車室内空調・燃料電池冷却装置
【課題】車室内空調・燃料電池冷却装置において、燃料電池を冷却するための冷却水と外気とを熱交換するためのラジエータが、外気の流れに対して、空調機能用の室外器よりも風下側に配置されていても、燃料電池の冷却水の冷却効果を高める。
【解決手段】冷房時においては、コンプレッサ１１によって温度が上昇したのち室外器１６に到る前の空調冷媒が水−冷媒熱交換器１３に入り、また、燃料電池２を冷却したのちラジエータ４２に到る前のＦＣ冷却水（燃料電池用冷却水）が水−冷媒熱交換器１３に入る。そして、水−冷媒熱交換器１３において、空調冷媒からＦＣ冷却水に熱が移動する。
【解決手段】冷房時においては、コンプレッサ１１によって温度が上昇したのち室外器１６に到る前の空調冷媒が水−冷媒熱交換器１３に入り、また、燃料電池２を冷却したのちラジエータ４２に到る前のＦＣ冷却水（燃料電池用冷却水）が水−冷媒熱交換器１３に入る。そして、水−冷媒熱交換器１３において、空調冷媒からＦＣ冷却水に熱が移動する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を走行用駆動源とする車両に搭載され、車室内の空調機能を担うと共に、燃料電池を冷却する機能をも担う車室内空調・燃料電池冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池を走行用駆動源とする燃料電池車両においては、燃料電池を好適な温度（例えば８０℃）に維持することが求められており、このために、循環する冷却水を用いて燃料電池を冷却するようになっている。また、車両の車室内の空調機能を担う車室内空調装置が広く用いられている。
【０００３】
燃料電池を冷却するための冷却水と外気とを熱交換するためのラジエータは、多くの場合、外気の流れに対して、空調機能用の室外器よりも風下側に配置されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このような場合、外気は一旦室外器を通ってからラジエータに到達するので、ラジエータに到達した時の外気の温度は、室外器に到達する前の外気の温度よりも高くなってしまう。したがって、燃料電池の冷却水を充分冷却するために、ラジエータを大型化しなければならない。
【０００５】
ラジエータを小型化する方法として、燃料電池から排出される水をラジエータに散布させ、水の顕熱、潜熱を利用することで、冷却性能を向上させるものが、特許文献２に提案されている。
【０００６】
しかし、燃料電池の作動温度は８０℃程度であるため、飽和蒸気圧が高く燃料電池から排出される水のほとんどが水蒸気であり、液水量は少ない。そのため、この方法によるラジエータ小型化効果は、小さい。
【特許文献１】特開２００２−６７７０８号公報
【特許文献２】特開２００２−３７２３８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記点に鑑み、燃料電池を走行用駆動源とする車両に搭載され、車室内の空調機能を担うと共に、燃料電池を冷却する機能をも担う車室内空調・燃料電池冷却装置において、燃料電池を冷却するための冷却水と外気とを熱交換するためのラジエータが、外気の流れに対して、空調機能用の室外器よりも風下側に配置されていても、燃料電池の冷却水の冷却効果を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、燃料電池（２）を走行用駆動源とする車両に搭載される車室内空調・燃料電池冷却装置が、前記車両の車室内を冷房するための冷媒を流す第１の流路（１０ａ〜１０ｈ）と、前記燃料電池を冷却するための冷却水を流す第２の流路（４０ａ〜４０ｉ）と、前記第１の流路（１０ａ〜１０ｈ）に配置され、前記冷媒を圧縮するコンプレッサ（１１）と、前記第１の流路（１０ａ〜１０ｈ）に配置され、前記コンプレッサ（１１）によって温度が上昇した前記冷媒と外気との間の熱交換を行う室外器（１６）と、前記第２の流路（４０ａ〜４０ｉ）に配置され、前記冷却水と外気との間の熱交換を行うラジエータ（４２）と、前記第１の流路（１０ａ〜１０ｈ）において前記コンプレッサ（１１）によって温度が上昇したのち前記室外器（１６）に到る前の前記冷媒の熱を、前記第２の流路（４０ａ〜４０ｉ）において前記燃料電池（２）を冷却したのち前記ラジエータ（４２）に到る前の前記冷却水に、移動させる水−冷媒熱交換器（１３）と、を備え、前記室外機（１６）と前記ラジエータ（４２）の熱交換に用いられる外気の流れに対して、前記室外機（１６）は前記ラジエータ（４２）よりも風上側に配置されている。
【０００９】
このようになっていることで、水−冷媒熱交換器（１３）が、コンプレッサ（１１）によって温度上昇したのち室外器（１６）に到る前の冷媒の熱を、冷却水に移す。したがって、室外器（１６）に入る冷媒の温度が低くなるので、室外器（１６）の放熱量が減少する。そのため、室外器（１６）を薄型化することができる。室外器（１６）を薄型化すると、室外器（１６）を通る外気の量が増加する。外気の量が増加すると、室外器（１６）を通ることによる外気の温度上昇量も低下するので、ラジエータ（４２）に入る外気温度が下がる。したがって、燃料電池（２）の冷却水の冷却効果を高めることができ、その結果、ラジエータ（４２）を小型化することができる。
【００１０】
また、請求項２に記載のように、車室内空調・燃料電池冷却装置は、前記第１の流路（１０ａ〜１０ｈ）に配置され、前記コンプレッサ（１１）によって温度が上昇した前記冷媒の熱で前記車室内を暖房するための第１のヒータコア（１２）と、前記第２の流路（４０ａ〜４０ｉ）に配置されると共に、前記燃料電池（２）を冷却した後の前記冷却水の熱を用いて前記車室内を暖房するための第２のヒータコア（４８）と、を備えていてもよい。
【００１１】
この場合、前記第１のヒータコア（１２）および前記第２のヒータコア（４８）で前記車室内を暖房する際には、前記水−冷媒熱交換器（１３）は、前記第２の流路（４０ａ〜４０ｉ）において前記第２のヒータコア（４８）の下流側となり、また、前記水−冷媒熱交換器（１３）は、前記第１のヒータコア（１２）において前記車室内を暖房したのちの前記冷媒の熱を、前記第２のヒータコア（４８）において前記車室内を暖房したのちの前記冷却水に、移動させるようになっていてもよい。
【００１２】
このようになっていることで、車室内を暖房する際にも、水−冷媒熱交換器（１３）において、空調用の冷媒の熱が燃料電池（２）用の冷却水に移るので、車室内の暖房のために冷却水が過度に低くなってしまった場合でも、空調用の冷媒の余剰熱を回収することで、冷却水の温度を上昇させることができる。また、空調用の冷媒においては、暖房時の余剰熱を冷却水に渡すことで、室外器（１６）を小型化したことによる空調効率悪化を防止することができる。
【００１３】
また、請求項３に記載のように、車室内空調・燃料電池冷却装置は、前記第２の流路（４０ａ〜４０ｉ）において前記冷却水を燃料電池（２）に戻すためのウォータポンプ（４４）を備えていてもよい。そして、前記第２の流路（４０ａ〜４０ｉ）は、分岐路（４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ）および復帰路（４０ｉ）を有し、前記分岐路（４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ）は、前記水−冷媒熱交換器（１３）および前記第２のヒータコア（４８）を通り、前記車室内を冷房する際には、前記燃料電池（２）を冷却した前記冷却水が分岐し、その一方が、前記分岐路（４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ）において、前記水−冷媒熱交換器（１３）、前記第２のヒータコア（４８）の順に通り、その後、前記冷却水の他方に合流し、前記車室内を暖房する際には、前記分岐路（４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ）のうち、前記水−冷媒熱交換器（１３）および前記第２のヒータコア（４８）を含む部分において、前記冷却水の一部が、冷房時とは逆方向に流れ、更に、当該一部の冷却水が、前記分岐路（４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ）から前記復帰路（４０ｉ）を経て前記ウォータポンプ４４の吸入側まで導かれることで、残りの冷却水と合流することを特徴とするようになっていてもよい。
【００１４】
このようになっていることで、第２の流路（４０ａ〜４０ｉ）における燃料電池（２）の出口と、ウォータポンプ（４４）の吸入口との間の圧力差を利用することで、冷房時に第２のヒータコア（４８）および水−冷媒熱交換器（１３）に冷却水を流すためのウォータポンプを別途設ける必要がなくなり、電力消費を抑えることができる。
【００１５】
なお、上記および特許請求の範囲における括弧内の符号は、特許請求の範囲に記載された用語と後述の実施形態に記載される当該用語を例示する具体物等との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の第１実施形態について説明する。図１に、本実施形態に係る車室内空調・燃料電池冷却装置１および燃料電池２の構成を示す。車両には、図１に示す車室内空調・燃料電池冷却装置１および燃料電池２が搭載されている。
【００１７】
車室内空調・燃料電池冷却装置１は、車室内の空調機能と燃料電池を冷却する機能を実現する装置である。燃料電池２は、酸化剤ガスと燃料ガスを電気化学反応させて発電する電池であり、車両の走行用駆動源として機能する。
【００１８】
この燃料電池２は、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する。本実施形態では燃料電池２として固体高分子電解質型の燃料電池を用いており、基本単位となるセルが複数積層されて構成されている。なお、本発明は固体高分子電解質型以外の燃料電池にも適用可能である。
