(57)【要約】  【課題】燃料電池の冷却液と空調用の冷媒に対する加熱を発熱体付き熱交換器を用いて効率的に行う。  【解決手段】燃料電池及び空調システムは、燃料電池１の冷却液通路と、冷却液を循環させる循環ポンプ３と、冷却液の温度を検知する温度検知センサ１２と、冷却液通路及び室内の空調用の冷媒が循環する冷媒通路上に設けられ、冷却液と冷媒との間で熱が伝わるように構成され、且つ冷却液及び冷媒を加熱するための発熱体４１を有する発熱体付き熱交換器５と、発熱体４１の発熱制御を行うＥＣＵ８５とを備えている。ＥＣＵ８５は、冷却液温度が燃料電池１の暖機を要しない温度Ｔ１を下回る場合に、燃料電池１からの電力を用いて発熱体４１を発熱させ、その後、冷却液温度が温度Ｔ１を上回ったときに、室内の暖房を行う際には、発熱体４１の発熱を継続させる。【選択図】図１
2006059573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の冷却液通路と、
前記冷却液通路内の冷却液を循環させる冷却液循環手段と、
前記冷却液通路を循環する冷却液の温度を検知する冷却液温度検知手段と、
室内の空調用の冷媒が循環する冷媒通路と、
前記冷媒通路に冷媒を供給して冷媒を循環させる冷媒供給手段と、
前記冷却液通路、及び前記冷媒通路上に設けられ、前記冷却液と前記冷媒との間で熱が伝わるように構成され、且つ前記冷却液及び前記冷媒を加熱するための発熱体を有する発熱体付き熱交換器と、
前記発熱体の発熱制御を行う発熱体制御手段と、を備え、
前記発熱体制御手段は、前記冷却液の温度が前記燃料電池の暖機を必要としない温度を下回る場合に、前記燃料電池から出力される電力を用いて前記発熱体を発熱させ、その後、前記冷却液の温度が前記燃料電池の暖機を必要としない温度を上回った場合に、前記室内の暖房を行う際には前記発熱体の発熱を継続させる
ことを特徴とする燃料電池及び空調制御システム。
【請求項２】
前記燃料電池及び空調システムは、回生ブレーキを有する車両に搭載されており、
前記発熱体制御手段は、前記車両の減速時に使用される回生ブレーキにより生じた電力の少なくとも一部を用いて前記発熱体を発熱させる
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池及び空調制御システム。
【請求項３】
前記冷却液通路は、前記冷却液を冷却する冷却器が設けられた第１の循環路と、前記冷却器をバイパスする第２の循環路とを含み、
前記第１及び第２の循環路を流れる前記冷却液の量を調整する流量調整手段と、流量調整手段の調整動作を制御する流量制御手段とをさらに備え、
前記流量制御手段は、前記回生ブレーキにより生じた電力の少なくとも一部を用いた前記発熱体の発熱で前記冷媒を暖める必要がない場合には、前記発熱体の発熱で暖められる冷却液が前記冷却器で冷却されるように、前記流量調整手段に前記第１の循環路を流れる前記冷却液の量を増加させる
ことを特徴とする請求項２記載の燃料電池及び空調制御システム。
【請求項４】
前記冷媒通路上に設けられ、該冷媒通路上を循環する前記冷媒から熱を放熱させる放熱器と、
前記冷媒供給手段により供給される前記冷媒通路を循環する冷媒の量を制御する冷媒供給制御手段と
をさらに含み、
前記冷媒供給制御手段は、前記流量調整手段により前記第１の循環路を流れる冷却液の量が増加しており、且つ前記冷却液温度検知手段で検知される冷却液の温度が所定温度を上回る状況下で、前記発熱体制御手段が前記回生ブレーキにより生じた電力の少なくとも一部を用いて前記発熱体を発熱させる場合には、前記冷媒供給手段に前記冷媒通路を循環し前記放熱器を通過する冷媒の量を増加させる
ことを特徴とする請求項３記載の燃料電池及び空調制御システム。
【請求項５】
前記冷媒供給制御手段は、前記流量調整手段により前記第１の循環路を流れる冷却液の量が増加しており、且つ前記冷却液温度検知手段で検知される冷却液の温度が所定温度を上回る場合に、前記発熱体付き熱交換器において前記冷却液から前記冷媒へ伝わる熱が前記放熱器で放熱されるように、前記冷媒供給手段を作動させる
ことを特徴とする請求項４記載の燃料電池及び空調制御システム。
【請求項６】
前記発熱体付き熱交換器は、
前記冷却液の入口及び出口と、
前記冷却液の入口と出口との間に設けられる少なくとも１つの冷却液流路と、
前記冷媒の入口及び出口と、
前記冷媒の入口と出口との間に設けられる少なくとも１つの冷媒流路とを含み、
前記冷媒流路は前記発熱体に対し前記冷却液流路を挟んで配置されている
ことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の燃料電池及び空調制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池及び空調制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、低温時では十分な発電能力を得ることができない。このため、燃料電池の始動時などの低温時において、燃料電池の電力でその冷却水を加熱して燃料電池を暖機する技術がある（例えば、特許文献１参照）。また、燃料電池システムでは、一般に、燃料電池をその運転に適した温度に保つため、冷却水を循環させて、燃料電池で生じた不要な熱をラジエータで放熱することが行われている。
【０００３】
一方、燃料電池をその動力源として利用する移動体(例えば車両)には、通常、室内の冷暖房を行う空調システムが搭載されている。空調システムには、例えば、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式ヒートポンプを利用するものがある(例えば、特許文献２参照)。
【０００４】
燃料電池システムと空調システムとが夫々独立したシステムとして移動体に搭載され、夫々独自に作動するように構成されると、部品点数の増加、重量の増大、エネルギのロスといった問題により、移動体の燃費が悪化する一要因となる。また、移動体への搭載スペースには限りがある。
【０００５】
このような問題に鑑み、燃料電池システムで生じる熱を空調システムで利用したり、廃熱したりする技術が幾つか提案されている。例えば、燃料電池スタックの発生熱を暖房用熱交換器により回収して暖房装置の熱源として利用する技術がある(例えば、特許文献３参照)。また、燃料電池の冷却水をヒータコアに通水して暖房を行う車両用空調装置において、燃料電池で発生した燃料電池で不要な熱量が空調に必要な熱量よりも小さいときは、不足する熱量を補うように電気ヒータを発熱制御する技術がある(例えば、特許文献４参照)。また、燃料電池本体からの余った熱を空調機システムが備える放熱器で大気に放出させる技術がある(例えば、特許文献５参照)。また、回生ブレーキで発生する余剰電力で燃料電池の冷却水を加熱することで余剰電力を消費し、燃料電池の冷却水の熱を空調に利用するシステムがある(例えば、特許文献６参照)。さらに、本願発明に関連する先行技術として、例えば、特許文献７に記載の技術がある。
【特許文献１】特開平７−９４２０２号公報
【特許文献２】特開２００３−４２６０４号公報
【特許文献３】特開平６−２６０１９６号公報
【特許文献４】特開２００１−３１５５２４号公報
【特許文献５】特開２００３−１３０４９１号公報
【特許文献６】特許第３３５３２９９号公報
【特許文献７】特開２００３−１４６０５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的の一つは、燃料電池の冷却液と空調用の冷媒に対する加熱を効率的に行うことができる燃料電池及び空調システムを提供することである。
【０００７】
また、本発明の目的の一つは、冷却液と冷媒との間での熱交換によって回生ブレーキによって生じた余剰エネルギを適正に消費することができる燃料電池及び空調システムを提供することである。
【０００８】
また、本発明の目的の一つは、燃料電池システムと空調システムとの一方を他方が補助することができる燃料電池及び空調システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述した課題を解決するために以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、燃料電池及び空調システムであって、
燃料電池の冷却液通路と、
前記冷却液通路内の冷却液を循環させる冷却液循環手段と、
前記冷却液通路を流れる冷却液の温度を検知する冷却液温度検知手段と、
室内の空調用の冷媒が循環する冷媒通路と、
前記冷媒通路に冷媒を供給して冷媒を循環させる冷媒供給手段と、
前記冷却液通路、及び前記冷媒通路上に設けられ、前記冷却液と前記冷媒との間で熱が伝わるように構成され、且つ前記冷却液及び前記冷媒を加熱するための発熱体を有する発熱体付き熱交換器と、
前記発熱体の発熱制御を行う発熱体制御手段と、を備え、
前記発熱体制御手段は、前記冷却液の温度が前記燃料電池の暖機を必要としない温度を下回る場合に、前記燃料電池から出力される電力を用いて前記発熱体を発熱させ、その後、前記冷却液の温度が前記燃料電池の暖機を必要としない温度を上回った場合に、前記室内の暖房を行う際には、前記発熱体の発熱を継続させることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による燃料電池及び空調システムは、前記発熱体制御手段が、前記冷却液の温度が燃料電池が十分に暖まったと認められる温度を上回る場合に、前記燃料電池からの電力を用いて前記発熱体を発熱させているときには、前記発熱体の発熱を停止させるように構成しても良い。
【００１１】
また、本発明による燃料電池及び空調システムは、回生ブレーキを有する車両に搭載されており、
