(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の前方から後方に複数の機器が配置される燃料電池ユニットと、
前記冷却用ダクトの一端に配置され、風路との間で冷却風を吸引または吐出するファンと、
前記機器の間、前記機器とファンの間のそれぞれの冷却用ダクトに接合され、外気との間で吸気または排気が可能な複数の吸排気ダクトと、
前記冷却用ダクトと複数の吸排気ダクトとのそれぞれの接合部位に設置され、冷却風路を切り換える複数の切換弁と、
前記燃料電池ユニット内に配置される機器の雰囲気温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段と、
前記温度検出手段からの温度信号に基づいて、最適な冷却風路の形態になるように前記複数の切換弁及びファンを制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記温度検出手段からの温度信号から何れの機器も規定温度に達していない時には、前記ファンを停止させ、前記複数の切換弁の吸排気ダクト側を開放させて、前記吸排気ダクトを介して前記車両の上方から前記燃料電池ユニット内の気体を排気させること
を特徴とする燃料電池車両冷却システム。
【請求項２】
車両の前方から後方に複数の機器が配置される燃料電池ユニットと、
前記冷却用ダクトの一端に配置され、風路との間で冷却風を吸引または吐出するファンと、
前記機器の間、前記機器とファンの間のそれぞれの冷却用ダクトに接合され、外気との間で吸気または排気が可能な複数の吸排気ダクトと、
前記冷却用ダクトと複数の吸排気ダクトとのそれぞれの接合部位に設置され、冷却風路を切り換える複数の切換弁と、
前記燃料電池ユニット内に配置される機器の雰囲気温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段と、
前記温度検出手段からの温度信号に基づいて、最適な冷却風路の形態になるように前記複数の切換弁及びファンを制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記温度検出手段からの温度信号から何れかの機器が規定温度に達している時には、前記ファンを作動させ、前記規定温度に達している機器の冷却風流出側の切換弁及び当該規定温度の達している機器のファン側に設けられた切換弁を開放させ、前記ファンによって吸引又は吐出された冷却風を、当該規定温度に達している機器に連通している冷却用ダクトに通過させる冷却風路の形態とさせること
を特徴とする燃料電池車両冷却システム。
【請求項３】
車両の前方から後方にバッテリ部、スタック部、改質器の順に配置される燃料電池ユニットと、
車両の前方から後方に燃料電池ユニット内を連通して冷却風の風路となる冷却用ダクトと、
車両の後方に位置する冷却用ダクトの一端から冷却風を吸引するファンと、
前記バッテリ部とスタック部の間、前記スタック部と改質器の間、前記改質器とファンの間のそれぞれの冷却用ダクトに接合され、外気との間で吸気または排気が可能な第１乃至第３の吸排気ダクトと、
前記冷却用ダクトと第１乃至第３の吸排気ダクトとのそれぞれの接合部位に設置され、冷却風路を切り換える第１乃至第３の切換弁と、
前記燃料電池ユニット内に配置されるバッテリ部、スタック部、改質器の雰囲気温度をそれぞれ検出する第１乃至第３の温度検出手段と、
前記第１乃至第３の温度検出手段からのそれぞれの温度信号に基づいて、最適な冷却風路の形態になるように前記第１乃至第３の切換弁及びファンを制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記第１乃至第３の温度検出手段からの温度信号から前記バッテリ部、前記スタック部、前記改質器の何れも規定温度に達していない時には、前記ファンを停止させ、前記バッテリ部、前記スタック部、前記改質器のそれぞれと前記第１乃至第３の切換弁の吸排気ダクトとの間の風路を開放させるように前記第１乃至第３の切換弁を制御し、前記吸排気ダクトを介して前記車両の上方から前記燃料電池ユニット内の気体を排気させること
を特徴とする燃料電池車両冷却システム。
【請求項４】
車両の前方から後方にバッテリ部、スタック部、改質器の順に配置される燃料電池ユニットと、
車両の前方から後方に燃料電池ユニット内を連通して冷却風の風路となる冷却用ダクトと、
車両の後方に位置する冷却用ダクトの一端から冷却風を吸引するファンと、
前記バッテリ部とスタック部の間、前記スタック部と改質器の間、前記改質器とファンの間のそれぞれの冷却用ダクトに接合され、外気との間で吸気または排気が可能な第１乃至第３の吸排気ダクトと、
前記冷却用ダクトと第１乃至第３の吸排気ダクトとのそれぞれの接合部位に設置され、冷却風路を切り換える第１乃至第３の切換弁と、
前記燃料電池ユニット内に配置されるバッテリ部、スタック部、改質器の雰囲気温度をそれぞれ検出する第１乃至第３の温度検出手段と、
前記第１乃至第３の温度検出手段からのそれぞれの温度信号に基づいて、最適な冷却風路の形態になるように前記第１乃至第３の切換弁及びファンを制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記温度検出手段からの温度信号から前記バッテリ部、前記スタック部、前記改質器の何れかの機器が規定温度に達している時には、前記ファンを作動させ、前記規定温度に達している機器の冷却風流出側の切換弁及び当該規定温度の達している機器のファン側に設けられた切換弁を開放させ、前記ファンによって吸引又は吐出された冷却風を、当該規定温度に達している機器に連通している冷却用ダクトに通過させる冷却風路の形態とさせること