【００１９】
燃料電池２では、以下の水素と酸素の電気化学反応が起こり発電する。なお、水素が本発明の燃料ガスに相当し、酸素（空気）が本発明の酸化剤ガスに相当している。
アノード（水素極） ２Ｈ２→４Ｈ+＋４ｅ-
カソード（酸素極） ４Ｈ+＋Ｏ２＋４ｅ-→２Ｈ２Ｏ
全体 ２Ｈ２＋Ｏ２→２Ｈ２Ｏ
燃料電池２は発電に伴い発熱する。このため、車室内空調・燃料電池冷却装置１は、冷却水（以下、ＦＣ冷却水という）を循環させることで、燃料電池２を冷却して作動温度が効率の良い温度（８０℃前後）となるようにしている。ＦＣ冷却水としては、例えばエチレングリコール水溶液を用いることができる。
【００２０】
車室内空調・燃料電池冷却装置１は、車両の車室内の冷房および暖房を行うための冷媒（以下、空調冷媒という）を流す空調用流路（第１の流路に相当する）と、燃料電池を冷却するためのＦＣ冷却水を流すＦＣ冷却用流路（第２の流路に相当する）とを有している。より具体的には、これら空調用流路およびＦＣ冷却用流路を形成するための配管を有している。
【００２１】
また、車室内空調・燃料電池冷却装置１は、空調用流路に配置されるコンプレッサ１１、暖房用室内器１２、シャット弁１４、膨張弁１５、室外器１６、シャット弁１７、シャット弁１８、膨張弁１９、冷房用室内器２０を備えている。さらに車室内空調・燃料電池冷却装置１は、車室内空調・燃料電池冷却装置１は、ＦＣ冷却用流路に配置されるラジエータ４２、三方弁４３、ウォータポンプ４４、三方弁４５、シャット弁４６、ウォータポンプ４７、ヒータコア４８を備えている。さらに車室内空調・燃料電池冷却装置１は、空調用流路およびＦＣ冷却用流路の両方に配置された１つの水−冷媒熱交換器１３を有している。さらに車室内空調・燃料電池冷却装置１は、車室内送風ファン３１、外気導入ファン３２、およびエアミックスドア３３を備えている。
【００２２】
さらに車室内空調・燃料電池冷却装置１は、車室内に供給される空調用空気が流れる送風路を構成する空調ケース３０を備えている。空調ケース３０内には、上述の車室内送風ファン３１、暖房用室内器１２、冷房用室内器２０、ヒータコア４８、およびエアミックスドア３３が設けられている。
【００２３】
コンプレッサ１１は、空調用流路中の空調冷媒を吸入し、吸入した空調冷媒を圧縮して吐出する装置である。吐出された空調冷媒は、吸入前に比べて温度が上昇する。暖房用室内器１２は、車室内に流入する空気と圧縮された空調冷媒との間の熱交換を行うことで、車室内に流入する空気を暖めるための熱交換器、すなわちヒータコアである。
【００２４】
水−冷媒熱交換器１３は、空調冷媒とＦＣ冷却水との間で、温度の高い方から低い方へ熱を移す熱交換器である。シャット弁１４、１７、１８、４６は、開閉を切り替えることができる弁である。膨張弁１５、１９は、空調用流路中の空調冷媒を吸入し、吸入した空調冷媒を減圧して吐出する弁である。
【００２５】
室外器１６は、室外器１６を通る外気（すなわち、車両の外部の空気）を用いて、その外気と空調冷媒との間で熱交換を行う熱交換器であり、車室内冷房時には空調冷媒を放熱させ、車室内暖房時には空調冷媒を吸熱させる。また、ラジエータ４２は、ラジエータ４２を通る外気を用いて、その外気とＦＣ冷却水との間で熱交換を行うことで、ＦＣ冷却水を放熱させる熱交換器である。
【００２６】
室外器１６とラジエータ４２は、熱交換に用いられる外気が流入する方向５０に対して、直列配置となっている。より詳しくは、室外器１６は、ラジエータ４２よりも風上側に配置されている。したがって、外気は、室外器１６を通った後にラジエータ４２に到達する。
【００２７】
冷房用室内器２０は、車室内に流入する空気と減圧された空調冷媒との間の熱交換を行うことで、車室内に流入する空気を冷やすための熱交換器である。三方弁４３、４５は、３方でＦＣ冷却水の流路に接続し、それら３方のうち任意の２方間でＦＣ冷却水の流通が可能となるよう、開閉状態を変化させることができる弁である。
【００２８】
ウォータポンプ４４、４７は、ＦＣ冷却用流路中のＦＣ冷却水を積極的に吸入して吐出することでＦＣ冷却水を圧送し、それによってＦＣ冷却水の流速を速める装置である。ウォータポンプ４４は、ＦＣ冷却水を燃料電池２に戻すための動力源として機能する。ヒータコア４８は、車室内に流入する空気とＦＣ冷却水との間の熱交換を行うことで、車室内に流入する空気を暖めるための熱交換器である。
【００２９】
車室内送風ファン３１は、車室内に空気を送るための送風機である。外気導入ファン３２は、外気を室外器１６からラジエータ４２の方向５０に流すためのファンである。エアミックスドア３３は、車室内送風ファン３１によって車室内に送られる空調用空気の通る経路を制御する開閉ドアである。
【００３０】
ここで、暖房用室内器１２、エアミックスドア３３、ヒータコア４８間の配置の関係について説明する。これら部材１２、３３、４８は、車室内送風ファン３１から車室内に流れ込む空調用空気に対して、上流から順に、エアミックスドア３３、ヒータコア４８、暖房用室内器１２の順に、直列に配置されている。したがって、空調用空気がヒータコア４８および暖房用室内器１２を通る場合は、まず最初に空調用空気がヒータコア４８を通り、ヒータコア４８を通った後の空調用空気が、暖房用室内器１２を通る。
【００３１】
また、空調用流路は、流路１０ａ〜１０ｈを有している。流路１０ａは、コンプレッサ１１の吐出側から室内器１２まで延びている。流路１０ｂは、室内器１２から水−冷媒熱交換器１３まで延びている。流路１０ｃは、水−冷媒熱交換器１３から延びて２つに分岐し、それぞれシャット弁１４および膨張弁１５まで延びている。流路１０ｄは、シャット弁１４および膨張弁１５のそれぞれから延びて互いに合流し、合流後、室外器１６まで延びている。
【００３２】
流路１０ｅは、室外器１６から室内器２０まで延びている。そして、流路１０ｅの途上には、シャット弁１８が配置されている。また、流路１０ｅの途上であり、かつ、シャット弁１８と室内器２０との間には、膨張弁１９が配置されている。
【００３３】
また、流路１０ｅの、室外器１６とシャット弁１８の間の位置から、コンプレッサ１１の吸入側まで、流路１０ｆが延びている。そして、流路１０ｆの途上には、シャット弁１７が配置されている。また、流路１０ｈが、室内器２０から、流路１０ｆのうちシャット弁１７とコンプレッサ１１の間まで延びている。
【００３４】
また、ＦＣ冷却用流路は、流路４０ａ〜４０ｉを有している。流路４０ａは、燃料電池２からラジエータ４２まで延びている。流路４０ｈは、ラジエータ４２から三方弁４３まで延びている。流路４０ｂは、三方弁４３から燃料電池２まで延びている。そして、流路４０ｂの途上には、燃料電池２に向かってＦＣ冷却水を圧送するウォータポンプ４４が配置されている。
【００３５】
また、流路４０ａの途上から、三方弁４３まで、流路４０ｃが配置されている。また、流路４０ｂのうち、三方弁４３とウォータポンプ４４の間から、三方弁４５まで、流路４０ｉが延びている。また、三方弁４５から流路４０ａの途上まで、流路４０ｄが延びている。なお、流路４０ａと流路４０ｄとの合流点は、流路４０ａと流路４０ｃとの合流点よりも、燃料電池２側にある。
【００３６】
また、流路４０ｅが、三方弁４５から出て、２つに分岐し、それぞれシャット弁４６およびウォータポンプ４７を通り、その後合流し、合流後、水−冷媒熱交換器１３まで延びている。流路４０ｆは、水−冷媒熱交換器１３からヒータコア４８まで延びている。流路４０ｇは、ヒータコア４８から流路４０ａの途上まで延びている。なお、流路４０ａと流路４０ｇとの合流点は、流路４０ａと流路４０ｃとの合流点よりも燃料電池２側にあり、さらに、流路４０ａと流路４０ｂとの合流点よりもラジエータ４２側にある。
【００３７】
また、車室内空調・燃料電池冷却装置１は、図２に示すＥＣＵ１００を備えている。ＥＣＵ１００はＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えた周知のマイクロコンピュータを有する。ＣＰＵがＲＯＭからＲＡＭに読み出したプログラムを実行することで、ＥＣＵ１００の各種作動が実現する。本実施形態においては、ＥＣＵ１００は、その作動において、必要時にコンプレッサ１１、シャット弁１４、膨張弁１５、シャット弁１７、シャット弁１８、車室内送風ファン３１、外気導入ファン３２、エアミックスドア３３、三方弁４３、ウォータポンプ４４、三方弁４５、シャット弁４６、ウォータポンプ４７に制御信号を出力することで、これら装置を制御するようになっている。
【００３８】
また、車室内空調・燃料電池冷却装置１は、図示しない水温センサを有している。この水温センサは、流路４０ａのうち、燃料電池２から、流路４０ｄへの分岐点までの部分におけるＦＣ冷却水の温度を検出し、その検出結果の温度を検出信号としてＥＣＵ１００に出力するようになっている。
【００３９】
以下、上記のような構成の車室内空調・燃料電池冷却装置１の作動について、車室内を冷房する場合と暖房する場合に分けて説明する。なお、ＥＣＵ１００は、図示しない操作装置に対する乗員の操作内容に応じて、冷房を行うか否か、および、暖房を行うか否かを決定する。
【００４０】
（１）冷房時（図３参照）：
車室内の冷房を行う際には、ＥＣＵ１００は、コンプレッサ１１を作動させ、シャット弁１４を開き、膨張弁１５を非作動とし、シャット弁１７を閉じ、シャット弁１８を開き、車室内送風ファン３１を作動させ、外気導入ファン３２を作動させ、ウォータポンプ４４を作動させ、シャット弁４６を閉じ、ウォータポンプ４７を作動させる。
【００４１】
またこの際、ＥＣＵ１００は、水温センサから出力された検出信号に基づいて、燃料電池２から出るＦＣ冷却水の水温が、燃料電池作動のための最適温度（例えば８０℃）の近傍に維持されるように、三方弁４３の開閉状態をフィードバック制御する。
【００４２】
