(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池が排出した酸化剤ガスに含まれる生成水の潜熱を熱交換器で利用することで、冷房および暖房の効率を向上させる技術において、生成水の捕集率を高める、燃料電池システムと空調用ヒートポンプシステムを熱的に結合したシステムを提供する。【解決手段】帯電した酸化剤ガス中の水が第４熱交換器４４を通るとき、第４熱交換器４４の伝熱面が静電誘電により分極化する。それにより、伝熱面と水との間に静電引力が発生し、水が伝熱面に引き寄せられ、第４熱交換器４４において燃料電池１０からの生成水の捕集率を高める。【選択図】図１
2010091151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤ガスと燃料ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池（１０）から排出される酸化剤ガスを熱交換に利用する空調装置であって、
冷媒を圧縮する圧縮機（４１）と、
空調用空気と前記圧縮機（４１）から吐出される冷媒とを熱交換させる第１熱交換器（３４）と、
外気と冷媒とを熱交換させる第２熱交換器（４２）と、
前記第２熱交換器（４２）から流出した冷媒を減圧させる第１減圧器（４６）と、
前記第１減圧器（４６）で減圧された冷媒を蒸発させて空調用空気を冷却する第３熱交換器（３２）と、
前記圧縮機（４１）で圧縮された冷媒を減圧させる第２減圧器（４３）と、
前記燃料電池（１０）から排出された酸化剤ガス中の水を帯電させる酸化剤ガス帯電化手段（５０）と、
前記酸化剤ガス帯電化手段（５０）が帯電させた酸化剤ガス中の水を、冷媒と熱交換させる第４熱交換器（４４）と、
空調用空気による冷房が行われる冷房運転時には、前記第４熱交換器（４４）、前記第２熱交換器（４２）の順に冷媒が流れるよう冷媒経路を切り替え、また、空調用空気による暖房が行われる暖房運転時には、前記第２減圧器（４３）、前記第２熱交換器（４２）、前記第４熱交換器（４４）の順に冷媒が流れるよう冷媒経路を切り替える冷媒経路切替手段（４５）と、を備え、
前記冷房運転時には、前記圧縮機（４１）から吐出される冷媒が、前記第４熱交換器（４４）において、前記酸化剤ガス帯電化手段（５０）によって帯電化された酸化剤ガス中の水により冷却され、そののち前記第２熱交換器（４２）で外気により冷却され、そののち前記第１減圧器（４６）で減圧され、そののち前記第３熱交換器（３２）において蒸発して空調用空気を冷却し、前記圧縮機（４１）の吸入口側に戻るようになっており、
前記暖房運転時には、前記圧縮機（４１）から吐出される冷媒が、前記第１熱交換器（３４）で空調用空気を加熱し、前記第２減圧器（４３）で減圧され、前記第２熱交換器（４２）で外気により加熱され、前記第４熱交換器（４４）において、前記酸化剤ガス帯電化手段（５０）によって帯電化された酸化剤ガス中の水により加熱され、前記圧縮機（４１）の吸入口側に戻るようになっていることを特徴とする空調装置。
【請求項２】
前記酸化剤ガス帯電化手段（５０）は、前記燃料電池（１０）から前記第４熱交換器（４４）までの酸化剤ガスの流路に設置されており、酸化剤ガスと接触することで、接触帯電または摩擦帯電により酸化剤ガス中の水を帯電させることを特徴とする請求項１に記載の空調装置。
【請求項３】
前記接触帯電または摩擦帯電によって前記酸化剤ガス帯電化手段（５０）に蓄積された電荷を放電させる放電手段（５４）を備えたことを特徴とする請求項２に記載の空調装置。
【請求項４】
前記酸化剤ガス帯電化手段（５０）は、前記燃料電池（１０）から前記第４熱交換器（４４）までの酸化剤ガスの流路に設置された複数の電極（５６、５７）を有し、前記複数の電極（５６、５７）間に電圧をかけることで、前記複数の電極（５６、５７）間を通る酸化剤ガス中の水を帯電させることを特徴とする請求項１に記載の空調装置。
【請求項５】
酸化剤ガスと燃料ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池（１０）から排出される酸化剤ガスを熱交換に利用する空調装置であって、
冷媒を圧縮する圧縮機（４１）と、
空調用空気と前記圧縮機（４１）から吐出される冷媒とを熱交換させる第１熱交換器（３４）と、
外気と冷媒とを熱交換させる第２熱交換器（４２）と、
前記第２熱交換器（４２）から流出した冷媒を減圧させる第１減圧器（４６）と、
前記第１減圧器（４６）で減圧された冷媒を蒸発させて空調用空気を冷却する第３熱交換器（３２）と、
前記圧縮機（４１）で圧縮された冷媒を減圧させる第２減圧器（４３）と、
前記燃料電池（１０）から排出されたさ酸化剤ガスを冷媒と熱交換させる第４熱交換器（４４）と、
前記第４熱交換器（４４）に帯電した電荷が前記第４熱交換器（４４）外へ移動することを遮断する電荷遮断手段（６１、６２）と、
空調用空気による冷房が行われる冷房運転時には、前記第４熱交換器（４４）、前記第２熱交換器（４２）の順に冷媒が流れるよう冷媒経路を切り替え、また、空調用空気による暖房が行われる暖房運転時には、前記第２減圧器（４３）、前記第２熱交換器（４２）、前記第４熱交換器（４４）の順に冷媒が流れるよう冷媒経路を切り替える冷媒経路切替手段（４５）と、を備え、
前記冷房運転時には、前記圧縮機（４１）から吐出される冷媒が、前記第４熱交換器（４４）で前記燃料電池（１０）の排出した酸化剤ガスにより冷却され、そののち前記第２熱交換器（４２）で外気により冷却され、そののち前記第１減圧器（４６）で減圧され、そののち前記第３熱交換器（３２）において蒸発して空調用空気を冷却し、前記圧縮機（４１）の吸入口側に戻るようになっており、
前記暖房運転時には、前記圧縮機（４１）から吐出される冷媒が、前記第１熱交換器（３４）で空調用空気を加熱し、前記第２減圧器（４３）で減圧され、前記第２熱交換器（４２）で外気により加熱され、前記第４熱交換器（４４）で前記燃料電池（１０）の排出した酸化剤ガスにより加熱され、前記圧縮機（４１）の吸入口側に戻るようになっていることを特徴とする空調装置。
【請求項６】
酸化剤ガスと燃料ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池（１０）から排出される酸化剤ガスを熱交換に利用する空調装置であって、
冷媒を圧縮する圧縮機（４１）と、
空調用空気と前記圧縮機（４１）から吐出される冷媒とを熱交換させる第１熱交換器（３４）と、
外気と冷媒とを熱交換させる第２熱交換器（４２）と、
前記第２熱交換器（４２）から流出した冷媒を減圧させる第１減圧器（４６）と、
前記第１減圧器（４６）で減圧された冷媒を蒸発させて空調用空気を冷却する第３熱交換器（３２）と、
前記圧縮機（４１）で圧縮された冷媒を減圧させる第２減圧器（４３）と、
前記燃料電池（１０）から排出されたさ酸化剤ガスを冷媒と熱交換させる第４熱交換器（４４）と、