を特徴とする燃料電池車両冷却システム。
【請求項５】
車両が運転状態にあるかどうかを検出する運転状態検出手段を備え、
前記制御手段は、車両が運転状態にない場合には、前記バッテリ部側の風路を遮断しかつ前記第１の吸排気ダクトとスタック部との間の風路を開放するように前記第１の切換弁を制御し、前記第２の吸排気ダクトとスタック部及び改質器との間の風路を開放するように前記第２の切換弁を制御し、前記第３の吸排気ダクトと改質器との間の風路を開放しかつ前記ファン側の風路を遮断するように前記第３の切換弁を制御し、前記ファンを停止するように制御することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の燃料電池車両冷却システム。
【請求項６】
前記制御手段は、第１乃至第３の温度検出手段により検出された雰囲気温度がそれぞれの規定温度に達していない場合には、前記第１の吸排気ダクトとバッテリ部及びスタック部の間の風路を開放するように前記第１の切換弁を制御し、前記第２の吸排気ダクトとスタック部及び改質器との間の風路を開放するように前記第２の切換弁を制御し、前記第３の吸排気ダクトと改質器及びファンとの間の風路を開放するように前記第３の切換弁を制御し、前記ファンを停止するように制御することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の燃料電池車両冷却システム。
【請求項７】
前記制御手段は、第１乃至第３の温度検出手段により検出された雰囲気温度がそれぞれの規定温度に達していない場合には、前記第１の吸排気ダクトとバッテリ部との間の風路を開放しかつ前記スタック部側の風路を遮断するように前記第１の切換弁を制御し、前記第２の吸排気ダクトとスタック部との間の風路を開放しかつ前記改質器側の風路を遮断するように前記第２の切換弁を制御し、前記第３の吸排気ダクトと改質器との間の風路を開放しかつ前記ファン側の風路を遮断するように前記第３の切換弁を制御し、前記ファンを停止するように制御することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の燃料電池車両冷却システム。
【請求項８】
前記制御手段は、第１乃至第３の温度検出手段により検出された雰囲気温度のうち前記改質器に関する雰囲気温度のみが規定温度に達した場合には、前記第１の吸排気ダクトとバッテリ部及びスタック部の間の風路を開放するように前記第１の切換弁を制御し、前記スタック部側の風路を遮断しかつ前記第２の吸排気ダクトと改質器との間の風路を開放するように前記第２の切換弁を制御し、前記第３の吸排気ダクト側の風路を遮断しかつ改質器とファンとの間の風路を開放するように前記第３の切換弁を制御し、前記ファンを作動するように制御することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の燃料電池車両冷却システム。
【請求項９】
前記制御手段は、第１乃至第３の温度検出手段により検出された雰囲気温度のうち前記スタック部と改質器に関する雰囲気温度がそれぞれの規定温度に達した場合には、前記バッテリ部側の風路を遮断しかつ前記第１の吸排気ダクトとスタック部との間の風路を開放するように前記第１の切換弁を制御し、前記第２の吸排気ダクト側の風路を遮断しかつ前記スタック部と改質器との間の風路を開放するように前記第２の切換弁を制御し、前記第３の吸排気ダクトを遮断しかつ改質器とファンとの間の風路を開放するように前記第３の切換弁を制御し、前記ファンを作動するように制御することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の燃料電池車両冷却システム。
【請求項１０】
前記制御手段は、第１乃至第３の温度検出手段により検出された雰囲気温度が全て規定温度に達した場合には、前記第１の吸排気ダクト側の風路を遮断しかつ前記バッテリ部とスタック部との間の風路を開放するように前記第１の切換弁を制御し、前記第２の吸排気ダクト側の風路を遮断しかつ前記スタック部と改質器との間の風路を開放するように前記第２の切換弁を制御し、前記第３の吸排気ダクト側の風路を遮断しかつ改質器とファンとの間の風路を開放するように前記第３の切換弁を制御し、前記ファンを作動するように制御することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の燃料電池車両冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池車両冷却システムに関し、特に、燃料電池ユニットに設けられた各機器を最適な状態で冷却可能な燃料電池車両冷却システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池システムは、水素などの燃料ガスと空気とを反応させて電気エネルギーを発生させるものであり、両者の反応効率を向上するためには、常温ではなく予熱された空気を燃料電池に送り込む必要がある。
このため、例えば特開平５−６２６９７号公報に記載された「車載型燃料電池」にあっては、走行風を導入して流路で予熱された空気を燃料電池に供給するようにしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の燃料電池車両冷却システムにあっては、一定の走行風通路を通る空気を改質器、バーナー、燃料電池本体と熱交換し、これらの機器がオーバーヒートしないようにする必要があった。
また、燃料電池スタックや改質器では、余剰ガスやシステム停止後の微量ガスが発生するので、余剰ガスをシステム外に排出する必要があった。
