(57)【要約】【課題】燃料電池システムにおいて、空調装置を備える構成において、小型化するとともに、各コンプレッサの振動を有効に抑制することである。【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池スタックに空気を供給するエアコンプレッサ３４と、エアコン冷媒コンプレッサ５２を含む空調循環経路に冷媒を循環させる空調装置とを備える。エアコンプレッサ３４は、内部にモータ部を有するエアコンプレッサハウジング７０と、エアコンプレッサハウジング７０に設けられ、空調循環経路を循環する冷媒を流す内部冷媒流路とを含む。エアコン冷媒コンプレッサ５２は、エアコンプレッサハウジング７０と一体化された冷媒コンプレッサハウジング９４を含む。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
燃料電池に空気を供給するエアコンプレッサと、
冷媒コンプレッサを含む空調循環経路に冷媒を循環させる空調装置とを備え、
エアコンプレッサは、内部にモータ部を有するエアコンプレッサハウジングと、エアコンプレッサハウジングに設けられ、空調循環経路を循環する冷媒を流す内部冷媒流路とを含み、
冷媒コンプレッサは、エアコンプレッサハウジングと一体化された冷媒コンプレッサハウジングを含むことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
冷媒コンプレッサの回転軸は、エアコンプレッサの回転軸と平行に配置されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
エアコンプレッサは、２個のロータが設けられた２本の回転軸が平行に配置されている、２軸式の容積圧縮式であり、
冷媒コンプレッサの回転軸は、エアコンプレッサを構成する２本の回転軸を含む第１仮想平面上の２本の回転軸間を通り、第１仮想平面に対し直交する第２仮想平面上に配置されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池システムにおいて、
エアコンプレッサは、圧縮された空気を吐出する吐出ポートを含み、
冷媒コンプレッサは、エアコンプレッサハウジングに対し吐出ポートと反対側に配置されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項３に記載の燃料電池システムにおいて、
冷媒コンプレッサは、エアコンプレッサの上側に配置されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
エアコンプレッサは、空気圧縮部の回転軸の軸方向片側に、回転軸の直交方向において空気圧縮部に対し片側に偏って配置されたモータ部を含み、
冷媒コンプレッサは、空気圧縮部の回転軸の軸方向片側に、回転軸の直交方向において空気圧縮部に関してエアコンプレッサのモータ部と反対側に、エアコンプレッサのモータ部に隣り合うように配置されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
エアコンプレッサ駆動用のインバータ回路と、冷媒コンプレッサ駆動用のインバータ回路とが共通の基板上に搭載されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
エアコンプレッサのモータ部の温度を検出する温度検出部と、
冷房要求を指示可能な冷房指示部と、
冷房指示部からの冷房要求に応じて空調装置を駆動させる空調制御部とを備え、
空調制御部は、冷房指示部による冷房要求がない場合で、かつ、エアコンプレッサのモータ部の温度が閾値を超えたと判定された場合に、空調装置を駆動させるエアコンプレッサ冷却用空調駆動手段を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項９】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
暖房要求を指示可能な暖房指示部と、
暖房指示部からの暖房要求に応じて空調循環経路を循環する冷媒を、冷房時とは逆方向に循環させることにより、冷媒を温度上昇させ、冷媒と熱交換する室内流入空気を温度上昇させる空調制御部とを備え、
空調制御部は、暖房指示部による暖房要求があると判定された場合に、エアコンプレッサの発熱量を増大させる発熱量増大手段を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の燃料電池システムにおいて、
発熱量増大手段は、暖房指示部による暖房要求があると判定された場合に、エアコンプレッサのモータ部の駆動に使用する、モータトルクとモータ電流進角との関係を表すマップを、通常駆動モードから低効率モードに変更するマップ変更手段を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１１】
請求項９に記載の燃料電池システムにおいて、
発熱量増大手段は、暖房指示部による暖房要求があると判定された場合に、燃料電池に供給する空気の背圧を上昇させる背圧上昇手段を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれか１に記載の燃料電池システムを搭載し、
冷媒コンプレッサと一体化させたエアコンプレッサを車体に設置することを特徴とする燃料電池車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池と、燃料電池に空気を供給するエアコンプレッサと、空調装置とを備える燃料電池システム及び燃料電池車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から燃料ガスである、水素を含む水素ガスと、酸化ガスである空気との電気化学反応により発電する燃料電池である、燃料電池スタックを有する燃料電池システムが考えられている。このような燃料電池では、アノード側電極に水素ガスを供給すると共に、カソード側電極に空気を供給する。これにより、水素ガス及び空気が電気化学反応に供されて、起電力を発生する。また、燃料電池システムは、燃料電池に空気を供給するエアコンプレッサを備え、エアコンプレッサにより空気を圧縮している。
【０００３】
このような燃料電池システムは、例えば車両に搭載して、燃料電池の発電電力を車輪駆動用の走行用モータに供給することが考えられる。この場合、燃料電池は、走行用モータの電力源として使用される。
【０００４】
また、燃料電池を搭載する車両では、空調装置を搭載している。空調装置は、冷媒コンプレッサと、室内熱交換器と、室外熱交換器と、膨張弁とを含む空調循環経路に冷媒を循環させている。冷房時には、冷媒コンプレッサで圧縮された冷媒が、冷媒コンプレッサから室外熱交換器に送られ、室外熱交換器で空気との熱交換により凝縮液化し、膨張弁を通過後、室内熱交換器に送られることで室内熱交換器で空気との熱交換により気化する。この気化により室内熱交換器を通過する空気が冷却され、冷却された空気を室内に吹き出させることが可能となる。
【０００５】