前記発熱体制御手段は、前記車両の減速時に使用される回生ブレーキにより生じた電力の少なくとも一部を用いて前記発熱体を発熱させることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明による燃料電池及び空調システムは、前記冷却液通路が、前記冷却液を冷却する冷却器が設けられた第１の循環路と、前記冷却器をバイパスする第２の循環路とを含み、
前記第１及び第２の循環路を流れる前記冷却液の量を調整する流量調整手段と、流量調整手段の調整動作を制御する流量制御手段とをさらに備え、
前記流量制御手段は、前記回生ブレーキにより生じた電力の少なくとも一部を用いた前記発熱体の発熱で前記冷媒を暖める必要がない場合には、前記発熱体の発熱で暖められる冷却液が前記冷却器で冷却されるように、前記流量調整手段に前記第１の循環路を流れる前記冷却液の量を増加させることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明による燃料電池及び空調システムは、前記冷媒通路上に設けられ、該冷媒通路上を循環する前記冷媒から熱を放熱させる放熱器と、
前記冷媒供給手段により供給される前記冷媒通路を循環する冷媒の量を制御する冷媒供給制御手段と
をさらに含み、
前記冷媒供給制御手段は、前記流量調整手段により前記第１の循環路を流れる冷却液の量が増加しており、且つ前記冷却液温度検知手段で検知される冷却液の温度が所定温度を上回る状況下で、前記発熱体制御手段が前記回生ブレーキにより生じた電力の少なくとも一部を用いて前記発熱体を発熱させる場合には、前記冷媒供給手段に前記冷媒通路を循環
し前記放熱器を通過する冷媒の量を増加させることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明による燃料電池及び空調システムは、前記冷媒供給制御手段が、前記流量調整手段により前記第１の循環路を流れる冷却液の量が増加しており、且つ前記冷却液温度検知手段で検知される冷却液の温度が所定温度を上回る場合に、前記発熱体付き熱交換器において前記冷却液から前記冷媒へ伝わる熱が前記放熱器で放熱されるように、前記冷媒供給手段を作動させることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明による燃料電池及び空調システムは、前記発熱体付き熱交換器が、
前記冷却液の入口及び出口と、
前記冷却液の入口と出口との間に設けられる少なくとも１つの冷却液流路と、
前記冷媒の入口及び出口と、
前記冷媒の入口と出口との間に設けられる少なくとも１つの冷媒流路とを含み、
前記冷媒流路は前記発熱体に対し前記冷却液流路を挟んで配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、燃料電池の冷却液と空調用の冷媒に対する加熱を効率的に行うことができる。
【００１７】
また、本発明によれば、冷却液と冷媒との間での熱交換によって回生ブレーキによって生じた余剰エネルギを適正に消費することができる。
【００１８】
さらに、本発明によれば、燃料電池システムと空調システムとの一方を他方が補助することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。
〔構成〕
図１は、本発明による燃料電池及び空調システムの構成例(燃料電池及び空調システムの実施形態)を示す図である。図１には、車両に搭載された燃料電池及び空調システムが示されている。燃料電池システムは、車両の駆動力となる電力を発電するものであり、空調システムは、車両の室内の温度を調整するためのものである。
〈燃料電池システム〉
図１には、燃料電池システムとして、燃料電池１と、燃料電池１の冷却系とが示されている。燃料電池１は、複数のセルが積層されたセルスタックからなる。各セルは、電解質と、電解質を両側から挟む燃料極(アノード)及び空気極(カソード)と、燃料極及び空気極を挟む燃料極側セパレータ及び空気極側セパレータとからなる。
【００２０】
燃料極は、拡散層と触媒層とを有し、水素ガスや水素リッチガスなどの水素を含む燃料が図示せぬ燃料供給系により燃料極に供給される。燃料極に供給された燃料は、拡散層で拡散され触媒層に到達する。触媒層では、酸化反応により水素がプロトン(水素イオン)と電子とに分離される。水素イオンは電解質を通って空気極に移動し、電子は外部回路を通って空気極に移動する。
【００２１】
一方、空気極は、拡散層と触媒層とを有し、空気等の酸化剤ガスが図示せぬ酸化剤供給系により空気極に供給される。空気極に供給された酸化剤ガスは、拡散層で拡散され触媒層に到達する。触媒層では、酸化剤ガスと、電解質を通って空気極に到達した水素イオンと、外部回路を通って空気極に到達した電子とによる還元反応により、水が生成される。
【００２２】
このような燃料極における酸化反応と空気極における還元反応の際に、外部回路を通る電子が燃料電池１のセルスタックの両端子間に接続される負荷に対する電力として使用される。
【００２３】
燃料電池１は、その発電に伴って発熱する。一方、燃料電池１は、その運転に適した温度が予め定められており、運転がそれに適した温度で行われるように、燃料電池１の冷却系として、燃料電池１を冷却液で冷却する冷却液の循環系(冷却液通路)が設けられている。
【００２４】
図１において、冷却液の循環系(冷却液通路)は、次のように構成されている。燃料電池１は、冷却液の入口及び出口を有し、冷却液の入口は、配管２を介して、冷却液を循環させる循環ポンプ(ウォータポンプ)３の出口に接続されている。一方、燃料電池１の冷却液の出口は、配管４を介して、発熱体付き熱交換器５の冷却液入口に接続されている。発熱体付き熱交換器５の冷却液出口は、配管６を介して冷却液を冷却するラジエータ(冷却器)７の入口に接続されている。
【００２５】
また、配管６には、その途中から分岐するバイパス管８の一端が接続されており、バイパス管８の他端は、三方弁９の第１入口に接続されている。また、ラジエータ７の冷却液の出口は、配管１０を介して三方弁９の第２入口に接続されており、三方弁９の出口は、配管１１を介して循環ポンプ３の入口に接続されている。
【００２６】
このような構成により、冷却液の循環系(冷却液通路)は、冷却器たるラジエータ７が設けられ、冷却液がラジエータ７を経由して循環する第１の循環路と、冷却液がラジエータ７を経由することなくバイパス管８を通って循環する(冷却器をバイパスする)第２の循環路とを含む構成となっている。第１及び第２の循環路を流れる冷却液の量は、燃料電池１の温度に応じて三方弁９により調整される。
【００２７】
具体的には、配管４には、燃料電池１から排出される冷却液の温度を検知する温度検知センサ１２が設置されており、この温度検知センサ１２で検知される冷却液温度に従って、三方弁９の動作が制御される。
【００２８】
例えば、第１及び第２の入口に設けられた冷却液温度が燃料電池１の暖機を要すると認められる第１の温度を下回る場合には、三方弁９の第１入口が開かれ、且つ第２入口が閉じられて、冷却液がラジエータ７により冷やされないようにされる。或いは、燃料電池が安定して運転できる上限温度を冷却液温度が超える場合には、三方弁９の第１入口が閉じられ、且つ第２入口が開かれて、冷却液がラジエータ７により冷却される。
〈空調システム〉
また、図１において、車室内の空調システムは、次のように構成されている。冷媒を吸入圧縮する電動コンプレッサ(圧縮機)１３が、配管１４を介して第１室内熱交換器(室内ガスクーラ(ＧＣ))１５と接続されている。第１室内熱交換器１５は、室内に送り出される空気の通路３１上に配置されており、電動コンプレッサ１３からの冷媒と室内に送り出される空気とを熱交換する。
【００２９】
第１室内熱交換器１５は、配管１６の一端に接続されており、配管１６の他端は、冷房用電磁弁１７の入口に接続されている。冷房用電磁弁１７の出口は、配管１８を介して室外熱交換器１９の入口に接続されている。室外熱交換器１９は、室外空気と冷媒とを熱交換する。
【００３０】
また、配管１６の途中には、配管１６から分岐するように配管２０が接続されており、
配管２０は暖房用電磁弁２１の入口に接続されている。暖房用電磁弁２１の出口は、発熱体付き熱交換器５の冷媒入口に配管２２を介して接続されている。発熱体付き熱交換器５の冷媒出口は、配管２３を介して、配管１８の中間に接続されている。
【００３１】
このような構成によって、第１室内熱交換器１５と室外熱交換器１９との間には、並列な二つの冷媒流路が設けられた状態となっている。そして、冷房電磁弁１７及び暖房電磁弁２１の開弁／閉弁動作により、二つの冷媒流路を流れる冷媒の量が調整されるように構成されている。
【００３２】
室外熱交換器１９の出口は、配管２４を介して、内部熱交換器２５の室外側冷媒入口に接続されている。内部熱交換器２５は、室外熱交換器１９からの冷媒と、電動コンプレッサ１３に吸入される冷媒とを熱交換する。内部熱交換器２５の室外側冷媒出口は、配管２６を介して冷房電磁弁２７の入口に接続されている。冷房電磁弁２７の出口は、配管２８を介して第２室内熱交換器(エバポレータ)２９の入口に接続されている。
【００３３】
第２室内熱交換器２９は、空気の通路３１上において、第１室内熱交換器１５よりも空気の流れの上流側に配置されており、室内に送り出すべき空気と冷媒とを熱交換する。第２室内熱交換器２９の出口は、配管３０を介して、アキュムレータ(気液分離器)３１の入口に接続されている。アキュムレータ３１は、冷媒通路(ヒートポンプ)を循環する冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して液相冷媒を流出する。アキュムレータ３１の出口は、配管３２を介して内部熱交換器２５の室内側冷媒入口に接続されており、内部熱交換器２５の室内側冷媒出口は、配管３３を介して電動コンプレッサ１３の入口に接続されている。