【０００４】
このため、従来の燃料電池車両冷却システムにあっては、燃料電池システムの冷却風路が一定の形態に設定されていたので、車両停止時や冷間始動直後などの運転状態によっては、非効率的にならざるを得なかった。また、車両停止時には燃料電池システムからの排気ガスを車外に排出することができなかった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、運転条件によって、燃料電池システムの冷却風路を最適な形態に設定することができ、燃料電池システムからの排気ガスを車外に好適に排出することができる燃料電池車両冷却システムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、車両の前方から後方に複数の機器が配置される燃料電池ユニットと、前記冷却用ダクトの一端に配置され、風路との間で冷却風を吸引または吐出するファンと、前記機器の間、前記機器とファンの間のそれぞれの冷却用ダクトに接合され、外気との間で吸気または排気が可能な複数の吸排気ダクトと、前記冷却用ダクトと複数の吸排気ダクトとのそれぞれの接合部位に設置され、冷却風路を切り換える複数の切換弁と、前記燃料電池ユニット内に配置される機器の雰囲気温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段と、前記温度検出手段からの温度信号に基づいて、最適な冷却風路の形態になるように前記複数の切換弁及びファンを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記温度検出手段からの温度信号から何れの機器も規定温度に達していない時には、前記ファンを停止させ、前記複数の切換弁の吸排気ダクト側を開放させて、前記吸排気ダクトを介して前記車両の上方から前記燃料電池ユニット内の気体を排気させることを要旨とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、車両の前方から後方に複数の機器が配置される燃料電池ユニットと、前記冷却用ダクトの一端に配置され、風路との間で冷却風を吸引または吐出するファンと、前記機器の間、前記機器とファンの間のそれぞれの冷却用ダクトに接合され、外気との間で吸気または排気が可能な複数の吸排気ダクトと、前記冷却用ダクトと複数の吸排気ダクトとのそれぞれの接合部位に設置され、冷却風路を切り換える複数の切換弁と、前記燃料電池ユニット内に配置される機器の雰囲気温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段と、前記温度検出手段からの温度信号に基づいて、最適な冷却風路の形態になるように前記複数の切換弁及びファンを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記温度検出手段からの温度信号から何れかの機器が規定温度に達している時には、前記ファンを作動させ、前記規定温度に達している機器の冷却風流出側の切換弁及び当該規定温度の達している機器のファン側に設けられた切換弁を開放させ、前記ファンによって吸引又は吐出された冷却風を、当該規定温度に達している機器に連通している冷却用ダクトに通過させる冷却風路の形態とさせることを要旨とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、上記課題を解決するため、車両の前方から後方にバッテリ部、スタック部、改質器の順に配置される燃料電池ユニットと、車両の前方から後方に燃料電池ユニット内を連通して冷却風の風路となる冷却用ダクトと、車両の後方に位置する冷却用ダクトの一端から冷却風を吸引するファンと、前記バッテリ部とスタック部の間、前記スタック部と改質器の間、前記改質器とファンの間のそれぞれの冷却用ダクトに接合され、外気との間で吸気または排気が可能な第１乃至第３の吸排気ダクトと、前記冷却用ダクトと第１乃至第３の吸排気ダクトとのそれぞれの接合部位に設置され、冷却風路を切り換える第１乃至第３の切換弁と、前記燃料電池ユニット内に配置されるバッテリ部、スタック部、改質器の雰囲気温度をそれぞれ検出する第１乃至第３の温度検出手段と、前記第１乃至第３の温度検出手段からのそれぞれの温度信号に基づいて、最適な冷却風路の形態になるように前記第１乃至第３の切換弁及びファンを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記第１乃至第３の温度検出手段からの温度信号から前記バッテリ部、前記スタック部、前記改質器の何れも規定温度に達していない時には、前記ファンを停止させ、前記バッテリ部、前記スタック部、前記改質器のそれぞれと前記第１乃至第３の切換弁の吸排気ダクトとの間の風路を開放させるように前記第１乃至第３の切換弁を制御し、前記吸排気ダクトを介して前記車両の上方から前記燃料電池ユニット内の気体を排気させることを要旨とする。