特許文献１には、燃料電池に空気を供給するエアコンプレッサを備える燃料電池システムであって、エアコンプレッサからの供給空気の少なくとも一部を暖房ユニット内に導く空調用配管を備える燃料電池システムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１２３６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のような空調装置及び燃料電池を搭載する燃料電池車では、冷媒コンプレッサとエアコンプレッサとが車体に設置される。ただし、これら２個のコンプレッサは、互いに回転時に振動するため、車体への振動を抑制するため、離れて配置することが行われる。この場合には、２個のコンプレッサを別々に設置する必要があり、車体への取付作業が増えるとともに、マウント等の取付部がそれぞれのコンプレッサで必要となるため、部品点数が増える原因となる。また、それぞれのコンプレッサで振動を抑制するための考慮をする必要がある。例えば、それぞれのコンプレッサに重量の大きい部品を取り付けて振動を抑制することが考えられる。例えば、走行用モータにコンプレッサを取り付けて設置することが考えられる。走行用モータは通常重量が大きく、かつ、ゴムマウントで車体に取り付けられるため、走行用モータにコンプレッサを取り付ける構成は、振動抑制の面から効果がある可能性はある。ただし、インホイールモータと呼ばれる、タイヤの内側に走行用モータを配置する構成を採用する場合にはこのような手段を採用することが困難になり、車両の形式が制限される。このため、走行用モータにコンプレッサを取り付けることなく、コンプレッサの振動を抑制する構造の実現が求められる。また、振動抑制のためだけに重量の大きい無駄な部品をコンプレッサに取り付けることはシステム全体が大型化する要因となる。
【０００８】
また、エアコンプレッサを駆動するモータの冷却のために冷却水を流す等、冷媒コンプレッサと別の冷却構造を採用する場合、冷却構造が複雑になり、空調装置を備える燃料電池システム全体の構造が大型化する。また、エアコンプレッサを冷却しない場合、高回転化が困難になり、出力を確保するため、大型になりやすい。この面からも、燃料電池システムが大型化する要因となる。
【０００９】
このため、空調装置を備える構成において、燃料電池システムを小型化するとともに、各コンプレッサの振動を有効に抑制することが望まれている。これに対して、特許文献１には、このような課題を解決できる構造は開示されていない。
【００１０】
本発明の目的は、燃料電池システム及び燃料電池車において、空調装置を備える構成において、小型化するとともに、各コンプレッサの振動を有効に抑制することである。
【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は、燃料電池と、燃料電池に空気を供給するエアコンプレッサと、冷媒コンプレッサを含む空調循環経路に冷媒を循環させる空調装置とを備え、エアコンプレッサは、内部にモータ部を有するエアコンプレッサハウジングと、エアコンプレッサハウジングに設けられ、空調循環経路を循環する冷媒を流す内部冷媒流路とを含み、冷媒コンプレッサは、エアコンプレッサハウジングと一体化された冷媒コンプレッサハウジングを含むことを特徴とする燃料電池システム。
である。
【００１２】
本発明に係る燃料電池システムによれば、冷媒コンプレッサは、エアコンプレッサハウジングと一体化された冷媒コンプレッサハウジングを含むため、空調装置を備える構成において、冷媒コンプレッサ及びエアコンプレッサの振動抑制を図れる。また、エアコンプレッサハウジングは、空調循環経路を循環する冷媒を流す内部冷媒流路を含むため、エアコンプレッサに、特別の冷却装置を設ける必要がなく、空調循環経路を流れる冷媒によりエアコンプレッサを冷却できる。このため、エアコンプレッサを有効に冷却でき、エアコンプレッサを大型化することなく出力を高くできる。また、エアコンプレッサに特別の冷却装置を設ける必要がなくなるため、部品を少なくできるとともに、燃料電池システムの小型化を図れる。また、各コンプレッサの振動抑制のためだけに重量の大きな無駄な部品を設ける必要がなくなる。
【００１３】
また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、好ましくは、冷媒コンプレッサの回転軸は、エアコンプレッサの回転軸と平行に配置されている。
【００１４】
上記の構成によれば、エアコンプレッサ及び冷媒コンプレッサを車体等の設置部分に設置するマウントにおいて、各コンプレッサの回転方向に応じて、エアコンプレッサ用及び冷媒コンプレッサ用のそれぞれで振動抑制のために設定されるロール軸を近づけやすくする、または一致しやすくして、マウントの設計の容易化を図れる。
【００１５】
また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、好ましくは、エアコンプレッサは、２個のロータが設けられた２本の回転軸が平行に配置されている、２軸式の容積圧縮式であり、冷媒コンプレッサの回転軸は、エアコンプレッサを構成する２本の回転軸を含む第１仮想平面上の２本の回転軸間を通り、第１仮想平面に対し直交する第２仮想平面上に配置されている。
【００１６】
上記の構成によれば、冷媒コンプレッサとエアコンプレッサとを一体に結合することにより構成する構造のさらなる小型化を図れる。
【００１７】
また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、好ましくは、エアコンプレッサは、圧縮された空気を吐出する吐出ポートを含み、冷媒コンプレッサは、エアコンプレッサハウジングに対し吐出ポートと反対側に配置されている。
【００１８】
上記の構成によれば、吐出ポートに接続する配管の取り回しを容易にでき、かつ、冷媒コンプレッサとエアコンプレッサとを一体に結合することにより構成する構造のさらなる小型化を図れる。
【００１９】
また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、好ましくは、冷媒コンプレッサは、エアコンプレッサの上側に配置されている。
【００２０】
上記の構成によれば、燃料電池車等に搭載する場合のように水が外部からかかりやすい状況で使用する場合でも、エアコン冷媒コンプレッサのモータ部と電力線との接続部を上側の水没しにくい高さ位置に設定しやすくでき、接続部周辺部に設定する防水構造の防水基準を緩和でき、防水機構の簡略化を図れる。
【００２１】
また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、好ましくは、エアコンプレッサは、空気圧縮部の回転軸の軸方向片側に、回転軸の直交方向において空気圧縮部に対し片側に偏って配置されたモータ部を含み、冷媒コンプレッサは、空気圧縮部の回転軸の軸方向片側に、回転軸の直交方向において空気圧縮部に関してエアコンプレッサのモータ部と反対側に、エアコンプレッサのモータ部に隣り合うように配置されている。
【００２２】
上記の構成によれば、エアコンプレッサの空気圧縮部が大型化し、かつ、空気圧縮部の片側で、モータ部から外れた空間にデッドスペースが生じやすい場合でも、このデッドスペースに冷媒コンプレッサの少なくとも一部を配置することで、空間を有効活用しやすくできる。すなわち、デッドスペースを少なくできる。
【００２３】
また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、好ましくは、エアコンプレッサ駆動用のインバータ回路と、冷媒コンプレッサ駆動用のインバータ回路とが共通の基板上に搭載されている。
【００２４】
上記の構成によれば、部品の共通化を図れる。
【００２５】