【００３４】
また、配管２６の中間部分には、バイパス管３４の一端が接続されており、その他端は暖房電磁弁３５の入口に接続されている。暖房電磁弁３５の出口は、配管３６を介して配管３０の中間部分に接続されている。
【００３５】
なお、空気の通路３１内には、図示せぬ室内外から導入される空気を空気流れの下流側へ送り出す送風機３８が設けられている。また、第１室内熱交換器１５には、第１室内熱交換器１５を通過する空気の量を調整するためのエアミックスドア３５Ａ及び３５Ｂが取り付けられている。エアミックスドア３５Ａ及び３５Ｂの開度が大きくなるほど、第１室内熱交換器１５を通過する空気の量が増加するように構成されている。
【００３６】
空調システムは、以上のような蒸気ヒートポンプサイクルを有し、室内の暖房及び冷房を次のように行う。暖房時には、冷房電磁弁１７及び２７が閉弁され、暖房電磁弁２１及び３４が開弁される。これによって、第１室内熱交換器１５からの冷媒が発熱体付き熱交換器５を経由して室外熱交換器１９に到達する状態となる。また、室外熱交換器１９からの冷媒が第２室内熱交換器２９を経由することなくアキュムレータ３１に案内される状態となる。また、エアミックスドア３５Ａ及び３５Ｂが開かれた状態にされる。
【００３７】
このような状態において、電動コンプレッサ１３が冷媒を圧縮して配管１４に送り出すことにより、冷媒は、第１室内熱交換器１５→暖房電磁弁２１→発熱体付き熱交換器５→室外熱交換器１９→内部熱交換器２５→暖房電磁弁３５→アキュムレータ３１→電動コンプレッサ１３の順で循環する(図１参照)。
【００３８】
このとき、第１室内熱交換器１５において、第１室内熱交換器１５を通過する空気と冷媒との熱交換により空気が加熱され、暖められた空気が室内に吹き出すこととなる。また、室外熱交換器１９において、室外空気と冷媒との熱交換により、冷媒が室外空気から熱を奪って蒸発する。
【００３９】
一方、冷房時では、通常、冷房電磁弁１７及び２７が開弁され、暖房電磁弁２１及び３５が閉弁される。これによって、第１室内熱交換器１５からの冷媒が発熱体付き熱交換器５を経由することなく室外熱交換器１９へ到達する状態となる。また、室外熱交換器１９からの冷媒が第２室内熱交換器２９を通過してアキュムレータ３１に案内される状態となる。そして、エアミックスドア３５Ａ及び３５Ｂは完全に閉じられて、通路３１内の空気が第１室内熱交換器１５を通過しないようにされる。
【００４０】
このような状態において、電動コンプレッサ１３が冷媒を圧縮して配管１４に送り出すことにより、冷媒は、第１室内熱交換器１５→冷房電磁弁１７→室外熱交換器１９→内部熱交換器２５→冷房電磁弁２７→第２室内熱交換器２９→アキュムレータ３１→電動コンプレッサ１３の順で循環する(図２の実線矢印参照)。
【００４１】
このとき、室外熱交換器１９において、室外空気と冷媒との熱交換により放熱が行われる。また、第２室内交換器２９において、室内に送り出されるべき空気と冷媒との熱交換により、冷媒が空気から熱を奪って蒸発する。これによって、冷やされた空気が室内に送り出される。
〈発熱体付き熱交換器〉
図１において、発熱体付き熱交換器５は、通電により発熱するヒータを有する発熱体４１と、冷却液流路を有する冷却液側部４２と、冷媒流路を有する冷媒側部４３とを備えている。冷却液流路を流れる冷却液、及び冷媒流路を流れる冷媒の夫々は、発熱体４１の発熱により加熱されるように構成されている。また、冷却液流路を流れる冷却液と冷媒流路を流れる冷媒との間で熱交換が行われるように構成されている。
【００４２】
図３及び４は、発熱体付き熱交換器５の構成例を示す図である。図３(Ａ)は、発熱体付き熱交換器５の正面図であり、図３(Ｂ)は、発熱体付き熱交換器５の右側面図であり、図３(Ｃ)は、発熱体付き熱交換器５の一部を破砕して示す平面図であり、図３(Ｄ)は、発熱体付き熱交換器５を図３(Ａ)に示すＡ−Ａ線に沿って切断した場合の断面図である。また、図４(Ａ)は、発熱体付き熱交換器５の一部を破砕して示す底面図であり、図４(Ｂ)は、発熱体付き熱交換器５を図３(Ａ)に示すＢ−Ｂ線に沿って切断した場合の断面図であり、図４(Ｃ)は、発熱体付き熱交換器５内における冷却液や冷媒の流れを模式的に示す図である。
【００４３】
図３において、発熱体付き熱交換器５は、冷却液側部４２と、冷媒側部４３とを備えている。冷却液側部４２は、略長方形板状の冷却液の分流／合流部５３を有している。分流／合流部５３は、図３(Ｃ)及び(Ｄ)に示すように、内部が中空になっている。この内部空間は、略長方形の長手方向に沿って設けられた仕切り板５４により、その端手方向において等分された状態となっている。このように分割された内部空間の一方は、冷却液の分流路５３Ａとして利用され、他方は冷却液の合流路５３Ｂとして利用される。
【００４４】
分流／合流部５３の略長方形の一方の平面には、冷却液の入口管５５及び出口管５６が略長方形の対角線上に取り付けられている。入口管５５には、冷却液通路の上流側の配管(図１では配管４)が接続される。入口管５５の内部空間は、分流／合流部５３の分流路５３Ａに連通している。一方、出口管５６には、冷却液通路の下流側の配管(図１では配管６)が接続される。出口管５６の内部空間は、分流／合流部５３の合流路５３Ｂに連通している。
【００４５】
また、分流／合流部５３の略長方形の他方の平面には、複数の冷却液流路部５７が取り付けられている。各冷却液流路部５７は、平面が略長方形の板状に形成されており、分流／合流部５３の他方の平面から垂直に延出する状態で、所定の間隔を空けて所定数配設されている。これにより、冷却液側部４２は、正面から見て櫛形に形成されている。
【００４６】
図３(Ｃ)及び(Ｄ)に示すように、各冷却液流路部５７の内部は中空となっており、分流／合流部５３に取り付けられる面は開口されている。一方、分流／合流部５３には、各冷却液流路部５７の取り付け位置及びその開口部に応じた孔５８が形成されている。これによって、各冷却液流路部５７の内部空間は、孔５８を介して分流／合流部５３の内部空間に連通している。
【００４７】
仕切板５４は、孔５８が形成された部分においては、冷却液流路部５７の内部空間まで延出し、該内部空間に挿入された状態となっている。仕切板５４の挿入部分の両側面は、冷却液流路部５７の長手方向の側壁に夫々接している。また、冷却液流路部５７の内部空間に挿入された仕切板５４の末端は、冷却液流路部５５の底面との間で間隙を形成している。
【００４８】
このようにして、冷却液流路部５５の内部空間は、孔５６を介して分流路５３Ａと連続する冷却液の入口側部分と、孔５６を介して合流路５３Ｂと連続する冷却液の出口側部分とに分割されている。そして、入口側部分と出口側部分とが仕切板５４と底面との間に設けられた間隙によって連通した状態となっている。従って、各冷却液流路部５７の内部空間は、分流部５３Ａと合流部５３Ｂとを結ぶ冷却液流路として機能する。
【００４９】
以上のような冷却液側部４２の構成によれば、図４(Ｃ)に示すように、入口管５５から導入される冷却液は、分流路５３Ａにおいて、各孔５８を介して冷却液流路部５７の入口側部分に入る。そして、冷却液は、出口側部分を通って各孔５８から合流路５３Ｂに送出され、出口管５６から排出される。このようにして、発熱体付き熱交換器５は、冷却液の入口と出口との間に、冷却液流路部５７で構成される複数の冷却液流路が設けられた構成となっている。
【００５０】
一方、冷媒側部４３の構成は、図３(Ａ)及び(Ｂ)、図４(Ａ)及び(Ｂ)に示すように、冷却液側部４２と基本的には同様の構成となっている。即ち、冷媒側部４３も、略長方形板状の冷媒の分流／合流部６３を有している。
【００５１】
分流／合流部６３は、図４(Ａ)及び(Ｂ)に示すように、内部が中空になっている。この内部空間は、仕切り板６４により端手方向において等分された状態となっている。このように分割された内部空間の一方は、冷媒の分流路６３Ａとして利用され、他方は冷媒の合流路６３Ｂとして利用される。
【００５２】
分流／合流部６３の略長方形の一方の平面には、冷媒の入口管６５及び出口管６６が略長方形の対角線上に取り付けられている。入口管６５には、冷媒通路の上流側の配管(図１では配管２２)が接続される。入口管６５の内部空間は、分流／合流部６３の分流路６３Ａに連通している。一方、出口管６６には、冷媒通路の下流側の配管(図１では配管２３)が接続される。出口管６６の内部空間は、分流／合流部６３の合流路６３Ｂに連通している。
【００５３】
また、分流／合流部６３の略長方形の他方の平面には、複数の冷媒流路部６７が取り付けられている。各冷媒流路部６７は、略長方形の板状に形成されており、分流／合流部６３の他方の平面から垂直に延出する状態で、所定の間隔を空けて所定数配設されている。これにより、冷媒側部４３は、正面から見て櫛形に形成されている。各冷媒流路部６７は、冷却液流路部５７の間に挿入され、これらの外壁同士が接触する状態で配設されている。
【００５４】
図４(Ａ)及び(Ｂ)に示すように、各冷媒流路部６７の内部は中空となっており、分流／
合流部６３に取り付けられる面は開口されている。一方、分流／合流部６３には、各冷媒流路部６７の取り付け位置及びその開口部に応じた孔６８が形成されている。これによって、各冷媒流路部６７の内部空間は、孔６８を介して分流／合流部６３の内部空間に連通している。
【００５５】
仕切板６４は、孔６８が形成された部分においては、冷媒流路部６７の内部空間まで延出し、内部空間に挿入された状態となっている。この挿入部分の両側面は冷媒流路部６７の内側壁に接している。また、挿入部分の末端は、冷媒流路部６７の底面との間で間隙を形成する状態で止まっている。
