(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池（３０）を駆動電力源とする車両に配設された冷凍サイクル（１０）に、
送入された冷媒を圧縮・吐出するコンプレッサ（１１）と、
該冷媒の熱を外気に放出する車室外熱交換器（１４）と、
該車室外熱交換器（１４）で放熱した冷媒を膨張させる膨張手段（１８）と、  内外気が選択的に導入される車室内空気流路（２０）中に配設され、前記膨張手段（１８）によって膨張された冷媒に該車室内空気流路（２０）を流れる空気の熱が吸熱される吸熱用車室内熱交換器（１９）とを備え、
前記燃料電池（３０）内を循環するスタック冷却水と該冷凍サイクル（１０）内を循環する冷媒との間で熱の授受が行われる廃熱熱交換器（３１、３２）と、  車室内空気流路（２０）中に配設され、前記コンプレッサ（１１）で圧縮された冷媒の熱によって該車室内空気流路（２０）中に流れる空気を加熱する放熱用車室内熱交換器（１７）と、
前記コンプレッサ（１１）出口から前記車室外熱交換器（１４）を通じて前記膨張手段（１８）に連通される第１の冷媒ライン（４１）と、
前記車室外熱交換器（１４）を迂回し、前記コンプレッサ（１１）出口から該放熱用車室内熱交換器（１７）を通じて前記膨張手段（１８）に連通される第２の冷媒ライン（４２）と、
第１の冷媒ライン（４１）と第２の冷媒ライン（４２）を選択的に切替える切替え手段（１２）と、
前記スタック冷却水を介して前記廃熱熱交換器（３１、３２）と熱の授受が可能な位置に加熱器（３３）とを備え、
該加熱器（３３）によって該スタック冷却水を加熱しつつ循環させて、燃料電池スタックを加熱することを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用空調装置において、
廃熱熱交換器（３１、３２）で授受される熱量を制御する熱交換制御手段（３１ａ、３２ａ）を設けたことを特徴とする車両用空調装置。
【請求項３】
請求項１、または請求項２に記載の車両用空調装置において、
前記吸熱用車室内熱交換器（１９）冷媒出口と前記コンプレッサ（１１）入口との間に前記廃熱熱交換器（３１）が設けられたことを特徴とする車両用空調装置。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の車両用空調装置において、
前記コンプレッサ（１１）出口と前記車室内熱交換器（１７）冷媒入口との間に前記廃熱熱交換器（３２）が設けられたことを特徴とする車両用空調装置。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の車両用空調装置において、
前記加熱器（３３）の熱源が、前記燃料電池に供給される水素を酸化反応させることで発生する反応熱であることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項６】
請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の車両用空調装置において、
前記加熱器（３３）の熱源が、前記燃料電池から排出される水素を酸化反応させることで発生する反応熱であることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項７】
請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の車両用空調装置において、
前記加熱器（３３）が、前記燃料電池の電力を利用した電気ヒータであることを特徴とする車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車室内の温度環境を調整する車両用空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用空調装置は周知のように、ユニットケース内に導入された空気と冷媒との間で熱交換を行わせるエバポレータユニットと、送風空気を加熱するヒータユニットと、送風ユニットとに分けて構成したものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記従来技術の車両用空調装置では、ヒータユニットの熱源に稼働中のエンジンを冷却するエンジン冷却水が用いられているため、燃料電池を駆動電力源とする燃料電池車両には適用することができなかった。
【０００４】
そこで、本発明は、燃料電池を駆動電力源とする車両の車室内の温度環境を調整する車両用空調装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【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、燃料電池を駆動電力源とする車両に配設された冷凍サイクルに、送入された冷媒を圧縮・吐出するコンプレッサと、該冷媒の熱を外気に放出する車室外熱交換器と、該車室外熱交換器で放熱した冷媒を膨張させる膨張手段と、内外気が選択的に導入される車室内空気流路中に配設され、前記膨張手段によって膨張された冷媒に該車室内空気流路を流れる空気の熱が吸熱される吸熱用車室内熱交換器とを備え、前記燃料電池内を循環するスタック冷却水と該冷凍サイクル内を循環する冷媒との間で熱の授受が行われる廃