また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、好ましくは、エアコンプレッサのモータ部の温度を検出する温度検出部と、冷房要求を指示可能な冷房指示部と、冷房指示部からの冷房要求に応じて空調装置を駆動させる空調制御部とを備え、空調制御部は、冷房指示部による冷房要求がない場合で、かつ、エアコンプレッサのモータ部の温度が閾値を超えたと判定された場合に、空調装置を駆動させるエアコンプレッサ冷却用空調駆動手段を有する。
【００２６】
上記の構成によれば、冷房指示部によるユーザからの冷房要求がない場合でも、エアコンプレッサのモータ部の温度が高くなる場合に、空調装置を駆動させ、低温の冷媒をエアコンプレッサハウジングの内部冷媒流路に送ることができる。このため、エアコンプレッサの過度な温度上昇を有効に防止できる。
【００２７】
また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、好ましくは、暖房要求を指示可能な暖房指示部と、暖房指示部からの暖房要求に応じて空調循環経路を循環する冷媒を、冷房時とは逆方向に循環させることにより、冷媒を温度上昇させ、冷媒と熱交換する室内流入空気を温度上昇させる空調制御部とを備え、空調制御部は、暖房指示部による暖房要求があると判定された場合に、エアコンプレッサの発熱量を増大させる発熱量増大手段を有する。
【００２８】
上記の構成によれば、別のヒータ部を設定することなく、廃熱の少ない燃料電池システムを構成するエアコンプレッサの発熱を利用して、より有効に暖房運転を行うことができる。
【００２９】
また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、好ましくは、発熱量増大手段は、暖房指示部による暖房要求があると判定された場合に、エアコンプレッサのモータ部の駆動に使用する、モータトルクとモータ電流進角との関係を表すマップを、通常駆動モードから低効率モードに変更するマップ変更手段を有する。
【００３０】
また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、好ましくは、発熱量増大手段は、暖房指示部による暖房要求があると判定された場合に、燃料電池に供給する空気の背圧を上昇させる背圧上昇手段を有する。
【００３１】
また、本発明に係る燃料電池車は、上記のいずれかの燃料電池システムを搭載し、冷媒コンプレッサと一体化させたエアコンプレッサを車体に設置することを特徴とする燃料電池車である。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る燃料電池システム及び燃料電池車によれば、空調装置を備える構成において、小型化するとともに、各コンプレッサの振動を有効に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の燃料電池車の基本構成図である。
【図２】第１の実施の形態の燃料電池システムの基本構成図である。
【図３】第１の実施の形態において、冷房運転時の冷媒循環方向を示す図である。
【図４】第１の実施の形態において、暖房運転時の冷媒循環方向を示す図である。
【図５】図２に示す燃料電池システムを構成する、２種コンプレッサ結合体を一部切断して示す略図である。
【図６】図５を右方から左方に見た略図である。
【図７】図５の２種コンプレッサ結合体を構成するエアコンプレッサ（ＡＣＰ）の略断面図である。
【図８】図７のエアコンプレッサの略斜視図である。
【図９】図５の２種コンプレッサ結合体を構成するエアコン冷媒コンプレッサ（ＡＣＮ）の略斜視図である。
【図１０】一部を省略して示す図９のＡ−Ａ略断面図である。
【図１１】エアコン冷媒コンプレッサ及びエアコンプレッサの冷却経路の別例を示す構成図である。
【図１２】本発明に係る第２の実施の形態において、２種コンプレッサ結合体を示す略図である。
【図１３】エアコンプレッサの別例を示す略断面図である。
【図１４】本発明に係る第３の実施の形態を構成する空調制御部の構成を示す図である。
【図１５】第３の実施の形態において、ユーザによる冷房要求がない場合のエアコンプレッサ冷却制御方法を説明するためのフローチャートである。
【図１６】本発明に係る第４の実施の形態を構成する空調制御部の構成を示す図である。
【図１７】第４の実施の形態において、ユーザによる暖房要求がある場合のエアコンプレッサ運転制御方法を説明するためのフローチャートである。
【図１８】第４の実施の形態において、エアコンプレッサのモータ部を運転する場合に使用する電流進角と、モータトルクとの関係を表すマップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
［第１の発明の実施の形態］
以下において、図面を用いて本発明に係る第１の実施の形態につき詳細に説明する。図１から図７は、第１の実施の形態を示している。図１は、本発明に係る第１の実施の形態の燃料電池車の基本構成図である。図１に示すように、燃料電池車１０は、燃料電池システム１２を搭載している。燃料電池システム１２は、燃料電池である燃料電池スタック（ＦＣ）１３を含む。燃料電池車１０は、前側（図１の左側）に燃料電池スタック１３と、蓄電部であり二次電池であるバッテリ１４とを搭載している。燃料電池スタック１３とバッテリ１４とを接続し、燃料電池スタック１３で発電した電力をバッテリ１４に供給することにより、バッテリ１４を充電する。バッテリ１４及び燃料電池スタック１３と、車両の左右方向（図１の上下方向）両側に設けた車両の駆動源である、２個の走行用モータ１６とを、図示しない昇圧コンバータやインバータを介して接続し、バッテリ１４または燃料電池スタック１３からの電力を、車輪１８を駆動する各走行用モータ１６に供給可能としている。なお、燃料電池スタック１３と各走行用モータ１６とを接続せず、燃料電池スタック１３からはバッテリ１４を介して各走行用モータ１６に電力を供給することもできる。
【００３５】
なお、燃料電池車１０に走行用モータ１６を１個のみ設けて、走行用モータ１６と２個の車輪１８を駆動する図示しない車軸とを、クラッチ機構を含む動力伝達機構を介して動力の伝達可能に結合することもできる。この場合には、バッテリ１４から１個の走行用モータ１６に電力を供給可能とする。なお、本発明に係る燃料電池車は、このような構成に限定するものではなく、燃料電池を搭載し、燃料電池から走行用モータまたは蓄電部に電力を供給可能としているものであればよい。また、本発明の燃料電池システムは、車両に搭載して使用するものに限定するものではなく、他の用途に使用することもできる。
【００３６】
次に、燃料電池システム１２について説明する。図２に示すように、燃料電池システム１２は、燃料電池スタック１３と、制御部２０と、空調装置（エアコン）２２とを備える。燃料電池スタック１３は複数の燃料電池セルを備え、複数の燃料電池セルは、積層している。
【００３７】
各燃料電池セルの詳細図は省略するが、例えば、電解質膜をアノード電極とカソード電極とにより狭持して成る膜−アセンブリと、その両側のセパレータとを備えたものとする。アノード電極には燃料ガスであり、水素含有ガスである水素ガスを供給可能とし、カソード側電極には酸化ガスである空気を供給可能としている。各燃料電池セルでは、水素と空気とが電気化学反応を起こすことにより発電し、起電力を発生する。燃料電池スタック１３で発電した電力は図示しない外部回路を通じて取り出し、バッテリ１４や走行用モータ１６（図１）等の負荷に供給する。
