(57)【要約】      （修正有）【課題】小型で簡易な構成で圧縮空気および電圧変換装置を冷却液により効率よく冷却することができる燃料電池システム用冷却装置を提供する。【解決手段】燃料電池システム用冷却装置７４は、エアコンプレッサ２６によって燃料電池１２に供給される空気を冷却するためのインタークーラ２８と、水素および空気の供給を受けて発電する燃料電池１２から出力される電力を変換するＤＣ／ＤＣコンバータ６２を冷却するための冷却器７６とを一体に設け、ラジエタ７１から送り出された冷却液が冷却器７６からインタークーラ２８に流れてラジエタ７１に還流するよう冷却液流路が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアコンプレッサによって燃料電池に供給される空気を冷却するためのインタークーラと、燃料ガスおよび空気の供給を受けて発電する燃料電池から出力される電力を変換する電力変換装置を冷却するための冷却器とを一体に設け、ラジエタから送り出された冷却液がインタークーラおよび冷却器の各内部を流れてラジエタに還流するよう冷却液流路が形成されている、燃料電池システム用冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池用冷却装置において、
前記冷却液流路は、冷却液がまず冷却器内を流れてからインタークーラを流れるよう形成されていることを特徴とする燃料電池システム用冷却装置。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池システム用冷却装置において、
前記電圧変換装置は、電力用スイッチング素子を含むスイッチング素子部とリアクトルとを有するＤＣ／ＤＣコンバータであり、ＤＣ／ＤＣコンバータは前記冷却器上に設置されており、前記冷却器内の冷却液の流れ方向に関し前記スイッチング素子部が前記リアクトルよりも上流側に配置されることを特徴とする、燃料電池システム用冷却装置。
【請求項４】
請求項１に記載の燃料電池システム用冷却装置において、
前記冷却液流路のうち冷却器内の冷却液流路と前記インタークーラ内の冷却液流路とが略Ｕ字状をなすように構成され、前記冷却器の端部に設けられる冷却液入口部と前記インタークーラの端部に設けられる冷却液出口部とが同方向に向けられていることを特徴とする燃料電池システム用冷却装置。
【請求項５】
請求項１に記載の燃料電池システム用冷却装置において、
前記インタークーラと前記冷却器とは薄肉部を介して連結されていることを特徴とする燃料電池システム用冷却装置。
【請求項６】
請求項１に記載の燃料電池システム用冷却装置において、
前記薄肉部には、貫通穴が形成されていることを特徴とする燃料電池システム用冷却装置。
【請求項７】
請求項３に記載の燃料電池システム用冷却装置において、
前記電圧変換装置は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータから受け取った直流電圧を交流電圧に変換するインバータをさらに含み、前記インバータも前記冷却器上に設置されていることを特徴とする燃料電池システム用冷却装置。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料電池システム用冷却装置において、
前記インバータは、前記冷却器内の冷却液の流れ方向に関し前記コンバータの上流側に配置されるか、または、コンバータ設置面とは異なる冷却器表面上に設置されることを特徴とする燃料電池システム用冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム用冷却装置に係り、特に、エアコンプレッサによって燃料電池に供給される空気を冷却するインタークーラと、燃料電池から出力される発電電力を変換する電圧変換装置を冷却する冷却器とを備える燃料電池システム用冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化の一因とされる二酸化炭素を排出しない発電システムである燃料電池が、電気自動車等の電動車両の電源装置として用いられることが期待されている。この燃料電池は、大気から取り込まれてエアコンプレッサにより圧縮加圧されて供給される空気と、水素タンク等の水素供給源から供給された水素とを、電解質膜を介して電気化学反応させて水が生成される課程で、水素がイオン化する際に放出する電子を発電電力として出力する発電装置である。