請求項４記載の発明は、上述の課題を解決するため、車両の前方から後方にバッテリ部、スタック部、改質器の順に配置される燃料電池ユニットと、車両の前方から後方に燃料電池ユニット内を連通して冷却風の風路となる冷却用ダクトと、車両の後方に位置する冷却用ダクトの一端から冷却風を吸引するファンと、前記バッテリ部とスタック部の間、前記スタック部と改質器の間、前記改質器とファンの間のそれぞれの冷却用ダクトに接合され、外気との間で吸気または排気が可能な第１乃至第３の吸排気ダクトと、前記冷却用ダクトと第１乃至第３の吸排気ダクトとのそれぞれの接合部位に設置され、冷却風路を切り換える第１乃至第３の切換弁と、前記燃料電池ユニット内に配置されるバッテリ部、スタック部、改質器の雰囲気温度をそれぞれ検出する第１乃至第３の温度検出手段と、前記第１乃至第３の温度検出手段からのそれぞれの温度信号に基づいて、最適な冷却風路の形態になるように前記第１乃至第３の切換弁及びファンを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記温度検出手段からの温度信号から前記バッテリ部、前記スタック部、前記改質器の何れかの機器が規定温度に達している時には、前記ファンを作動させ、前記規定温度に達している機器の冷却風流出側の切換弁及び当該規定温度の達している機器のファン側に設けられた切換弁を開放させ、前記ファンによって吸引又は吐出された冷却風を、当該規定温度に達している機器に連通している冷却用ダクトに通過させる冷却風路の形態とさせることを要旨とする。
【０００９】
請求項５記載の発明は、上記課題を解決するため、車両が運転状態にあるかどうかを検出する運転状態検出手段を備え、前記制御手段は、車両が運転状態にない場合には、前記バッテリ部側の風路を遮断しかつ前記第１の吸排気ダクトとスタック部との間の風路を開放するように前記第１の切換弁を制御し、前記第２の吸排気ダクトとスタック部及び改質器との間の風路を開放するように前記第２の切換弁を制御し、前記第３の吸排気ダクトと改質器との間の風路を開放しかつ前記ファン側の風路を遮断するように前記第３の切換弁を制御し、前記ファンを停止するように制御することを要旨とする。
【００１０】
請求項６記載の発明は、上記課題を解決するため、前記制御手段は、第１乃至第３の温度検出手段により検出された雰囲気温度がそれぞれの規定温度に達していない場合には、前記第１の吸排気ダクトとバッテリ部及びスタック部の間の風路を開放するように前記第１の切換弁を制御し、前記第２の吸排気ダクトとスタック部及び改質器との間の風路を開放するように前記第２の切換弁を制御し、前記第３の吸排気ダクトと改質器及びファンとの間の風路を開放するように前記第３の切換弁を制御し、前記ファンを停止するように制御することを要旨とする。
【００１１】
請求項７記載の発明は、上記課題を解決するため、前記制御手段は、第１乃至第３の温度検出手段により検出された雰囲気温度がそれぞれの規定温度に達していない場合には、前記第１の吸排気ダクトとバッテリ部との間の風路を開放しかつ前記スタック部側の風路を遮断するように前記第１の切換弁を制御し、前記第２の吸排気ダクトとスタック部との間の風路を開放しかつ前記改質器側の風路を遮断するように前記第２の切換弁を制御し、前記第３の吸排気ダクトと改質器との間の風路を開放しかつ前記ファン側の風路を遮断するように前記第３の切換弁を制御し、前記ファンを停止するように制御することを要旨とする。
【００１２】
請求項８記載の発明は、上記課題を解決するため、前記制御手段は、第１乃至第３の温度検出手段により検出された雰囲気温度のうち前記改質器に関する雰囲気温度のみが規定温度に達した場合には、前記第１の吸排気ダクトとバッテリ部及びスタック部の間の風路を開放するように前記第１の切換弁を制御し、前記スタック部側の風路を遮断しかつ前記第２の吸排気ダクトと改質器との間の風路を開放するように前記第２の切換弁を制御し、前記第３の吸排気ダクト側の風路を遮断しかつ改質器とファンとの間の風路を開放するように前記第３の切換弁を制御し、前記ファンを作動するように制御することを要旨とする。
【００１３】
請求項９記載の発明は、上記課題を解決するため、前記制御手段は、第１乃至第３の温度検出手段により検出された雰囲気温度のうち前記スタック部と改質器に関する雰囲気温度がそれぞれの規定温度に達した場合には、前記バッテリ部側の風路を遮断しかつ前記第１の吸排気ダクトとスタック部との間の風路を開放するように前記第１の切換弁を制御し、前記第２の吸排気ダクト側の風路を遮断しかつ前記スタック部と改質器との間の風路を開放するように前記第２の切換弁を制御し、前記第３の吸排気ダクトを遮断しかつ改質器とファンとの間の風路を開放するように前記第３の切換弁を制御し、前記ファンを作動するように制御することを要旨とする。
【００１４】
請求項１０記載の発明は、上記課題を解決するため、前記制御手段は、第１乃至第３の温度検出手段により検出された雰囲気温度が全て規定温度に達した場合には、前記第１の吸排気ダクト側の風路を遮断しかつ前記バッテリ部とスタック部との間の風路を開放するように前記第１の切換弁を制御し、前記第２の吸排気ダクト側の風路を遮断しかつ前記スタック部と改質器との間の風路を開放するように前記第２の切換弁を制御し、前記第３の吸排気ダクト側の風路を遮断しかつ改質器とファンとの間の風路を開放するように前記第３の切換弁を制御し、前記ファンを作動するように制御することを要旨とする。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、複数の機器が配置される燃料電池ユニット内を連通して冷却風の風路となる冷却用ダクトと、冷却用ダクトの一端に配置され、風路との間で冷却風を吸引または吐出するファンと、燃料電池ユニットの機器間を連通する冷却用ダクトに接合され、外気との間で吸気または排気が可能な複数の吸排気ダクトと、冷却用ダクトとそれぞれの吸排気ダクトとの接合部位に設置され、冷却風路を切り換える複数の切換弁とを備えておき、燃料電池ユニット内に配置される複数の機器の雰囲気温度を検出し、この温度信号に基づいて、最適な冷却風路の形態になるように複数の切換弁及びファンを制御することで、温度検出手段からの温度信号から何れの機器も規定温度に達していない時には、ファンを停止させ、複数の切換弁の吸排気ダクト側を開放させて、吸排気ダクトを介して車両の上方から前記燃料電池ユニット内の気体を排気させることができ、温度条件によって、燃料電池システムの冷却風路を最適な形態に設定することができ、燃料電池システムからの排気ガスを車外に好適に排出することができる。