【００３８】
燃料電池システム１２は、空気を燃料電池スタック１３に供給するための酸化ガス供給流路２４と、燃料電池スタック１３から電気化学反応に供された後の空気であり、酸化ガス系ガスである空気オフガスを排出するための酸化ガス系排出流路２６と、水素ガスを燃料電池スタック１３に供給するための燃料ガス供給流路２８と、燃料電池スタック１３から電気化学反応に供された後の水素ガスであり、燃料ガス系ガスである水素オフガスを排出するための燃料ガス系排出流路３０と、燃料ガス循環流路３２とを備える。酸化ガス供給流路２４の上流部にエアコンプレッサ（ＡＣＰ）３４を設けている。そして、エアコンプレッサ３４により加圧された空気が、加湿器３６で加湿された後、燃料電池スタック１３のカソード電極側の内部流路に供給されるようにしている。すなわち、エアコンプレッサ３４は、燃料電池スタック１３に空気を供給する。エアコンプレッサ３４は、ポンプ部３８と、モータ部４０とを含み、モータ部４０の駆動により、ポンプ部３８が駆動され、モータ部４０の駆動は制御部２０により制御される。
【００３９】
燃料電池スタック１３に設けられたカソード電極側の内部流路に供給され、各燃料電池セルで電気化学反応に供された後の空気オフガスは、燃料電池スタック１３から酸化ガス系排出流路２６を通じて排出された後、圧力制御弁４２及び加湿器３６を通過してから大気に排出される。加湿器３６では、燃料電池スタック１３から排出された後の空気オフガスから得た水分を、燃料電池スタック１３に供給される前の空気に与えて、この空気を加湿する。
【００４０】
燃料ガス供給流路２８の上流部に、図示しない水素ガス供給源を設けている。水素ガス供給源から燃料ガス供給弁４４を介して燃料電池スタック１３に水素ガスが供給されるようにしている。
【００４１】
燃料電池スタック１３に設けられたアノード電極側の内部流路に供給され、電気化学反応に供された後の水素オフガスは、燃料電池スタック１３から燃料ガス系排出流路３０を通じて排出される。燃料ガス循環流路３２は、水素ポンプ４６により燃料電池スタック１３から排出された、未反応の水素ガスを含む水素オフガスを、燃料ガス供給流路２８に戻し、燃料電池スタック１３に還流させる。
【００４２】
燃料ガス系排出流路３０を通じて下流側に送られる水素オフガスは、図示しない気液分離器または燃料ガス系排出流路３０に接続された排気排水流路４８に設けられたパージ弁５０及び図示しない希釈器を介して外部に排出される。
【００４３】
エアコンプレッサ３４、圧力制御弁４２、水素ポンプ４６、燃料ガス供給弁４４、パージ弁５０は、それぞれ制御部２０に接続している。制御部２０は、ＥＣＵと呼ばれるもので、エアコンプレッサ３４及び水素ポンプ４６の駆動と、圧力制御弁４２、燃料ガス供給弁４４及びパージ弁５０の開度とを制御する。
【００４４】
制御部２０には、燃料電池システム１２のイグニッションスイッチとして機能する図示しない起動スイッチが接続されており、起動スイッチからオン状態に対応する発電開始信号、すなわち燃料電池起動指令信号を受け取ることを条件に、発電開始処理が実行され、オフ状態に対応する発電停止信号を受け取ることを条件に、発電運転停止処理が実行される。すなわち、制御部２０は、燃料電池スタック１３の発電を制御する。制御部２０は、ＣＰＵ、メモリ等を有するマイクロコンピュータを含む。
【００４５】
また、空調装置２２は、エアコン冷媒コンプレッサ（ＡＣＮ）５２と、室外熱交換器５４と、膨張弁５６と、室内熱交換器５８と、四方弁６０とを含む空調循環経路６１と、空調制御部５９とを備える。空調装置２２は、空調循環経路６１に冷媒を循環させ、室内熱交換器５８の内部を流れる冷媒と、室内熱交換器５８の外側を通過する空気とを熱交換させることにより、車室内に吹き出す空気を温度低下または温度上昇させ、車室内を所望の温度に調節する。すなわち、空調装置２２は、冷房装置としても暖房装置としても使用可能である。また、室外熱交換器５４は、車室外の空気と室外熱交換器５４の内部を流れる冷媒とを熱交換させる。また、空調循環経路６１において、室内熱交換器５８とエアコン冷媒コンプレッサ５２との間、及び、エアコン冷媒コンプレッサ５２と室外熱交換器５４との間に、共通の電気式の四方弁６０を設けている。四方弁６０は、内部の冷媒流路の接続を切り替え可能とし、図３に示すように、エアコン冷媒コンプレッサ５２の吐出ポートＰ１と室外熱交換器５４の冷媒入口Ｐ２との間を接続し、かつ、エアコン冷媒コンプレッサ５２の吸入ポートＰ３と室内熱交換器５８の冷媒出口Ｐ４との間を接続するか、または、図４に示すように、エアコン冷媒コンプレッサ５２の吐出ポートＰ１と室内熱交換器５８の冷媒入口Ｐ４との間を接続し、かつ、エアコン冷媒コンプレッサ５２の吸入ポートＰ３と室外熱交換器５４の冷媒出口Ｐ２との間を接続するかを切り替え可能とする。
【００４６】
そして、このように四方弁６０により、空調循環経路６１を循環する冷媒の循環方向が切り替えられることにより、暖房運転と冷房運転とが切り替えられる。図２に示す、空調装置２２は、冷房要求を指示可能な冷房指示部と、暖房要求を指示可能な暖房指示部とを有する指示手段である空調スイッチ（図示せず）を備える。ユーザによる空調スイッチの操作を表す信号は、空調制御部５９に入力される。ユーザにより空調スイッチの操作により、冷房と暖房とが切り替えられる。すなわち、空調制御部５９が冷房要求があるか暖房要求があるかを判定することに応じて、空調制御部５９からの出力信号により四方弁６０の切り替えが制御される。空調制御部５９は、制御部２０の一部により構成することもできる。
【００４７】
図３に示すように、冷房時には、室内熱交換器５８から供給される高温のガス状冷媒がエアコン冷媒コンプレッサ５２で圧縮され、室外熱交換器５４を通過することにより、凝縮液化し液状冷媒となる。液状冷媒は、膨張弁５６を通過した後、室内熱交換器５８を通過することにより、室内熱交換器５８を通過する空気と熱交換して、蒸発し、気化する。このとき、室内熱交換器５８を通過する空気は温度低下して、室内に冷風を吹き出させることができる。
【００４８】
一方、図４に示すように、暖房時には、室内熱交換器５８から膨張弁５６を介して送られる低温の液状冷媒は、室外熱交換器５４を通過することにより蒸発し、気化し、ガス状冷媒となる。ガス状冷媒は、エアコン冷媒コンプレッサ５２で圧縮され、室内熱交換器５８を通過することにより、室内熱交換器５８を通過する空気と熱交換することにより凝縮され、液化する。このとき、室内熱交換器５８を通過する空気は温度上昇して、室内に温風を吹き出させることができる。
【００４９】
図２に示すように、エアコン冷媒コンプレッサ５２は、ポンプ部６２と、モータ部６４とを含み、モータ部６４の駆動により、ポンプ部６２が駆動され、モータ部６４の駆動は空調制御部５９により制御される。また、図３、図４では図示を省略したが、本実施の形態では、図２に示すように、空調循環経路６１において、四方弁６０とエアコン冷媒コンプレッサ５２との間を流れる冷媒を、エアコン冷媒コンプレッサ５２を構成するモータ部６４と、エアコンプレッサ３４を構成するモータ部４０とにも通過させている。具体的には、次に詳しく説明するように、各モータ部４０，６４を構成するハウジングに内部冷媒流路を設け、内部冷媒流路を流れる冷媒により、各モータ部４０，６４を冷却している。
【００５０】