具体的には、ＥＣＵ１００は、水温センサから出力された検出信号の示す水温が閾値温度（例えば、最適温度より５℃高い温度）を超えると、三方弁４３の開閉状態を制御して、流路４０ｈと流路４０ｂとの間でＦＣ冷却水が流れ、流路４０ｃをＦＣ冷却水が流れないようにする。すなわち、ＦＣ冷却水がラジエータ４２を通って冷却されるように制御する。
【００４３】
また、水温センサから出力された検出信号の示す水温が閾値温度を以下になると、三方弁４３の開閉状態を制御して、流路４０ｃと流路４０ｂとの間でＦＣ冷却水が流れ、流路４０ｈをＦＣ冷却水が流れないようにする。すなわち、ＦＣ冷却水がラジエータ４２を通らないように制御する。
【００４４】
またこの際、ＥＣＵ１００は、三方弁４５の開閉状態を制御して、流路４０ｄと流路４０ｅとの間でＦＣ冷却水が流れ、流路４０ｉをＦＣ冷却水が流れないようにする。またこの際、ＥＣＵ１００は、エアミックスドア３３を制御して、車室内に流れ込む空気が冷房用室内器２０を通り、ヒータコア４８を通らず、かつ暖房用室内器１２を通らないようにする。
【００４５】
この場合、空調用流路において、空調冷媒は、コンプレッサ１１において圧縮されて温度上昇し、その後流路１０ａを通って暖房用室内器１２に入り、暖房用室内器１２から出て流路１０ｂを通り水−冷媒熱交換器１３に入る。
【００４６】
コンプレッサ１１から出た空調冷媒の温度は、例えば１２０℃程度である。車室内へ流れる空気は、冷房時には暖房用室内器１２を通らないので、空調冷媒は、暖房用室内器１２を通っても温度がほとんど低下しないまま、水−冷媒熱交換器１３に到る。
【００４７】
水−冷媒熱交換器１３では、空調冷媒は、後述するように空調冷媒よりも低温のＦＣ冷却水（例えば８０℃）と熱交換を行う。これによって、空調冷媒からＦＣ冷却水に熱（すなわち熱エネルギー）が移動し、空調冷媒の温度が（例えば１００℃に）低下する。
【００４８】
水−冷媒熱交換器１３を出た空調冷媒は、流路１０ｃからシャット弁１４を通って流路１０ｄに入り、更に室外器１６に入る。室外器１６では、空調冷媒と外気とが熱交換を行うことで、空調冷媒が放熱し、空調冷媒の温度が、外気温（例えば３０℃）よりも少し高い温度にまで低下する。
【００４９】
室外器１６を出た空調冷媒は、流路１０ｅにおいてシャット弁１８を通り、膨張弁１９において減圧されることで温度降下して冷房用室内器２０に入る。冷房用室内器２０では、車室内に入る空気と空調冷媒とが熱交換を行うことで、空調冷媒が蒸発して空気の熱を奪う。冷房用室内器２０を出た空調冷媒は、流路１０ｈを通って流路１０ｆに入り、その後コンプレッサ１１に戻る。
【００５０】
またこの場合、ＦＣ冷却用流路においては、燃料電池２を冷却することで（例えば８０℃まで）温度上昇したＦＣ冷却水が、流路４０ａに入る。この流路４０ａに入るＦＣ冷却水の流量は、例えば、１００リットル／分である。流路４０ａに入ったＦＣ冷却水は、流路４０ａと流路４０ｄの合流点において、その一部（例えば１／１０）が流路４０ｄに入り、残りが流路４０ａを進む。
【００５１】
流路４０ｄに入ったＦＣ冷却水は、三方弁４５を通って流路４０ｅに入り、ウォータポ７によって圧送された後、水−冷媒熱交換器１３に入る。水−冷媒熱交換器１３に到達したときのＦＣ冷却水の温度（例えば８０℃）は、水−冷媒熱交換器１３に入った空調冷媒の温度よりも低い。したがって、上述の通り、熱交換により空調冷媒からＦＣ冷却水に熱が移り、その結果ＦＣ冷却水の温度が（例えば８２℃〜８３℃まで）上昇する。
【００５２】
水−冷媒熱交換器１３を出たＦＣ冷却水は、流路４０ｆを経てヒータコア４８に入る。車室内へ流れる空気は、冷房時にはヒータコア４８を通らないので、ＦＣ冷却水は、ヒータコア４８を通っても温度がほとんど低下しないまま、流路４０ｇに入り、そののち流路４０ａと合流する。
【００５３】
合流後のＦＣ冷却水（例えば温度８１〜８１．５℃）は、三方弁４３の開閉状態に応じて、流路４０ａを通ってラジエータ４２に入るか、あるいは、流路４０ｃを通ることでラジエータ４２をバイパスして流路４０ｂに入る。
【００５４】
流路４０ａを通ってラジエータ４２に入る場合、ラジエータ４２では、ＦＣ冷却水と外気とが熱交換を行うことで、ＦＣ冷却水が放熱し、ＦＣ冷却水の温度が低下する。ラジエータ４２を出たＦＣ冷却水は、流路４０ｈ、三方弁４３、および流路４０ｂをこの順に通り、更にウォータポンプ４４で圧送され、再び燃料電池２に戻ることで、燃料電池２を冷却する。
【００５５】
このように、冷房時においては、コンプレッサ１１によって温度が上昇したのち室外器１６に到る前の空調冷媒が水−冷媒熱交換器１３に入り、また、燃料電池２を冷却したのちラジエータ４２に到る前のＦＣ冷却水が水−冷媒熱交換器１３に入る。そして、水−冷媒熱交換器１３において、空調冷媒からＦＣ冷却水に熱が移動する。
【００５６】
したがって、水−冷媒熱交換器１３において熱交換が行われない場合に比べ、室外器１６に入る空調冷媒の温度が低くなるので、室外器１６の放熱量が減少する。そのため、室外器１６を薄型化することができ、実際、薄型化している。すなわち、外気の流入方向５０の方向における室外器１６の厚みが、従来よりも小さくなっている。
【００５７】
室外器１６を薄型化した分、室外器１６を通る外気の量（具体的には、単位時間当たりの流量）が増加する。室外器１６を通る外気の量が増加すると、室外器１６を通ることによる外気の温度上昇量も低下するので、ラジエータ４２に入る外気温度が下がる。したがって、燃料電池２の冷却水の冷却効果を高めることができ、その結果、ラジエータ４２をも小型化することができる。
【００５８】
なお、上述の通り、ＦＣ冷却用流路においては、流路４０ａと流路４０ｄとの合流点においてＦＣ冷却水を分岐させ、一方を水−冷媒熱交換器１３で加熱し、その後合流させている。このようにするのは、空調冷媒の全てを水−冷媒熱交換器１３に流入させると、水−冷媒熱交換器１３および暖房用室内器１２における抵抗により、空調冷媒の流速が低下してしまうからである。ただし、空調冷媒の流速が低下してもよいなら、空調冷媒の全てを水−冷媒熱交換器１３に流入させるようになっていてもよい。
【００５９】
（２）暖房時（図４参照）：
車室内の暖房を行う際には、ＥＣＵ１００は、コンプレッサ１１を作動させ、シャット弁１４を閉じ、膨張弁１５を作動させ、シャット弁１７を開き、シャット弁１８を閉じ、車室内送風ファン３１を作動させ、外気導入ファン３２を作動させ、ウォータポンプ４４を作動させ、シャット弁４６を開き、ウォータポンプ４７を非作動とする。
【００６０】
またこの際、ＥＣＵ１００は、冷房時と同様に、水温センサから出力された検出信号に基づいて、燃料電池２から出るＦＣ冷却水の水温が、燃料電池作動のための最適温度（例えば８０℃）の近傍に維持されるように、三方弁４３の開閉状態をフィードバック制御する。ただし、暖房時には、ＦＣ冷却水がラジエータ４２を通るように三方弁４３を制御する必要が生じる場合はほとんどない。
【００６１】
またこの際、ＥＣＵ１００は、三方弁４５の開閉状態を制御して、流路４０ｉと流路４０ｅとの間でＦＣ冷却水が流れ、流路４０ｄをＦＣ冷却水が流れないようにする。またこの際、ＥＣＵ１００は、エアミックスドア３３を制御して、車室内に流れ込む空調用空気が冷房用室内器２０を通り、ヒータコア４８を通り、その後に暖房用室内器１２を通るようにする。
【００６２】
この場合、空調用流路において、空調冷媒は、コンプレッサ１１において圧縮されて（例えば１２０℃まで）温度上昇し、その後流路１０ａを通って暖房用室内器１２に入る。
【００６３】
暖房用室内器１２には、車室内に流れ込む空気が通るようになっているので、空調冷媒は、暖房用室内器１２において空気と熱交換を行うことで、車室内に流れる空気を暖める。それによって、空調冷媒が放熱し、空調冷媒の温度が（例えば３０℃〜４０℃まで）低下する。そして、温度が低下した空調冷媒は、流路１０ｂを通って水−冷媒熱交換器１３に入る。
【００６４】
水−冷媒熱交換器１３では、空調冷媒は、後述するように空調冷媒よりも低温のＦＣ冷却水（例えば１０℃）と熱交換を行う。これによって、空調冷媒からＦＣ冷却水に熱が移動し、空調冷媒の温度が（例えば２０℃に）低下する。
【００６５】
水−冷媒熱交換器１３を出た空調冷媒は、流路１０ｃから膨張弁１５に入って減圧される。減圧されて外気温よりも低い温度（例えば外気温よりも２℃〜３℃低い温度）まで温度低下した空調冷媒は、流路１０ｄを通って室外器１６に入る。室外器１６では、空調冷媒と外気とが熱交換を行うことで、空調冷媒が外気から熱を奪い、空調冷媒が液相から気相に相変化する。室外器１６から出た空調冷媒は、続いて流路１０ｅを通ってシャット弁１７に入り、更に流路１０ｆを通ってコンプレッサ１１に到る。
【００６６】
またこの場合、ＦＣ冷却用流路においては、燃料電池２を冷却することで（例えば８０℃まで）温度上昇したＦＣ冷却水が、流路４０ａに入る。この流路４０ａに入るＦＣ冷却水の流量は、例えば、１００リットル／分である。流路４０ａに入ったＦＣ冷却水は、流路４０ａと流路４０ｇの合流点において、その一部（例えば１／１０）が流路４０ｇに入り、残りが流路４０ａを進む。流路４０ｇに入らず流路４０ａを進むＦＣ冷却水の流れについては、冷房時と同様である。
【００６７】
流路４０ｇに入ったＦＣ冷却水は、ヒータコア４８に入る。ヒータコア４８には、車室内に流れ込む空気が通るようになっているので、ＦＣ冷却水は、ヒータコア４８において空気と熱交換を行うことで、車室内に流れる空気を暖める。それによって、ＦＣ冷却水が放熱し、ＦＣ冷却水の温度が（例えば１０℃まで）低下する。そして、温度が低下したＦＣ冷却水は、流路４０ｆを通って水−冷媒熱交換器１３に入る。
【００６８】
既述の通り、水−冷媒熱交換器１３に到達したときのＦＣ冷却水の温度（例えば１０℃）は、水−冷媒熱交換器１３に入った空調冷媒の温度（例えば３０℃〜４０℃）よりも低い。すなわち、ヒータコア４８を通った後のＦＣ冷却水の温度は、暖房用室内器１２を通った後の空調冷媒の温度よりも低い。