空調用空気による冷房が行われる冷房運転時には、前記第４熱交換器（４４）、前記第２熱交換器（４２）の順に冷媒が流れるよう冷媒経路を切り替え、また、空調用空気による暖房が行われる暖房運転時には、前記第２減圧器（４３）、前記第２熱交換器（４２）、前記第４熱交換器（４４）の順に冷媒が流れるよう冷媒経路を切り替える冷媒経路切替手段（４５）と、を備え、
前記冷房運転時には、前記圧縮機（４１）から吐出される冷媒が、前記第４熱交換器（４４）で前記燃料電池（１０）の排出した酸化剤ガスにより冷却され、そののち前記第２熱交換器（４２）で外気により冷却され、そののち前記第１減圧器（４６）で減圧され、そののち前記第３熱交換器（３２）において蒸発して空調用空気を冷却し、前記圧縮機（４１）の吸入口側に戻るようになっており、
前記暖房運転時には、前記圧縮機（４１）から吐出される冷媒が、前記第１熱交換器（３４）で空調用空気を加熱し、前記第２減圧器（４３）で減圧され、前記第２熱交換器（４２）で外気により加熱され、前記第４熱交換器（４４）で前記燃料電池（１０）の排出した酸化剤ガスにより加熱され、前記圧縮機（４１）の吸入口側に戻るようになっており、
前記第４熱交換器（４４）の伝熱面は、帯電する帯電材料（４４ｄ）を含んでいることを特徴とする空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化剤ガスと燃料ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池から排出される酸化剤ガスを熱交換に利用する空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池システムと空調用ヒートポンプシステムを熱的に結合したシステムが提案されている。例えば、特許文献１では、燃料電池が排出した酸化剤ガスに含まれる生成水の潜熱を冷媒に伝える熱交換器を備え、冷房時には生成水の蒸発潜熱によりあらかじめ冷媒を冷却し、暖房時には生成水の凝縮および凝固熱により予め冷媒を加熱することで、冷房および暖房の効率向上を図っている。
【０００３】
しかし、熱交換器における生成水の潜熱（凝縮および凝固熱も含む）の利用率を向上させるには、熱交換器の表面（以下、伝熱面という）で確実に生成水を蒸発させることで吸熱を行い、また、伝熱面で確実に生成水を凝縮または凝固させることで発熱を行う必要がある。したがって、熱交換器においていかにして生成水の素通りを回避し、伝熱面に生成水を捕集および保持するかが課題となる。
【０００４】
伝熱面に水を捕集および保持する方法として、ラジエータに水を噴霧して蒸発潜熱により放熱量を向上させる技術が提案されている（特許文献２参照）。この技術は、伝熱面に親水処理や水膜形成部材を施すことで、噴霧した水を保持し留まらせ、確実に伝熱面で蒸発させることで、潜熱利用率の向上を図っている。しかしながら、この技術は、伝熱面に付着した水に対しては効果があるが、伝熱面から離れて浮遊、移動する水分を捕集する効果はないため、燃料電池からの生成水の素通りを抑制することができない。
【特許文献１】特開２００８−１５３１６８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】
【０００５】
本発明は上記点に鑑み、燃料電池が排出した酸化剤ガスに含まれる生成水の潜熱を熱交換器で利用することで、冷房および暖房の効率を向上させる技術において、生成水の捕集率を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、酸化剤ガスと燃料ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池（１０）から排出される酸化剤ガスを熱交換に利用する空調装置が、冷媒を圧縮する圧縮機（４１）と、空調用空気と圧縮機（４１）から吐出される冷媒とを熱交換させる第１熱交換器（３４）と、外気と冷媒とを熱交換させる第２熱交換器（４２）と、第２熱交換器（４２）から流出した冷媒を減圧させる第１減圧器（４６）と、第１減圧器（４６）で減圧された冷媒を蒸発させて空調用空気を冷却する第３熱交換器（３２）と、圧縮機（４１）で圧縮された冷媒を減圧させる第２減圧器（４３）と、燃料電池（１０）から排出された酸化剤ガス中の水を帯電させる酸化剤ガス帯電化手段（５０）と、酸化剤ガス帯電化手段（５０）が帯電させた酸化剤ガス中の水を冷媒と熱交換させる第４熱交換器（４４）と、空調用空気による冷房が行われる冷房運転時には、第４熱交換器（４４）、第２熱交換器（４２）の順に冷媒が流れるよう冷媒経路を切り替え、また、空調用空気による暖房が行われる暖房運転時には、第２減圧器（４３）、第２熱交換器（４２）、第４熱交換器（４４）の順に冷媒が流れるよう冷媒経路を切り替える冷媒経路切替手段（４５）と、を備え、冷房運転時には、圧縮機（４１）から吐出される冷媒が、第４熱交換器（４４）において、酸化剤ガス帯電化手段（５０）によって帯電化された酸化剤ガス中の水により冷却され、そののち第２熱交換器（４２）で外気により冷却され、そののち第１減圧器（４６）で減圧され、そののち第３熱交換器（３２）において蒸発して空調用空気を冷却し、圧縮機（４１）の吸入口側に戻るようになっており、暖房運転時には、圧縮機（４１）から吐出される冷媒が、第１熱交換器（３４）で空調用空気を加熱し、第２減圧器（４３）で減圧され、第２熱交換器（４２）で外気により加熱され、第４熱交換器（４４）において、酸化剤ガス帯電化手段（５０）によって帯電化された酸化剤ガス中の水により加熱され、圧縮機（４１）の吸入口側に戻るようになっていることを特徴とする。
【０００７】
このように、燃料電池（１０）が排出した酸化剤ガスに含まれる生成水の潜熱を第４熱交換器（４４）で利用することで、冷房および暖房の効率を向上させる技術において、酸化剤ガス帯電化手段（５０）が、燃料電池（１０）から排出された酸化剤ガスを帯電させるようになっている。
【０００８】
このように帯電した酸化剤ガス中の水が第４熱交換器（４４）を通るとき、第４熱交換器（４４）の伝熱面が静電誘電により分極化する。それにより、伝熱面と水との間に静電引力が発生し、水が伝熱面に引き寄せられる。したがって、第４熱交換器（４４）において燃料電池（１０）からの生成水の捕集率を高めることができ、ひいては、冷房および暖房の効率向上が実現する。
【０００９】
また、請求項２に記載のように、酸化剤ガス帯電化手段（５０）は、燃料電池（１０）から第４熱交換器（４４）までの酸化剤ガスの流路に設置されており、酸化剤ガスと接触することで、接触帯電または摩擦帯電により酸化剤ガスを帯電させるようになっていてもよい。
【００１０】
この場合、接触帯電または摩擦帯電によって酸化剤ガス中の水が帯電することの反対作用として、酸化剤ガス帯電化手段（５０）に電荷が蓄積される。したがって、請求項３に記載のように、空調装置は、接触帯電または摩擦帯電によって当該導電体に蓄積された電荷を放電させる放電手段（５４）を備えていてもよい。
【００１１】