すなわち、図５、図６に示すように、本実施の形態では、エアコン冷媒コンプレッサ５２とエアコンプレッサ３４とを一体化させて、２種コンプレッサ結合体６６を構成し、燃料電池車１０（図１）の車体に２種コンプレッサ結合体６６を、いずれかのコンプレッサ５２（または３４）と車体との間に設ける図示しないゴムマウント等のマウントを介して結合している。次に、図５から図１０を用いて、２種コンプレッサ結合体６６の構造を詳しく説明する。
【００５１】
図５、図６に示すように、２種コンプレッサ結合体６６は、エアコンプレッサ３４と、エアコン冷媒コンプレッサ５２とを、ブラケット６８を介して一体結合している。図７に示すように、エアコンプレッサ３４は、エアコンプレッサハウジング７０と、エアコンプレッサハウジング７０内部に設けたモータ部４０及び空気圧縮部であるポンプ部３８とを含む。ポンプ部３８は、２軸式で２葉式の容積圧縮式であるルーツ型である。エアコンプレッサハウジング７０は、内側にモータ部４０を設ける第１ハウジング７２と、内側にポンプ部３８を設ける第２ハウジング７４とを結合している。
【００５２】
モータ部４０を構成する回転軸７６は、第１ハウジング７２に回転可能に支持し、ポンプ部３８を構成する駆動軸７８に結合している。駆動軸７８は、第２ハウジング７４内に回転可能に支持し、駆動軸７８に駆動ロータ８０を設けている。また、第２ハウジング７４内に設けた従動軸８２に従動ロータ８４を設け、従動ロータ８４と駆動ロータ８０とを対向させている。また、駆動軸７８と従動軸８２とに、それぞれ歯車８６を固定し、両歯車８６を噛合させている。駆動軸７８と従動軸８２とは平行に配置している。これにより、両ロータ８０，８４を同期回転可能としている。また、第１ハウジング７２の内部に内部冷媒流路８８を設け、四方弁６０（図２等）から送られる冷媒を流し、エアコン冷媒コンプレッサ５２（図５、図６）のポンプ部６２（図２）に向け送り出し可能としている。なお、内部冷媒流路８８は、図示の例では、エアコンプレッサハウジング７０の一部のみに設けているが、エアコンプレッサハウジング７０の周方向複数個所や、全周にわたって設けてもよい。また、内部冷媒流路８８は、第１ハウジング７２だけでなく第２ハウジング７４に設けてもよい。また、第１ハウジング７２内周面に内部冷媒流路８８を通じさせ、内部冷媒流路８８内の冷媒がモータ部４０を構成するロータ部の周辺部等を通過するようにしてもよい。駆動ロータ８０と従動ロータ８４と第２ハウジング７４の内部空間とにより、ポンプ部３８を構成している。
【００５３】
第２ハウジング７４の軸方向一端部に設けられた吸入ポートＰ５を通じてポンプ部３８に送られた空気は、ポンプ部３８の内部空間で圧縮されてから、第２ハウジング７４の下端部に設けられた吐出ポートＰ６（図５、図８）を通じて吐出される。なお、図５では、吸入ポートＰ５の断面内側部分を斜格子部で表している（図８も同様）。また、図５、図６に示すように、第１ハウジング７２の上側にインバータ部９２を搭載している。インバータ部９２は、内部にエアコンプレッサ３４のモータ部４０（図７）を駆動するためのインバータ回路（図示せず）と、インバータ回路を搭載した基板（図示せず）とを含む。インバータ回路の配線は、図示しないコネクタ部を介して制御部２０（図２）及びバッテリ１４（図１）に接続する。
【００５４】
一方、図５、図６に示すように、エアコン冷媒コンプレッサ５２は、エアコンプレッサ３４の上側で、第２ハウジング７４の上側に結合している。このために、図示の例では、第２ハウジング７４にねじ止め等より固定したブラケット６８に、エアコン冷媒コンプレッサ５２を構成する冷媒コンプレッサハウジング９４を、ねじ止め等により結合固定して、両ハウジング９４，７４を一体化させている。
【００５５】
図８に示すように、エアコンプレッサ３４を構成する第２ハウジング７４は、駆動ロータ８０（図７）側の円筒部と、従動ロータ８４（図７）側の円筒部とを一部が重なって結合されたような形状を有する。このため、第２ハウジング７４において、両円筒部の上面中間部に対応する部分に谷部９６が設けられている。本実施の形態では、図５に示すように、この谷部９６にエアコン冷媒コンプレッサ５２の下端部を挿入するように、冷媒コンプレッサハウジング９４を配置している。冷媒コンプレッサハウジング９４の上側にインバータ部９８を搭載している。
【００５６】
図９、図１０に示すように、エアコン冷媒コンプレッサ５２は、スクロール型であり、冷媒コンプレッサハウジング９４の内部にモータ部６４と、ポンプ部６２とを設けている。モータ部６４を構成する回転軸１００に、この回転軸１００に対し偏心する偏心軸１０２を結合し、偏心軸１０２に可動スクロール部１０４を結合している。可動スクロール部１０４は、冷媒コンプレッサハウジング９４に固定された固定スクロール部１０６に偏心運動可能に対向させている。可動スクロール部１０４及び固定スクロール部１０６と、両スクロール部１０４，１０６が配置された、冷媒コンプレッサハウジング９４の内部空間とによりポンプ部６２を構成している。冷媒コンプレッサハウジング９４に設けられた吸入ポートＰ３からポンプ部６２内に送られた冷媒は、可動スクロール部１０４の偏心運動により圧縮された後、ハウジング９４内の吐出室１０８及び吐出ポートＰ１を通じて、四方弁６０（図２）側へ送られる。
【００５７】
また、エアコン冷媒コンプレッサ５２を構成するモータ部６４の回転軸１００は、図５から図７に示すエアコンプレッサ３４を構成するモータ部４０の回転軸７６と平行に配置している。また、各回転軸１００，７６と、エアコンプレッサ３４を構成する駆動軸７８及び従動軸８２と、エアコン冷媒コンプレッサ５２を構成する偏心軸１０２とを平行に配置している。また、図５に示すように、エアコン冷媒コンプレッサ５２を構成するモータ部６４の回転軸１００の軸Ｌ１は、エアコンプレッサ３４を構成する駆動軸７８の軸Ｌ２及び従動軸８２の軸Ｌ３を含む第１仮想平面Ｑ１上の軸Ｌ２及び軸Ｌ３の間を通り、第１仮想平面Ｑ１に対し直交する第２仮想平面Ｑ２上に配置している。また、エアコン冷媒コンプレッサ５２は、第２ハウジング７４に対し吐出ポートＰ６と反対側、すなわちエアコンプレッサ３４の上側に配置している。
【００５８】
また、図１０に示すように、冷媒コンプレッサハウジング９４の、モータ部６４の周辺部に位置する部分の内部に内部冷媒流路１１０を設け、四方弁６０（図２）から送られる冷媒を流し、エアコン冷媒コンプレッサ５２のポンプ部６２の吸入ポートＰ３に向け冷媒を送り出している。なお、内部冷媒流路１１０は、図示の例では、冷媒コンプレッサハウジング９４の周方向一部のみを流れるようにしているが、冷媒コンプレッサハウジング９４の周方向複数個所や、全周にわたって流れるようにしてもよい。また、図示のように、内部冷媒流路１１０の出口と、吸入ポートＰ３とをハウジング９４外部に設けた管１１２により接続する構成に限定するものではなく、内部冷媒流路１１０から直接、ポンプ部６２内部空間に冷媒が送られるようにしてもよい。また、冷媒コンプレッサハウジング９４内周面に内部冷媒流路１１０を通じさせ、内部冷媒流路１１０内の冷媒がモータ部６４を構成するロータ部の周辺部等を通過するようにしてもよい。
【００５９】
また、図９に示すように、エアコン冷媒コンプレッサ５２の上側に搭載するインバータ部９８は、内部にエアコン冷媒コンプレッサ５２のモータ部６４を駆動するためのインバータ回路（図示せず）と、インバータ回路を搭載した基板（図示せず）とを含む。インバータ回路の配線は、インバータ部９８の上側に設けたコネクタ部１１４を介して空調制御部５９（図２）及びバッテリ１４（図１）に接続する。