熱熱交換器と、車室内空気流路中に配設され、前記コンプレッサで圧縮された冷媒の熱によって該車室内空気流路中に流れる空気を加熱する放熱用車室内熱交換器と、前記コンプレッサ出口から前記車室外熱交換器を通じて前記膨張手段に連通される第１の冷媒ラインと、前記車室外熱交換器を迂回し、前記コンプレッサ出口から該放熱用車室内熱交換器を通じて前記膨張手段に連通される第２の冷媒ラインと、第１の冷媒ラインと第２の冷媒ラインを選択的に切替える切替え手段と、前記スタック冷却水を介して前記廃熱熱交換器と熱の授受が可能な位置に加熱器とを備え、該加熱器によって該スタック冷却水を加熱しつつ循環させて、燃料電池スタックを加熱することを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項１に記載の車両用空調装置において、廃熱熱交換器授受される熱量を制御する熱交換制御手段を設けたことを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項１、または請求項２に記載の車両用空調装置において、前記吸熱用車室内熱交換器冷媒出口と前記コンプレッサ入口との間に前記廃熱熱交換器が設けられたことを特徴とする。
【０００８】
請求項４記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の車両用空調装置において、前記コンプレッサ出口と前記車室内熱交換器冷媒入口との間に前記廃熱熱交換器が設けられたことを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の車両用空調装置において、前記加熱器の熱源が、前記燃料電池に供給される水素を酸化反応させることで発生する反応熱であることを特徴とする。
【００１１】
請求項７記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項５に記載の車両用空調装置において、前記加熱器の熱源が、前記燃料電池から排出される水素を酸化反応させることで発生する反応熱であることを特徴とする。
【００１２】
請求項８記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項５に記載の車両用空調装置において、前記加熱器が、前記燃料電池の電力を利用した電気ヒータであることを特徴とする。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、冷凍サイクルを循環する冷媒によって車室内空気流路を流れる空気が加熱されるので、燃料電池を起動した直後の燃料電池スタックが十分に暖まっておらず、スタック冷却水によって空調風を加熱することができない状態でも、速やかに且つ急速に除湿暖房運転を開始することができ、暖房運転開始後も、外気導入および内気循環を問わず、さらに燃料電池の運転状態に関わらず、安定した除湿暖房運転を行うことが可能な車両用空調装置を提供することができる。
【００１４】
また、燃料電池の廃熱を冷媒の加熱に用いることで、車両全体の動力効率を改善することができる。
さらに、廃熱熱交換器と熱の授受が可能な位置に加熱器を設けたことで、スタック冷却水の温度が低くて冷媒を加熱できない場合に、加熱器を用いて冷媒を加熱することができるので、速やかに且つ急速に除湿暖房運転を開始することができる。
【００１５】
請求項２記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、廃熱熱交換器を通過するスタック冷却水の流量を制御する熱交換制御手段を設けることで、廃熱熱交換器でスタック冷却水と冷媒との間で授受される熱量を制御することができる。
【００１６】
これにより、送風空気が放熱用車室内熱交換器で冷媒から伝えられる熱量が安定するため、車室内に送風される送風空気の温度制御を簡素化することができる。
【００１７】
請求項３記載の発明によれば、吸熱用車室内熱交換器とコンプレッサの間に廃熱熱交換器を設けることで冷媒を加熱し、コンプレッサ吐出圧を速やかに昇圧することができるため、速やかに且つ急速に除湿暖房運転を開始することができる。
【００１８】
請求項４記載の発明によれば、コンプレッサ出口と車室内放熱用熱交換器の間に廃熱熱交換器を設けて、冷媒を加熱することで、車室内放熱用熱交換器で送風空気に伝えられる熱量を増加させ、速やかに且つ急速に除湿暖房運転を開始することができる。
【００１９】
また、冷媒を加熱するためにコンプレッサで冷媒を過度に圧縮する必要がないため、冷凍サイクルの耐圧性能を低減することができる。
【００２０】
これにより、冷凍サイクルの低コスト化、および耐用年数の延長を行うことができる。
【００２２】
請求項５記載の発明によれば、燃料電池の燃料成分である水素を酸化させ、このときに発生する反応熱を利用して冷媒を加熱することができるので、冷媒を加熱するための燃料を別途用意する必要がないため、加熱器を簡素化することができる。
【００２３】
請求項６記載の発明によれば、燃料電池の燃料成分である水素を酸化させ、このときに発生する反応熱を利用して冷媒を加熱することができるので、冷媒を加熱するための燃料を別途用意する必要がないため、加熱器を簡素化することができる。
【００２４】