このようになっていることで、酸化剤ガス帯電化装置５０の、生成水を帯電させる性能が持続する。
【００１２】
また、請求項４に記載のように、酸化剤ガス帯電化手段（５０）は、燃料電池（１０）から第４熱交換器（４４）までの酸化剤ガスの流路に設置された複数の電極（５６、５７）を有し、それら複数の電極（５６、５７）間に電圧をかけることで、当該複数の電極（５６、５７）間を通る酸化剤ガス中の水を帯電させるようになっていてもよい。このようにすることでも、酸化剤ガス中の水を帯電させることができる。
【００１３】
また、本発明の目的を達成するための請求項５に記載の発明は、酸化剤ガスと燃料ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池（１０）から排出される酸化剤ガスを熱交換に利用する空調装置が、冷媒を圧縮する圧縮機（４１）と、空調用空気と圧縮機（４１）から吐出される冷媒とを熱交換させる第１熱交換器（３４）と、外気と冷媒とを熱交換させる第２熱交換器（４２）と、第２熱交換器（４２）から流出した冷媒を減圧させる第１減圧器（４６）と、第１減圧器（４６）で減圧された冷媒を蒸発させて空調用空気を冷却する第３熱交換器（３２）と、圧縮機（４１）で圧縮された冷媒を減圧させる第２減圧器（４３）と、燃料電池（１０）から排出されたさ酸化剤ガスを冷媒と熱交換させる第４熱交換器（４４）と、第４熱交換器（４４）に帯電した電荷が第４熱交換器（４４）外へ移動することを遮断する電荷遮断手段（６１、６２）と、空調用空気による冷房が行われる冷房運転時には、第４熱交換器（４４）、第２熱交換器（４２）の順に冷媒が流れるよう冷媒経路を切り替え、また、空調用空気による暖房が行われる暖房運転時には、第２減圧器（４３）、第２熱交換器（４２）、第４熱交換器（４４）の順に冷媒が流れるよう冷媒経路を切り替える冷媒経路切替手段（４５）と、を備え、冷房運転時には、圧縮機（４１）から吐出される冷媒が、第４熱交換器（４４）で燃料電池（１０）の排出した酸化剤ガスにより冷却され、そののち第２熱交換器（４２）で外気により冷却され、そののち第１減圧器（４６）で減圧され、そののち第３熱交換器（３２）において蒸発して空調用空気を冷却し、圧縮機（４１）の吸入口側に戻るようになっており、暖房運転時には、圧縮機（４１）から吐出される冷媒が、第１熱交換器（３４）で空調用空気を加熱し、第２減圧器（４３）で減圧され、第２熱交換器（４２）で外気により加熱され、第４熱交換器（４４）で燃料電池（１０）の排出した酸化剤ガスにより加熱され、圧縮機（４１）の吸入口側に戻るようになっていることを特徴とする。
【００１４】
このように、燃料電池（１０）が排出した酸化剤ガスに含まれる生成水の潜熱を第４熱交換器（４４）で利用することで、冷房および暖房の効率を向上させる技術において、電荷遮断手段（６１、６２）が、第４熱交換器（４４）に帯電した電荷の第４熱交換器（４４）外への移動を遮断することで、第４熱交換器（４４）の伝熱面が帯電するようになっている。
【００１５】
このようにすることで、冷媒と第４熱交換器（４４）との間の摩擦、および、電荷遮断手段（６１、６２）によって、第４熱交換器（４４）の伝熱面が帯電する。そして、酸化剤ガス中の水が第４熱交換器（４４）を通るとき、帯電した伝熱面の影響で、水が静電誘電分極する。それにより、伝熱面と水との間に静電引力が発生し、水が伝熱面に引き寄せられる。したがって、第４熱交換器（４４）において燃料電池（１０）からの生成水の捕集率を高めることができ、ひいては、冷房および暖房の効率向上が実現する。
【００１６】
また、本発明の目的を達成するための請求項６に記載の発明は、酸化剤ガスと燃料ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池（１０）から排出される酸化剤ガスを熱交換に利用する空調装置が、冷媒を圧縮する圧縮機（４１）と、空調用空気と圧縮機（４１）から吐出される冷媒とを熱交換させる第１熱交換器（３４）と、外気と冷媒とを熱交換させる第２熱交換器（４２）と、第２熱交換器（４２）から流出した冷媒を減圧させる第１減圧器（４６）と、第１減圧器（４６）で減圧された冷媒を蒸発させて空調用空気を冷却する第３熱交換器（３２）と、圧縮機（４１）で圧縮された冷媒を減圧させる第２減圧器（４３）と、燃料電池（１０）から排出されたさ酸化剤ガスを冷媒と熱交換させる第４熱交換器（４４）と、空調用空気による冷房が行われる冷房運転時には、第４熱交換器（４４）、第２熱交換器（４２）の順に冷媒が流れるよう冷媒経路を切り替え、また、空調用空気による暖房が行われる暖房運転時には、第２減圧器（４３）、第２熱交換器（４２）、第４熱交換器（４４）の順に冷媒が流れるよう冷媒経路を切り替える冷媒経路切替手段（４５）と、を備え、冷房運転時には、圧縮機（４１）から吐出される冷媒が、第４熱交換器（４４）で燃料電池（１０）の排出した酸化剤ガスにより冷却され、そののち第２熱交換器（４２）で外気により冷却され、そののち第１減圧器（４６）で減圧され、そののち第３熱交換器（３２）において蒸発して空調用空気を冷却し、圧縮機（４１）の吸入口側に戻るようになっており、暖房運転時には、圧縮機（４１）から吐出される冷媒が、第１熱交換器（３４）で空調用空気を加熱し、第２減圧器（４３）で減圧され、第２熱交換器（４２）で外気により加熱され、第４熱交換器（４４）で燃料電池（１０）の排出した酸化剤ガスにより加熱され、圧縮機（４１）の吸入口側に戻るようになっており、第４熱交換器（４４）の伝熱面は、帯電する帯電材料（４４ｄ）を含んでいることを特徴とする。
【００１７】
このように、燃料電池（１０）が排出した酸化剤ガスに含まれる生成水の潜熱を第４熱交換器（４４）で利用することで、冷房および暖房の効率を向上させる技術において、第４熱交換器（４４）の伝熱面は、帯電する帯電材料（４４ｄ）を含んでいる。
【００１８】
このようになっていることで、酸化剤ガス中の水が第４熱交換器（４４）を通るとき、帯電材料（４４ｄ）を含む伝熱面の影響で、水が静電誘電分極する。それにより、伝熱面と水との間に静電引力が発生し、水が伝熱面に引き寄せられる。したがって、第４熱交換器（４４）において燃料電池（１０）からの生成水の捕集率を高めることができ、ひいては、冷房および暖房の効率向上が実現する。
【００１９】
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】
【００２０】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態は、本発明の空調用ヒートポンプシステム（空調装置に相当する）および燃料電池システムを、燃料電池を電源として走行する電気自動車（燃料電池車両）に適用した例であり、空調用ヒートポンプシステムの冷凍サイクルにより車室内の暖房および冷房を行うように構成されている。
【００２１】