【００６０】
上記のように構成する燃料電池システム１２及び燃料電池車１０によれば、エアコン冷媒コンプレッサ５２は、エアコンプレッサハウジング７０と一体化された冷媒コンプレッサハウジング９４を含むため、それぞれ回転部分を有し、振動体であるエアコン冷媒コンプレッサ５２及びエアコンプレッサ３４において、互いの振動を相手コンプレッサ３４（または５２）の重量により抑制でき、２種コンプレッサ結合体６６全体の振動抑制を図れ、燃料電池車１０の低振動及び低騒音を図る上で（ＮＶ特性上）有利になる。
【００６１】
また、エアコンプレッサハウジング７０は、空調循環経路６１を循環する冷媒を流す内部冷媒流路８８を含むため、エアコンプレッサ３４に、特別の冷却装置を設ける必要がなく、空調循環経路６１を流れる冷媒によりエアコンプレッサ３４を冷却できる。このため、エアコンプレッサ３４を有効に冷却でき、エアコンプレッサ３４を大型化することなく出力を高くできる。また、エアコンプレッサ３４に特別の冷却装置を設ける必要がなくなるため、部品を少なくできるとともに、燃料電池システム１２の小型化を図れる。また、各コンプレッサ３４，５２の振動抑制のためだけに重量の大きな無駄な部品を設ける必要がなくなる。また、エアコンプレッサ３４とエアコン冷媒コンプレッサ５２とを設置する車体等、設置部分に装着するための取付部であるマウントの共通化を図れ、部品点数の削減と、取付作業の容易化を図れる。また、車体への振動の入力点を減らすことができるため、この面からも燃料電池車１０の低振動及び低騒音を図る上で（ＮＶ特性上）有利になる。このため、空調装置２２を備える構成において、小型化するとともに、各コンプレッサ３４、５２の振動を有効に抑制することができる。
【００６２】
また、エアコン冷媒コンプレッサ５２の回転軸１００は、エアコンプレッサ３４の回転軸７６と平行に配置されている。このため、エアコンプレッサ３４及びエアコン冷媒コンプレッサ５２を車体に設置するマウントにおいて、各コンプレッサ３４，５２の回転方向に応じて、エアコンプレッサ３４用及びエアコン冷媒コンプレッサ５２用のそれぞれで振動抑制のために設定されるロール軸を近づけやすくする、または一致しやすくして、マウントの設計の容易化を図れる。
【００６３】
また、エアコンプレッサ３４は、駆動ロータ８０及び従動ロータ８４が設けられた駆動軸７８及び従動軸８２が平行に配置されている、２軸式の容積圧縮式であり、エアコン冷媒コンプレッサ５２の回転軸１００は、エアコンプレッサ３４を構成する駆動軸７８及び従動軸８２を含む第１仮想平面Ｑ１上の駆動軸７８及び従動軸８２の間を通り、第１仮想平面Ｑ１に対し直交する第２仮想平面Ｑ２上に配置している。このため、２種コンプレッサ結合体６６のさらなる小型化を図れる。
【００６４】
また、エアコンプレッサ３４は、圧縮された空気を吐出する吐出ポートＰ６を含み、エアコン冷媒コンプレッサ５２は、エアコンプレッサハウジング７０に対し吐出ポートＰ６と反対側に配置している。このため、吐出ポートＰ６に接続する配管の取り回しを容易にでき、かつ、２種コンプレッサ結合体６６のさらなる小型化を図れる。
【００６５】
また、エアコン冷媒コンプレッサ５２は、エアコンプレッサ３４の上側に配置されている。このため、燃料電池車１０に搭載する場合のように水がかかりやすい状況で使用する場合でも、エアコン冷媒コンプレッサ５２のモータ部６４と電力線との接続部を上側の水没しにくい高さ位置に設定しやすくでき、接続部周辺部に設定する防水構造の防水基準を緩和でき、防水機構の簡略化を図れる。なお、この接続部の防水構造が十分でない場合でも、車両の走行性能上は問題が生じない。
【００６６】
図１１は、エアコン冷媒コンプレッサ５２及びエアコンプレッサ３４の冷却経路の別例を示す構成図である。なお、図示の例では、四方弁６０の図示を省略している。図１１に示す例では、室内熱交換器５８から送り出されたガス状冷媒を、各モータ部４０，６４に供給する前に、エアコン冷媒コンプレッサ５２のモータ部６４を駆動するインバータ部９８にガス状冷媒を通過させ、インバータ部９８を冷却している。例えば、インバータ部９８を構成し、インバータ回路を収容するハウジング（図示せず）内にガス状冷媒を通過させている。これによれば、エアコン冷媒コンプレッサ５２を、より高出力で駆動でき、しかもインバータ部９８だけに冷媒を流す冷却構造を設けずに済む。
【００６７】
なお、図１１にかっこ内で示すように、室内熱交換器５８から送り出されたガス状冷媒を、エアコン冷媒コンプレッサ５２駆動用のインバータ部９８に供給する経路から、冷媒流路１１６を分岐させ、この分岐させた冷媒流路１１６を通じて、エアコンプレッサ３４のモータ部４０を駆動するインバータ部９２に冷媒を供給することもできる。インバータ部９２に供給された冷媒は、エアコンプレッサ３４のモータ部４０の内部冷媒流路８８（図７）に供給した後、エアコン冷媒コンプレッサ５２のポンプ部６２に供給する。これにより、両モータ部４０，６４を駆動するインバータ部９２，９８に冷媒を供給し、インバータ部９２，９８を冷却できる。
【００６８】
また、図１１に、矢印Ｂで示すように、エアコン冷媒コンプレッサ５２のモータ部６４を駆動するインバータ部９８に冷媒を供給した後、エアコンプレッサ３４のモータ部４０を駆動するインバータ部９２に冷媒を供給し、その後、エアコンプレッサ３４のモータ部４０の内部冷媒流路８８（図７）に冷媒を供給することもできる。いずれにしても、インバータ部９２，９８への冷媒の供給後に、インバータ部９２，９８よりも温度が上昇しやすいモータ部４０，６４に冷媒を供給することで、冷却効率を向上させることができる。このように、冷媒流路に対し各インバータ部９２，９８を直列に配置することも、並列に配置することもできる。
【００６９】
なお、本実施の形態では、エアコンプレッサハウジング７０と、冷媒コンプレッサハウジング９４とをブラケット６８を介して結合しているが、両ハウジング７０，９４をブラケットを介さずに、ボルト等の締結手段により直接に結合することもできる。また、両ハウジング７０，９４の一部または全部を共通の共用ハウジング部材により構成し、両ハウジング７０，９４同士を一体に構成することもできる。また、エアコンプレッサ３４のポンプ部３８周囲に設ける第２ハウジング７４は、図５に示すような２個の円筒部を結合させたような構造に限定するものではなく、例えば、断面略長円形や、断面矩形等とすることもできる。
【００７０】
また、本実施の形態では、空調装置２２を構成する冷媒流路の冷媒の流れ方向を変更することで暖房、冷房を切り替え可能としている。ただし、このような構造に限定するものではなく、例えば、冷媒流路の冷媒流れ方向を変更することなく、別に燃料電池スタック等の熱源を利用して暖房するヒータ部を設けることもできる。また、四方弁６０を設けることで冷媒の流れ方向を変更可能としているが、他の弁、例えば三方弁と、電磁弁とを用いて冷媒の流れ方向を変更可能とすることもできる。また、エアコンプレッサ３４を正回転、逆回転変換可能な構造とし、冷媒の流れ方向を変更可能とすることもできる。
【００７１】
［第２の発明の実施の形態］