【００５６】
このようにして、冷媒流路部６７の内部空間は、孔６８を介して分流路６３Ａと連続する冷却液の入口側部分と、孔６８を介して合流路６３Ｂと連続する冷却液の出口側部分とに分割されている。そして、入口側部分と出口側部分とが仕切板５４と底面との間に設けられた間隙によって連通した状態となっている。従って、各冷媒流路部６７の内部空間は、分流部６３Ａと合流部６３Ｂとを結ぶ冷媒流路として機能する。
【００５７】
以上のような冷媒側部４３の構成によれば、図４(Ｃ)に示すように、入口管６５から導入される冷媒は、分流路６３Ａにおいて、各孔６８を介して冷媒流路部６７の入口側部分に入る。そして、冷媒は、冷媒流路部６７の出口側部分を通って合流路６３Ｂで合流し、出口管６６から排出される。このようにして、発熱体付き熱交換器５は、冷媒の入口と出口との間に、冷媒流路部６７で構成される複数の冷媒流路を備えた構成となっている。冷却液及び冷媒は、一方の流れる方向に対して逆方向で流路内を流れるようにされる。
【００５８】
図３(Ａ)に示すように、発熱体付き熱交換器５には、複数の発熱体４１が設けられている。各発熱体４１は、冷媒流路部６７を挟んでいない冷却液流路部５７間に介装されている。各発熱体４１は、通電により発熱するように構成されており、隣接する各冷却液流路部５７内を流れる冷却液を加熱し、冷却液を暖めるように構成されている。
【００５９】
各冷媒流路部６７は、両側を冷却液流路部５７で挟まれ、接触した状態となっている。これによって、冷却液流路部５７内を流れる冷却液と、この冷却液流路部５７に隣接する冷媒流路部６７内を流れる冷媒との間で、熱交換を行うことが可能となっている。
【００６０】
また、冷媒通路部６７が冷却液通路部５７で挟まれている。これによって、冷媒通路部６７内を流れる冷媒は、その両側に位置する冷却液通路部５７から熱を受け取ることができる。逆に、冷媒通路部６７を流れる冷媒の熱を、その両側に位置する冷却液通路部５７を流れる冷却液に伝達することができる。このように、冷却液と冷媒との間の熱交換を効率的に行うことが可能となっている。
【００６１】
また、各冷媒流路部６７(冷媒流路)は、発熱体４１に対して冷却液流路部５７(冷却液流路)を挟んで配置されている。これにより、発熱体４１において生じた熱は冷却液流路部５７を介して各冷媒流路部６７に伝達され、各冷媒流路部６７内を流れる冷媒を加熱するようになっている。
【００６２】
このように、冷媒が冷却液通路部５７を介して加熱されることにより、冷媒が急激に膨張することが抑えられる。これによって、冷媒通路の構成部材を耐圧性の高いもので構成する必要が無く、コストの上昇や重量の増大を抑えることができる。
【００６３】
また、上述した発熱体付き熱交換器５では、冷却液側部４２と冷媒側部４３とが夫々櫛形に形成され、櫛の歯に相当する冷却液流路部５７と冷媒流路部６７とを対向させて、冷媒流路部６７が冷却液流路部５７間に挿入し、且つ冷却液流路部５７間(冷却液側部４２
と冷媒側部４３との間)に発熱体４１を配置している。このような構成により、発熱体付き熱交換器５は、小型化されている。
【００６４】
上述した発熱体付き熱交換器５の冷却液側部４２及び冷媒側部４３の夫々は、金属や樹脂などの様々な材質を用いて構成することができる。また、図３及び図４に示した例では、冷却液通路部５７及び冷媒通路部６７は、両者の接触面積を大きくして冷却液−冷媒間の熱交換が効率的に行われるように板状に形成している。もっとも、冷却液−冷媒間で適正に熱交換を行うことができる限り、冷却液通路部５７及び冷媒通路部６７は、パイプ状やチューブ状になっていても良い。
〈制御部〉
次に、上述した燃料電池システム及び空調システムを制御する構成について説明する。図１に示すように、実施形態に係る車両には、燃料電池１と、燃料電池１に対して並列に接続された蓄電池８１と、車両の駆動力を供給する電動機(モータ)８２と、その駆動回路８３と、燃料電池１や蓄電池８１からの電力を駆動回路８３に供給し、電動機８２の作動を制御する制御部８４とを備えている。
【００６５】
電動機８２は、車両の減速時(車両のブレーキが作動したとき等)において、一時的に発電機として使用される。これにより、車両に回生ブレーキがかかるように構成されている。回生ブレーキによって生じた回生エネルギ(回生電力)は、蓄電池８１で回収されるように構成されており、蓄電池８１で回収しきれない余剰電力は、発熱体４１の発熱により消費されるように構成されている。
【００６６】
制御部８４は、燃料電池１及び蓄電池８１と駆動回路８３との間に設けられている。制御部８４は、電力供給線を介して発熱体付き熱交換器５の各発熱体４１に接続されている。制御部８４は、燃料電池１や蓄電池８１からの直流電力を交流電力に変換するインバータ(図示せず)や、燃料電池システム及び空調システムの各部からの信号を受け取り、燃料電池システム及び空調システムの制御を行う制御装置(ＥＣＵ(Electric Control Unit))８５などから構成されている。
【００６７】
制御部８４は、蓄電池８１の端子に接続された蓄電池残存容量計８７から出力される、電圧や電流の計測値から得られる蓄電池８１の充電率を監視するように構成されている。回生ブレーキによる電力が発生した場合に、充電率が所定値を上回っていない場合には、制御部８４は、駆動回路８３から受け取る回生ブレーキにより生じた電力(電流)を蓄電池８１側に流して蓄電池８１を充電し、充電率が所定値を上回っている場合には、当該電力(電流)を発熱体４１側に流して発熱体４１を発熱させるように構成されている。
【００６８】
ＥＣＵ８５は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)，メモリ，入出力インタフェースなどから構成されており、メモリに記憶された所定の制御プログラムを実行することによって、発熱体４１の発熱のオン／オフ制御を行うとともに、このオン／オフ制御に関連した燃料電池１の温度調整、室内暖房、余剰な回生エネルギの消費に係る処理を行う。
〔動作例〕
以下、上述したような燃料電池及び空調システムの動作例を、ＥＣＵ８５による処理を中心に説明する。
〈動作例１〉
最初に、図１及び図５を用いて、燃料電池及び空調システムの動作例１について説明する。図５は、動作例１におけるＥＣＵ８５の処理を示すフローチャートである。動作例１は、燃料電池１が低温時に起動され、燃料電池１が暖機される場合における動作例である。なお、図５に示す処理は、燃料電池１が既に始動されて発電が行われており、また、循環ポンプ３の作動により、冷却液がラジエータ７を経由しない第２の循環路で循環していることを前提とする。
【００６９】
図５に示す処理が開始されると、ＥＣＵ８５は、最初に、外気温ＴＡ及び冷却水温度ＴＷを監視及び算出する(ステップＳ１０１)。制御部８４は、図示せぬ外気温度センサからのセンサ出力と、冷却水温度センサ１２からのセンサ出力とを受け取るように構成されており、各センサ出力を用いて外気温及び冷却水温度を算出する。
【００７０】
次に、ＥＣＵ８５は、外気温ＴＡが所定の温度を下回るか否かを判断する(ステップＳ１０２)。ここでは、例として、外気温ＴＡが氷点下か否かが判断される。このとき、外気温ＴＡが氷点下でなければ(Ｓ１０２；ＮＯ)、処理がステップＳ１０１に戻される。暖機が必要とされる場合にのみ、発熱体４１をオンにするためである。
【００７１】
これに対し、外気温ＴＡが氷点下であれば(Ｓ１０２；ＹＥＳ)、ＥＣＵ８５は、冷却水温度ＴＷが、燃料電池(以下、「ＦＣ」と表記することもある)１が発電を十分に行うことができる温度Ｔ１を下回るか否かを判断し(ステップＳ１０３)、そうであれば(ステップＳ１０３；ＹＥＳ)、ＥＣＵ８５は、燃料電池１から出力される電力を発熱体(以下、「電気ヒータ」と表記することもある)４１に供給(通電)し、発熱体４１を発熱させる。
【００７２】
一方、冷却液温度ＴＷが温度Ｔ１を上回る場合(Ｓ１０３；ＮＯ)には、ＥＣＵ８５は、発熱体４１が既にオンにされているか否かを判断し(ステップＳ１０５)、そうでなければ(Ｓ１０５；ＮＯ)、処理をステップＳ１０１に戻し、そうであれば(Ｓ１０５；ＹＥＳ)、発熱体４１への通電を停止する(電気ヒータをオフにする(ステップＳ１０６))。これによって、燃料電池１の出力電力の浪費が防止されるとともに、不要な冷却液の加熱が抑制される。
【００７３】
動作例１によれば、外気温ＴＡが氷点下であり、且つ燃料電池１が発電を十分に行える温度Ｔ１を冷却液温度ＴＷが下回る場合には、発熱体４１の発熱が開始され、発熱体付き熱交換器５を通過する冷却液が加熱され暖められる。これによって、燃料電池１の熱のみによって冷却液が加熱される場合よりも短い時間で冷却液の温度を上昇させることができる。即ち、燃料電池１の暖機に要する時間の短縮化を図ることができる。
〈動作例２〉
次に、図１及び図６を用いて、燃料電池及び空調システムの動作例２について説明する。図６は、動作例２におけるＥＣＵ８５の処理を示すフローチャートである。動作例２は、動作例１と連続する動作であり、燃料電池１の暖機時において、空調システムの暖房スイッチが既にオンとなっており、所定の室内目標温度に応じて空調システムの作動／作動停止が行われる(即ち、空調システムが、室内温度に応じて作動状態となったり待機状態となったりする)ようになっている場合の例である。
【００７４】
図６に示す処理が開始されると、最初に、ＥＣＵ８５は、室内温度Ｔａ及び冷却液温度ＴＷを監視する(ステップＳ２０１)。ＥＣＵ８５は、室内温度センサ８８からのセンサ出力を受け取るように構成されており、このセンサ出力を用いて室内温度Ｔａを算出する。また、ＥＣＵ８５は、冷却液温度センサ１２の出力から冷却液温度ＴＷを求めて冷却液温度ＴＷを監視する。