【０００３】
大気から取り込まれた空気は、エアコンプレッサによって圧縮加圧されることで、かなりの高温（例えば１６０℃以上）になる。このような高温の空気が燃料電池に供給されると、燃料電池の各セルに含まれる例えば固体高分子型の電解質膜が過剰な乾燥状態になる、あるいは、熱的損傷を受ける可能性がある。そのため、燃料電池に供給される圧縮加圧された空気をインタークーラで適度な温度（例えば１００℃程度）に冷却することが好ましい。
【０００４】
例えば、特許文献１には、エアコンプレッサとその駆動源であるモータとインタークーラとを一体化して、燃料電池システムで使用される気体圧縮モジュールの重心を安定させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２４７６３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のようなエアコンプレッサ、インタークーラ、燃料電池等を含む燃料電池システムが車両に搭載される場合、インタークーラを冷却効率の高い水冷式のものとして、冷却水をラジエタとの間で循環させて放熱させるのが好適である。
【０００７】
また、燃料電池から出力される発電電力は、昇圧機能を有するＤＣ／ＤＣコンバータや直流・交流変換機能を有するインバータによって変換された後、走行用動力源である交流モータに印加されてモータ駆動電力として用いられることがある。コンバータは、例えばＩＧＢＴ等の電力用スイッチング素子とリアクトルを含んで構成されるのが一般的であるが、電力用スイッチング素子として小型のものを用いて作動効率を良好に維持するには、コンバータも冷却されることが望ましい。
【０００８】
ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータの作動による発熱温度は、エアコンプレッサによる圧縮空気の温度に比べるとそれほど高くなく、ラジエタから送られる冷却水が内部流通する冷却器によってコンバータを冷却したとき、冷却器を通過した冷却液は例えば約６０℃から約７０℃に昇温する程度である。そのため、ラジエタに還流した約７０℃程度の冷却水を例えば４０℃の外気との熱交換により約６０℃まで温度低下させる場合に、外気との温度差が小さいために冷却効率が低いものになり、その結果、ラジエタの大型化を招くという問題がある。
【０００９】
また、上記インタークーラおよびコンバータ用冷却器を車両に搭載し、ラジエタとの間で冷却水を循環するための配管系統を上記インタークーラと上記コンバータ用冷却器とで別個に設けた場合には、搭載スペースが大きくなるとともに配管系統が複雑になって、車両を構成する車体の設計自由度を制限することにもなる。
【００１０】
本発明の目的は、小型で簡易な構成で圧縮空気および電圧変換装置を冷却液により効率よく冷却することができる燃料電池システム用冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る燃料電池システム用冷却装置は、エアコンプレッサによって燃料電池に供給される空気を冷却するためのインタークーラと、燃料ガスおよび空気の供給を受けて発電する燃料電池から出力される電力を変換する電力変換装置を冷却するための冷却器とを一体に設け、ラジエタから送り出された冷却液がインタークーラおよび冷却器の各内部を流れてラジエタに還流するよう冷却液流路が形成されている。
【００１２】
本発明に係る燃料電池システム用冷却装置において、前記冷却液流路は、冷却液がまず冷却器内を流れてからインタークーラを流れるよう形成されているのが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る燃料電池システム用冷却装置において、前記電圧変換装置は、電力用スイッチング素子を含むスイッチング素子部と昇圧のために電気エネルギーを一時的に蓄電するリアクトルとを有するＤＣ／ＤＣコンバータであり、ＤＣ／ＤＣコンバータは前記冷却器上に設置されており、前記冷却器内の冷却液の流れ方向に関し前記スイッチング素子部が前記リアクトルよりも上流側に配置されることが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る燃料電池システム用冷却装置において、前記冷却液流路のうち冷却器内の冷却液流路と前記インタークーラ内の冷却液流路とが略Ｕ字状をなすように構成され、前記冷却器の端部に設けられる冷却液入口部と前記インタークーラの端部に設けられる冷却液出口部とが同方向に向けられているのが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る燃料電池システム用冷却装置において、前記インタークーラと前記冷却器とは薄肉部を介して連結されていることが好ましい。この場合、前記薄肉部には、貫通穴が形成されていてもよい。