【００１６】
また、請求項２記載の本発明によれば、温度検出手段からの温度信号から何れかの機器が規定温度に達している時には、ファンを作動させ、規定温度に達している機器の冷却風流出側の切換弁及び当該規定温度の達している機器のファン側に設けられた切換弁を開放させ、ファンによって吸引又は吐出された冷却風を、当該規定温度に達している機器に連通している冷却用ダクトに通過させる冷却風路の形態とさせることで、温度条件によって、燃料電池システムの冷却風路を最適な形態に設定することができ、燃料電池システムからの排気ガスを車外に好適に排出することができる。
【００１７】
また、請求項３記載の本発明によれば、車両の前方から後方にバッテリ部、スタック部、改質器の順に配置される燃料電池ユニットと、車両の前方から後方に燃料電池ユニット内を連通して冷却風の風路となる冷却用ダクトと、車両の後方に位置する冷却用ダクトの一端から冷却風を吸引するファンと、バッテリ部とスタック部の間、スタック部と改質器の間、改質器とファンの間のそれぞれの冷却用ダクトに接合され、外気との間で吸気または排気が可能な第１乃至第３の吸排気ダクトと、冷却用ダクトと第１乃至第３の吸排気ダクトとのそれぞれの接合部位に設置され、冷却風路を切り換える第１乃至第３の切換弁とを備えておき、燃料電池ユニット内に配置されるバッテリ部、スタック部、改質器の雰囲気温度をそれぞれ検出し、それぞれの温度信号に基づいて、温度検出手段からの温度信号から何れかの機器が規定温度に達している時には、ファンを作動させ、規定温度に達している機器の冷却風流出側の切換弁及び当該規定温度の達している機器のファン側に設けられた切換弁を開放させ、ファンによって吸引又は吐出された冷却風を、当該規定温度に達している機器に連通している冷却用ダクトに通過させる冷却風路の形態とさせることで、バッテリ部、スタック部、改質器の雰囲気温度条件によって、燃料電池システム内に配置されるバッテリ部、スタック部、改質器毎に冷却風路を最適な形態に設定することができ、燃料電池システムからの排気ガスを車外に好適に排出することができる。
また、請求項４記載の本発明によれば、温度検出手段からの温度信号からバッテリ部、スタック部、改質器の何れかの機器が規定温度に達している時には、ファンを作動させ、規定温度に達している機器の冷却風流出側の切換弁及び当該規定温度の達している機器のファン側に設けられた切換弁を開放させ、ファンによって吸引又は吐出された冷却風を、当該規定温度に達している機器に連通している冷却用ダクトに通過させる冷却風路の形態とさせることで、バッテリ部、スタック部、改質器の雰囲気温度条件によって、燃料電池システム内に配置されるバッテリ部、スタック部、改質器毎に冷却風路を最適な形態に設定することができ、燃料電池システムからの排気ガスを車外に好適に排出することができる。
【００１８】
また、請求項５記載の本発明によれば、車両が運転状態にあるかどうかを検出するようにしておき、車両が運転状態にない場合には、バッテリ部側の風路を遮断しかつ第１の吸排気ダクトとスタック部との間の風路を開放するように第１の切換弁を制御し、第２の吸排気ダクトとスタック部及び改質器との間の風路を開放するように第２の切換弁を制御し、第３の吸排気ダクトと改質器との間の風路を開放しかつファン側の風路を遮断するように第３の切換弁を制御し、ファンを停止するように制御することで、車両停止時には、冷却用ダクトによる前後方向への空気流れが遮断され、スタック部と改質器から第１乃至第３の吸排気ダクトを介して大気への換気をきわめて良好に行うことができる。
【００１９】
また、請求項６記載の本発明によれば、検出された雰囲気温度がそれぞれの規定温度に達していない場合には、第１の吸排気ダクトとバッテリ部及びスタック部の間の風路を開放するように第１の切換弁を制御し、第２の吸排気ダクトとスタック部及び改質器との間の風路を開放するように第２の切換弁を制御し、第３の吸排気ダクトと改質器及びファンとの間の風路を開放するように第３の切換弁を制御し、ファンを停止するように制御することで、冷間始動直後では、それぞれの吸排気ダクトから大気への換気を行うことができ、ファンが停止しているので電力消費を低減することができる。
【００２０】
また、請求項７記載の本発明によれば、検出された雰囲気温度がそれぞれの規定温度に達していない場合には、第１の吸排気ダクトとバッテリ部との間の風路を開放しかつスタック部側の風路を遮断するように第１の切換弁を制御し、第２の吸排気ダクトとスタック部との間の風路を開放しかつ改質器側の風路を遮断するように第２の切換弁を制御し、第３の吸排気ダクトと改質器との間の風路を開放しかつファン側の風路を遮断するように第３の切換弁を制御し、ファンを停止するように制御することで、冷間始動直後では、第１の吸排気ダクトからバッテリ部の換気ができ、第２の吸排気ダクトからスタック部の換気ができ、第３の吸排気ダクトから改質器の換気ができ、ファンが停止しているので電力消費を低減することができる。
【００２１】
また、請求項８記載の本発明によれば、検出された雰囲気温度のうち改質器に関する雰囲気温度のみが規定温度に達した場合には、第１の吸排気ダクトとバッテリ部及びスタック部の間の風路を開放するように第１の切換弁を制御し、スタック部側の風路を遮断しかつ第２の吸排気ダクトと改質器との間の風路を開放するように第２の切換弁を制御し、第３の吸排気ダクト側の風路を遮断しかつ改質器とファンとの間の風路を開放するように第３の切換弁を制御し、ファンを作動するように制御することで、定常走行時では、第１の吸排気ダクトからバッテリ部及びスタック部の排気ができ、第２の吸排気ダクトから改質器を介してファンにより吸気することができる。