【００７５】
次に、ＥＣＵ８５は、ＦＣ暖機オフ、すなわち燃料電池１の暖機が終了したか否かを判断する(ステップＳ２０２)。すなわち、ＥＣＵ８５は、冷却液温度ＴＷが燃料電池１の暖機を終了させるべき温度(例えば、図５に示す温度Ｔ１)を上回る状態となったか否かを判断する。例えば、ＥＣＵ８５は、冷却液温度ＴＷが暖機を終了させるべき温度Ｔ１を上回る冷却液温度ＴＷが所定時間継続して検知される場合に燃料電池１の暖機が終了したと判断する。
【００７６】
ステップＳ２０２において、燃料電池１の暖機が終了していないと判断される場合(Ｓ２０２；ＮＯ)には、処理がステップＳ２０１に戻される。これに対し、燃料電池１の暖機が終了していると判断される場合(Ｓ２０２；ＹＥＳ)には、ＥＣＵ８５は、処理をステップＳ２０３に進める。
【００７７】
ステップＳ２０３では、ＥＣＵ８５は、室内温度Ｔａがこれ以上急速に暖房する必要がない温度(例えば、暖房目標温度)Ｔ２を下回るか否かを判定する。このとき、室内温度Ｔａが温度Ｔ２を下回る場合(Ｓ２０３；ＹＥＳ)には、ＥＣＵ８５は、電気ヒータ４１への通電を継続する(ステップＳ２０４)。
【００７８】
そして、ＥＣＵ８５は、冷房電磁弁１７及び２７を閉弁するとともに暖房電磁弁２１及び３４を開弁し(ステップＳ２０５)、電動コンプレッサ１３をオンにする(ステップＳ２０６)。ＥＣＵ８５は、図示せぬ信号線を介して冷房電磁弁１７及び２７、暖房電磁弁２１及び３４、並びに電動コンプレッサ１３に対して所定の制御信号を供給可能に構成されており、制御信号の供給によってこれらの作動を制御可能となっている。
【００７９】
一方、室内温度Ｔａが温度Ｔ２を上回る場合(Ｓ２０３；ＮＯ)には、ＥＣＵ８５は、電動コンプレッサ１３がオンとなっているか否かを判定し(ステップＳ２０７)、そうであれば(Ｓ２０７；ＹＥＳ)、電動コンプレッサ１３をオフにし(ステップＳ２０８)、そうでなければ(既に停止している場合(Ｓ２０７；ＮＯ))には、処理をステップＳ２０１に戻す。
【００８０】
動作例２によれば、燃料電池１の暖機が終了した後に、室内の暖房を行う必要があれば、発熱体４１への通電が継続されるととともに、暖房を行うための冷媒循環が行われる。このとき、冷媒は発熱体付き熱交換器５で加熱されるので、効率的に冷媒を加熱することができる。このように暖房の補助を行うことができ、エネルギを効率的に利用することができる。
【００８１】
一方、暖機終了後に暖房を行う必要がなければ、冷媒循環が停止される。このとき、発熱体４１の通電は継続されたままの状態とされる。これにより、冷媒が発熱体付き熱交換器５で暖められるので、その後に暖房が開始される場合に備えることができる。もっとも、図６の処理において、暖房が必要でない場合には、発熱体４１への通電が停止されるようにしても良い。
〈動作例３〉
次に、図１及び図７を用いて、燃料電池及び空調システムの動作例３について説明する。図７は、動作例３におけるＥＣＵ８５の処理を示すフローチャートである。動作例３は、動作例２と連続する動作であり、暖機終了後、燃料電池１が十分に暖まった場合の動作を示す。図７に示す処理の開始時では、発熱体(電気ヒータ)４１がオンとなっている。また、空調システムの暖房スイッチが既にオンとなっており、所定の室内目標温度に応じて空調システムの作動／作動停止(作動状態／待機状態の遷移)が行われるようになっている。
【００８２】
図７に示す処理が開始されると、最初に、ＥＣＵ８５は、冷却水温度ＴＷを監視及び算出する(ステップＳ３０１)。
【００８３】
次に、ＥＣＵ８５は、冷却液温度ＴＷが、燃料電池１が十分に暖まっている温度(例えば、燃料電池１が出力上限値を出すことができる温度)Ｔ３を上回っているか否かを判定する(ステップＳ３０２)。このとき、冷却液温度ＴＷが温度Ｔ３を下回っていれば(Ｓ３０２；ＮＯ)、処理がステップＳ３０１に戻される。
【００８４】
これに対し、冷却液温度ＴＷが温度Ｔ３を上回っていれば(Ｓ３０２；ＹＥＳ)、ＥＣＵ
８５は、発熱体(電気ヒータ)４１への通電を停止して、電気ヒータをオフにする(ステップＳ３０３)。
【００８５】
続いて、ＥＣＵ８５は、室内温度センサからのセンサ出力に従って室内温度Ｔａを算出し(ステップＳ３０４)、室内温度Ｔａが、これ以上急速に暖房する必要がない温度(例えば、暖房目標温度)Ｔ２を下回るか否かを判定する(ステップＳ３０５)。
【００８６】
このとき、室内温度Ｔａが温度Ｔ２を下回る場合(Ｓ３０５；ＹＥＳ)には、ＥＣＵ８５は、冷房電磁弁１７及び２７を閉弁するとともに暖房電磁弁２１及び３４を開弁し(ステップＳ３０６)、電動コンプレッサ１３をオンにする(ステップＳ３０７)。
【００８７】
一方、室内温度Ｔａが温度Ｔ２を上回る場合(Ｓ３０５；ＮＯ)には、ＥＣＵ８５は、電動コンプレッサ１３がオンとなっているか否かを判定し(ステップＳ３０８)、そうであれば(Ｓ３０８；ＹＥＳ)、電動コンプレッサ１３をオフにし(ステップＳ３０９)、そうでなければ(既に停止している場合(Ｓ３０８；ＮＯ))には、処理をステップＳ３０１に戻す。
【００８８】
動作例３によれば、燃料電池１が十分に暖まった場合には、発熱体４１への通電がオフにされ、電力の浪費が抑えられる。また、燃料電池１が十分に暖まっている場合には、冷却液も熱をもった状態となっている。この冷却液の熱は、発熱体付き熱交換器５を介して冷媒に伝達され、室内暖房の補助に利用される。これによって、エネルギを効率的に利用することができる。
〈動作例４〉
次に、図１及び図８を用いて、燃料電池及び空調システムの動作例４について説明する。図８は、動作例４におけるＥＣＵ８５の処理を示すフローチャートである。動作例４は、燃料電池１の運転中で、車両が走行しており、車両の減速時に回生ブレーキが使用され、回生ブレーキによる余剰電力が発生した場合の動作を示す。
【００８９】
図８に示す処理が開始されると、最初に、ＥＣＵ８５は、冷却液温度ＴＷ，ブレーキ信号，バッテリ充電率ＳＯＣ，室内温度Ｔａを監視及び算出する(ステップＳ４０１)。ＥＣＵ８５は、車両のブレーキが踏まれた場合に、ブレーキが踏まれたことを示すブレーキ信号を図示せぬ他の制御装置から受け取るように構成されている。
【００９０】
また、ＥＣＵ８５は、蓄電池残存容量計８７から、蓄電池８１のバッテリ充電率ＳＯＣを受け取るように構成されている。なお、ＥＣＵ８５は、蓄電池残存容量計８７から蓄電池８１の端子間電圧や電流値を受け取り、バッテリ充電率ＳＯＣを算出するように構成されていても良い。
【００９１】
ＥＣＵ８５は、バッテリ充電率ＳＯＣが、バッテリ充電率の上限を示すＳＯＣｍａｘ(これ以上充電を行うと蓄電池８１の劣化を引き起こすおそれのある充電率)を上回っているか否かを判定する(ステップＳ４０２)。このとき、バッテリ充電率ＳＯＣの値がＳＯＣｍａｘを上回っていない場合(Ｓ４０２；ＮＯ)には、処理がステップＳ４０１に戻される。
【００９２】
これに対し、バッテリ充電率ＳＯＣがＳＯＣｍａｘを上回っている場合(Ｓ４０２；ＹＥＳ)には、ＥＣＵ８５は、ブレーキがオンになっているか否か、即ち、ブレーキ信号を受け取っているか否かを判定する(ステップＳ４０３)。このとき、ブレーキ信号を受け取っていなければ(Ｓ４０３；ＮＯ)、処理がステップＳ４０１に戻る。
【００９３】
これに対し、ブレーキ信号を受け取っている場合には(Ｓ４０３；ＹＥＳ)、ＥＣＵ８５は、回生ブレーキにより生じる電力の一部が蓄電池８１で回収できない余剰電力となるも
のとして、室内温度Ｔａがこれ以上急速に暖房する必要がない温度(例えば、暖房目標温度)Ｔ２を下回っているか否かを判定する(ステップＳ４０４)。このとき、室内温度Ｔａが温度Ｔ２を下回っていなければ(Ｓ４０４；ＮＯ)、処理がステップＳ４０１に戻される。
【００９４】
これに対し、室内温度Ｔａが温度Ｔ２を下回っている場合(Ｓ４０４；ＹＥＳ)には、ＥＣＵ８５は、冷却液温度ＴＷが、燃料電池１が十分に暖まっている温度(例えば、燃料電池１が出力上限値を出すことができる温度)Ｔ３を下回っているか否かを判定する(ステップＳ４０５)。
【００９５】
このとき、冷却液温度ＴＷが温度Ｔ３を下回っていれば(Ｓ４０５；ＹＥＳ)、ＥＣＵ８５は、回生ブレーキによる生じた電力で発熱体(電気ヒータ)４１への通電を開始して、電気ヒータをオンにする(ステップＳ４０６)。続いて、ＥＣＵ８５は、冷房電磁弁１７及び２７を閉弁するとともに暖房電磁弁２１及び３４を開弁し(ステップＳ４０７)、電動コンプレッサ１３をオンにする(ステップＳ４０８)。
【００９６】
一方、冷却液温度ＴＷが温度Ｔ３を上回っていれば(Ｓ４０５；ＮＯ)、ＥＣＵ８５は、発熱体(電気ヒータ)４１がオンとなっているか否かを判定し(ステップＳ４０９)、そうであれば(Ｓ４０９；ＹＥＳ)、発熱体４１をオフにし(ステップＳ４１０)、そうでなければ(停止している場合(Ｓ４０９；ＮＯ))には、処理をステップＳ４０１に戻す。
【００９７】
動作例４によれば、車両の減速時に発生する回生ブレーキによる電力は、蓄電池８１のバッテリ充電率ＳＯＣがＳＯＣｍａｘを下回る場合には、蓄電池８１にて回収される。これに対し、バッテリ充電率ＳＯＣがＳＯＣｍａｘを上回る場合において、室内温度Ｔａが温度Ｔ２を下回り、且つ冷却液温度ＴＷが温度Ｔ３に達していなければ、発熱体４１を回生ブレーキにより生じた電力の一部(蓄電池８１で回収できなかった余剰電力)でオンにするとともに、冷媒を暖房時の経路で循環させる。これによって、発熱体４１からの熱により、冷却液及び冷媒が夫々加熱される。このようにして、回生ブレーキの余剰電力を、燃料電池１の加熱、及び暖房の補助に利用することができる。
【００９８】