【００１６】
さらに、本発明に係る燃料電池システム用冷却装置において、前記電圧変換装置は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータから受け取った直流電圧を交流電圧に変換するインバータをさらに含み、前記インバータも前記冷却器上に設置されていてもよい。この場合、前記インバータは、前記冷却器内の冷却液の流れ方向に関し前記コンバータの上流側に配置されるか、または、コンバータ設置面とは異なる冷却器表面上に設置されるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る燃料電池システム用冷却装置によれば、圧縮空気冷却用インタークーラと電圧変換装置用冷却器を一体化したことで小型化が可能になり、車両等に搭載する際の省スペース化を図れる。加えて、ラジエタから送り出された冷却液がインタークーラおよび冷却器の各内部を流れてラジエタに還流するよう冷却液流路が形成されているため、冷却液循環用の配管も１組の送出用配管および還流用配管で足り、簡易な構成となる。したがって、これらのことから上記燃料電池システム用冷却装置が搭載される車両等の搭載機器の設計自由度を大きくすることができる。
【００１８】
また、冷却液がまず冷却器内を流れてからインタークーラを流れるように冷却液流路が形成されていれば、冷却器を通過した冷却液は電圧変換装置の冷却によってはそれほど昇温しないため、その後にインタークーラに流入した冷却液は、エアコンプレッサによる圧縮空気を燃料電池に対する許容温度まで低下させるのに十分な冷却効果が得られる。したがって、１つの冷却液循環系統で電圧変換装置と燃料電池に供給される空気の両方を効率よく冷却することができる。加えて、インタークーラを通過した冷却液は上記圧縮空気の冷却によってかなりの高温になっているため、ラジエタに還流した冷却液は外気との温度差が大きいことにより効率よく放熱することが可能になる。これにより、燃料電池システムに設けられるラジエタの大型化も抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態である燃料電池システム用冷却装置を搭載した電動車両の概略構成図である。
【図２】図２は、インタークーラおよびコンバータ用冷却器を一体化した燃料電池システム用冷却装置の平面図である。
【図３】図３は、図２における矢印Ａ方向から見た側面図である。
【図４】図４は、図２におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】図５は、図４におけるＣ−Ｃ線断面図である。
【図６】図６は、図４におけるＤ−Ｄ線断面図である。
【図７】図７は、コンバータに加えてインバータも一体に設置された図２と同様の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態である燃料電池システム用冷却装置（以下、適宜に「冷却装置」とだけいう）７４を備える燃料電池システム１０が電動車両１に搭載された例を概略的に示す図である。図１において、ガス供給排出系統が実線で示され、冷却液である冷却水の循環系統が一点鎖線で示され、電力系統が点線で示されている。
【００２２】
燃料電池システム１０は、燃料電池システム１０は、燃料ガスである水素と酸化剤ガスである酸素（空気）の供給を受けて発電する燃料電池１２と、大気から取り込んだ空気を燃料電池１２に供給するための空気供給系１４と、水素を燃料電池１２に供給するための水素供給系１６と、発電に供された後に燃料電池１２から排出される空気をシステム１０から車外に排気するための空気排気系１８と、燃料電池１２により発電された電力を走行用モータ駆動電力として使用するための電力系２０と、燃料電池システム１０を統括的に制御するコントローラ（図１中「ＥＣＵ(Electronic Control Unit)」と表記）１００と、を備える。
【００２３】