図１は、本実施形態における空調用ヒートポンプシステムおよび燃料電池システムの構成図である。図１に示すように、本実施形態の燃料電池システムは、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燃料電池１０を備えている。本実施形態では燃料電池１０として固体高分子型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型以外の燃料電池にも適用可能である。
【００２２】
燃料電池１０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
燃料電池システムには、燃料電池１０の水素極（アノード）に供給される水素ガスが通過する水素供給経路１１と、燃料電池１０の水素極から排出される水素極側排ガスが通過する水素排出経路１２とが設けられている。水素供給経路１１の最上流部には、燃料電池１０の水素極に水素ガスを供給するための水素供給装置（図示せず）が設けられている。水素供給装置として、例えば高圧の水素が充填された水素タンクを用いることができる。
【００２３】
燃料電池システムには、燃料電池１０の酸素極（カソード）に供給される酸素ガス（空気）が通過する空気供給経路１３と、燃料電池１０の酸素極から排出される排出空気が通過する空気排出経路１４が設けられている。空気供給経路１３には、空気を供給するための空気供給装置（図示せず）が設けられている。空気供給装置として、例えば空気を圧送するコンプレッサ機を用いることができる。なお、空気排出経路１４から排出される空気には、水（すなわち、液体誘電体）が多量に含まれている。
【００２４】
また、空気排出経路１４における、燃料電池１０の下流側においては、酸化剤ガス帯電化装置５０（酸化剤ガス帯電化手段の一例に相当する）が配置されており、さらにその下流には、後述する排気熱交換器４４が配置されている。
【００２５】
酸化剤ガス帯電化装置５０は、排出された空気中の水を帯電させるための装置である。図２に、この酸化剤ガス帯電化装置５０の構成を示す。この図２に示すように、酸化剤ガス帯電化装置５０は、一方向に複数の（例えば１０個以上の）貫通穴が空けられた形状（例えば、ハニカム形状）の部材である。ここで、貫通穴の方向は、空気排出経路１４における排出空気の流れの方向に沿っている。
【００２６】
この酸化剤ガス帯電化装置５０の本体は、樹脂等の電気絶縁体である。ただし、酸化剤ガス帯電化装置５０の各貫通穴の内壁の全面には、導電体（例えば導電体５１）が貼り付けられている。この導電体は、例えば各貫通穴の内壁に金属メッキにより貼り付けられてもよい。
【００２７】
この貫通穴のそれぞれに排出空気５２が流れ込むと、排出空気５２中に多量に含まれる水（水蒸気および液滴）が導電体に接触し、水と導電体との境界で電荷が分離する。例えば、導電体が金属メッキの場合、水が負に帯電し、導電体が正に帯電する。すなわち、導電体との接触帯電または摩擦帯電により、排出空気５２中の水が帯電する。したがって、酸化剤ガス帯電化装置５０の貫通穴を出た後の排出空気５３中の水は、負に帯電している。
【００２８】
なお、接触帯電および摩擦帯電による帯電量は、水と導電体との接触面積に比例して増大する。したがって、貫通穴をできるだけ多数設けるために、貫通穴の断面形状を４角形、６角形等に統一し、それら貫通穴が、酸化剤ガス帯電化装置５０の断面において規則的かつ最も高密度に配置されるようになっていてもよい。例えば、図２の例では、各貫通穴の断面形状が同じ大きさおよび同じ縦横比率の四角形に統一されており、酸化剤ガス帯電化装置５０の断面においては、それら四角形が格子状に並んでいる。
【００２９】
燃料電池１０は発電に伴い発熱する。このため、燃料電池システムには、燃料電池１０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）を循環させる冷却水経路２０、冷却水経路２０に冷却水を圧送するウォータポンプ２１、放熱器２２が設けられている。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。
【００３０】
冷却水経路２０には、冷却水を放熱器２２をバイパスさせるためのバイパス経路２３が設けられている。冷却水経路２０とバイパス経路２３との合流点には、バイパス経路２３に流れる冷却水流量を調整するための流路切替弁２４が設けられている。流路切替弁２４は、電動制御弁を好適に用いることができるが、サーモスタットのような機械式弁を用いてもよい。燃料電池１０で発生した熱は、冷却水を介して放熱器２２で系外に排出される。このような冷却系によって、ウォータポンプ２１による流量制御、流路切替弁２４による放熱器２２でのバイパス流量制御等により、燃料電池１０の温度制御を行うことができる。
【００３１】
冷却水経路２０には、後述の第１加熱用室内器３３に冷却水を循環させる温調用冷却水経路２５が設けられている。温調用冷却水経路２５は、冷却水経路２０における燃料電池１０の下流側から分岐し、冷却水経路２０におけるウォータポンプ２１の上流側に合流している。ウォータポンプ２１を作動させることで、燃料電池１０から熱を受け取って昇温した冷却水が温調用冷却水経路２５を介して第１加熱用室内器３３に循環する。
【００３２】
また、車室内の空調を行うヒートポンプシステム（空調装置）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、送風機３１、室内熱交換器（以下、「室内器」という。）３２〜３４、エアミックスドア３５が設けられている。室内器３２〜３４は、冷却用室内器３２と第１加熱用室内器３３と第２加熱用室内器３４からなる。なお、冷却用室内器３２が本発明の第３熱交換器に相当し、第１加熱用室内器３３が本発明の第５熱交換器に相当し、第２加熱用室内器３４が本発明の第１熱交換器に相当している。
【００３３】
これらの機器は、上流側から送風機３１、冷却用室内器３２、エアミックスドア３５、第１加熱用室内器３３、第２加熱用室内器３４の順で配置されている。冷却用室内器３２と第２加熱用室内器３４は、後述する冷凍サイクル内に設けられており、冷媒と空調用空気との間で熱交換を行うように構成されている。第１加熱用室内器３３は、上述のように燃料電池１０の冷却系に設けられており、燃料電池１０の冷却水と空調用空気との間で熱交換を行うように構成されている。エアミックスドア３５は、加熱用室内器３３、３４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３５は、開度調整により加熱用室内器３３、３４を通過する風量割合を調整でき、後述の制御部１００により開度制御が行われる。
【００３４】
車室内の暖房および冷房を行うためのヒートポンプシステムの冷凍サイクルには、冷媒が循環する冷媒循環経路４０が設けられている。冷媒循環経路４０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やＣＯ２などの誘電体を用いることができる。