これによって、回生ブレーキの余剰電力を車両ブレーキの熱に変換して消費する必要がなくなる。これによって、車両ブレーキをかけたときの感触の向上を図ることができ、車両ブレーキの劣化を抑えることができる。
〈動作例５〉
次に、図２及び図９を用いて、燃料電池及び空調システムの動作例５について説明する。図９は、動作例５におけるＥＣＵ８５の処理を示すフローチャートである。動作例５は、燃料電池１の運転中で、車両が走行しており、車両の減速時に回生ブレーキが使用され、回生ブレーキによる余剰電力が発生した場合の動作を示す。動作例５は、夏場等の暖房が不要な場合を想定している。
【００９９】
図９に示す処理が開始すると、ＥＣＵ８５は、冷却液温度ＴＷ，ブレーキ信号，バッテリ充電率ＳＯＣ，室内温度Ｔａを監視及び算出する(ステップＳ５０１)。
【０１００】
ＥＣＵ８５は、バッテリ充電率ＳＯＣが、バッテリ充電率の上限を示すＳＯＣｍａｘを上回っているか否かを判定する(ステップＳ５０２)。このとき、バッテリ充電率ＳＯＣの値がＳＯＣｍａｘを上回っていない場合(Ｓ５０２；ＮＯ)には、処理がステップＳ５０１に戻される。
【０１０１】
これに対し、バッテリ充電率ＳＯＣがＳＯＣｍａｘを上回っている場合(Ｓ５０２；ＹＥＳ)には、ＥＣＵ８５は、ブレーキがオンになっているか否か、即ち、ブレーキ信号を
受け取っているか否かを判定する(ステップＳ５０３)。このとき、ブレーキ信号を受け取っていなければ(Ｓ５０３；ＮＯ)、処理がステップＳ５０１に戻る。
【０１０２】
これに対し、ブレーキ信号を受け取っている場合には(Ｓ５０３；ＹＥＳ)、ＥＣＵ８５は、室内温度Ｔａがこれ以上急速に暖房する必要がない温度Ｔ２を上回っているか否かを判定する(ステップＳ５０４)。このとき、室内温度Ｔａが温度Ｔ２を上回っていなければ(Ｓ５０４；ＮＯ)、処理がステップＳ５０１に戻される。
【０１０３】
これに対し、室内温度Ｔａが温度Ｔ２を上回っている場合(Ｓ５０４；ＹＥＳ)には、ＥＣＵ８５は、燃料電池１が十分に暖まっている温度Ｔ３を冷却液温度ＴＷが上回っているか否かを判定する(ステップＳ５０５)。
【０１０４】
このとき、冷却液温度ＴＷが温度Ｔ３を下回っていれば(Ｓ５０５；ＮＯ)、処理がＳ５０１に戻される。これに対し、冷却液温度ＴＷが温度Ｔ３を上回っていれば、ＥＣＵ８５は、三方弁９に対して制御信号を与え、ラジエータ７側の入口(第２入口)を開弁させる(ステップＳ５０６)。これにより、冷却液は、図２の二点鎖線矢印で示すように、ラジエータ７を経由するようになる。そして、ＥＣＵ８５は、回生ブレーキにより生じた電力で発熱体(電気ヒータ)４１への通電を開始して、電気ヒータをオンにする(ステップＳ５０７)。
【０１０５】
動作例５によれば、回生ブレーキによる電力を蓄電池８１で回収しきれない場合において、室内の暖房が不要な場合には、三方弁９の制御により冷却液がラジエータ７を通過して冷却される状態にし、且つ回生ブレーキの余剰電力を発熱体４１で消費する。これによって、回生ブレーキの余剰電力は、冷却液に熱として伝わり、ラジエータ７から外気中に放出されることになる。
【０１０６】
これによって、動作例４と同様に、回生ブレーキの余剰電力を車両のブレーキの熱に変換して消費する必要がなくなり、車両ブレーキをかけたときの感触の向上を図ることができ、車両ブレーキの劣化を抑えることができる。
〈動作例６〉
次に、図２及び図１０を用いて、燃料電池及び空調システムの動作例６について説明する。図１０は、動作例６におけるＥＣＵ８５の処理を示すフローチャートである。動作例６は、動作例５と同様に、燃料電池１の運転中で、車両が走行しており、車両の減速時に回生ブレーキが使用され、回生ブレーキによる余剰電力が発生した場合の動作を示す。また、動作例６は、夏場等の暖房が不要な場合を想定している。
【０１０７】
図１０に示す処理が開始すると、ＥＣＵ８５は、冷房電磁弁信号，三方弁信号，ブレーキ信号，バッテリ充電率ＳＯＣ，暖房電磁弁信号，電動コンプレッサ回転数信号Ｎｃ，冷却液温度ＴＷを監視及び算出する(ステップＳ６０１)。
【０１０８】
ＥＣＵ８５は、図１や図２に示す三方弁９の開弁及び閉弁状態を示す信号を、三方弁信号として受け取るように構成されている。また、ＥＣＵ８５は、電動コンプレッサ１３の回転数を示す信号を受け取るように構成されており、制御信号を電動コンプレッサ１３に与えることによってその回転数を制御可能となっている。
【０１０９】
ＥＣＵ８５は、バッテリ充電率ＳＯＣがバッテリ充電率の上限を示すＳＯＣｍａｘを上回っているか否かを判定する(ステップＳ６０２)。このとき、バッテリ充電率ＳＯＣの値がＳＯＣｍａｘを上回っていない場合(Ｓ６０２；ＮＯ)には、処理がステップＳ６０１に戻される。
【０１１０】
これに対し、バッテリ充電率ＳＯＣがＳＯＣｍａｘを上回っている場合(Ｓ６０２；ＹＥＳ)には、ＥＣＵ８５は、車両のブレーキがオンになっているか否か、即ち、ブレーキ信号を受け取っているか否かを判定する(ステップＳ６０３)。このとき、ブレーキ信号を受け取っていなければ(Ｓ６０３；ＮＯ)、処理がステップＳ６０１に戻る。
【０１１１】
これに対し、ブレーキ信号を受け取っている場合には(Ｓ６０３；ＹＥＳ)、ＥＣＵ８５は、冷却液温度ＴＷが、燃料電池１が十分に暖まっている温度Ｔ３を上回っているか否かを判定する(ステップＳ６０４)。このとき、冷却液温度ＴＷが温度Ｔ３を上回っていない場合には、ＥＣＵ８５は、三方弁９に制御信号を与え、三方弁９のラジエータ側(第２入口)を開弁させる(ステップＳ６０５)。これによって、冷却液は、図２の二点鎖線矢印で示すように、ラジエータ７を通過する状態となる。このとき、三方弁９の第１入口(バイパス管８側)が閉弁されるようにしても良い。
【０１１２】
続いて、ＥＣＵ８５は、回生ブレーキにより生じる電力で発熱体(電気ヒータ)４１をオンにする(ステップＳ６０６)。これにより、発熱体４１が発熱し、その熱が冷却液に伝達される。そして、冷却液がラジエータ７を通過することで放熱が行われる。このようにして、蓄電池８１で回収しきれない電力(回生エネルギ)は、冷却液の熱に変換され、ラジエータ７から放出される。
【０１１３】
一方、冷却液温度ＴＷが温度Ｔ３を上回っている場合(Ｓ６０４；ＹＥＳ)には、ＥＣＵ８５は、三方弁信号に基づいて、三方弁９のラジエータ側の入口(第２入口)が既に開弁しているか否かを判定する(ステップＳ６０７)。このとき、第２入口が開弁していない場合(Ｓ６０７；ＮＯ)には、第２入口を開弁させる(ステップＳ６０８)。その後、処理がステップＳ６０１に戻る。
【０１１４】
一方、ＥＣＵ８５は、三方弁９の第２入口が開弁していると判定する場合(Ｓ６０７；ＹＥＳ)には、冷房電磁弁信号に基づいて、冷房電磁弁１７及び２７が開弁しているか否かを判定する(ステップＳ６０９)。このとき、冷房電磁弁１７及び２７が閉弁している場合(Ｓ６０９；ＮＯ)には、ＥＣＵ８５は、冷房電磁弁１７及び２７に制御信号を与えてこれらを開弁させる(ステップＳ６１０)。その後、処理がステップＳ６０１に戻る。
【０１１５】
これに対し、冷房電磁弁１７及び２７が開弁している場合(Ｓ６０９；ＹＥＳ)には、ＥＣＵ８５は、暖房電磁弁信号に基づいて、暖房電磁弁２１及び３５が開弁しているか否かを判定し(ステップＳ６１１)、そうでなければ(Ｓ６１１；ＮＯ)、暖房電磁弁２１及び３５を開弁する(ステップＳ６１２)。これによって、図２の一点鎖線矢印で示すように、冷媒の一部が発熱体付き熱交換器５を通過する状態となり、且つ冷媒の一部が暖房電磁弁３５を通って第２室内熱交換器２９をバイパスする状態となる。その後、処理がステップＳ６０１に戻る。
【０１１６】
これに対し、暖房電磁弁２１及び暖房電磁弁３５が閉弁している場合(Ｓ６１１；ＹＥＳ)には、ＥＣＵ８５は、電動コンプレッサ回転数Ｎｃの値がその最大値ＭＡＸより小さいか否かを判定する(ステップＳ６１３)。このとき、電動コンプレッサ回転数Ｎｃが最大値ＭＡＸより小さくない場合(Ｓ６１３；ＮＯ)には、処理がステップＳ６０１に戻る。
【０１１７】
これに対し、電動コンプレッサ回転数Ｎｃが最大値ＭＡＸより小さい場合(Ｓ６１３；ＹＥＳ)には、ＥＣＵ８５は、電動コンプレッサ回転数Ｎｃを最大値にする制御信号を電動コンプレッサ１３に与える(ステップＳ６１４)。もし、この時点で電動コンプレッサ１３がオフであれば、電動コンプレッサ１３をオンにするとともに、その回転数を最大値ＭＡＸにする。これによって、電動コンプレッサ１３による冷媒通路への冷媒の供給量が増加し、室外熱交換器１９を通過する冷媒の量が増加する。そして、ＥＣＵ８５は、回生ブ
レーキにより生じた余剰電力を発熱体４１に供給し、電気ヒータをオンにする(ステップＳ６１５)。
【０１１８】
動作例６によれば、回生ブレーキにより、蓄電池８１で回収できない余剰電力が発生した場合には、まず、冷却液温度ＴＷが温度Ｔ３を越えているかが判定される。温度Ｔ３を越えていなければ、ラジエータ７を通過するように三方弁９が制御されるとともに、余剰電力での発熱体４１の発熱が開始され、余剰電力を冷却液の熱に変換しラジエータ７で外気中に放熱することが試みられる(図１０の「優先１」参照)。
【０１１９】
これに対し、冷却液温度ＴＷが温度Ｔ３を越えており、且つラジエータ７での放熱が行われている場合には、ラジエータ７での放熱により十分に余剰電力を消費できないと考えられる。この場合には、空調システムの冷房能力が最大に制御され(電動コンプレッサ１３の回転数が最大値ＭＡＸにされ)、且つ冷媒が発熱体付き熱交換器５で発熱体４１からの熱を受け取るように暖房電磁弁２１が開弁される。そして、余剰電力により発熱体４１が発熱し、その熱が冷媒に伝達され、室外熱交換器１９で外気中に放熱されるようにされる。
【０１２０】