燃料電池１２は、密閉状態に保持された燃料電池ケース（図示せず）内に収容されて電動車両１の床下部または車両前部（エンジンコンパートメント内）に搭載されることができる。燃料電池１２は、多数の燃料電池セルを電気的に直列接続した状態で積層してなるセルスタックである。燃料電池セルは、固体高分子電解質膜と、アノード側（燃料極側）電極と、カソード側（空気極側）電極と、セパレータとから構成されている。アノード側電極及びカソード側電極は、高分子電解質膜を両側から挟持してサンドイッチ構造をなす拡散電極である。ガス不透過の導電性部材から構成されるセパレータは、このサンドイッチ構造をさらに両側から挟持しつつ、アノード側電極及びカソード側電極との間にそれぞれ複数の溝状凹部からなる水素及び空気の流路を形成している。
【００２４】
燃料電池セルのアノード側電極は、白金系の金属触媒を担持するカーボン粉末を主成分とし、固体高分子電解質膜に接する触媒層と、触媒層の表面に形成され、通気性と電子導電性とを併せ持つガス拡散層とを有する。同様に、カソード側電極は、触媒層とガス拡散層とを有する。例えば、触媒層は、白金、又は白金と他の金属からなる合金を担持したカーボン粉を適当な有機溶媒に分散させ、電解質溶液を適量添加してペースト化し、高分子電解質膜上にスクリーン印刷して形成されている。また、ガス拡散層は、例えば、炭素繊維から成る糸で織成したカーボンクロス、カーボンペーパ、又はカーボンフェルトにより形成されている。高分子電解質膜は、固体高分子材料、例えば、フッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を発揮する。
【００２５】
このように構成される各燃料電池セルにおいて、アノード側電極に水素が供給されてＨ2 → ２Ｈ+＋２ｅ-で表される酸化反応が生じ、カソード側電極に空気が供給されて（１／２）Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ- → Ｈ2Ｏで表される還元反応が生じ、燃料電池セル全体としてはＨ2＋（１／２）Ｏ2 → Ｈ2Ｏで表される電気化学反応が生じることになる。そして、各燃料電池セルのアノード側電極で水素から放出された電子が集電されて、燃料電池１２から発電電力として出力される。
【００２６】
空気供給系１４は、燃料電池１２の空気極に供給される空気が流れる空気供給通路２２を含む。空気供給通路２２には、大気から取り込まれる空気中に含まれる塵等の異物を除去するためのエアフィルタ２４と、エアフィルタ２４を介して取り込まれた空気を圧縮加圧して送り出すエアコンプレッサ２６と、エアコンプレッサ２６から送り出された圧縮空気を冷却するインタークーラ２８と、燃料電池１２に供給される空気の圧力を検出する圧力センサ３０とが設けられている。インタークーラ２８およびこれを一体に含む冷却装置７４とについては、後に詳述する。
【００２７】
なお、空気供給系１４に加湿器を設け、燃料電池１２から排出される空気中に含まれる生成水の一部を回収して、その回収された水を用いて燃料電池１２に供給される空気を加湿する構成としてもよい。
【００２８】
水素供給系１６は、例えば高圧水素タンクなどからなる水素供給源３２と、水素供給源３２から燃料電池１２の燃料極に供給される水素ガスが流れる水素供給通路３４と、燃料電池１２から排出される水素オフガスが流れる水素排出通路３６と、水素排出通路３６に排出された水素オフガスを循環ポンプ３８の作動により水素供給通路３４へと循環供給するための循環通路４０とを含む。
【００２９】
水素供給源３２から燃料電池１２に接続する水素供給通路３４には、水素ガス供給方向の上流側から順に、水素供給源３２からの水素ガスの流出を遮断する遮断弁４２と、水素供給源３２から噴出する水素ガスを適度に減圧すると共に水素供給量を制御するインジェクタ４４、および、燃料電池１２に供給される水素ガスの圧力を検出する圧力センサ４６が設置されている。また、水素排出通路３６は、遮断弁４８を介して希釈器５０に接続されている。
【００３０】
空気排気系１８は、燃料電池１２の各セルにおいて発電に供された後に燃料電池１２から排出される空気が流れる空気排気通路５２を含む。空気排気通路５２は、その一端が燃料電池１２の空気排出口５４に接続され、他端が車外に向けて水素混合空気を排気する排気口５６となっている。空気排気通路５２には、空気排気方向に関して上流側から順に、空気調圧弁５８、希釈器５０およびマフラ６０が設けられている。
【００３１】