【００２２】
また、請求項９記載の本発明によれば、検出された雰囲気温度のうちスタック部と改質器に関する雰囲気温度がそれぞれの規定温度に達した場合には、バッテリ部側の風路を遮断しかつ第１の吸排気ダクトとスタック部との間の風路を開放するように第１の切換弁を制御し、第２の吸排気ダクト側の風路を遮断しかつスタック部と改質器との間の風路を開放するように第２の切換弁を制御し、第３の吸排気ダクトを遮断しかつ改質器とファンとの間の風路を開放するように第３の切換弁を制御し、ファンを作動するように制御することで、登坂走行時や加速時では、第１の吸排気ダクトからスタック部、改質器を介してファンにより吸気することができる。
【００２３】
また、請求項１０記載の本発明によれば、検出された雰囲気温度が全て規定温度に達した場合には、第１の吸排気ダクト側の風路を遮断しかつバッテリ部とスタック部との間の風路を開放するように第１の切換弁を制御し、第２の吸排気ダクト側の風路を遮断しかつスタック部と改質器との間の風路を開放するように第２の切換弁を制御し、第３の吸排気ダクト側の風路を遮断しかつ改質器とファンとの間の風路を開放するように第３の切換弁を制御し、ファンを作動するように制御することで、高温（限界）登坂走行時では、冷却用ダクトからバッテリ部、スタック部、改質器を介してファンにより吸気することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る燃料電池車両冷却システムに適応可能な車両の構成を示す平面図であり、図２は同じく側面図であり、図３は同じく背面図である。また、図３は、燃料電池ユニットの空冷冷却系とそのコントローラ部を示す図である。
【００２５】
本実施の形態では、図１〜図３に示すような乗用車Ｖを参照して、本発明の燃料電池車両冷却システムを説明する。
図１，図２において、燃料電池ユニットＦは、車体Ｂの床下に搭載されており、図１に示すように、アンダーボディーを構成するサイドメンバ１などを利用して車体Ｂにボルトなどで固定して床裏に取り付けられている。
【００２６】
燃料電池ユニットのケーシング３には、ガス排出口５を通じて、図２に示すように、車体のフロントフロアパネル５、サイドシル７、フロントピラー９、センターピラー１１及びリアピラー１３の袋構造内に配管されている吸排気ダクト１５を用いて、サイドルーフレール１７に構成されている開口部１９ａ，１９ｂ，１９ｃのルーバ部２１ａ，２１ｂ，２１ｃから大気に開放される構造の配管を有している。
【００２７】
また、車両前方部には、図２に示すように、空気冷却を行うための冷却空気導入口２３が設けられている。この冷却空気導入口２３は、図３に示すように、冷却用ダクト２５を介して、床下に配置された燃料電池ユニットＦ内部のバッテリ部２７、スタック部２９、改質器３１を連通している。この冷却用ダクト２５は、車両後方に設けられているファン３３を駆動させることで吸気可能な構造になっている。
【００２８】
さらに、床下に配置された燃料電池ユニットＦ内部を連通する冷却用ダクト２５内において、フロントピラー９、センターピラー１１及びリアピラー１３の袋構造内に配管されているガス排出口５、吸排気ダクト１５との接合部には、４方切換可能な可動式の第１切換弁３５ａ〜第３切換弁３５ｃが設けられている。
【００２９】
第１切換弁３５ａ〜第３切換弁３５ｃは、図４に示すように、それぞれ独立して制御可能であり、９０度毎に４カ所に回転可能な可動式の切換弁となっており、本切換弁をコントローラ部３７から制御することで冷却用ダクト２５内の風流れ方向を切り替えることが可能となる。
コントローラ部３７には、例えばＩＧＮ−ＳＷのように車両の運転状態を検出する運転状態検出部３９と、燃料電池ユニットＦ内の冷却用ダクト２５に設けられた第１温度センサ４１ａ〜第３温度センサ４１ｃから出力される温度信号がそれぞれ入力されており、コントローラ部３９は、第１温度センサ４１ａ〜第３温度センサ４１ｃからの温度信号に応じて冷却用ダクト２５内の風流れ方向を切り替えるための制御信号を第１切換弁３５ａ〜第３切換弁３５ｃに出力する。
【００３０】
次に、図５を参照して、図４に示す切換弁のモード毎の動作を説明する。なお、図５は、コントローラ部３７により切換弁３５を切り換えた場合の各モードでの風流れ方向を示す図である。
モード１では、風路ａが遮断され、かつ、風路ｂと風路ｃとの間が開放されるので、風路ｂから風路ｃに向かって風路が形成される。また、モード２では、風路ｃが遮断され、かつ、風路ａと風路ｂとの間が開放されるので、風路ａから風路ｂに向かって風路が形成される。さらに、モード３では、風路ｂが遮断され、かつ、風路ａと風路ｃとの間が開放されるので、風路ａから風路ｃに向かって風路が形成される。さらにまた、モード４では、風路ａと風路ｂ及び風路ｃの間が全て開放されるので、風路ａから風路ｂ，ｃに向かって風路が形成される。
【００３１】
次に、図７に示す運転パターン、図６に示すフローチャートを参照して、燃料電池車両冷却システムの動作を説明する。なお、本フローチャートは、コントローラ部３７の内部ＲＯＭに制御プログラムとして記憶されていることとする。
【００３２】
１．車両停止時
車両が車庫内に駐車している際に、ステップＳ１０では、運転状態検出部３９から出力されている車両運転状態に基づいて、車両停止状態であり、かつ燃料電池ユニットＦが非動作かどうかを判断する。車両停止状態であり、かつ燃料電池ユニットＦが非動作の場合には、ステップＳ２０に進み、図８に示すように、切換弁１，２，３をそれぞれモード１、モード４、モード３位置に切り換える。そして、ステップＳ２５では、ファン３３の動作を停止させておく。
