）に供給し、
前記燃料電池（１０）から流出した熱媒体温度が下限温度以下の場合に、前記電気ヒータ（２０）で加熱された熱媒体を前記加熱用熱交換器（２１）に供給するとともに、前記燃料電池（１０）から流出した熱媒体を前記加熱用熱交換器（２１）に供給しないことを特徴とする請求項７に記載の空調システム。
【請求項１】
内部を熱媒体が通過するとともに、熱媒体と空調風を熱交換して空調風を加熱する加熱用熱交換器（２１）と、
前記加熱用熱交換器に供給される熱媒体を第１所定温度に加熱する第１加熱手段（１０）と、
前記加熱用熱交換器に供給される熱媒体を前記第１所定温度と異なる第２所定温度に加熱する第２加熱手段（２０）と、
前記加熱用熱交換器（２１）に供給される熱媒体を、少なくとも前記第１加熱手段（１０）によって加熱された熱媒体または前記第２加熱手段のみで加熱された熱媒体に切り替る切替手段（２５）とを備え、
前記加熱用熱交換器（２１）における熱媒体が通過する部位の少なくとも上流側に、熱媒体の熱を蓄熱可能な蓄熱材（２１ｇ）が設けられていることを特徴とする空調システム。
【請求項２】
前記蓄熱材（２１ｇ）は、融解により蓄熱し、凝固により放熱する潜熱蓄熱材であることを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
【請求項３】
前記蓄熱材（２１ｇ）の融解温度は、前記第１所定温度と前記第２所定温度の間に設定されていることを特徴とする請求項２に記載の空調システム。
【請求項４】
前記加熱用熱交換器（２１）は、チューブ（２１ａ）とフィン（２１ｂ）を備えており、
前記蓄熱材（２１ｇ）は、前記チューブ（２１ａ）と前記フィン（２１ｂ）の隙間に充填されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の空調システム。
【請求項５】
前記蓄熱材（２１ｇ）は、前記加熱用熱交換器（２１）における熱媒体と空調風とを熱交換する部位の表面に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の空調システム。
【請求項６】
前記加熱用熱交換器（２１）は、空調風の流れ方向に沿って積層された二層構造となっており、一端側から流入した熱媒体が他端側で折り返して前記一端側から流出するように構成され、
前記二層構造のうち熱媒体流入側が空調風流れ上流側に位置し、熱媒体流出側が空調風流れ下流側に位置しており、
前記蓄熱材（２１ｇ）は、前記加熱用熱交換器（２１）における空調風流れ上流側に設けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の空調システム。
【請求項７】
前記第１加熱手段（１０）は燃料電池であり、前記第２加熱手段（２０）は電気ヒータであり、前記第１所定温度の方が前記第２所定温度より高いことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の空調システム。
【請求項８】
前記燃料電池（１０）から流出した熱媒体温度が上限温度以上の場合に、前記燃料電池（１０）から流出した熱媒体を前記加熱用熱交換器（２１）に供給し、
前記燃料電池（１０）から流出した熱媒体温度が下限温度以下の場合に、前記電気ヒータ（２０）で加熱された熱媒体を前記加熱用熱交換器（２１）に供給するとともに、前記燃料電池（１０）から流出した熱媒体を前記加熱用熱交換器（２１）に供給しないことを特徴とする請求項７に記載の空調システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１９７０１２（Ｐ２０１２−１９７０１２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６１８６２（Ｐ２０１１−６１８６２）
【出願日】平成２３年３月２１日（２０１１．３．２１）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２１日（２０１１．３．２１）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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