希釈器５０は、遮断弁４８が開弁されることにより水素排出通路３６から導入される水素オフガスを燃料電池１２から排出された空気と混合して希釈する機能を有する。空気調圧弁５８は、内部に含まれる弁体の開度をコントローラ１００からの指令に応じて調整することにより、空気排気通路５２を流れる空気の流量や圧力、すなわち燃料電池１２に供給される空気の流量や圧力を制御するためのものである。マフラ６０は、サイレンサまたは消音器とも呼ばれ、システム１０から排気される空気と共に騒音が車外に放散されるのを抑制する機能を有する公知構成のものである。
【００３２】
電力系２０は、燃料電池１２の出力端子に電気的に接続され燃料電池１２から出力される発電電力を図示しない平滑コンデンサを介して受け取るＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧変換装置）６２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ６２に電気的に接続されＤＣ／ＤＣコンバータ６２によって昇圧された直流電圧を図示しない平滑コンデンサを介して受け取るインバータ（電圧変換装置）６４と、インバータ６４に電気的に接続され、インバータ６４によって直流電圧から変換された交流電圧が駆動電圧として印加されるモータ６６とを含む。
【００３３】
ＤＣ／ＤＣコンバータ６２は、燃料電池１２から供給される直流電圧を昇圧する機能を有し、コントローラ１００からのスイッチング信号を受けてオン・オフ制御される例えばＩＧＢＴ等の電力用スイッチング素子を含むスイッチング素子部６８と、上記スイッチング素子のオン・オフ制御によって電気エネルギーを一時的に蓄電して放出するリアクトル６９とを有する。ＤＣ／ＤＣコンバータ６２は、冷却装置７４上に冷却可能に設置されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ６２を構成するスイッチング素子部６８およびリアクトル６９の具体的構成については、上記のような直流電圧の電圧値の昇圧変換機能を有するものであれば、どのようなものであってもよい。
【００３４】
インバータ６４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６２から出力される直流電圧を例えば三相交流電圧に変換する機能を有し、この場合、例えば三相同期型交流モータであるモータ６６の入力端子にそれぞれ電気的に接続されるＵ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームを含んで構成されることができる。各相アームは、電流逆流防止用のダイオードがそれぞれ逆並列接続された例えばＩＧＢＴ等からなる２つの電力用スイッチング素子を有し、これらのスイッチング素子がコントローラ１００からのスイッチング信号を受けてオン・オフ制御されることにより交流変換機能を果たす。ただし、インバータ６４の具体的構成は、上記のようなものに限定されるものではなく、直流・交流変換機能を有するどのようなものであってもよい。
【００３５】
モータ６６は、インバータ６４から印加される三相交流電圧によって駆動されて、走行用動力を出力する。モータ６６の出力パワー（トルクおよび回転数）は、ユーザのアクセル操作等により規定される車両要求パワーに応じてコントローラ１００がＤＣ／ＤＣコンバータ６２およびインバータ６４へのスイッチング信号を生成することにより制御される。
【００３６】
燃料電池システム１０は、冷却水循環系７０をさらに備える。冷却水循環系７０は、車両前部に設置されたラジエタ７１と、冷却液ポンプ７２の作動によってラジエタ７１から冷却水を送り出すための送出用配管７３と、送出用配管７３の端部が接続される冷却装置７４と、冷却装置７４からラジエタ７１へと延伸して接続され、冷却水を冷却装置７４からラジエタ７１に還流させるための還流用配管７５とを含む。
【００３７】
ラジエタ７１は、内部を流れる冷却水から外気に対して放熱させることにより、冷却水の温度を低下させる公知のものである。冷却水には、不凍液や防錆剤が混合されているのが好ましい。また、送出用配管７３および還流用配管７５は、例えば、剛直な金属製パイプ、柔軟なゴム製もしくは樹脂製パイプ、または、これらの組合せによって構成されることができる。
【００３８】