【００６９】
このような温度関係になるのは、以下の３つの理由による。１つ目の理由は、ヒータコア４８に入る直前のＦＣ冷却水の温度が、暖房用室内器１２に入る前の空調冷媒の温度よりも高いことである。２つ目の理由は、ＦＣ冷却水のうち、ヒータコア４８に入る分が、ＦＣ冷却水の全体のごく一部（例えば１／１０）であるので、急激に冷えやすいということである。
【００７０】
３つ目の理由は、ヒータコア４８と暖房用室内器１２との配置である。すなわち、空調用空気の流れに対して、ヒータコア４８が暖房用室内器１２よりも上流にあり、空調用空気が、ヒータコア４８を通った後に、暖房用室内器１２を通ることである。したがって、空調用空気は、ヒータコア４８でＦＣ冷却水によって暖められた後、暖房用室内器１２を通る。つまり、空調用空気の温度は、ヒータコア４８を通るときよりも、暖房用室内器１２を通るときの方が高い。その結果、ＦＣ冷却水は、空調冷媒に比べてより強く冷却される。それ故、ヒータコア４８を通った後のＦＣ冷却水の温度は、暖房用室内器１２を通った後の空調冷媒の温度よりも低くなる。
【００７１】
このように、水−冷媒熱交換器１３に到達したときのＦＣ冷却水の温度（例えば１０℃）は、水−冷媒熱交換器１３に入った空調冷媒の温度（例えば３０℃〜４０℃）よりも低くなる。したがって、上述の通り、熱交換により空調冷媒からＦＣ冷却水に熱が移り、その結果ＦＣ冷却水の温度が上昇する。
【００７２】
水−冷媒熱交換器１３を出たＦＣ冷却水は、流路４０ｅのシャット弁４６を通って三方弁４５に入り、そののち流路４０ｉを通って流路４０ｈに合流し、更にウォータポンプ４４に圧送され、再び燃料電池２に戻ることで、燃料電池２を冷却する。
【００７３】
このように、暖房用室内器１２およびヒータコア４８で車室内を暖房する際には、水−冷媒熱交換器１３は、ＦＣ冷却用流路においてヒータコア４８の下流側となる。一方、上述の通り、冷房時には、ＦＣ冷却水は、水−冷媒熱交換器１３からヒータコア４８の方向に流れる。したがって、冷房時と暖房時では、水−冷媒熱交換器１３とヒータコア４８の上流下流の関係が逆転している。
【００７４】
また、水−冷媒熱交換器１３は、暖房用室内器１２において車室内を暖房したのちの空調冷媒の熱を、ヒータコア４８において車室内を暖房したのちの冷却水に、移動させるようになっている。水−冷媒熱交換器１３において暖房時にＦＣ冷却水よりも空調冷媒の方が温度が高い理由は、コンプレッサ１１によって空調冷媒が燃料電池２の温度よりも高温になること、および、ＦＣ冷却水および空調冷媒の両方とも車室内の暖房に用いられて温度低下することである。
【００７５】
このようになっていることで、車室内を暖房する際にも、水−冷媒熱交換器１３において、空調用の冷媒の熱が燃料電池２用のＦＣ冷却水に移るので、車室内の暖房のために冷却水が過度に低くなってしまった場合でも、空調冷媒の余剰熱を回収することで、冷却水の温度を上昇させることができる。また、空調冷媒においては、暖房時の余剰熱をＦＣ冷却水に渡すことで、室外器１６を小型化したことによる空調効率悪化を防止することができる。
【００７６】
また、車室内空調・燃料電池冷却装置１のＥＣＵ１００は、ＦＣ冷却用流路において、冷房時にはＦＣ冷却水を分岐させ、その一方を、ウォータポンプ４７、水−冷媒熱交換器１３、ヒータコア４８の順に通す分岐路４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、４０ｇに流し、その後、他方に合流させている。そしてＥＣＵ１００は、暖房時には、当該分岐路のうち、水−冷媒熱交換器１３およびヒータコア４８を含む部分において、ＦＣ冷却水の一部を、冷房時とは逆方向に流し、更に、当該一部のＦＣ冷却水を、当該当該分岐路から流路４０ｉ（復帰路の一例に相当する）を経てウォータポンプ４４の吸入側まで導き、そこで残りのＦＣ冷却水と合流させている。
【００７７】
このようになっていることで、ＦＣ冷却用流路における燃料電池２の出口と、ウォータポンプ４４の吸入口との間の圧力差を利用することで、冷房時にヒータコア４８及び水−冷媒熱交換器１３に冷却水を流すためのウォータポンプを別途設ける必要がなくなり、電力消費を抑えることができる。
【００７８】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の各発明特定事項の機能を実現し得る種々の形態を包含するものである。
【００７９】
例えば、上記実施形態においては、冷房時には流路４０ｄと流路４０ｅとを連通させ、暖房時には流路４０ｉと流路４０ｅとを連通させるような作動を実現させるために、三方弁４５を用いているが、このような作動を実現させることができれば、三方弁４５以外のものを用いてもよい。
【００８０】
また例えば、ＥＣＵ１００は、車室内の暖房時には、燃料電池２の温度が所定の温度を超えた場合には、三方弁４３の開閉状態を制御して、流路４０ｈと流路４０ｂとの間でＦＣ冷却水が流れ、流路４０ｃをＦＣ冷却水が流れるようにしてもよい。このようにすることで、暖房時にも、ＦＣ冷却水がラジエータ４２を通ることで、ＦＣ冷却水が冷却される。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】車室内空調・燃料電池冷却装置１の構成を示す図である。
【図２】ＥＣＵ１００の制御対象を示すブロック図である。
【図３】冷房時の車室内空調・燃料電池冷却装置１の作動を示す図である。
【図４】暖房時の車室内空調・燃料電池冷却装置１の作動を示す図である。
【符号の説明】
【００８２】
１ 車室内空調・燃料電池冷却装置
２ 燃料電池
１０ａ〜１０ｈ 空調用流路
１１ コンプレッサ
１２ 暖房用室内器
１３ 水−冷媒熱交換器
１４、１７、１８、４６ シャット弁
１５、１９ 膨張弁
１６ 室外器
２０ 冷房用室内器
３１ 送風ファン
３２ 外気導入ファン
３３ エアミックスドア
４０ａ〜４０ｉ 冷却用流路
４２ ラジエータ
４３、４５ 三方弁４３
４４、４７ ウォータポンプ
４８ ヒータコア
５０ 外気の流入方向
１００ ＥＣＵ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を走行用駆動源とする車両に搭載され、車室内の空調機能を担うと共に、燃料電池を冷却する機能をも担う車室内空調・燃料電池冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池を走行用駆動源とする燃料電池車両においては、燃料電池を好適な温度（例えば８０℃）に維持することが求められており、このために、循環する冷却水を用いて燃料電池を冷却するようになっている。また、車両の車室内の空調機能を担う車室内空調装置が広く用いられている。
【０００３】
燃料電池を冷却するための冷却水と外気とを熱交換するためのラジエータは、多くの場合、外気の流れに対して、空調機能用の室外器よりも風下側に配置されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このような場合、外気は一旦室外器を通ってからラジエータに到達するので、ラジエータに到達した時の外気の温度は、室外器に到達する前の外気の温度よりも高くなってしまう。したがって、燃料電池の冷却水を充分冷却するために、ラジエータを大型化しなければならない。
【０００５】
ラジエータを小型化する方法として、燃料電池から排出される水をラジエータに散布させ、水の顕熱、潜熱を利用することで、冷却性能を向上させるものが、特許文献２に提案されている。
【０００６】
しかし、燃料電池の作動温度は８０℃程度であるため、飽和蒸気圧が高く燃料電池から排出される水のほとんどが水蒸気であり、液水量は少ない。そのため、この方法によるラジエータ小型化効果は、小さい。
【特許文献１】特開２００２−６７７０８号公報
【特許文献２】特開２００２−３７２３８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記点に鑑み、燃料電池を走行用駆動源とする車両に搭載され、車室内の空調機能を担うと共に、燃料電池を冷却する機能をも担う車室内空調・燃料電池冷却装置において、燃料電池を冷却するための冷却水と外気とを熱交換するためのラジエータが、外気の流れに対して、空調機能用の室外器よりも風下側に配置されていても、燃料電池の冷却水の冷却効果を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、燃料電池（２）を走行用駆動源とする車両に搭載される車室内空調・燃料電池冷却装置が、前記車両の車室内を冷房するための冷媒を流す第１の流路（１０ａ〜１０ｈ）と、前記燃料電池を冷却するための冷却水を流す第２の流路（４０ａ〜４０ｉ）と、前記第１の流路（１０ａ〜１０ｈ）に配置され、前記冷媒を圧縮するコンプレッサ（１１）と、前記第１の流路（１０ａ〜１０ｈ）に配置され、前記コンプレッサ（１１）によって温度が上昇した前記冷媒と外気との間の熱交換を行う室外器（１６）と、前記第２の流路（４０ａ〜４０ｉ）に配置され、前記冷却水と外気との間の熱交換を行うラジエータ（４２）と、前記第１の流路（１０ａ〜１０ｈ）において前記コンプレッサ（１１）によって温度が上昇したのち前記室外器（１６）に到る前の前記冷媒の熱を、前記第２の流路（４０ａ〜４０ｉ）において前記燃料電池（２）を冷却したのち前記ラジエータ（４２）に到る前の前記冷却水に、移動させる水−冷媒熱交換器（１３）と、を備え、前記室外機（１６）と前記ラジエータ（４２）の熱交換に用いられる外気の流れに対して、前記室外機（１６）は前記ラジエータ（４２）よりも風上側に配置されている。
【０００９】