【００３５】
冷媒循環経路４０の経路内には、圧縮機４１、第２加熱用室内器３４、暖房用減圧器４３、室外用熱交換器（以下、「室外器」という。）４２、排気熱交換器４４、冷房用減圧器４６、冷却用室内器３２等が設けられている。圧縮機４１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。例えば暖房時は、第２加熱用室内器３４には、圧縮機４１により圧縮され高温となった冷媒が流入する。室外器４２は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。
【００３６】
冷媒循環経路４０には、室外器４２を挟んで暖房用減圧器４３と排気熱交換器４４とが設けられている。冷媒循環経路４０には、室外器４２に対する冷媒の流入方向を変更する冷媒経路切替弁４５が設けられている。冷媒経路切替弁４５は、室外器４２への冷媒の流入方向を車室内の暖房時と冷房時で変更するように構成されており、例えば四方弁を用いることができる。冷媒経路切替弁４５は、暖房時には冷媒の流れ方向を暖房用減圧器４３→室外器４２→排気熱交換器４４（すなわち、暖房用減圧器４３、室外器４２、排気熱交換器４４の順）に切り替え、冷房時には冷媒の流れ方向を排気熱交換器４４→室外器４２→暖房用減圧器４３（排気熱交換器４４、室外器４２、暖房用減圧器４３の順）に切り替えるように構成されている。なお、暖房用減圧器４３が本発明の第２減圧器に相当し、冷房用減圧器４６が本発明の第１減圧器に相当し、冷媒経路切替弁４５が本発明の冷媒経路切替手段に相当している。
【００３７】
暖房用減圧器４３は、開度調整が可能であり、全開機能を有する電動式膨張弁である。暖房時には、暖房用減圧器４３が室外器４２の上流側に位置し、室外器４２に低温低圧の冷媒を流入させるために絞り弁として用いられる。一方、冷房時には、暖房用減圧器４３が室外器４２の下流側に位置し、室外器４２から流出した高圧の冷媒を下流側の冷房用絞り弁４６に供給するために全開状態で用いられる。
【００３８】
排気熱交換器４４は、燃料電池１０の酸素極から排出されて空気排出経路１４および酸化剤ガス帯電化装置５０を通過した排出空気と、冷媒循環経路４０を通過する冷媒との間で熱交換を行うように構成されている。この排気熱交換器４４は、アルミニウム等の導電性物質を主材料に樹脂等の誘電体が表面にコーティングされた構成としていてもよいし、樹脂等の誘電体を主材料としていてもよい。すなわち、排気熱交換器４４は、その表面が誘電分極可能な材質を主材料としていればよい。
【００３９】
燃料電池１０の排出空気は、燃料電池１０の廃熱を受け取ることで例えば６０〜８０℃程度となっている。暖房時には、排気熱交換器４４が室外器４２の下流側に位置し、室外器４２にて外気から熱を受け取って昇温した冷媒を、燃料電池１０の排出空気によりさらに加熱する。冷房時には、排気熱交換器４４が室外器４２の上流側に位置し、圧縮機４１から排出された高温の冷媒を燃料電池１０の排出空気と熱交換して冷媒を冷却する。
【００４０】
冷媒循環経路４０における冷却用室内器３２の上流側には冷房用減圧器４６が設けられている。冷房用減圧器４６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。冷房用減圧器４６は機械式膨張弁であり、冷却用室内器３２の出口冷媒温度に応じて冷媒流量を調整し、冷却用室内器３２の出口冷媒の過熱度が所定の値に近づくようにしている。冷房用減圧器４６からの低圧冷媒は冷却用室内器３２に流入する。冷却用室内器３２に流入した低圧冷媒は送風機３１で圧送された空気から吸熱して蒸発する。
【００４１】
冷媒循環経路４０には、冷却用室内器３２をバイパスさせるための冷媒バイパス経路４７が設けられている。冷媒の流路を冷却用室内器３２側あるいは冷媒バイパス経路４７側に切り替えるために、冷媒循環経路４０における冷媒バイパス経路４７との分岐点と冷房用減圧器４６との間に第１冷媒流路切替弁４８が設けられ、冷媒バイパス経路４７に第２冷媒流路切替弁４９が設けられている。暖房時には、第１冷媒流路切替弁４８を開放し、第２冷媒流路切替弁４９を閉鎖して、冷媒が冷媒バイパス経路４７を流れるようにし、冷房時には、第１冷媒流路切替弁４８を閉鎖し、第２冷媒流路切替弁４９を開放して、冷媒が冷却用室内器３２を流れるようにする。
【００４２】
図３は、燃料電池システムに設けられた制御部（ＥＣＵ）１００の入出力を示すブロック図である。図２に示すように、燃料電池システムには各種制御を行う制御手段としての制御部１００が設けられている。制御部１００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１００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１００は、演算結果に基づいて、ウォータポンプ２１、流路切替弁２４、送風機３１、エアミックスドア３５、圧縮機４１、暖房用減圧器４３、冷媒経路切替弁４５、冷媒流路切替弁４８、４９等に制御信号を出力する。なお、本実施形態では、燃料電池システムの制御および空調制御を同一の制御部１００で制御しているが、それぞれ個別にＥＣＵを設けて異なるＥＣＵ間で通信を行うようにしてもよい。
【００４３】
次に、暖房時と冷房時における燃料電池システムの作動を説明する。図４（ａ）は暖房時における冷凍サイクルの冷媒の流れを示し、図３（ｂ）は冷房時における冷凍サイクルの冷媒の流れを示している。暖房モードと冷房モードを含む空調モード切替処理は、乗員が空調モード切替スイッチ（図示せず）を操作することにより行われる。あるいは、空調コントロールパネルに設けられた温度コントロールレバー（図示せず）の値、冷凍サイクルスイッチ（図示せず）の状態、検出した外気温度、内気温度等により、空調モードを演算により自動判定してもよい。なお、空調制御に先立って燃料電池１０は運転開始されており、燃料電池１０の冷却水が第２加熱用室内器３４に循環しているものとする。
【００４４】
まず、図３（ａ）に示す暖房時について説明する。暖房時には、送風機３１を駆動するとともに、エアミックスドア３５の開度を目標空調温度に応じて制御し、加熱用熱交換器３３、３４を通過する空調用空気の割合を調整する。空調用空気が第１加熱用熱交換器３３を通過することで、燃料電池１０で発電に伴って発生した熱が冷却水を介して空調用空気に伝熱され空調用空気が加熱される。これにより、燃料電池１０で発生した熱を利用して車室内の暖房を行うことができる。
【００４５】
第１加熱用熱交換器３３にて放熱された冷却水は、温調用冷却水経路２５を通って、冷却水経路２０に戻る。このような作動を行うことで、燃料電池１０の発電に伴い発生した廃熱を暖房に用いることができるので、暖房に必要な消費エネルギーを削減でき、結果として車両効率を向上できる。
【００４６】