コントローラ１００は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を含むマイクロコンピュータとして構成されることができ、ガス供給排気系１６，１８に含まれる遮断弁４２，４８の開閉制御、インジェクタ４４や調圧弁５８の開閉および開度調節制御、エアコンプレッサ２６および循環ポンプ３８の作動制御等を実行することにより、燃料電池１２による発電動作を制御することができる。また、コントローラ１００は、上述したようにＤＣ／ＤＣコンバータ６２およびインバータ６４へのスイッチング信号の生成を通じてモータ６６の駆動制御を行うことができる。
【００３９】
次に、図２〜６を参照して上記冷却装置７４について詳細に説明する。図２は冷却装置７４を上方から見た平面図、図３は図２中の矢印Ａ方向（すなわち車両前方側）から見た冷却装置７４の側面図、図４は図２中のＢ−Ｂ線断面図、図５は図４中のＣ−Ｃ線断面図、図６は図４中のＤ−Ｄ線断面図である。なお、図２においては、冷却装置７４に含まれるインタークーラ２８の上壁部を破断により取り除いて内部が見えるように描かれている。
【００４０】
図２に示すように、冷却装置７４は、エアコンプレッサ２６により圧縮加圧された空気を、燃料電池１２への供給前に、所定の許容温度まで低下させるよう冷却するインタークーラ２８と、その上面上に設置されたＤＣ／ＤＣコンバータ６２を冷却するための冷却器７６とを一体に設けて構成されている。以後、図２中の左側を「前」、同図中の右側を「後」と称して説明を行う。
【００４１】
インタークーラ２８と冷却器７６とは、後述する連通流路部８２の部分を除いて冷却装置７４の前後方向に延伸する薄肉部７７によって連結されている。薄肉部７７は、インタークーラ２８から冷却器７６への伝熱を抑制して、冷却器７６のＤＣ／ＤＣコンバータ６２に対する冷却性能を維持することを意図した部分である。この薄肉部７７には、伝熱抵抗をより大きくするために例えば長穴状に形成された貫通穴７８が形成されている。なお、貫通穴７８の形状や数は、適宜に設計可能であり、多数の丸穴として形成されてもよい。
【００４２】
冷却装置７４は、例えばアルミニウム等の金属製の外郭部材により内部空間を有する筐体として形成されている。より具体的には、例えばアルミダイキャストからなり下方に向いた開口部を有する上側ケース部と、その開口部を閉じる蓋体となるアルミ製平板とを、その周辺部においてシール部材を挟持してボルトおよびナット等で締結することにより上記外郭部材が構成されることができる。
【００４３】
図３および４に示すように、インタークーラ２８および冷却器７６はいずれも、台形状の側面および台形状の横断面内部空間を有している。冷却装置７４の前方端面７４ａには、送出用配管７３が接続される冷却水入口管７９ａおよび還流用配管７５が接続される冷却水出口管７９ｂと、空気供給通路２２が接続される空気入口管８０ａとが、ラジエタ７１側に向いてそれぞれ突設されている。一方、冷却装置の７４の後方端面７４ｂには、インタークーラ２８内を通過して冷却された空気が排出される空気出口管８０ｂが後方に向けて突設されている。
【００４４】
このように冷却装置７４において冷却水入口管７９ａと冷却水出口管７９ｂとを同一方向に向けることで、ラジエタ７１との間の配管接続作業が容易になる、配管の長さをできるだけ短くできる、車体の設計において配管設置スペースをコンパクトに確保できる等の利点がある。ここで、冷却水出口管７９ｂは、重力方向に関し、冷却水入口管７９ａよりも上方に設けられるのが好ましい。これは、冷却水に含まれることとなった空気が冷却装置７４内に滞留させずに冷却水と一緒に抜けるようにするためである。
【００４５】
冷却水入口管７９ａは、冷却器７６に対応する位置に形成され、冷却器７６内の冷却水流路８１に連通している。冷却器７６内の冷却水流路８１は、冷却装置７４の後部においてインタークーラ２８側に向かって延伸する連通流路部８２に接続している。
【００４６】
一方、インタークーラ２８の内部空間２９には、熱交換器８３が収容配置されている。熱交換器８３は、図２、４ないし６に示すように、側面視で略矩形状をなす扁平型の複数（本実施形態では３つ）の冷却水流路管８４と、熱交換器８３の後部において各冷却水流路管８４に連通すると共にその端部が上記連通流路部８２に接続する後方連通管８６と、熱交換器８３の前部において各冷却水流路管８４に連通すると共にその端部が上記冷却水出口管７９ｂに接続される前方連通管８７とからなっている。各冷却水流路管８４の側面には、例えば金属製の波板からなるフィン８５が上記前方連通管８７および後方連通管８６との間の位置において固定されている。なお、フィン８５の形状は、上記のような波板形状に限定されるものではなく、冷却対象となる空気との接触面積を大きくするためのものであれば、どのような形状であってもよい。