このようになっていることで、水−冷媒熱交換器（１３）が、コンプレッサ（１１）によって温度上昇したのち室外器（１６）に到る前の冷媒の熱を、冷却水に移す。したがって、室外器（１６）に入る冷媒の温度が低くなるので、室外器（１６）の放熱量が減少する。そのため、室外器（１６）を薄型化することができる。室外器（１６）を薄型化すると、室外器（１６）を通る外気の量が増加する。外気の量が増加すると、室外器（１６）を通ることによる外気の温度上昇量も低下するので、ラジエータ（４２）に入る外気温度が下がる。したがって、燃料電池（２）の冷却水の冷却効果を高めることができ、その結果、ラジエータ（４２）を小型化することができる。
【００１０】
また、請求項２に記載のように、車室内空調・燃料電池冷却装置は、前記第１の流路（１０ａ〜１０ｈ）に配置され、前記コンプレッサ（１１）によって温度が上昇した前記冷媒の熱で前記車室内を暖房するための第１のヒータコア（１２）と、前記第２の流路（４０ａ〜４０ｉ）に配置されると共に、前記燃料電池（２）を冷却した後の前記冷却水の熱を用いて前記車室内を暖房するための第２のヒータコア（４８）と、を備えていてもよい。
【００１１】
この場合、前記第１のヒータコア（１２）および前記第２のヒータコア（４８）で前記車室内を暖房する際には、前記水−冷媒熱交換器（１３）は、前記第２の流路（４０ａ〜４０ｉ）において前記第２のヒータコア（４８）の下流側となり、また、前記水−冷媒熱交換器（１３）は、前記第１のヒータコア（１２）において前記車室内を暖房したのちの前記冷媒の熱を、前記第２のヒータコア（４８）において前記車室内を暖房したのちの前記冷却水に、移動させるようになっていてもよい。
【００１２】
このようになっていることで、車室内を暖房する際にも、水−冷媒熱交換器（１３）において、空調用の冷媒の熱が燃料電池（２）用の冷却水に移るので、車室内の暖房のために冷却水が過度に低くなってしまった場合でも、空調用の冷媒の余剰熱を回収することで、冷却水の温度を上昇させることができる。また、空調用の冷媒においては、暖房時の余剰熱を冷却水に渡すことで、室外器（１６）を小型化したことによる空調効率悪化を防止することができる。
【００１３】
また、請求項３に記載のように、車室内空調・燃料電池冷却装置は、前記第２の流路（４０ａ〜４０ｉ）において前記冷却水を燃料電池（２）に戻すためのウォータポンプ（４４）を備えていてもよい。そして、前記第２の流路（４０ａ〜４０ｉ）は、分岐路（４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ）および復帰路（４０ｉ）を有し、前記分岐路（４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ）は、前記水−冷媒熱交換器（１３）および前記第２のヒータコア（４８）を通り、前記車室内を冷房する際には、前記燃料電池（２）を冷却した前記冷却水が分岐し、その一方が、前記分岐路（４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ）において、前記水−冷媒熱交換器（１３）、前記第２のヒータコア（４８）の順に通り、その後、前記冷却水の他方に合流し、前記車室内を暖房する際には、前記分岐路（４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ）のうち、前記水−冷媒熱交換器（１３）および前記第２のヒータコア（４８）を含む部分において、前記冷却水の一部が、冷房時とは逆方向に流れ、更に、当該一部の冷却水が、前記分岐路（４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ）から前記復帰路（４０ｉ）を経て前記ウォータポンプ４４の吸入側まで導かれることで、残りの冷却水と合流することを特徴とするようになっていてもよい。
【００１４】
このようになっていることで、第２の流路（４０ａ〜４０ｉ）における燃料電池（２）の出口と、ウォータポンプ（４４）の吸入口との間の圧力差を利用することで、冷房時に第２のヒータコア（４８）および水−冷媒熱交換器（１３）に冷却水を流すためのウォータポンプを別途設ける必要がなくなり、電力消費を抑えることができる。
【００１５】
なお、上記および特許請求の範囲における括弧内の符号は、特許請求の範囲に記載された用語と後述の実施形態に記載される当該用語を例示する具体物等との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の第１実施形態について説明する。図１に、本実施形態に係る車室内空調・燃料電池冷却装置１および燃料電池２の構成を示す。車両には、図１に示す車室内空調・燃料電池冷却装置１および燃料電池２が搭載されている。
【００１７】
車室内空調・燃料電池冷却装置１は、車室内の空調機能と燃料電池を冷却する機能を実現する装置である。燃料電池２は、酸化剤ガスと燃料ガスを電気化学反応させて発電する電池であり、車両の走行用駆動源として機能する。
【００１８】
この燃料電池２は、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する。本実施形態では燃料電池２として固体高分子電解質型の燃料電池を用いており、基本単位となるセルが複数積層されて構成されている。なお、本発明は固体高分子電解質型以外の燃料電池にも適用可能である。
【００１９】
燃料電池２では、以下の水素と酸素の電気化学反応が起こり発電する。なお、水素が本発明の燃料ガスに相当し、酸素（空気）が本発明の酸化剤ガスに相当している。
アノード（水素極） ２Ｈ２→４Ｈ+＋４ｅ-
カソード（酸素極） ４Ｈ+＋Ｏ２＋４ｅ-→２Ｈ２Ｏ
全体 ２Ｈ２＋Ｏ２→２Ｈ２Ｏ
燃料電池２は発電に伴い発熱する。このため、車室内空調・燃料電池冷却装置１は、冷却水（以下、ＦＣ冷却水という）を循環させることで、燃料電池２を冷却して作動温度が効率の良い温度（８０℃前後）となるようにしている。ＦＣ冷却水としては、例えばエチレングリコール水溶液を用いることができる。
【００２０】
車室内空調・燃料電池冷却装置１は、車両の車室内の冷房および暖房を行うための冷媒（以下、空調冷媒という）を流す空調用流路（第１の流路に相当する）と、燃料電池を冷却するためのＦＣ冷却水を流すＦＣ冷却用流路（第２の流路に相当する）とを有している。より具体的には、これら空調用流路およびＦＣ冷却用流路を形成するための配管を有している。
【００２１】
また、車室内空調・燃料電池冷却装置１は、空調用流路に配置されるコンプレッサ１１、暖房用室内器１２、シャット弁１４、膨張弁１５、室外器１６、シャット弁１７、シャット弁１８、膨張弁１９、冷房用室内器２０を備えている。さらに車室内空調・燃料電池冷却装置１は、車室内空調・燃料電池冷却装置１は、ＦＣ冷却用流路に配置されるラジエータ４２、三方弁４３、ウォータポンプ４４、三方弁４５、シャット弁４６、ウォータポンプ４７、ヒータコア４８を備えている。さらに車室内空調・燃料電池冷却装置１は、空調用流路およびＦＣ冷却用流路の両方に配置された１つの水−冷媒熱交換器１３を有している。さらに車室内空調・燃料電池冷却装置１は、車室内送風ファン３１、外気導入ファン３２、およびエアミックスドア３３を備えている。
【００２２】
さらに車室内空調・燃料電池冷却装置１は、車室内に供給される空調用空気が流れる送風路を構成する空調ケース３０を備えている。空調ケース３０内には、上述の車室内送風ファン３１、暖房用室内器１２、冷房用室内器２０、ヒータコア４８、およびエアミックスドア３３が設けられている。
【００２３】
コンプレッサ１１は、空調用流路中の空調冷媒を吸入し、吸入した空調冷媒を圧縮して吐出する装置である。吐出された空調冷媒は、吸入前に比べて温度が上昇する。暖房用室内器１２は、車室内に流入する空気と圧縮された空調冷媒との間の熱交換を行うことで、車室内に流入する空気を暖めるための熱交換器、すなわちヒータコアである。
【００２４】
水−冷媒熱交換器１３は、空調冷媒とＦＣ冷却水との間で、温度の高い方から低い方へ熱を移す熱交換器である。シャット弁１４、１７、１８、４６は、開閉を切り替えることができる弁である。膨張弁１５、１９は、空調用流路中の空調冷媒を吸入し、吸入した空調冷媒を減圧して吐出する弁である。
【００２５】
室外器１６は、室外器１６を通る外気（すなわち、車両の外部の空気）を用いて、その外気と空調冷媒との間で熱交換を行う熱交換器であり、車室内冷房時には空調冷媒を放熱させ、車室内暖房時には空調冷媒を吸熱させる。また、ラジエータ４２は、ラジエータ４２を通る外気を用いて、その外気とＦＣ冷却水との間で熱交換を行うことで、ＦＣ冷却水を放熱させる熱交換器である。
【００２６】
室外器１６とラジエータ４２は、熱交換に用いられる外気が流入する方向５０に対して、直列配置となっている。より詳しくは、室外器１６は、ラジエータ４２よりも風上側に配置されている。したがって、外気は、室外器１６を通った後にラジエータ４２に到達する。
【００２７】
冷房用室内器２０は、車室内に流入する空気と減圧された空調冷媒との間の熱交換を行うことで、車室内に流入する空気を冷やすための熱交換器である。三方弁４３、４５は、３方でＦＣ冷却水の流路に接続し、それら３方のうち任意の２方間でＦＣ冷却水の流通が可能となるよう、開閉状態を変化させることができる弁である。
【００２８】
ウォータポンプ４４、４７は、ＦＣ冷却用流路中のＦＣ冷却水を積極的に吸入して吐出することでＦＣ冷却水を圧送し、それによってＦＣ冷却水の流速を速める装置である。ウォータポンプ４４は、ＦＣ冷却水を燃料電池２に戻すための動力源として機能する。ヒータコア４８は、車室内に流入する空気とＦＣ冷却水との間の熱交換を行うことで、車室内に流入する空気を暖めるための熱交換器である。
【００２９】
車室内送風ファン３１は、車室内に空気を送るための送風機である。外気導入ファン３２は、外気を室外器１６からラジエータ４２の方向５０に流すためのファンである。エアミックスドア３３は、車室内送風ファン３１によって車室内に送られる空調用空気の通る経路を制御する開閉ドアである。
【００３０】