【００３３】
この結果、車両前後方向に対して冷却用ダクト２５が閉鎖されるので、前後方向への空気流れが遮断され、車体のサイドシル７内部及び各ピラー９，１１，１３内を介して、サイドルーフレール１７の車室外側に形成された開口部１９に至る通路をガス排出口とするこができ、車両Ｖが停止中であっても大気への換気をきわめて良好に行うことができ、水素ガスなどは自然に大気中へ拡散されることとなる。
【００３４】
次に、燃料電池ユニットＦが動作した場合には、ステップＳ３０では、コントローラ部３７に設けられた内部ＲＯＭ４３に記憶されているバッテリ部２７とスタック部２９及び改質器３１に関する雰囲気規定温度Ｔｂ，Ｔｓ，Ｔｒをそれぞれレジスタに読み込む。
【００３５】
そして、ステップＳ４０では、バッテリ部２７とスタック部２９及び改質器３１にそれぞれ設けられた第１温度センサ４１ａ〜第３温度センサ４１ｃを介して雰囲気温度Ｔｂｎ，Ｔｓｎ，Ｔｒｎをコントローラ部３７に取得する。
そして、ステップＳ５０では、バッテリ部２７の雰囲気温度Ｔｂｎが規定温度Ｔｂよりも大きいかどうかを判断する。ここで、バッテリ部２７の雰囲気温度Ｔｂｎが規定温度Ｔｂよりも大きい場合には、ステップＳ１７０に進む。
【００３６】
一方、バッテリ部２７の雰囲気温度Ｔｂｎが規定温度Ｔｂ以下の場合には、ステップＳ６０に進み、スタック部２９の雰囲気温度Ｔｓｎが規定温度Ｔｓよりも大きいかどうかを判断する。ここで、スタック部２９の雰囲気温度Ｔｓｎが規定温度Ｔｓよりも大きい場合には、ステップＳ１２０に進む。
【００３７】
一方、スタック部２９の雰囲気温度Ｔｓｎが規定温度Ｔｓ以下の場合には、ステップＳ７０に進み、改質器３１の雰囲気温度Ｔｒｎが規定温度Ｔｒよりも大きいかどうかを判断する。ここで、改質器３１の雰囲気温度Ｔｒｎが規定温度Ｔｒ以下の場合には、ステップＳ８０に進む。一方、改質器３１の雰囲気温度Ｔｒｎが規定温度Ｔｒよりも大きい場合には、ステップＳ１００に進む。
【００３８】
２．冷間始動直後
ここで、図７に示す時刻ｔ０〜ｔ１のような冷間始動直後では、バッテリ部２７の雰囲気温度Ｔｂｎが規定温度Ｔｂ以下であり、かつ、動作温度が比較的中位のスタック部２９の雰囲気温度Ｔｓｎが規定温度Ｔｓ以下であり、かつ、改質器３１の雰囲気温度Ｔｒｎが規定温度Ｔｒ以下である。
【００３９】
この場合、ステップＳ８０において、図９（ａ），（ｂ）に示すように、切換弁３５ａ〜３５ｃを全てモード４または全てモード３位置に切り換える。そして、ステップＳ９０では、ファン３３の動作を停止する。
この結果、冷却風を発生させず、かつ車両前後方向の冷却用ダクト２５を通じ、かつ前記車体のサイドシル７内部及びピラー９，１１，１３内を介して、サイドルーフレール１７の車室外側に形成された開口部１９ａ〜１９ｃに至る通路をガス排出口とすることで、ファン動作を行わずに、バッテリ部の消費電力を押さえられる。
【００４０】
３．定常走行時
ここで、図７に示す時刻ｔ１〜ｔ２，ｔ５〜ｔ６のような定常走行時では、バッテリ部２７の雰囲気温度Ｔｂｎが規定温度Ｔｂ以下であり、かつ、動作温度が比較的中位のスタック部２９の雰囲気温度Ｔｓｎが規定温度Ｔｓ以下であり、かつ、改質器３１の雰囲気温度Ｔｒｎが規定温度Ｔｒよりも大きい状態である。
【００４１】
この場合、ステップＳ１１０において、図１０に示すように、切換弁３５ａ〜３５ｃをそれぞれモード４、モード１、モード２位置に切り換える。そして、ステップＳ１６０では、ファン３３を作動させる。
【００４２】
この結果、車体のサイドシル７内部及びセンターピラー１１内を介して、サイドルーフレール１７の車室外側に形成された開口部に至る通路を冷却用の空気取り入れ口として用い、燃料電池ユニット内の動作温度が比較的高い例えば改質器３１のような部位を冷却することができるとともに、スタック部２９からの非常時の水素洩れに対しては、車体のサイドシル７内部及びフロントピラー９内を介して、サイドルーフレール１７の車室外側に形成された開口部に至る通路から、大気への排出を可能としている。
【００４３】
４．登坂・加速時
ここで、図７に示す時刻ｔ２〜ｔ３のような登坂走行中や加速時、または、時刻ｔ４〜ｔ５のような登坂後の下坂走行中や減速時では、バッテリ部２７の雰囲気温度Ｔｂｎが規定温度Ｔｂ以下であり、かつ、動作温度が比較的中位のスタック部２９の雰囲気温度Ｔｓｎが規定温度Ｔｓよりも大きい状態であり、かつ、改質器３１の雰囲気温度Ｔｒｎが規定温度Ｔｒよりも大きい状態である。
【００４４】
この場合、ステップＳ１３０において、図１１に示すように、切換弁３５ａ〜３５ｃをそれぞれモード１、モード２、モード２位置に切り換える。そして、ステップＳ１４０では、ファン３３を作動させる。
【００４５】
この結果、車体のサイドシル７内部及びフロントピラー９内を介して、サイドルーフレール１７の車室外側に形成された開口部に至る通路を冷却用の空気取り入れ口として用い、燃料電池ユニット内の高温では性能を出せない例えばバッテリ部２７のような部位以外のスタック部２９や改質器３１をファン３３により吸気して冷却することができる。
【００４６】
なお、バッテリ部２７の雰囲気温度Ｔｂｎが規定温度Ｔｂ以下であり、かつ、動作温度が比較的中位のスタック部２９の雰囲気温度Ｔｓｎが規定温度Ｔｓよりも大きい状態であり、かつ、改質器３１の雰囲気温度Ｔｒｎが規定温度Ｔｒ以下である場合も構造上考えられる。
【００４７】
この場合、ステップＳ１５０において、図１１に示すように、切換弁３５ａ〜３５ｃをそれぞれモード１、モード２、モード２位置に切り換える。そして、ステップＳ１６０では、ファン３３を作動させる。