図１２は、本発明に係る第２の実施の形態において、２種コンプレッサ結合体６６を示す略図である。本実施の形態では、上記の第１の実施の形態において、エアコンプレッサ３４を構成するポンプ部３８の軸方向片側（図１２の右側）に、エアコンプレッサ３４のモータ部４０と、エアコン冷媒コンプレッサ５２とを隣り合うように配置している。すなわち、エアコンプレッサ３４は、空気圧縮部であるポンプ部３８の駆動軸７８の軸方向片側（図１２の右側）に、駆動軸７８の直交方向においてポンプ部３８に対し片側（図１２の下側）に偏って配置されたモータ部４０を含む。また、エアコンプレッサ３４の駆動軸７８の軸方向片側（図１２の右側）に、駆動軸７８の直交方向においてポンプ部３８に関してエアコンプレッサ３４のモータ部４０と反対側（図１２の上側）に、モータ部４０に少なくとも一部が隣り合うように、エアコン冷媒コンプレッサ５２を配置している。エアコン冷媒コンプレッサ５２の体格は、エアコンプレッサ３４の体格に比べて小さい。
【００７２】
また、エアコンプレッサ３４駆動用のインバータ部９２を構成するインバータ回路１１８と、エアコン冷媒コンプレッサ５２駆動用のインバータ部９８を構成するインバータ回路１２０とを、共通のハウジング１２２内に配置した単一の基板１２４上に搭載している。このため、部品の共通化を図れる。各インバータ回路１１８，１２０に接続した電力線は、コネクタ１２６を通じて外部の電力線（図示せず）に接続可能としている。なお、インバータ部９２，９８を構成するインバータ回路を別のハウジング内に設けた別の基板上に配置することもできる。
【００７３】
このような本実施の形態によれば、エアコンプレッサ３４は、駆動軸７８の軸方向片側に、駆動軸７８の直交方向においてポンプ部３８に対し片側に偏って配置されたモータ部４０を含み、エアコンプレッサ３４の駆動軸７８の軸方向片側に、駆動軸７８の直交方向においてポンプ部３８に関してエアコンプレッサ３４のモータ部４０と反対側に、エアコンプレッサ３４のモータ部４０に隣り合うように、エアコン冷媒コンプレッサ５２を配置している。このため、本実施の形態のように、エアコンプレッサ３４が２軸式で２葉式のルーツ型であるように、エアコンプレッサ３４のポンプ部３８が大型化し、かつ、ポンプ部３８の片側で、モータ部４０から外れた空間にデッドスペースが生じやすい場合でも、このデッドスペースにエアコン冷媒コンプレッサ５２の少なくとも一部を配置することで、空間を有効活用しやすくできる。すなわち、デッドスペースを少なくできる。その他の構成及び作用については、上記の第１の実施の形態と同様である。
【００７４】
なお、上記の各実施の形態において、エアコンプレッサ３４の構造は、２葉式ルーツ型に限定するものではなく、３葉式等とすることもできる。また、エアコンプレッサ３４はルーツ型以外とすることもできる。図１３は、エアコンプレッサ３４の別例を示している。エアコンプレッサ３４は、２軸式のスクリュー型であるポンプ部３８を備える。ポンプ部３８は、モータ部４０により駆動する駆動スクリュー部１２８と、従動スクリュー部１３０とを対向配置し、両スクリュー部１２８，１３０を同期回転可能としている。ポンプ部３８及びモータ部４０は、エアコンプレッサハウジング７０の内側に設けている。このようなスクリュー型のエアコンプレッサ３４に、上記の各実施の形態の構造を適用することもできる。
【００７５】
また、エアコンプレッサ３４は、上記以外に１軸式のスクロール型や、モータ部により駆動する羽根部を設けたタービン型とすることもできる。また、エアコン冷媒コンプレッサ５２も上記のようなスクロール型に限定するものではなく、例えば往復ピストン型や、斜板式、容量可変式等とすることもできる。
【００７６】
［第３の発明の実施の形態］
図１４は、本発明に係る第３の実施の形態を構成する空調制御部の構成を示す図である。図１５は、第３の実施の形態において、ユーザによる冷房要求がない場合のエアコンプレッサ冷却制御方法を説明するためのフローチャートである。図１４に示すように、本実施の形態の燃料電池システムは、空調制御部５９と、エアコンプレッサ３４のモータ部４０（図２参照）の温度を検出する温度検出部であるモータ温度センサ１３２とを備える。空調制御部５９は、エアコンプレッサ冷却用空調駆動手段である空調駆動手段１３４を有する。空調制御部５９に、冷房要求を指示可能な冷房指示部と、暖房要求を指示可能な暖房指示部とを有する指示手段である空調スイッチ１３６を接続している。空調スイッチ１３６は、冷房指示部のみを有することもできる。
【００７７】
空調制御部５９は、空調スイッチ１３６の操作による冷房要求に応じて空調装置２２（図２参照）を、冷房運転させるように駆動する。また、空調駆動手段１３４は、空調スイッチ１３６による冷房要求がない場合で、かつ、エアコンプレッサ３４のモータ部４０の温度が閾値を超えたと判定された場合に、空調装置２２を駆動させる。次に、図１５のフローチャートを用いて、ユーザによる冷房要求がない場合のエアコンプレッサ３４の冷却制御方法を説明する。なお、以下の説明において、図１４または図１から図１０に示した要素と同等部分の要素には同一符号を付して説明する。
【００７８】
まず空調駆動手段１３４は、空調スイッチ１３６による冷房要求があるか否かを判定し（Ｓ１０）、冷房要求がある、すなわち冷房スイッチがオンと判定されるとステップＳ１２に移行する。Ｓ１２では、モータ温度センサ１３２の検出信号から、エアコンプレッサ３４のモータ部４０の温度が予め設定した閾値を超えたか否かを判定する。モータ部４０の温度が閾値を超えたと判定された場合には、空調駆動手段は、エアコン冷媒コンプレッサ５２のモータ部６４の最低回転数を、エアコンプレッサ３４のモータ部４０冷却用の、予め設定した回転数Ｎ１に設定する（Ｓ１４）。次いで、空調駆動手段１３４は、エアコン冷媒コンプレッサ５２のモータ部６４を、設定回転数Ｎ１で運転開始し、空調装置２２を冷房運転させる（空調装置２２を駆動させる）（Ｓ１６）。そして、空調駆動手段１３４が、モータ温度センサ１３２の検出信号から、エアコンプレッサ３４のモータ部４０の温度が閾値以下となったと判定した場合（Ｓ１８）には、エアコン冷媒コンプレッサ５２の運転を停止させ（Ｓ２０）、再びステップＳ１２またはＳ１０に戻る。
【００７９】
このような本実施の形態の場合、空調スイッチ１３６によるユーザからの冷房要求がない場合でも、エアコンプレッサ３４のモータ部４０の温度が高くなる場合に、空調装置２２を冷房運転させ、低温の冷媒をエアコンプレッサハウジング７０の内部冷媒流路８８に送ることができる。このため、エアコンプレッサ３４の過度な温度上昇を有効に防止できる。その他の構成及び作用については、上記の第１の実施の形態または第２の実施の形態と同様である。なお、冷房要求がない場合には、図示しないダクト内に配置する室内熱交換器５８に空気を流すために設けるファンを駆動せず、室内に冷風が吹き付けるのを防止することもできる。
【００８０】
［第４の発明の実施の形態］
図１６は、本発明に係る第４の実施の形態を構成する空調制御部の構成を示す図である。図１７は、第４の実施の形態において、ユーザによる暖房要求がある場合のエアコンプレッサ運転制御方法を説明するためのフローチャートである。図１６に示すように、本実施の形態の燃料電池システムは、空調制御部５９と、エアコンプレッサ３４のモータ部４０（図２参照）の温度を検出する温度検出部であるモータ温度センサ１３２と、エアコン冷媒コンプレッサ５２（図２参照）側である空調装置２２（図２参照）側の基準温度を検出する空調側温度センサ１３８とを備える。空調側温度センサ１３８は、例えば、エアコン冷媒コンプレッサ５２の冷媒出口付近等、空調循環経路６１（図２等参照）の内部を流れる冷媒の温度を検出可能な部分に設ける。
【００８１】