ここで、暖房用室内器１２、エアミックスドア３３、ヒータコア４８間の配置の関係について説明する。これら部材１２、３３、４８は、車室内送風ファン３１から車室内に流れ込む空調用空気に対して、上流から順に、エアミックスドア３３、ヒータコア４８、暖房用室内器１２の順に、直列に配置されている。したがって、空調用空気がヒータコア４８および暖房用室内器１２を通る場合は、まず最初に空調用空気がヒータコア４８を通り、ヒータコア４８を通った後の空調用空気が、暖房用室内器１２を通る。
【００３１】
また、空調用流路は、流路１０ａ〜１０ｈを有している。流路１０ａは、コンプレッサ１１の吐出側から室内器１２まで延びている。流路１０ｂは、室内器１２から水−冷媒熱交換器１３まで延びている。流路１０ｃは、水−冷媒熱交換器１３から延びて２つに分岐し、それぞれシャット弁１４および膨張弁１５まで延びている。流路１０ｄは、シャット弁１４および膨張弁１５のそれぞれから延びて互いに合流し、合流後、室外器１６まで延びている。
【００３２】
流路１０ｅは、室外器１６から室内器２０まで延びている。そして、流路１０ｅの途上には、シャット弁１８が配置されている。また、流路１０ｅの途上であり、かつ、シャット弁１８と室内器２０との間には、膨張弁１９が配置されている。
【００３３】
また、流路１０ｅの、室外器１６とシャット弁１８の間の位置から、コンプレッサ１１の吸入側まで、流路１０ｆが延びている。そして、流路１０ｆの途上には、シャット弁１７が配置されている。また、流路１０ｈが、室内器２０から、流路１０ｆのうちシャット弁１７とコンプレッサ１１の間まで延びている。
【００３４】
また、ＦＣ冷却用流路は、流路４０ａ〜４０ｉを有している。流路４０ａは、燃料電池２からラジエータ４２まで延びている。流路４０ｈは、ラジエータ４２から三方弁４３まで延びている。流路４０ｂは、三方弁４３から燃料電池２まで延びている。そして、流路４０ｂの途上には、燃料電池２に向かってＦＣ冷却水を圧送するウォータポンプ４４が配置されている。
【００３５】
また、流路４０ａの途上から、三方弁４３まで、流路４０ｃが配置されている。また、流路４０ｂのうち、三方弁４３とウォータポンプ４４の間から、三方弁４５まで、流路４０ｉが延びている。また、三方弁４５から流路４０ａの途上まで、流路４０ｄが延びている。なお、流路４０ａと流路４０ｄとの合流点は、流路４０ａと流路４０ｃとの合流点よりも、燃料電池２側にある。
【００３６】
また、流路４０ｅが、三方弁４５から出て、２つに分岐し、それぞれシャット弁４６およびウォータポンプ４７を通り、その後合流し、合流後、水−冷媒熱交換器１３まで延びている。流路４０ｆは、水−冷媒熱交換器１３からヒータコア４８まで延びている。流路４０ｇは、ヒータコア４８から流路４０ａの途上まで延びている。なお、流路４０ａと流路４０ｇとの合流点は、流路４０ａと流路４０ｃとの合流点よりも燃料電池２側にあり、さらに、流路４０ａと流路４０ｂとの合流点よりもラジエータ４２側にある。
【００３７】
また、車室内空調・燃料電池冷却装置１は、図２に示すＥＣＵ１００を備えている。ＥＣＵ１００はＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えた周知のマイクロコンピュータを有する。ＣＰＵがＲＯＭからＲＡＭに読み出したプログラムを実行することで、ＥＣＵ１００の各種作動が実現する。本実施形態においては、ＥＣＵ１００は、その作動において、必要時にコンプレッサ１１、シャット弁１４、膨張弁１５、シャット弁１７、シャット弁１８、車室内送風ファン３１、外気導入ファン３２、エアミックスドア３３、三方弁４３、ウォータポンプ４４、三方弁４５、シャット弁４６、ウォータポンプ４７に制御信号を出力することで、これら装置を制御するようになっている。
【００３８】
また、車室内空調・燃料電池冷却装置１は、図示しない水温センサを有している。この水温センサは、流路４０ａのうち、燃料電池２から、流路４０ｄへの分岐点までの部分におけるＦＣ冷却水の温度を検出し、その検出結果の温度を検出信号としてＥＣＵ１００に出力するようになっている。
【００３９】
以下、上記のような構成の車室内空調・燃料電池冷却装置１の作動について、車室内を冷房する場合と暖房する場合に分けて説明する。なお、ＥＣＵ１００は、図示しない操作装置に対する乗員の操作内容に応じて、冷房を行うか否か、および、暖房を行うか否かを決定する。
【００４０】
（１）冷房時（図３参照）：
車室内の冷房を行う際には、ＥＣＵ１００は、コンプレッサ１１を作動させ、シャット弁１４を開き、膨張弁１５を非作動とし、シャット弁１７を閉じ、シャット弁１８を開き、車室内送風ファン３１を作動させ、外気導入ファン３２を作動させ、ウォータポンプ４４を作動させ、シャット弁４６を閉じ、ウォータポンプ４７を作動させる。
【００４１】
またこの際、ＥＣＵ１００は、水温センサから出力された検出信号に基づいて、燃料電池２から出るＦＣ冷却水の水温が、燃料電池作動のための最適温度（例えば８０℃）の近傍に維持されるように、三方弁４３の開閉状態をフィードバック制御する。
【００４２】
具体的には、ＥＣＵ１００は、水温センサから出力された検出信号の示す水温が閾値温度（例えば、最適温度より５℃高い温度）を超えると、三方弁４３の開閉状態を制御して、流路４０ｈと流路４０ｂとの間でＦＣ冷却水が流れ、流路４０ｃをＦＣ冷却水が流れないようにする。すなわち、ＦＣ冷却水がラジエータ４２を通って冷却されるように制御する。
【００４３】
また、水温センサから出力された検出信号の示す水温が閾値温度を以下になると、三方弁４３の開閉状態を制御して、流路４０ｃと流路４０ｂとの間でＦＣ冷却水が流れ、流路４０ｈをＦＣ冷却水が流れないようにする。すなわち、ＦＣ冷却水がラジエータ４２を通らないように制御する。
【００４４】
またこの際、ＥＣＵ１００は、三方弁４５の開閉状態を制御して、流路４０ｄと流路４０ｅとの間でＦＣ冷却水が流れ、流路４０ｉをＦＣ冷却水が流れないようにする。またこの際、ＥＣＵ１００は、エアミックスドア３３を制御して、車室内に流れ込む空気が冷房用室内器２０を通り、ヒータコア４８を通らず、かつ暖房用室内器１２を通らないようにする。
【００４５】
この場合、空調用流路において、空調冷媒は、コンプレッサ１１において圧縮されて温度上昇し、その後流路１０ａを通って暖房用室内器１２に入り、暖房用室内器１２から出て流路１０ｂを通り水−冷媒熱交換器１３に入る。
【００４６】
コンプレッサ１１から出た空調冷媒の温度は、例えば１２０℃程度である。車室内へ流れる空気は、冷房時には暖房用室内器１２を通らないので、空調冷媒は、暖房用室内器１２を通っても温度がほとんど低下しないまま、水−冷媒熱交換器１３に到る。
【００４７】
水−冷媒熱交換器１３では、空調冷媒は、後述するように空調冷媒よりも低温のＦＣ冷却水（例えば８０℃）と熱交換を行う。これによって、空調冷媒からＦＣ冷却水に熱（すなわち熱エネルギー）が移動し、空調冷媒の温度が（例えば１００℃に）低下する。
【００４８】
水−冷媒熱交換器１３を出た空調冷媒は、流路１０ｃからシャット弁１４を通って流路１０ｄに入り、更に室外器１６に入る。室外器１６では、空調冷媒と外気とが熱交換を行うことで、空調冷媒が放熱し、空調冷媒の温度が、外気温（例えば３０℃）よりも少し高い温度にまで低下する。
【００４９】
室外器１６を出た空調冷媒は、流路１０ｅにおいてシャット弁１８を通り、膨張弁１９において減圧されることで温度降下して冷房用室内器２０に入る。冷房用室内器２０では、車室内に入る空気と空調冷媒とが熱交換を行うことで、空調冷媒が蒸発して空気の熱を奪う。冷房用室内器２０を出た空調冷媒は、流路１０ｈを通って流路１０ｆに入り、その後コンプレッサ１１に戻る。
【００５０】
またこの場合、ＦＣ冷却用流路においては、燃料電池２を冷却することで（例えば８０℃まで）温度上昇したＦＣ冷却水が、流路４０ａに入る。この流路４０ａに入るＦＣ冷却水の流量は、例えば、１００リットル／分である。流路４０ａに入ったＦＣ冷却水は、流路４０ａと流路４０ｄの合流点において、その一部（例えば１／１０）が流路４０ｄに入り、残りが流路４０ａを進む。
【００５１】
流路４０ｄに入ったＦＣ冷却水は、三方弁４５を通って流路４０ｅに入り、ウォータポ７によって圧送された後、水−冷媒熱交換器１３に入る。水−冷媒熱交換器１３に到達したときのＦＣ冷却水の温度（例えば８０℃）は、水−冷媒熱交換器１３に入った空調冷媒の温度よりも低い。したがって、上述の通り、熱交換により空調冷媒からＦＣ冷却水に熱が移り、その結果ＦＣ冷却水の温度が（例えば８２℃〜８３℃まで）上昇する。
【００５２】
水−冷媒熱交換器１３を出たＦＣ冷却水は、流路４０ｆを経てヒータコア４８に入る。車室内へ流れる空気は、冷房時にはヒータコア４８を通らないので、ＦＣ冷却水は、ヒータコア４８を通っても温度がほとんど低下しないまま、流路４０ｇに入り、そののち流路４０ａと合流する。
【００５３】
合流後のＦＣ冷却水（例えば温度８１〜８１．５℃）は、三方弁４３の開閉状態に応じて、流路４０ａを通ってラジエータ４２に入るか、あるいは、流路４０ｃを通ることでラジエータ４２をバイパスして流路４０ｂに入る。
【００５４】
流路４０ａを通ってラジエータ４２に入る場合、ラジエータ４２では、ＦＣ冷却水と外気とが熱交換を行うことで、ＦＣ冷却水が放熱し、ＦＣ冷却水の温度が低下する。ラジエータ４２を出たＦＣ冷却水は、流路４０ｈ、三方弁４３、および流路４０ｂをこの順に通り、更にウォータポンプ４４で圧送され、再び燃料電池２に戻ることで、燃料電池２を冷却する。
【００５５】
このように、冷房時においては、コンプレッサ１１によって温度が上昇したのち室外器１６に到る前の空調冷媒が水−冷媒熱交換器１３に入り、また、燃料電池２を冷却したのちラジエータ４２に到る前のＦＣ冷却水が水−冷媒熱交換器１３に入る。そして、水−冷媒熱交換器１３において、空調冷媒からＦＣ冷却水に熱が移動する。
【００５６】