【００４７】
ここで、インタークーラ２８の高さ寸法（上下方向の寸法）は、冷却器７６の高さ寸法よりも大きく形成されるのが好ましい。これは、エアコンプレッサ２６から燃料電池１２に至る空気供給流路において圧縮空気の圧損の発生をできるだけ小さくするために、空気供給流路を構成する配管（空気入口管８０ａおよび空気出口管８０ｂを含む）の内径やインタークーラ２８内の流路面積を大きく取ることが有効だからであり、また、冷却器７６とは異なってインタークーラ２８上には被冷却部品が設置されないため、そのことによる制約がないからである。
【００４８】
上記のように冷却装置７４内の冷却液流路は、冷却水入口管７９ａから、冷却器７６内の冷却水流路８１、連通流路部８２およびインタークーラ２８内の熱交換器８３を介して、冷却水出口管７９ｂに接続する、略Ｕ字状をなすように形成されている。これにより、冷却装置７４内に流入した冷却水は、まず冷却器７６内を前方から後方に流れてからＵターンして、インタークーラ２８内を後方から前方に流れるようになっている。
【００４９】
図２，３を再び参照すると、冷却器７６の上面にＤＣ／ＤＣコンバータ６２が設置されているが、ＤＣ／ＤＣコンバータ６２を構成するスイッチング素子部６８およびリアクトル６９について、冷却水入口管７９ａから導入されて冷却器７６内を流れる冷却水の流れ方向に関しスイッチング素子部６８がリアクトル６９よりも上流側に配置されているのが好ましい。これは、スイッチング素子部６８に比べてリアクトル６９は高耐熱性を有する、換言すればスイッチング素子部６８の方が冷却する必要性が高いため、冷却器７６内に導入された冷却水によってまずスイッチング素子部６８が効果的に冷却されるようにするためである。ただし、リアクトル６９に対してスイッチング素子部６８を下流側に配置した場合でも冷却効率はそれほど低下しないため、このような配置も許容される。
【００５０】
また、冷却装置７４にはＤＣ／ＤＣコンバータ６２を覆うカバー部材８８が設けられ、これによりＤＣ／ＤＣコンバータ６２に対する防水性が確保されている。
【００５１】
続いて、上記構成からなる冷却装置７４の作用機能について説明する。
冷却水循環系７０において、冷却水ポンプ７２が作動されることにより、冷却水がラジエタ７１、送出用配管７３、冷却装置７４、還流用配管７５の順序で、冷却水が循環して流れる。
【００５２】
ラジエタ７１から送出用配管７３に送り出された冷却水は、冷却水入口管７９ａから冷却器７６内に導入され、冷却器７６内の流路８１を前方から後方へ流れる。このとき、昇圧動作によって発熱したＤＣ／ＤＣコンバータ６２のスイッチング素子部６８およびリアクトル６９は、冷却器７６の上面７６ａを介して冷却液に放熱することによって冷却される。
【００５３】
その後、冷却器７６を通過した冷却液は、連通流路部８２を介してインタークーラ２８内の熱交換器８３に流入する。そして、冷却水は、図５，６に示すように、熱交換器８３の後方連通管８６から各冷却水流路管８４内を後方から前方に流れて、前方連通管８７を介して冷却水出口管７９ｂからインタークーラ２８外に流れ出る。
【００５４】
エアコンプレッサ２６の作動によって圧縮加圧されて相当に昇温した空気は、空気入口管８０ａからインタークーラ２８内に導入され、熱交換器８３を構成する冷却水流路管８４およびフィン８５の表面に沿って後方へ流れる。このとき、冷却器７６からインタークーラ２８内の熱交換器８３に流入した冷却水は、冷却器７６におけるＤＣ／ＤＣコンバータ６２の冷却によってはそれほど昇温していないため、インタークーラ２８内に流入した圧縮空気との温度差が大きく、圧縮空気に対して十分な冷却効果が得られる。そのため、インタークーラ２８を通過する圧縮空気は、熱交換器８３を構成するフィン８５および冷却水流路管８４を介して冷却水に放熱することにより、その温度が燃料電池１２に対する許容温度まで低下し、そして空気出口管８０ｂから燃料電池１２へと供給される。
【００５５】
冷却装置７４の冷却水出口管７９ｂから流出した冷却水は、還流用配管７５を介してラジエタ７１へと戻る。インタークーラ２８を通過する際に圧縮空気の冷却によって昇温した冷却水の温度は外気との温度差がかなり大きくなっている。そのため、ラジエタ７１を通過する間に冷却水は、外気に対して効率よく放熱して適度な水温となり、その後、送出用配管７３を介して冷却装置７４へと循環供給される。