空調制御部５９は、発熱量増大手段１４０を有する。空調制御部５９に、冷房要求を指示可能な冷房指示部と、暖房要求を指示可能な暖房指示部とを有する指示手段である空調スイッチ１３６を接続している。空調スイッチ１３６は、暖房指示部のみを有することもできる。発熱量増大手段１４０は、空調スイッチ１３６の操作による暖房要求があると判定された場合に、エアコンプレッサ３４の発熱量を増大させる。このため、例えば、発熱量増大手段１４０は、マップ変更手段１４２または背圧上昇手段１４４を有する。マップ変更手段１４２は、空調スイッチ１３６による暖房要求がある、すなわち暖房スイッチがオンと判定された場合に、エアコンプレッサ３４のモータ部４０（図２参照）の駆動に使用する、モータトルクとモータ電流進角との関係を表すマップを、通常駆動モードから低効率モードに変更する。また、背圧上昇手段１４４は、空調スイッチ１３６による暖房要求があると判定された場合に、燃料電池スタック１３（図２参照）に供給する空気の背圧を上昇させる。また、発熱量増大手段１４０は、マップ変更手段１４２と背圧上昇手段１４４との両方を有するとしてもよい。次に、図１７のフローチャートを用いて、ユーザによる暖房要求がある場合のエアコンプレッサ３４の運転制御方法を説明する。なお、以下の説明において、図１６または図１から図１０に示した要素と同等部分の要素には同一符号を付して説明する。
【００８２】
まず発熱量増大手段１４０は、空調スイッチ１３６による暖房要求があるか否かを判定し（Ｓ３０）、暖房要求があると判定されるとステップＳ３２に移行する。Ｓ３２では、空調装置２２を暖房運転させるとともに、空調側温度センサ１３８の検出信号から得られる、空調装置２２のある基準部の冷媒の温度と、エアコン冷媒コンプレッサ５２の回転数等とから、空調装置２２側の発生熱量が予め設定した閾値未満、すなわち発熱量が不足しているか否かを判定する（Ｓ３２）。発熱量増大手段１４０により発熱量が不足していると判定された場合には、発熱量増大手段１４０は、エアコンプレッサ３４のモータ部４０の温度が予め設定した第２閾値未満の低温であるか否かを判定する（Ｓ３４）。そして、発熱量増大手段１４０によりモータ部４０の温度が第２閾値未満と判定された場合には、発熱量増大手段１４０は、マップ変更手段１４２により、エアコンプレッサ３４のモータ部４０の駆動に使用する、モータトルクとモータ電流進角との関係を表すマップを、通常駆動モードから低効率モードに変更させるか、または、背圧上昇手段１４４により、燃料電池スタック１３に供給する空気の背圧を上昇させる（Ｓ３６）。例えば、マップ変更手段１４２を使用する場合、図１８に示すようなマップを用いて、モータ運転点を変更する。
【００８３】
図１８は、エアコンプレッサ３４のモータ部４０を運転する場合に使用する電流進角と、モータトルクとの関係を表すマップを示す図である。電流進角は、モータ部４０において、ロータの磁極部がステータの磁極部に最も近づくタイミングよりもステータの磁極部を構成する各相コイルに交流電流を流すタイミングを早くする程度を表す電気角、すなわち位相角である。図１８に示す曲線は、ある一定電流での電流進角とトルクとの関係を表している。このように電流進角に応じてトルクは変化し、ある電流進角αでトルクが最大になるため、通常はこの適切な電流進角αでモータ部４０を駆動させる、通常駆動モードを実行する。
【００８４】
これに対して、マップ変更手段１４２により低効率モードでモータ部４０を運転する場合には、例えば電流進角βまたはγでモータ部４０を駆動するように、マップを変更する。マップはすべての電流値に対応して変更する。このような電流進角β、γでは、トルクが抑えられ、低効率となるため、モータ部４０の発熱量が増大する。
【００８５】
一方、背圧上昇手段１４４を使用する場合には、図２を参照して示すように、酸化ガス系排出流路２６に設ける圧力制御弁４２の開度を絞り、エアコンプレッサ３４の背圧を上昇させることにより、エアコンプレッサ３４のモータ部４０の回転抵抗を増大させて発熱量を増大させる。
【００８６】
次いで、発熱量増大手段１４０により、暖房停止要求がある、または空調装置２２側の発生熱量が予め設定した閾値以上であると判定された場合（Ｓ３８）には、エアコンプレッサ３４のモータ部４０を運転停止させるか、または、通常運転させる、すなわち、エアコンプレッサ３４の背圧を通常値に戻し、電流進角とトルクとの関係を表すマップを、通常運転モードに戻し（Ｓ４０）、ステップＳ３０に戻る。また、ステップＳ３２で、空調装置２２側の発生熱量が予め設定した閾値未満ではない場合、または、ステップＳ３４で、エアコンプレッサ３４のモータ部４０の温度が第２閾値未満ではない場合も、ステップＳ３０に戻る。
【００８７】
このような本実施の形態では、空調制御部５９は、暖房指示部による暖房要求があると判定された場合に、エアコンプレッサ３４の発熱量を増大させる発熱量増大手段１４０を有するので、別のヒータ部を設定することなく、廃熱の少ない燃料電池システム１２を構成するエアコンプレッサ３４の発熱を利用して、より有効に暖房運転を行うことができる。その他の構成及び作用は、上記の第１の実施の形態または第２の実施の形態と同様である。なお、ステップＳ３２の熱量不足か否かを判定せず、また、ステップＳ３４のモータ部４０の温度が第２閾値未満か否かを判定せず、暖房要求があると判定された場合に、エアコンプレッサ３４の発熱量を増大させることもできる。
【符号の説明】
【００８８】
１０  燃料電池車、１２  燃料電池スタック、１３  燃料電池スタック、１４  バッテリ、１６  走行用モータ、１８  車輪、２０  制御部、２２  空調装置（エアコン）、２４  酸化ガス供給流路、２６  酸化ガス系排出流路、２８  燃料ガス供給流路、３０  燃料ガス系排出流路、３２  燃料ガス循環流路、３４  エアコンプレッサ（ＡＣＰ）、３６  加湿器、３８  ポンプ部、４０  モータ部、４２  圧力制御弁、４４  燃料ガス供給弁、４６  水素ポンプ、４８  排気排水流路、５０  パージ弁、５２  エアコン冷媒コンプレッサ（ＡＣＮ）、５４  室外熱交換器、５６  膨張弁、５８  室内熱交換器、５９  空調制御部、６０  四方弁、６１  空調循環経路、６２  ポンプ部、６４  モータ部、６６  ２種コンプレッサ結合体、６８  ブラケット、７０  エアコンプレッサハウジング、７２  第１ハウジング、７４  第２ハウジング、７６  回転軸、７８  駆動軸、８０  駆動ロータ、８２  従動軸、８４  従動ロータ、８６  歯車、８８  内部冷媒流路、９２  インバータ部、９４  冷媒コンプレッサハウジング、９６  谷部、９８  インバータ部、１００  回転軸、１０２  偏心軸、１０４  可動スクロール部、１０６  固定スクロール部、１０８  吐出室、１１０  内部冷媒流路、１１２  管、１１４  コネクタ部、１１６  冷媒流路、１１８，１２０  インバータ回路、１２２  ハウジング、１２４  基板、１２６  コネクタ、１２８  駆動スクリュー部、１３０  従動スクリュー部、１３２  モータ温度センサ、１３４  空調駆動手段、１３６  空調スイッチ、１３８  空調側温度センサ、１４０  発熱量増大手段、１４２  マップ変更手段、１４４  背圧上昇手段。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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