したがって、水−冷媒熱交換器１３において熱交換が行われない場合に比べ、室外器１６に入る空調冷媒の温度が低くなるので、室外器１６の放熱量が減少する。そのため、室外器１６を薄型化することができ、実際、薄型化している。すなわち、外気の流入方向５０の方向における室外器１６の厚みが、従来よりも小さくなっている。
【００５７】
室外器１６を薄型化した分、室外器１６を通る外気の量（具体的には、単位時間当たりの流量）が増加する。室外器１６を通る外気の量が増加すると、室外器１６を通ることによる外気の温度上昇量も低下するので、ラジエータ４２に入る外気温度が下がる。したがって、燃料電池２の冷却水の冷却効果を高めることができ、その結果、ラジエータ４２をも小型化することができる。
【００５８】
なお、上述の通り、ＦＣ冷却用流路においては、流路４０ａと流路４０ｄとの合流点においてＦＣ冷却水を分岐させ、一方を水−冷媒熱交換器１３で加熱し、その後合流させている。このようにするのは、空調冷媒の全てを水−冷媒熱交換器１３に流入させると、水−冷媒熱交換器１３および暖房用室内器１２における抵抗により、空調冷媒の流速が低下してしまうからである。ただし、空調冷媒の流速が低下してもよいなら、空調冷媒の全てを水−冷媒熱交換器１３に流入させるようになっていてもよい。
【００５９】
（２）暖房時（図４参照）：
車室内の暖房を行う際には、ＥＣＵ１００は、コンプレッサ１１を作動させ、シャット弁１４を閉じ、膨張弁１５を作動させ、シャット弁１７を開き、シャット弁１８を閉じ、車室内送風ファン３１を作動させ、外気導入ファン３２を作動させ、ウォータポンプ４４を作動させ、シャット弁４６を開き、ウォータポンプ４７を非作動とする。
【００６０】
またこの際、ＥＣＵ１００は、冷房時と同様に、水温センサから出力された検出信号に基づいて、燃料電池２から出るＦＣ冷却水の水温が、燃料電池作動のための最適温度（例えば８０℃）の近傍に維持されるように、三方弁４３の開閉状態をフィードバック制御する。ただし、暖房時には、ＦＣ冷却水がラジエータ４２を通るように三方弁４３を制御する必要が生じる場合はほとんどない。
【００６１】
またこの際、ＥＣＵ１００は、三方弁４５の開閉状態を制御して、流路４０ｉと流路４０ｅとの間でＦＣ冷却水が流れ、流路４０ｄをＦＣ冷却水が流れないようにする。またこの際、ＥＣＵ１００は、エアミックスドア３３を制御して、車室内に流れ込む空調用空気が冷房用室内器２０を通り、ヒータコア４８を通り、その後に暖房用室内器１２を通るようにする。
【００６２】
この場合、空調用流路において、空調冷媒は、コンプレッサ１１において圧縮されて（例えば１２０℃まで）温度上昇し、その後流路１０ａを通って暖房用室内器１２に入る。
【００６３】
暖房用室内器１２には、車室内に流れ込む空気が通るようになっているので、空調冷媒は、暖房用室内器１２において空気と熱交換を行うことで、車室内に流れる空気を暖める。それによって、空調冷媒が放熱し、空調冷媒の温度が（例えば３０℃〜４０℃まで）低下する。そして、温度が低下した空調冷媒は、流路１０ｂを通って水−冷媒熱交換器１３に入る。
【００６４】
水−冷媒熱交換器１３では、空調冷媒は、後述するように空調冷媒よりも低温のＦＣ冷却水（例えば１０℃）と熱交換を行う。これによって、空調冷媒からＦＣ冷却水に熱が移動し、空調冷媒の温度が（例えば２０℃に）低下する。
【００６５】
水−冷媒熱交換器１３を出た空調冷媒は、流路１０ｃから膨張弁１５に入って減圧される。減圧されて外気温よりも低い温度（例えば外気温よりも２℃〜３℃低い温度）まで温度低下した空調冷媒は、流路１０ｄを通って室外器１６に入る。室外器１６では、空調冷媒と外気とが熱交換を行うことで、空調冷媒が外気から熱を奪い、空調冷媒が液相から気相に相変化する。室外器１６から出た空調冷媒は、続いて流路１０ｅを通ってシャット弁１７に入り、更に流路１０ｆを通ってコンプレッサ１１に到る。
【００６６】
またこの場合、ＦＣ冷却用流路においては、燃料電池２を冷却することで（例えば８０℃まで）温度上昇したＦＣ冷却水が、流路４０ａに入る。この流路４０ａに入るＦＣ冷却水の流量は、例えば、１００リットル／分である。流路４０ａに入ったＦＣ冷却水は、流路４０ａと流路４０ｇの合流点において、その一部（例えば１／１０）が流路４０ｇに入り、残りが流路４０ａを進む。流路４０ｇに入らず流路４０ａを進むＦＣ冷却水の流れについては、冷房時と同様である。
【００６７】
流路４０ｇに入ったＦＣ冷却水は、ヒータコア４８に入る。ヒータコア４８には、車室内に流れ込む空気が通るようになっているので、ＦＣ冷却水は、ヒータコア４８において空気と熱交換を行うことで、車室内に流れる空気を暖める。それによって、ＦＣ冷却水が放熱し、ＦＣ冷却水の温度が（例えば１０℃まで）低下する。そして、温度が低下したＦＣ冷却水は、流路４０ｆを通って水−冷媒熱交換器１３に入る。
【００６８】
既述の通り、水−冷媒熱交換器１３に到達したときのＦＣ冷却水の温度（例えば１０℃）は、水−冷媒熱交換器１３に入った空調冷媒の温度（例えば３０℃〜４０℃）よりも低い。すなわち、ヒータコア４８を通った後のＦＣ冷却水の温度は、暖房用室内器１２を通った後の空調冷媒の温度よりも低い。
【００６９】
このような温度関係になるのは、以下の３つの理由による。１つ目の理由は、ヒータコア４８に入る直前のＦＣ冷却水の温度が、暖房用室内器１２に入る前の空調冷媒の温度よりも高いことである。２つ目の理由は、ＦＣ冷却水のうち、ヒータコア４８に入る分が、ＦＣ冷却水の全体のごく一部（例えば１／１０）であるので、急激に冷えやすいということである。
【００７０】
３つ目の理由は、ヒータコア４８と暖房用室内器１２との配置である。すなわち、空調用空気の流れに対して、ヒータコア４８が暖房用室内器１２よりも上流にあり、空調用空気が、ヒータコア４８を通った後に、暖房用室内器１２を通ることである。したがって、空調用空気は、ヒータコア４８でＦＣ冷却水によって暖められた後、暖房用室内器１２を通る。つまり、空調用空気の温度は、ヒータコア４８を通るときよりも、暖房用室内器１２を通るときの方が高い。その結果、ＦＣ冷却水は、空調冷媒に比べてより強く冷却される。それ故、ヒータコア４８を通った後のＦＣ冷却水の温度は、暖房用室内器１２を通った後の空調冷媒の温度よりも低くなる。
【００７１】
このように、水−冷媒熱交換器１３に到達したときのＦＣ冷却水の温度（例えば１０℃）は、水−冷媒熱交換器１３に入った空調冷媒の温度（例えば３０℃〜４０℃）よりも低くなる。したがって、上述の通り、熱交換により空調冷媒からＦＣ冷却水に熱が移り、その結果ＦＣ冷却水の温度が上昇する。
【００７２】
水−冷媒熱交換器１３を出たＦＣ冷却水は、流路４０ｅのシャット弁４６を通って三方弁４５に入り、そののち流路４０ｉを通って流路４０ｈに合流し、更にウォータポンプ４４に圧送され、再び燃料電池２に戻ることで、燃料電池２を冷却する。
【００７３】
このように、暖房用室内器１２およびヒータコア４８で車室内を暖房する際には、水−冷媒熱交換器１３は、ＦＣ冷却用流路においてヒータコア４８の下流側となる。一方、上述の通り、冷房時には、ＦＣ冷却水は、水−冷媒熱交換器１３からヒータコア４８の方向に流れる。したがって、冷房時と暖房時では、水−冷媒熱交換器１３とヒータコア４８の上流下流の関係が逆転している。
【００７４】
また、水−冷媒熱交換器１３は、暖房用室内器１２において車室内を暖房したのちの空調冷媒の熱を、ヒータコア４８において車室内を暖房したのちの冷却水に、移動させるようになっている。水−冷媒熱交換器１３において暖房時にＦＣ冷却水よりも空調冷媒の方が温度が高い理由は、コンプレッサ１１によって空調冷媒が燃料電池２の温度よりも高温になること、および、ＦＣ冷却水および空調冷媒の両方とも車室内の暖房に用いられて温度低下することである。
【００７５】
このようになっていることで、車室内を暖房する際にも、水−冷媒熱交換器１３において、空調用の冷媒の熱が燃料電池２用のＦＣ冷却水に移るので、車室内の暖房のために冷却水が過度に低くなってしまった場合でも、空調冷媒の余剰熱を回収することで、冷却水の温度を上昇させることができる。また、空調冷媒においては、暖房時の余剰熱をＦＣ冷却水に渡すことで、室外器１６を小型化したことによる空調効率悪化を防止することができる。
【００７６】
また、車室内空調・燃料電池冷却装置１のＥＣＵ１００は、ＦＣ冷却用流路において、冷房時にはＦＣ冷却水を分岐させ、その一方を、ウォータポンプ４７、水−冷媒熱交換器１３、ヒータコア４８の順に通す分岐路４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、４０ｇに流し、その後、他方に合流させている。そしてＥＣＵ１００は、暖房時には、当該分岐路のうち、水−冷媒熱交換器１３およびヒータコア４８を含む部分において、ＦＣ冷却水の一部を、冷房時とは逆方向に流し、更に、当該一部のＦＣ冷却水を、当該当該分岐路から流路４０ｉ（復帰路の一例に相当する）を経てウォータポンプ４４の吸入側まで導き、そこで残りのＦＣ冷却水と合流させている。
【００７７】
このようになっていることで、ＦＣ冷却用流路における燃料電池２の出口と、ウォータポンプ４４の吸入口との間の圧力差を利用することで、冷房時にヒータコア４８及び水−冷媒熱交換器１３に冷却水を流すためのウォータポンプを別途設ける必要がなくなり、電力消費を抑えることができる。
【００７８】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の各発明特定事項の機能を実現し得る種々の形態を包含するものである。
【００７９】
例えば、上記実施形態においては、冷房時には流路４０ｄと流路４０ｅとを連通させ、暖房時には流路４０ｉと流路４０ｅとを連通させるような作動を実現させるために、三方弁４５を用いているが、このような作動を実現させることができれば、三方弁４５以外のものを用いてもよい。
【００８０】