【００５６】
上述したように本実施形態の燃料電池システム用冷却装置７４によれば、圧縮空気冷却用インタークーラ２８とＤＣ／ＤＣコンバータ６２用冷却器７６を一体化したことで小型化が可能になり、電動車両１に搭載する際の省スペース化を図れる。加えて、ラジエタ７１から送り出された冷却液が冷却器７６およびインタークーラ２８の各内部を流れてラジエタ７１に還流するよう冷却液流路が形成されているため、冷却液循環用の配管も１組の送出用配管７３および還流用配管７５で足り、簡易な構成となる。したがって、これらのことから冷却装置７４を備えた燃料電池システム１０が搭載される電動車両１の車体の設計自由度を大きくすることができる。
【００５７】
また、冷却液がまず冷却器７６内を流れてからインタークーラ２８を流れるように冷却液流路が形成されていることで、冷却器７６を通過した冷却液はＤＣ／ＤＣコンバータ６２の冷却によってはそれほど昇温しないため、その後にインタークーラ２８内の熱交換器８３に流入した冷却液は、エアコンプレッサ２６による圧縮空気を燃料電池１２に対する許容温度まで低下させるのに十分な冷却効果が得られる。したがって、１つの冷却水循環系統７１−７５でＤＣ／ＤＣコンバータ６２と燃料電池１２に供給される空気の両方を効率よく冷却することができる。加えて、インタークーラ２８を通過した冷却液は上記圧縮空気の冷却によってかなりの高温になっているため、ラジエタ７１に還流した冷却液は外気との温度差が大きいことにより効率よく放熱することが可能になる。これにより、燃料電池システム１０に設けられるラジエタ７１の大型化も抑制できる。
【００５８】
なお、上述した燃料電池システム１０では、冷却器７６によってＤＣ／ＤＣコンバータ６２だけを冷却する場合について説明したが、本発明に係る燃料電池システム用冷却装置はこれに限定されるものではなく、冷却器によって他の電圧変換装置、例えばインバータ６４も冷却するよう構成してもよい。この場合、例えば、図７に示すように、インバータ６４を冷却器７６の上面７６ａ上であって冷却水の流れ方向に関しＤＣ／ＤＣコンバータ６２の上流側に設置してもよいし、あるいは、図３中の点線で示すようにインバータ６４を冷却器７６のコンバータ設置面とは異なる表面、例えば下面７６ｂ上に設置してもよい。
【００５９】
また、上記実施形態では、燃料電池システム１０が電動車両１に搭載されるものとして説明したが、本発明に係る冷却装置を含む燃料電池システムはこの用途に限定されるものではなく、例えば、燃料電池車両以外の移動体（ロボット、船舶、航空機等）や産業機械（建設機械、農業機械等）の電力源として搭載されてもよいし、あるいは、住宅やビル等の発電設備（定置用発電システム）として用いられてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１  電動車両、１０  燃料電池システム、１２  燃料電池、１４  空気供給系、１６  水素供給系、１８  空気排気系、２０  電力系、２２  空気供給通路、２４  エアフィルタ、２６  エアコンプレッサ、２８  インタークーラ、３０，４６  圧力センサ、３２  水素供給源、３４  水素供給通路、３６  水素排出通路、３８  循環ポンプ、４０  循環通路、４２，４８  遮断弁、４４  インジェクタ、４６  圧力センサ、５０  希釈器、５２  空気排気通路、５４  空気排出口、５６  排気口、５８  空気調圧弁、６０  マフラ、６２  ＤＣ／ＤＣコンバータ、６４  インバータ、６６  モータ、６８  スイッチング素子部、６９  リアクトル、７０  冷却水循環系、７１  ラジエタ、７２  冷却液ポンプ、７３  送出用配管、７４  燃料電池システム用冷却装置、７５  還流用配管、７６  冷却器、７７  薄肉部、７８  貫通穴、７８  冷却装置、７９ａ  冷却水入口管、７９ｂ  冷却水出口管、８０ａ  空気入口管、８０ｂ  空気出口管、８１  冷却水流路、８２  連通流路部、８３  熱交換器、８４  冷却水流路管、８５  フィン、８６  後方連通管、８７  前方連通管、８８  カバー部材、１００  コントローラ。
【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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