また、暖房時には、冷媒経路切替弁４５により、冷媒の流れ方向を暖房用減圧器４３→室外器４２→排気熱交換器４４に切り替える。さらに、第１冷媒流路切替弁４８を開放し、第２冷媒流路切替弁４９を閉鎖して、冷媒が冷却用室内器３２をバイパスして冷媒バイパス経路４７を流れるようにする。圧縮機４１にて圧縮された高圧かつ高温（例えば１５０℃程度）の冷媒は第２加熱用室内器３４に流入し、冷媒の熱が第２加熱用室内器３４を介して空調用空気に伝熱され空調用空気が加熱される。これにより、冷凍サイクルで発生した熱を利用して車室内の暖房を行うことができる。燃料電池１０の冷却水は燃料電池１０の発電開始から徐々に温度上昇するのに対し、圧縮機４１にて圧縮された冷媒は直ちに高温になる。このため、冷凍サイクルの冷媒を用いた空調用空気の加熱は即効性を有しており、燃料電池１０の運転開始直後から車室内の暖房を行うことができる。
【００４７】
第２加熱用室内器３４から流出した冷媒は、暖房用減圧器４３にて減圧され、低温（例えば−４０℃程度）となる。暖房用減圧器４３から流出した冷媒は、室外器４２にて外気から熱を受け取って温度上昇する。室外器４２から流出した冷媒は、排気熱交換器４４にて燃料電池１０の排出空気から熱を受け取りさらに昇温する。このとき、室外器４２から流出した冷媒の温度が例えば−２０℃程度とし、燃料電池１０の排出空気の温度が６０〜８０℃程度とすると、これらの温度差は８０〜１００℃であり、冷媒を排出空気の顕熱によって効率よく温度上昇させることができる。
【００４８】
さらに、燃料電池１０の排出空気には、電気化学反応で発生した生成水が水蒸気として含まれている。排気熱交換器４４で燃料電池１０の排出空気が冷却される際に排出空気に含まれる水蒸気が凝縮するため、水蒸気の凝縮潜熱が冷媒に与えられる。
【００４９】
さらに、燃料電池１０の排出空気には、電気化学反応で発生した生成水が液滴（ミスト）として含まれている。排気熱交換器４４で燃料電池１０の排出空気が冷却される際に排出空気に含まれる液滴が凝固するため、水蒸気の凝固潜熱が冷媒に与えられる。
【００５０】
さらに、上述した通り、排出空気中の水蒸気および液滴は帯電している。したがって、図５に示す通り、排気熱交換器４４において、冷媒が通る管路を形成するチューブ４４ａの外側表面等の、排気熱交換器４４の表面（すなわち、伝熱面）は、排出空気５３中で帯電している水蒸気および液滴の影響により、静電誘電により分極化し、帯電した水蒸気および液滴とは逆の極性が表面に現れる。それにより、伝熱面と水蒸気および液滴との間に静電引力が発生し、水蒸気および液滴が伝熱面に引き寄せられる。したがって、排気熱交換器４４において燃料電池１０からの水蒸気および液滴（すなわち生成水）の捕集率を高めることができ、ひいては、暖房の効率向上が実現する。
【００５１】
また、室外器４２と排気熱交換器４４で昇温した冷媒は、冷媒バイパス経路４７を介して圧縮機４１に循環する。冷媒は、室外器４２における外気との熱交換に加え、排気熱交換器４４にて燃料電池１０の排出空気との熱交換により温度上昇するので、冷媒圧力の上昇を促進でき、圧縮機４１の負荷を低減することができる。これにより、燃料電池１０の廃熱を有効利用することができる。
【００５２】
次に、図３（ｂ）に示す冷房時について説明する。冷房時には、送風機３１を駆動するとともに、エアミックスドア３５の開度を目標空調温度に応じて制御し、加熱用熱交換器３３、３４を通過する空調用空気の割合を調整する。
【００５３】
また、冷媒経路切替弁４５により、冷媒の流れ方向を排気熱交換器４４→室外器４２→暖房用減圧器４３に切り替える。暖房用減圧器４３は全開状態にする。さらに、第１冷媒流路切替弁４８を閉鎖し、第２冷媒流路切替弁４９を開放して、冷媒が冷却用室内器３２を流れるようにする。
【００５４】
圧縮機４１にて圧縮された高圧かつ高温の冷媒は第２加熱用室内器３４を通過し、排気熱交換器４４に供給される。排気熱交換器４４に流入した冷媒は、燃料電池１０の排出空気に熱を与えることで冷却される。このとき、第２加熱用室内器３４から流出した冷媒の温度が例えば１５０℃程度とし、燃料電池１０の排出空気の温度が６０〜８０℃程度とすると、これらの温度差は７０〜９０℃であり、冷媒を排出空気の顕熱によって効率よく温度低下させることができる。
【００５５】
さらに、燃料電池１０の排出空気には、電気化学反応で発生した生成水が水蒸気に加えて、液滴として含まれている。このため、排気熱交換器４４で燃料電池１０の排出空気が昇温される際に排出空気に含まれる液滴状態の水が蒸発するため、水蒸気の蒸発潜熱により冷媒が冷却され、冷媒圧力が低下する。排気熱交換器４４から流出した冷媒は、室外器４２にて外気と熱交換することで凝縮液化する。
【００５６】
さらに、上述した通り、排出空気中の液滴は帯電している。したがって、図５に示す通り、排気熱交換器４４において、冷媒が通る流路を形成するチューブ４４ａの外側表面（すなわち、伝熱面）は、排出空気５３中で帯電している液滴の影響により、静電誘電により分極化する。それにより、伝熱面と液滴との間に静電引力が発生し、液滴が伝熱面に引き寄せられる。したがって、排気熱交換器４４において燃料電池１０からの液滴（生成水）の捕集率を高めることができ、ひいては、冷房の効率向上が実現する。
【００５７】
室外器４２から流出した冷媒は、全開状態の暖房用減圧器４３を通過し、冷房用減圧器４６に供給される。冷房用減圧器４６で減圧されて低温低圧となった冷媒は、冷却用室内器３２に流入し、空調用空気を冷却する。空調用空気は必要に応じて加熱用熱交換器３３、３４にて目標温度に調整され、車室内に供給される。これにより、車室内の冷房を行うことができる。
以上のように、本実施形態の燃料電池システムによれば、暖房時には、圧縮機４１にて圧縮され高温となった冷媒の熱を利用して空調用空気を加熱することで、燃料電池１０の運転開始直後から車室内の暖房を行うことができる。これにより、暖房の即効性を向上させることができる。
【００５８】
また、室外器４２の上流側または下流側で燃料電池１０の排出空気と冷媒とを熱交換させる排気熱交換器４４と、室外器４２の冷媒経路を切り替える冷媒経路切替弁４５とを設けるという簡易な構成で、燃料電池１０の排出空気の顕熱と生成水の潜熱を冷媒に伝えることができ、暖房効率および冷房効率を向上させることができる。
【００５９】
つまり、暖房時には冷媒が室外器４２から排気熱交換器４４に流れるようにすることで、室外器４２で加熱された冷媒を燃料電池１０の排出空気による顕熱と生成水の凝縮・凝固潜熱によりさらに加熱することができる。これにより、冷媒圧力を上昇させ、圧縮機４１の負荷を低減することができ、システム効率を向上させることができる。
【００６０】
一方、冷房時には、冷媒が排気熱交換器４４から室外器４２に流れるようにすることで、冷媒が室外器４２で冷却される前に、冷媒を燃料電池１０の排出空気の顕熱および生成水の蒸発潜熱により予め冷却することができる。これにより、効果的に冷媒温度を低下させ冷媒圧力を低減することができ、室外器４２における凝縮液化を促進し、冷房効率を高めることができる。
【００６１】