このようにして、燃料電池システム側のラジエータ７で余剰電力により生じた熱を適正に放熱できない場合には、その熱が発熱体付き熱交換器５で冷媒に渡され、空調システム側の室外熱交換器１９で放熱される(図１０の「優先２」参照)。これにより、燃料電池システムで適正に余剰電力(余剰な回生エネルギ)を消費及び排出できない場合には、空調システムを利用して余剰電力を消費及び排出することができる。
【０１２１】
なお、図１０に示した処理中のステップＳ６１２において、冷房電磁弁１７を閉弁するようにしても良い。このようにすれば、発熱体付き熱交換器５を通過する冷媒の量を増加させることができる。
〈動作例７〉
次に、図２及び図１１を用いて、燃料電池及び空調システムの動作例７について説明する。図１１は、動作例７におけるＥＣＵ８５の処理を示すフローチャートである。動作例７は、燃料電池１の高負荷運転中における動作を示す。
【０１２２】
図１１に示す処理が開始すると、ＥＣＵ８５は、燃料電池１の出力ＷＦＣ，冷却液温度ＴＷ，三方弁信号，電動コンプレッサのオン／オフ信号を、監視及び算出する(ステップＳ７０１)。ＥＣＵ８５は、図示せぬ他の制御装置から燃料電池１の出力を示すＦＣ出力信号を受け取るようになっており、燃料電池の出力を示す出力ＷＦＣを算出するように構成されている。なお、制御部８２が燃料電池１の出力電流及び出力電圧を検知し、これらを用いて燃料電池１の出力ＷＦＣをＥＣＵ８５が算出するように構成されていても良い。また、ＥＣＵ８５は、電動コンプレッサ１３のオン／オフ信号を受け取り、電動コンプレッサ１３のオン／オフを監視するように構成されている。
【０１２３】
ＥＣＵ８５は、ＦＣ出力ＷＦＣを用いて、燃料電池１が高負荷運転中か否かを判定する(ステップＳ７０２)。この判定は、例えば、ＦＣ出力ＷＦＣの値が、高負荷運転と認められる所定値を上回っているか否かを判定することにより、行うことができる。
【０１２４】
ここで、燃料電池１が高負荷運転中でなければ(Ｓ７０２；ＮＯ)、処理がステップＳ７０１に戻される。これに対し、燃料電池１が高負荷運転中であれば(Ｓ７０２；ＹＥＳ)、ＥＣＵ８５は、燃料電池１が安定して運転できる上限温度Ｔ４を冷却液温度ＴＷが越えているか否かを判定する(ステップＳ７０３)。このとき、冷却液温度ＴＷが上限温度Ｔ４を越えていなければ(Ｓ７０３；ＮＯ)、処理がステップＳ７０１に戻される。
【０１２５】
これに対し、冷却液温度ＴＷが上限温度Ｔ４を越えている場合には、ＥＣＵ８５は、三方弁信号に基づいて、三方弁９のラジエータ側(第２入口)が開弁しているか否かを判定する(ステップＳ７０４)。このとき、第２入口が閉弁していれば(Ｓ７０４；ＮＯ)、ＥＣＵ８５は第２入口を開弁させた後、処理をステップＳ７０１に戻す。これによって、冷却液は、図２の二点鎖線矢印で示すように、ラジエータ７を経由して冷却されるようになる。
【０１２６】
これに対し、第２入口が開弁していれば(Ｓ７０４；ＹＥＳ)、ＥＣＵ８５は、電動コンプレッサオン／オフ信号に基づいて、電動コンプレッサ１３がオフか否かを判定する(ステップＳ７０６)。このとき、電動コンプレッサ１３が既にオンであれば(Ｓ７０６；ＮＯ)、処理がステップＳ７０１に戻される。
【０１２７】
これに対し、電動コンプレッサ１３がオフであれば(Ｓ７０６；ＹＥＳ)、ＥＣＵ８５は、冷房電磁弁１７及び２７を開弁させる(ステップＳ７０７)。さらに、ＥＣＵ８５は、暖房電磁弁２１のみを開弁させる(ステップＳ７０８)。そして、電動コンプレッサ１３をオンにする(ステップＳ７０９)。このような状況下では、冷媒は、図２に示すような実線矢印に従って冷媒通路を循環する。また、冷媒の一部は、配管２０及び２３に沿って示した一点鎖線矢印で示すように、発熱体付き熱交換器５を経由する。但し、暖房電磁弁３５が閉弁しているので、配管３４及び３６に沿って示した一点鎖線矢印に沿った冷媒の流れは生じない。
【０１２８】
動作例７によれば、燃料電池１の高負荷運転中において、ラジエータ７による冷却液の冷却が行われている状態で、燃料電池１を安定的に運転できる上限温度Ｔ４を冷却液温度ＴＷが越える場合には、冷媒の一部が発熱体付き熱交換器５を通過して循環するように空調システムが制御される。これによって、冷媒通路を循環する冷媒は、発熱体付き熱交換器５において、冷却液から熱を受け取り、その熱は室外熱交換器１９にて外気に放出されるようになる。このようにして、燃料電池１の高負荷運転中において、空調システムが冷却液の冷却を補助することにより、冷却液を効率的に冷却することができる。
〔実施形態の作用効果〕
以上説明したような燃料電池及び空調システムは、循環ポンプ３，配管２，燃料電池１，配管４，発熱体付き熱交換器５，配管６，ラジエータ７，配管１０，三方弁９，配管１１，及びバイパス管８で構成される燃料電池１の冷却液通路と、冷却液通路内の冷却液を循環させる冷却液循環手段としての循環ポンプ３と、冷却液通路を循環する冷却液の温度を検知する冷却液温度検知手段としての温度検知センサ１２と、空調用の冷媒通路に冷媒を供給して冷媒を循環させる冷媒供給手段としての電動コンプレッサ１３と、冷媒の循環を通じて調整される室内の温度を検知する室内温度検知手段としての室内温度センサ８８と、冷却液通路、及び冷媒通路上に設けられ、冷却液と冷媒との間で熱が伝わるように構成され、且つ冷却液及び冷媒を加熱するための発熱体４１を有する発熱体付き熱交換器５と、発熱体４１の発熱制御を行う発熱体制御手段としてのＥＣＵ８５とを備えている。
【０１２９】
そして、発熱体制御手段としてのＥＣＵ８５は、冷却液の温度ＴＷが燃料電池１の暖機を要しない温度としての温度Ｔ１を下回る場合に、燃料電池１から出力される電力を用いて発熱体４１を発熱させる。これによって、発熱体４１からの熱で燃料電池１を暖機できる。冷却液温度ＴＷが温度Ｔ１を上回った場合に、空調システムがオフ(暖房を必要としない場合)には、発熱体４１への通電が停止される。
【０１３０】
一方、冷却液温度ＴＷが温度Ｔ１を上回った場合に、空調システムがオンになっており、且つ室内温度Ｔａが暖房を要する温度Ｔ２を下回っている場合には、発熱体４１への通電が継続される。そして、電動コンプレッサ１３がオンにされ、冷媒が循環し、室内の暖房を行う。このとき、冷媒は発熱体４１からの熱を受け取るので、発熱体４１からの熱は室内の暖房補助に利用される。
【０１３１】
その後、冷却液温度ＴＷが燃料電池１が十分に暖まった温度Ｔ３を上回ると、発熱体４１への通電が停止され、発熱体４１の発熱が停止される。その後、室内温度Ｔａが温度Ｔ２を下回る場合には、電動コンプレッサ１３がオンにされ、冷媒を循環させる。このとき、発熱体付き熱交換器５では、冷却液からの熱が冷媒に伝達される。これによって、室内の暖房の補助を行うことができる。
【０１３２】
また、実施形態による燃料電池及び空調システムは、回生ブレーキを有する車両に搭載されており、発熱体制御手段としてのＥＣＵ８５は、車両の減速時に使用される回生ブレーキにより生じた電力の少なくとも一部として、蓄電池８１で回収できなかった余剰電力を用いて発熱体４１を発熱させる。これによって、車両のブレーキを発熱させて余剰電力を消費する必要がない。これによって、車両ブレーキをかけるときの感触を良くすることができ、また、車両ブレーキの劣化を抑えることができる。
【０１３３】
また、実施形態における燃料電池及び空調システムは、冷却液通路は、循環ポンプ３，配管２，燃料電池１，配管４，発熱体付き熱交換器５，配管６，ラジエータ７，配管１０，三方弁９及び配管１１で構成される、冷却液が冷却器としてのラジエータ７を通過する第１の循環路と、冷却液がバイパス管８を通って冷却器としてのラジエータ７を通過しない(ラジエータ７をバイパスする)第２の循環路とを含んでおり、第１及び第２の循環路を流れる冷却液の量を調整する流量調整手段としての三方弁９と、三方弁９を制御する流量制御手段としてのＥＣＵ８５を備えている。
【０１３４】
流量調整手段としてのＥＣＵ８５は、回生ブレーキにより生じた電力の少なくとも一部を用いた発熱体４１の発熱で冷媒を暖める必要がない場合には、発熱体４１の発熱で暖められる冷却液が冷却器としてのラジエータ７で冷却されるように、第１の循環路を流れる冷却液の量を三方弁８の制御により増加させる。これによって、余剰電力としての回生エネルギを冷却液の熱に変換し、ラジエータ７から外部に放出することができる。
【０１３５】
また、実施形態による燃料電池及び空調システムは、冷媒通路上に設けられ冷媒通路を循環する冷媒の放熱器としての室外熱交換器１９と、冷媒供給手段としての電動コンプレッサ１３と、電動コンプレッサ１３により供給される冷媒通路を循環する冷媒の量を制御する冷媒供給制御手段としてのＥＣＵ８５とを含んでいる。
【０１３６】
そして、冷媒供給制御手段としてのＥＣＵ８５は、流量調整手段としての三方弁８の作動によりラジエータ７を流れる冷却液の量が増加しており、且つ冷却液温度検知手段としての温度検知センサ１２で検知される冷却液の温度が所定温度Ｔ３を上回る状況下で、が回生ブレーキにより生じた電力の少なくとも一部を用いて発熱体４１を発熱させる場合には、電動コンプレッサ１３の回転数を増加させて、冷媒通路を循環し室外熱交換器１９を通過する冷媒の量を増加させる。
【０１３７】
これによって、ラジエータ７で十分に余剰電力による熱を放出できない場合には、発熱体付き熱交換器５で空調システムの冷媒に熱を伝え、その熱を空調システムの室外熱交換器１９で放熱することにより、余剰電力を適正に消費及び排出することができる。
【０１３８】
また、実施形態では、冷媒供給制御手段としてのＥＣＵ８５は、流量調整手段としての三方弁９の作動によりラジエータ７を通過する冷却液の量が増加しており、且つ冷却液温度検知手段としての温度検知センサ１２で検知される冷却液の温度が所定温度Ｔ３を上回る場合に、発熱体付き熱交換器５において冷却液から冷媒へ伝わる熱が放熱器としての室外熱交換器１９で放熱されるように、冷媒供給手段としての電動コンプレッサ１３を作動させる。