また例えば、ＥＣＵ１００は、車室内の暖房時には、燃料電池２の温度が所定の温度を超えた場合には、三方弁４３の開閉状態を制御して、流路４０ｈと流路４０ｂとの間でＦＣ冷却水が流れ、流路４０ｃをＦＣ冷却水が流れるようにしてもよい。このようにすることで、暖房時にも、ＦＣ冷却水がラジエータ４２を通ることで、ＦＣ冷却水が冷却される。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】車室内空調・燃料電池冷却装置１の構成を示す図である。
【図２】ＥＣＵ１００の制御対象を示すブロック図である。
【図３】冷房時の車室内空調・燃料電池冷却装置１の作動を示す図である。
【図４】暖房時の車室内空調・燃料電池冷却装置１の作動を示す図である。
【符号の説明】
【００８２】
１ 車室内空調・燃料電池冷却装置
２ 燃料電池
１０ａ〜１０ｈ 空調用流路
１１ コンプレッサ
１２ 暖房用室内器
１３ 水−冷媒熱交換器
１４、１７、１８、４６ シャット弁
１５、１９ 膨張弁
１６ 室外器
２０ 冷房用室内器
３１ 送風ファン
３２ 外気導入ファン
３３ エアミックスドア
４０ａ〜４０ｉ 冷却用流路
４２ ラジエータ
４３、４５ 三方弁４３
４４、４７ ウォータポンプ
４８ ヒータコア
５０ 外気の流入方向
１００ ＥＣＵ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池（２）を走行用駆動源とする車両に搭載される車室内空調・燃料電池冷却装置であって、
前記車両の車室内を冷房するための冷媒を流す第１の流路（１０ａ〜１０ｈ）と、
前記燃料電池を冷却するための冷却水を流す第２の流路（４０ａ〜４０ｉ）と、
前記第１の流路（１０ａ〜１０ｈ）に配置され、前記冷媒を圧縮するコンプレッサ（１１）と、
前記第１の流路（１０ａ〜１０ｈ）に配置され、前記コンプレッサ（１１）によって温度が上昇した前記冷媒と外気との間の熱交換を行う室外器（１６）と、
前記第２の流路（４０ａ〜４０ｉ）に配置され、前記冷却水と外気との間の熱交換を行うラジエータ（４２）と、
前記第１の流路（１０ａ〜１０ｈ）において前記コンプレッサ（１１）によって温度が上昇したのち前記室外器（１６）に到る前の前記冷媒の熱を、前記第２の流路（４０ａ〜４０ｉ）において前記燃料電池（２）を冷却したのち前記ラジエータ（４２）に到る前の前記冷却水に、移動させる水−冷媒熱交換器（１３）と、を備え、
前記室外機（１６）と前記ラジエータ（４２）の熱交換に用いられる外気の流れに対して、前記室外機（１６）は前記ラジエータ（４２）よりも風上側に配置されていることを特徴とする空調・燃料電池冷却装置。
【請求項２】
前記第１の流路（１０ａ〜１０ｈ）に配置され、前記コンプレッサ（１１）によって温度が上昇した前記冷媒の熱で前記車室内を暖房するための第１のヒータコア（１２）と、
前記第２の流路（４０ａ〜４０ｉ）に配置されると共に、前記燃料電池（２）を冷却した後の前記冷却水の熱を用いて前記車室内を暖房するための第２のヒータコア（４８）と、を備え、
前記第１のヒータコア（１２）および前記第２のヒータコア（４８）で前記車室内を暖房する際には、前記水−冷媒熱交換器（１３）は、前記第２の流路（４０ａ〜４０ｉ）において前記第２のヒータコア（４８）の下流側となり、また、前記水−冷媒熱交換器（１３）は、前記第１のヒータコア（１２）において前記車室内を暖房したのちの前記冷媒の熱を、前記第２のヒータコア（４８）において前記車室内を暖房したのちの前記冷却水に、移動させることを特徴とする請求項１に記載の車室内空調・燃料電池冷却装置。
【請求項３】
前記第２の流路（４０ａ〜４０ｉ）において前記冷却水を前記燃料電池（２）に戻すためのウォータポンプ（４４）を備え、
前記第２の流路（４０ａ〜４０ｉ）は、分岐路（４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ）および復帰路（４０ｉ）を有し、
前記分岐路（４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ）は、前記水−冷媒熱交換器（１３）および前記第２のヒータコア（４８）を通り、
前記車室内を冷房する際には、前記燃料電池（２）を冷却した前記冷却水が分岐し、その一方が、前記分岐路（４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ）において、前記水−冷媒熱交換器（１３）、前記第２のヒータコア（４８）の順に通り、その後、前記冷却水の他方に合流し、
前記車室内を暖房する際には、前記分岐路（４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ）のうち、前記水−冷媒熱交換器（１３）および前記第２のヒータコア（４８）を含む部分において、前記冷却水の一部が、冷房時とは逆方向に流れ、更に、当該一部の冷却水が、前記分岐路（４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ）から前記復帰路（４０ｉ）を経て前記ウォータポンプ４４の吸入側まで導かれることで、残りの冷却水と合流することを特徴とする請求項２に記載の車室内空調・燃料電池冷却装置。
【請求項１】
燃料電池（２）を走行用駆動源とする車両に搭載される車室内空調・燃料電池冷却装置であって、
前記車両の車室内を冷房するための冷媒を流す第１の流路（１０ａ〜１０ｈ）と、
前記燃料電池を冷却するための冷却水を流す第２の流路（４０ａ〜４０ｉ）と、
前記第１の流路（１０ａ〜１０ｈ）に配置され、前記冷媒を圧縮するコンプレッサ（１１）と、
前記第１の流路（１０ａ〜１０ｈ）に配置され、前記コンプレッサ（１１）によって温度が上昇した前記冷媒と外気との間の熱交換を行う室外器（１６）と、
前記第２の流路（４０ａ〜４０ｉ）に配置され、前記冷却水と外気との間の熱交換を行うラジエータ（４２）と、
前記第１の流路（１０ａ〜１０ｈ）において前記コンプレッサ（１１）によって温度が上昇したのち前記室外器（１６）に到る前の前記冷媒の熱を、前記第２の流路（４０ａ〜４０ｉ）において前記燃料電池（２）を冷却したのち前記ラジエータ（４２）に到る前の前記冷却水に、移動させる水−冷媒熱交換器（１３）と、を備え、
前記室外機（１６）と前記ラジエータ（４２）の熱交換に用いられる外気の流れに対して、前記室外機（１６）は前記ラジエータ（４２）よりも風上側に配置されていることを特徴とする空調・燃料電池冷却装置。
【請求項２】
前記第１の流路（１０ａ〜１０ｈ）に配置され、前記コンプレッサ（１１）によって温度が上昇した前記冷媒の熱で前記車室内を暖房するための第１のヒータコア（１２）と、
前記第２の流路（４０ａ〜４０ｉ）に配置されると共に、前記燃料電池（２）を冷却した後の前記冷却水の熱を用いて前記車室内を暖房するための第２のヒータコア（４８）と、を備え、
前記第１のヒータコア（１２）および前記第２のヒータコア（４８）で前記車室内を暖房する際には、前記水−冷媒熱交換器（１３）は、前記第２の流路（４０ａ〜４０ｉ）において前記第２のヒータコア（４８）の下流側となり、また、前記水−冷媒熱交換器（１３）は、前記第１のヒータコア（１２）において前記車室内を暖房したのちの前記冷媒の熱を、前記第２のヒータコア（４８）において前記車室内を暖房したのちの前記冷却水に、移動させることを特徴とする請求項１に記載の車室内空調・燃料電池冷却装置。
【請求項３】
前記第２の流路（４０ａ〜４０ｉ）において前記冷却水を前記燃料電池（２）に戻すためのウォータポンプ（４４）を備え、
前記第２の流路（４０ａ〜４０ｉ）は、分岐路（４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ）および復帰路（４０ｉ）を有し、
前記分岐路（４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ）は、前記水−冷媒熱交換器（１３）および前記第２のヒータコア（４８）を通り、
前記車室内を冷房する際には、前記燃料電池（２）を冷却した前記冷却水が分岐し、その一方が、前記分岐路（４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ）において、前記水−冷媒熱交換器（１３）、前記第２のヒータコア（４８）の順に通り、その後、前記冷却水の他方に合流し、
前記車室内を暖房する際には、前記分岐路（４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ）のうち、前記水−冷媒熱交換器（１３）および前記第２のヒータコア（４８）を含む部分において、前記冷却水の一部が、冷房時とは逆方向に流れ、更に、当該一部の冷却水が、前記分岐路（４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ）から前記復帰路（４０ｉ）を経て前記ウォータポンプ４４の吸入側まで導かれることで、残りの冷却水と合流することを特徴とする請求項２に記載の車室内空調・燃料電池冷却装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−８９５６８（Ｐ２０１０−８９５６８Ａ）
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５９４７８（Ｐ２００８−２５９４７８）
【出願日】平成２０年１０月６日（２００８．１０．６）
【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２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月６日（２００８．１０．６）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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