【００４８】
この結果、車体のサイドシル７内部及びフロントピラー９内を介して、サイドルーフレール１７の車室外側に形成された開口部に至る通路を冷却用の空気取り入れ口として用い、燃料電池ユニット内の高温では性能を出せない例えばバッテリ部２７のような部位以外を冷却するので、ファン３３により吸気して冷却することができる。
【００４９】
５．高温（限界）登坂走行時
ここで、図７に示す時刻ｔ３〜ｔ４のような高温（限界）登坂走行時では、バッテリ部２７の雰囲気温度Ｔｂｎが規定温度Ｔｂよりも大きい状態であり、かつ、動作温度が比較的中位のスタック部２９の雰囲気温度Ｔｓｎが規定温度Ｔｓよりも大きい状態であり、かつ、改質器３１の雰囲気温度Ｔｒｎが規定温度Ｔｒよりも大きい状態である。
【００５０】
この場合、ステップＳ１７０において、図１２に示すように、切換弁３５ａ〜３５ｃを全てモード２位置に切り換える。そして、ステップＳ１８０では、ファン３３を作動させる。
【００５１】
この結果、車体のサイドシル７内部及びフロントピラー９、センターピラー１１，リアピラー１３内を介して、サイドルーフレール１７の車室外側に形成された開口部に至る通路を閉鎖し、車両前方からの冷却空気導入口２３から、ファン３３との間を通じる冷却用ダクト２５を用いて、バッテリ部２７から改質器３１に至るシステム全体をファン３３により吸気して冷却することができる。
【００５２】
このように、車両の運転状態に応じて変化する燃料電池ユニットの各部の温度センサ状態に基づいて、切換弁３５ａ〜３５ｃの切換モードを変更することで、車両の様々な状態に応じて、冷却空気の経路と、大気への流通性に富んだガス排出路との切換を行うことができ、不要な冷却を行わずに、空冷経路を最適化し、かつ、排気ガスの大気への拡散性を向上することができる。
【００５３】
なお、上記実施の形態では、比較的低温の部位としてバッテリ部、比較的中位の温度部位としてスタック部、比較的高温の部位として改質器を、車両の前方から後方に向かって順番にレイアウトしている場合について説明しているが、本発明はこのようなレイアウトに限られることなく、燃料電池ユニットを構成する各部の組み合わせやレイアウトの順番は、適応される車両の構造に応じて適宜変更することができる。
【００５４】
また、本実施の形態では、冷却風を送るファンの位置を車両の後方に設け、このファンによる吸引の例を用いて説明したが、車両の前方から外気を吸い込み冷却用ダクトに吐出するファンを設け、同等の機能を有する構造に適宜変更することができる。
【００５５】
さらに、本実施の形態では、燃料電池ユニット内に設けられている温度センサは、比較的低温の部位としてバッテリ部、比較的中位の温度部位としてスタック部、比較的高温の部位として改質器の各部位毎に温度検出を持つとしているが、燃料電池ユニットの一カ所の温度を温度センサにより検出するようにしておき、この温度センサからの温度信号に基づいて、他の部位での温度を推定することで、切換弁への制御信号を出力するように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池車両冷却システムに適応可能な車両の後部平面図である。
【図２】本発明の燃料電池車両冷却システムに適応可能な車両の側部平面図である。
【図３】燃料電池ユニットの空冷冷却系とそのコントローラ部を示す図である。
【図４】冷却用ダクトと吸排気ダクトとの間に設けられた切換弁を示す側面図である。
【図５】コントローラ部３７により切換弁３５を切り換えた場合の各モードでの風流れ方向を示す図である。
【図６】燃料電池車両冷却システムのコントローラ部の動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】燃料電池ユニットの温度状態を示す運転パターンである。
【図８】車両停止状態での燃料電池ユニットの風路状態を示す図である。
【図９】冷間始動直後の燃料電池ユニットの風路状態を示す図（ａ），（ｂ）である。
【図１０】定常走行時での燃料電池ユニットの風路状態を示す図である。
【図１１】登坂走行時／加速時での燃料電池ユニットの風路状態を示す図である。
【図１２】高温（限界）登坂走行時での燃料電池ユニットの風路状態を示す図である。
【符号の説明】
Ｂ  車体
Ｆ  燃料電池ユニット
１  サイドメンバ
３  ケーシング
５  ガス排出口
７  サイドシル
９  フロントピラー
１１  センターピラー
１３  リアピラー
１７  サイドルーフレール
１９ａ〜１９ｃ  開口部
２１ａ〜２１ｃ  ルーパ
２３  冷却空気導入口
２５  冷却用ダクト
２７  バッテリ部
２９  スタック部
３１  改質器
３３  ファン
３５ａ〜３５ｃ  切換弁
３７  制御コントローラ
３９  運転状態検出部
４１ａ〜ｃ  温度センサ
【図１】
0003885445.tif 000002
【図２】
0003885445.tif 000003
【図３】
0003885445.tif 000004
【図４】
0003885445.tif 000005
【図５】
0003885445.tif 000006
【図６】
0003885445.tif 000007
【図７】
0003885445.tif 000008
【図８】
0003885445.tif 000009
【図９】
0003885445.tif 000010
【図１０】
0003885445.tif 000011
【図１１】
0003885445.tif 000012
【図１２】
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