また、冷房時および暖房時共に、酸化剤ガス帯電化装置５０を通過することによって排出空気が帯電し、帯電した排出空気中の水が排気熱交換器４４を通るとき、排気熱交換器４４の伝熱面が静電誘電により分極化する。それにより、伝熱面と水との間に静電引力が発生し、水が伝熱面に引き寄せられる。排気熱交換器４４において燃料電池１０からの生成水の捕集率を高めることができ、ひいては、冷房および暖房の効率向上が実現する。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図６は、本発明の第２実施形態における空調用ヒートポンプシステムおよび燃料電池システムの構成図である。本実施形態が第１実施形態と異なるのは、図６に示すように、放電装置５４を備えたことである。
【００６２】
放電装置５４は、接触帯電または摩擦帯電によって酸化剤ガス帯電化装置５０の導電体（例えば導電体５１）に蓄積された電荷を放電させるための装置である。なお、本実施形態における「放電」とは、電荷をグラウンドに逃がすことをいう。図７に示すように、放電装置５４は、導体側配線５４ａ、グラウンド側配線５４ｂ、およびスイッチ５４ｃを有している。
【００６３】
導体側配線５４ａは、酸化剤ガス帯電化装置５０の貫通穴のすべてについて、当該貫通穴内の導電体（例えば導電体５１）と導通しており、さらに、酸化剤ガス帯電化装置５０の外部に露出している。グラウンド側配線５４ｂは、グラウンドに導通している。スイッチ５４ｃは、制御部１００からの制御信号に基づいて、導体側配線５４ａとグラウンド側配線５４ｂとの間の導通のオン、オフを切り替える。
【００６４】
本実施形態においては、制御部１００は、冷房時および暖房時において、スイッチ５４ｃを制御することで、配線５４ａ、５４ｂ間の導通を定期的にオンし、オンの後直ちに配線５４ａ、５４ｂ間の導通をオフにする。このようにすることによって、酸化剤ガス帯電化装置５０中の各導電体は、定期的に接地されることになる。
【００６５】
したがって、酸化剤ガス帯電化装置５０において、摩擦帯電または接触帯電によって排出空気中の水が帯電することの反対作用として、導電体に正電荷が蓄積されるものの、導電体の定期的な接地によって、蓄積された電荷が放電される。このようになっていることで、酸化剤ガス帯電化装置５０の、生成水を帯電させる性能が持続する。
【００６６】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態が第１実施形態と異なるのは、酸化剤ガス帯電化装置５０の構成である。図８に、本実施形態に係る酸化剤ガス帯電化装置５０の構成を概略的に示す。
【００６７】
図８に示すように、本実施形態の酸化剤ガス帯電化装置５０は、交流電源５５、第１電極５６、第２電極５７、およびスイッチ５８を有する電気回路である。
【００６８】
第１電極５６と第２電極５７の少なくとも１つには図示しない誘電体が被覆されており、その間を排出空気５２が通り抜けるように、空気排出経路１４中に配置されている。制御部１００は、冷房時および暖房時において、スイッチ５８を定期的にオンに制御することで、酸化剤ガス帯電化装置５０の電気回路の作動を開始させ、その後スイッチ５８をオフに制御すことで電気回路の作動を停止させる。
【００６９】
このようにすることによって、電気回路は定期的（例えば１秒毎）に作動し、その作動において、第１電極５６と第２電極５７との間に強い交流電圧がかけられる。このとき、第１電極５６と第２電極５７との間に、無声放電が発生する。この無声放電により、電極間の生成水が帯電する。
【００７０】
その結果、酸化剤ガス帯電化装置５０を出て排気熱交換器４４を通る排出空気５３中の生成水は帯電している。したがって、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７１】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図９に、本実施形態における空調用ヒートポンプシステムおよび燃料電池システムの構成図を示す。本実施形態が第１実施形態と異なるのは、空気排出経路１４中に酸化剤ガス帯電化装置５０が存在しないこと、および、冷媒循環経路４０における排気熱交換器４４の前後に、それぞれ電気絶縁材６１および６２が設けられていることである。なお、電気絶縁材６１および６２が、本発明の電荷遮断手段の一例に相当する。
【００７２】
図１０に、排気熱交換器４４、電気絶縁材６１、および電気絶縁材６２およびの構成を概略的に示す。排気熱交換器４４は、冷媒循環経路４０と連結している２つの端部４４ｂ、それら端部の一方から流入した冷媒６０を通して他方に排出するための配管である複数のチューブ４４ａ、およびそれらチューブ４４ａのそれぞれに複数取り付けられているフィン４４ｃを有している。端部４４ｂ、チューブ４４ａ、およびフィン４４ｃのそれぞれは、金属等の導電体を主成分としている。そして、チューブ４４ａとフィン４４ｃとは、導通している。
【００７３】
電気絶縁材６１、６２は、それぞれ冷媒循環経路４０と端部４４ｂとの間に介在することで、排気熱交換器４４と冷媒循環経路４０との間の電気的導通を遮断している。これによって、仮に冷媒循環経路４０の配管が導電性であったとしても、排気熱交換器４４から冷媒循環経路４０側に電荷が移動することはない。すなわち、排気熱交換器４４に帯電した電荷が排気熱交換器４４外へ移動することが遮断される。
【００７４】
この場合、冷房時および暖房時において、冷媒６０がチューブ４４ａを通ると、冷媒６０がチューブ４４ａの内壁に接触し、冷媒６０と内壁の導電体との境界で電荷が分離する。その結果、チューブ４４ａの表面が帯電する。同時に、チューブ４４ａに導通する排気熱交換器４４ｃの表面も帯電する。冷媒６０との接触帯電または摩擦帯電により、チューブ４４ａの表面（すなわち伝熱面）および排気熱交換器４４ｃの表面（すなわち伝熱面）が帯電する。このように、電気絶縁材６１、６２が、排気熱交換器４４の伝熱面を帯電させるようになっている。
【００７５】
このような状況において、暖房時に、空気排出経路１４からの排出空気５３が排気熱交換器４４を通ると、図１１に示すように、排出空気中の水蒸気および液滴の水分子８１が、静電誘電分極する。それにより、伝熱面と水分子８１との間に静電引力が発生し、水蒸気および液滴が伝熱面に引き寄せられる。したがって、排気熱交換器４４において燃料電池１０からの水蒸気および液滴（生成水）の捕集率を高めることができ、ひいては、暖房の効率向上が実現する。
【００７６】
また冷房時に、空気排出経路１４からの排出空気５３が排気熱交換器４４を通ると、図１１に示すように、排出空気中の液滴の水分子８１が、静電誘電分極する。それにより、伝熱面と水蒸気との間に静電引力が発生し、液滴が伝熱面に引き寄せられる。したがって、排気熱交換器４４において燃料電池１０からの液滴（生成水）の捕集率を高めることができ、ひいては、暖房の効率向上が実現する。