【０１３９】
これによって、例えば、燃料電池１の高負荷運転時等において、ラジエータ７の作動によって十分に冷却液の冷却が行えない場合には、発熱体付き熱交換器５で冷却液から冷媒に熱を伝え、その熱が室外熱交換器１９で放熱されるように、電動コンプレッサ１３をさせて、冷媒を循環させる。
【０１４０】
また、実施形態における発熱体付き熱交換器４１は、冷却液の入口及び出口と、冷却液の入口と出口との間に設けられる少なくとも１つの冷却液流路を形成する複数の冷却液流路部５７とを有する冷却液側部４２と、冷媒の入口及び出口と、冷媒の入口と出口との間に設けられる少なくとも１つの冷媒流路を形成する複数の冷媒流路部６７とを含む冷媒側部４３とを備えている。そして、各冷媒流路(冷媒流路部６７)は発熱体４１に対し冷却液流路(冷却液流路部５７)を挟んで配置されている。
【０１４１】
これによって、発熱体４１は、冷却液を暖め、暖められた冷却液が冷媒を暖める状態となる。このように、冷媒が冷却液を介して加熱されるようになっているので、冷媒が局部的に高温となって膨張し、冷媒通路を破損させることを防止することができる。
【０１４２】
以上のように、実施形態によれば、燃料電池１の冷却液と空調用の冷媒に対する加熱を発熱体付き熱交換器５を用いて効率的に行うことができる。発熱体付き熱交換器５を用いた冷却液と冷媒との間での熱交換によって回生ブレーキによって生じた余剰エネルギを適正に消費することができる。さらに、発熱体付き熱交換器５を用いて燃料電池システムと空調システムとの一方を他方が補助することができる。
〔変形例〕
上述した実施形態は、次のような変形が可能である。図１２は、実施形態の変形例に係る燃料電池及び空調システムの構成例を示す図である。図１２では、配管４の代わりの配管４Ａが燃料電池１の出口とラジエータ７との入口とを結んでいる。また、配管４Ａには、バイパス管４Ｂ及び４Ｃが接続されており、バイパス管４Ｂ及び４Ｃは、それぞれ、発熱体付き熱交換器５の冷却液の入口及び出口に夫々接続されている。これによって、燃料電池１から排出された冷却液の一部がバイパス管４Ｂを通って発熱体付き熱交換器５を経由するようになっている。この点を除き、燃料電池及び空調システムの構成は、図１に示した実施形態の構成と同様である。
【０１４３】
このように構成すれば、発熱体付き熱交換器５が冷却液を循環させる際の抵抗となることが低減される。これによって、図１に示した実施形態の構成に比べて、循環ポンプ３に不要な負荷をかけることが防止される。また、これによって、循環ポンプ３として能力の低いものを適用することができる。動作としては、上述した動作例１〜７と同様の動作を行い、実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【０１４４】
また、図１３は、実施形態の別の変形例に係る燃料電池及び空調システムの構成例を示す図である。図１３では、空調システムが暖房用システムと冷房用システムとからなり、暖房用と冷房用とで夫々独立した冷媒の循環路が設けられている。即ち、暖房用システムとして、ウォータポンプ９１→第１室内熱交換器(ヒータコア)９２→発熱体付き熱交換器５(冷媒流路)→ウォータポンプ９１の順で冷媒としての液体が流れる冷媒流路が形成されている。また、冷房システムとして、電動コンプレッサ１３→室外熱交換器１９→冷房電磁弁→第２室内熱交換器(エバポレータ)２９→アキュムレータ３１→電動コンプレッサ１３の順で冷媒が流れるように構成されている。
【０１４５】
この場合は、発熱体４１からの熱を冷媒に伝達させて室外熱交換器１９で放熱することができない。このため、上述した動作例１〜５と同様の動作を行うことととなり、動作例１〜５による作用効果を得ることができる。
【０１４６】
以上説明した実施形態に係る構成は、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜組み合わせることが可能である。また、上述した実施形態の説明では、制御部８４のＥＣＵ８５が空調システムの構成(各電磁弁や電動コンプレッサ)を直接制御する場合を説明した。これに代えて、制御部８４が、電磁弁や電動コンプレッサや室外熱交換器等の空調システムの構成の動作を制御する空調システム用の制御装置との連携において、当該制御装置から電磁弁や電動コンプレッサの状態を受け取り、この制御装置に対して、動作を制御するための命令を与えるように構成しても良い。
【０１４７】
また、上記した実施形態に係る構成は、回生ブレーキに係る構成を除き、定置用の燃料電池及び空調システムに適用することも可能である。
【０１４８】
また、上述した動作例１では、燃料電池１の暖機が終了すると発熱体４１の発熱が停止され、動作例２では、燃料電池１の暖機が終了した時に、空調システムがオンとなっており、且つ室内の温度検知センサ８８によって温度Ｔ２よりも低い室内温度Ｔａが検知されている場合に、発熱体４１の発熱が維持されるように構成されている。このような構成に代えて、発熱体４１の発熱の継続がユーザの判断に基づいて行われるように構成することができる。
【０１４９】
例えば、ＥＣＵ８５は、燃料電池１の暖機が終了した場合に、発熱体４１の発熱を継続するか否かをユーザに問い合わせ、ユーザがこの問い合わせに対する応答を行い、ユーザの必要に応じて発熱体４１の発熱が継続されるようにしても良い。
【０１５０】
この場合、発熱体４１の発熱を継続するかの問い合わせは、ＥＣＵ８５が発光ダイオード(ＬＥＤ)やランプの点灯、ディスプレイへの情報表示、或いはスピーカからの音声出力、これらの組み合わせ等の出力手段から問い合わせの出力を行うことによって行われるように構成することができる。また、ユーザの応答の入力は、ボタン、キー、スイッチ類、マイク、これらの組み合わせ等の入力手段を用意し、ユーザがこの入力手段を介して応答指示を入力し、応答指示がＥＣＵ８５に与えられるように構成することで実現できる。
【０１５１】
このような構成において、ＥＣＵ８５は、ユーザから入力される発熱の継続の応答指示を受け取ると、空調システムのオン／オフや室内温度Ｔａに関係なく、発熱体４１の発熱(発熱体４１への通電)を継続する。一方、発熱体４１の発熱を停止する旨をユーザから入力手段を介して受け取った場合には、ＥＣＵ８５は、発熱体４１の発熱を停止する。
【図面の簡単な説明】
【０１５２】
【図１】図１は、本発明による燃料電池及び空調システムの実施形態の構成例、及び暖房時の冷媒の流れを示す図である。
【図２】図２は、本発明による燃料電池及び空調システムの実施形態における冷房時の冷媒の流れを示す図である。
【図３】図３は、本発明に係る発熱体付き熱交換器の構成例を示す図であり、図３(Ａ)は正面図、図３(Ｂ)は右側面図、図３(Ｃ)は一部を破砕して示す平面図、図３(Ｄ)は図３(Ａ)に示すＡ−Ａ線で切断した場合の断面図である。
【図４】図４は、本発明に係る発熱体付き熱交換器の構成例を示す図であり、図４(Ａ)は一部を破砕して示す底面図、図４(Ｂ)は図３(Ａ)のＢ−Ｂ線で切断した場合の断面図、図４(Ｃ)は、冷却液及び冷媒の流れを模式的に示す図である。
【図５】図５は、燃料電池及び空調システムの動作例１におけるＥＣＵの処理例を示すフローチャートである。
【図６】図６は、燃料電池及び空調システムの動作例２におけるＥＣＵの処理例を示すフローチャートである。
【図７】図７は、燃料電池及び空調システムの動作例３におけるＥＣＵの処理例を示すフローチャートである。
【図８】図８は、燃料電池及び空調システムの動作例４におけるＥＣＵの処理例を示すフローチャートである。
【図９】図９は、燃料電池及び空調システムの動作例５におけるＥＣＵの処理例を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、燃料電池及び空調システムの動作例６におけるＥＣＵの処理例を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、燃料電池及び空調システムの動作例７におけるＥＣＵの処理例を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、燃料電池及び空調システムの実施形態の変形例を示す構成図である。
【図１３】図１３は、燃料電池及び空調システムの実施形態の変形例を示す構成図である。
【符号の説明】
【０１５３】
１  燃料電池
５  発熱体付き熱交換器
７  ラジエータ
９  三方弁
１２  温度検知センサ
１３  電動コンプレッサ
１７,２７  冷房用電磁弁
１９  室外熱交換器
２１,３５  暖房用電磁弁
４１  発熱体
４２  冷却液側部
４３  冷媒側部
５７  冷却液流路部
６７  冷媒流路部
８１  蓄電池
８２  電動機
８３  駆動回路
８４  制御部
８５  ＥＣＵ
８７  蓄電池残存容量計
【図１】
2006059573.tif 000003
【図２】
2006059573.tif 000004
【図３】
2006059573.tif 000005
【図４】
2006059573.tif 000006
【図５】
2006059573.tif 000007
【図６】
2006059573.tif 000008
【図７】
2006059573.tif 000009
【図８】
2006059573.tif 000010
【図９】
2006059573.tif 000011
【図１０】
2006059573.tif 000012
【図１１】
2006059573.tif 000013
【図１２】
2006059573.tif 000014
【図１３】
2006059573.tif 000015