【００７７】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図１２に、本実施形態における空調用ヒートポンプシステムおよび燃料電池システムの構成図を示す。本実施形態が第１実施形態と異なるのは、空気排出経路１４中に酸化剤ガス帯電化装置５０が存在しないこと、および、排気熱交換器４４の詳細構成である。
【００７８】
図１３に、本実施形態の排気熱交換器４４の構成を示す。本実施形態の排気熱交換器４４は、冷媒循環経路４０からの冷媒を通すための配管である複数のチューブ４４ａ、および、それら４４ａに取り付けられた複数枚のフィン４４ｃを備えている。さらにフィン４４ｃのそれぞれの表面（すなわち伝熱面）には、帯電膜（エレクトレット）４４ｄが配置されている。この帯電膜は、正に帯電するよう処理されていてもよいし、負に帯電するよう処理されていてもよい。このように、排気熱交換器４４のフィン４４ｃの表面（伝熱面の一例に相当する）は、帯電する帯電材料としての帯電膜４４ｄを含んでいる。
【００７９】
このような状況において、暖房時に、空気排出経路１４からの排出空気５３が排気熱交換器４４を通ると、排出空気中の水蒸気および液滴の水分子８１が、静電誘電分極する。それにより、伝熱面と水分子８１との間に静電引力が発生し、水蒸気および液滴が伝熱面に引き寄せられる。したがって、排気熱交換器４４において燃料電池１０からの水蒸気および液滴（生成水）の捕集率を高めることができ、ひいては、暖房の効率向上が実現する。
【００８０】
また冷房時に、空気排出経路１４からの排出空気５３が排気熱交換器４４を通ると、排出空気中の液滴の水分子８１が、静電誘電分極する。それにより、伝熱面と水蒸気との間に静電引力が発生し、液滴が伝熱面に引き寄せられる。したがって、排気熱交換器４４において燃料電池１０からの液滴（生成水）の捕集率を高めることができ、ひいては、暖房の効率向上が実現する。
【００８１】
（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。
【００８２】
例えば、第１実施形態においては、酸化剤ガス帯電化装置５０が、燃料電池１０からの排出空気中の水を、負ではなく正に帯電させるようになっていてもよい。このようになっていても、排出空気中で正に帯電した水は、排気熱交換器４４の表面を誘電分極させ、その結果、排気熱交換器４４に引き寄せられる。排出空気中の水を正に帯電させる場合は、酸化剤ガス帯電化装置５０に設けられた貫通穴の内壁は、金属でなくとも、水より仕事関数の大きい材料から成っているようにすればよい。
【００８３】
また例えば、第４実施形態においても、空調用ヒートポンプシステムおよび燃料電池システムは、第１〜第３実施形態に示したような酸化剤ガス帯電化装置５０および放電装置５４を有していてもよい。ただしこの場合は、排出空気中の水の帯電の極性と、伝熱面の帯電の特性とは、逆である必要がある。このようになっていることで、排出空気中の水が負（または正）に帯電すると共に排気熱交換器４４の伝熱面が正（または負）に帯電するので、燃料電池１０から排出される排出空気中の水の捕集率を、排気熱交換器４４において更に高めることができ、ひいては、冷暖房の効率向上が実現する。
【００８４】
また例えば、第２実施形態においては、無声放電の代わりに、コロナ放電を用いて排出空気中の生成水を帯電させるようになっていてもよい。すなわち、複数の電極間に電圧をかけることで、それら複数の電極間を通る排出空気中の水を帯電させるようになっていればよい。
【００８５】
また例えば、上記各実施形態では、冷媒循環経路４０における圧縮機４１の下流側に第２加熱用熱交換器３４を設け、圧縮機４１で圧縮され高温となった冷媒を空調用空気とを熱交換させるように構成したが、第２加熱用室内器３４を省略してもよい。この場合には、例えば暖房時には圧縮機４１から吐出された冷媒が冷却用室内器３２に流入するように冷媒経路を変更し、冷却用室内器３２が加熱用室内器として機能するように構成すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の第１実施形態における空調用ヒートポンプシステムおよび燃料電池システムの構成図である。
【図２】酸化剤ガス帯電化装置５０の構成を示す図である。
【図３】制御部（ＥＣＵ）１００の入出力を示すブロック図である。
【図４】（ａ）は暖房時における冷凍サイクルの冷媒の流れを示し、（ｂ）は冷房時における冷凍サイクルの冷媒の流れを示す概念図である。
【図５】排出空気５３中の水が排気熱交換器の伝熱面に引き寄せられる原理を示す概念図である。
【図６】本発明の第２実施形態における空調用ヒートポンプシステムおよび燃料電池システムの構成図である。
【図７】放電装置５４および酸化剤ガス帯電化装置５０の構成を示す模式図である。
【図８】本発明の第３実施形態における酸化剤ガス帯電化装置５０の構成を示す概略図である。
【図９】本発明の第４実施形態における空調用ヒートポンプシステムおよび燃料電池システムの構成図である。
【図１０】第４実施形態における排気熱交換器４４、電気絶縁材６１、６２の構成を示す図である。
【図１１】排出空気中の水分子８１が排気熱交換器の伝熱面に引き寄せられる原理を示す概念図である。
【図１２】本発明の第５実施形態における空調用ヒートポンプシステムおよび燃料電池システムの構成図である。
【図１３】第５実施形態における排気熱交換器４４の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８７】
１０                      燃料電池
１４                      空気排出経路
４０                      冷媒循環経路
４２                      室外器
４４                      排気熱交換器
４４ａ                    チューブ
４４ｂ                    端部
４４ｃ                    フィン
４４ｄ                    帯電膜
５０                      酸化剤ガス帯電化装置
５１                      導電体
５２、５３                排出空気
５４                      放電装置
５５                      交流電源
５６                      第１電極
５７                      第２電極
６０                      冷媒
６１、６２                電気絶縁材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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