また、加熱器に利用される水素は、燃料電池スタックで発電反応に利用されずに排出された水素なので、車両全体の燃料消費率を改善することができる。
【００２５】
請求項７記載の発明によれば、加熱器として使用する電気ヒータは、比較的小型・軽量で、且つ制御性に優れているので、車両用空調装置を大型化することなく、速やかに冷媒を加熱することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して本発明の参考例、および実施形態を詳細に説明する。
【００２７】
図１は、本発明に係る車両用空調装置１の第１参考例の構成を示すシステム構成図である。
【００２８】
この車両用空調装置１は、ヒートポンプ方式の冷凍サイクル１０と燃料電池３０のスタック冷却水を循環させる温水ライン５０とに分けることができ、さらに車室内と車室外とに分けられて配設されている。
【００２９】
この冷凍サイクル１０は、冷媒を圧縮するコンプレッサ１１と、冷媒の熱を外気に放出する車室外熱交換器としてのメインコンデンサ１４と、送風空気に冷媒の熱を放出する放熱用車室内熱交換器としてのサブコンデンサ１７と、冷媒を膨張させる膨張手段としての膨張弁１８と、膨張した冷媒に送風空気の熱を伝える吸熱用車室内熱交換器としてのエバポレータ１９と、燃料電池スタック３０ａの廃熱を冷媒に伝える廃熱熱交換器としてのエバポレータ出口熱交換器３１とから構成されている。
【００３０】
また、冷凍サイクル１０は、コンプレッサ１１下流で冷媒ライン４０が、メインコンデンサ１４に通じる第１の冷媒ライン４１と、メインコンデンサ１４をバイパスする第２の冷媒ライン４２とに分岐されており、この分岐部に第１の冷媒ライン４１と第２の冷媒ライン４２とを選択的に切替える切替弁１２が配設され、冷媒の流れを必要に応じて切替えられる。
【００３１】
第１の冷媒ライン４１には、メインコンデンサ１４と逆止弁１５が配設され、メインコンデンサ１４を通過した冷媒が逆流しないようになっている。
【００３２】
第２の冷媒ライン４２には、逆止弁１３が配設され、メインコンデンサ１４をバイパスした冷媒が逆流しないようになっている。
【００３３】
また、第１の冷媒ライン４１と第２の冷媒ライン４２は、逆止弁１３、１５の下流に設けられた合流部１６で合流されるので、各冷媒ライン４１、４２を通過した冷媒がお互いのラインに流入することはない。
【００３４】
合流部１６の下流には、サブコンデンサ１７が車室内に設けられた車室内空気流路２０内に配設されている。
【００３５】
サブコンデンサ１７の下流には、膨張弁１８が車室外に設けられ、さらに膨張弁の下流にエバポレータ１９が車室内空気流路２０内に配設されている。
【００３６】
エバポレータ１９の下流側は、エバポレータ出口熱交換器３１を介してコンプレッサ１１に通じている。
【００３７】
温水ライン５０は、燃料電池３０の燃料電池スタック３０ａとエバポレータ出口熱交換器３１の間をスタック冷却水が循環可能に配管されている。
【００３８】
車室内に配設される車室内空気流路２０には、外気導入口２１と、内気導入口２２と、外気と内気を選択的に切替える内外気切替ドア２３と、外気および内気を車室内空気流路２０に導入するブロアファン２４と、エバポレータ１９と、サブコンデンサ１７をバイパスするバイパス路２５ａと、サブコンデンサ１７を通過する加熱路２５ｂと、バイパス路２５ａと加熱路２５ｂとの開閉を行い通過する風量を調節するエアミックスドア２５と、車室内に通じる吹出口２７ａ、２８ａ、２９ａの開閉を行うモードドア２７、２８、２９が設けられている。
【００３９】
−冷房運転−
冷房運転中の冷凍サイクル１０は、切替弁１２によって第１の冷媒ライン４１が選択されている。
【００４０】
コンプレッサ１１で圧縮された高温高圧状態の冷媒は、切替弁１２を通じてメインコンデンサ１４に送られ外気に熱を放出する。メインコンデンサ１４で熱を放出して低温高圧状態の冷媒は、逆止弁１５と合流部１６とサブコンデンサ１７を通じて膨張弁１８に送入されて断熱膨張する。
【００４１】
断熱膨張して低温低圧状態の冷媒はエバポレータ１９に送入され、送風空気から熱を奪い、送風空気を冷却・除湿する。
【００４２】
冷房運転時には、燃料電池スタック３０ａの廃熱で冷媒を加熱する必要がないので、エバポレータ出口熱交換器３１にスタック冷却水を循環させない。
【００４３】
これにより、エバポレータ１９を通過した冷媒は、エバポレータ出口熱交換器３１で熱の授受は行われないままコンプレッサ１１に送入される。
【００４４】
車室内空気流路２０では、乗員の要求に応じて、外気、および内気が車室内空気流路２０にブロアファン２４よって取入れられ、エバポレータ１９で冷却・除湿される。
【００４５】
エバポレータ１９で冷却・除湿された送風空気は、エアミックスドア２５で加熱路２５ｂとバイパス路２５ａに分配され、サブコンデンサ１７で加熱された一部の送風空気とバイパス路２５ａを通過した残りの送風空気とが混合され、乗員が所望する温度に調節された空調風が各吹出口２７ａ、２８ａ、２９ａから車室内に送風される。
【００４６】
−暖房運転−
暖房運転中の冷凍サイクル１０は、切替弁１２によって第２の冷媒ライン４２が選択されている。
【００４７】
コンプレッサ１１で圧縮された高温高圧状態の冷媒は、切替弁１２を通じてメインコンデンサ１４をバイパスし、逆止弁１３と合流部１６を通じてサブコンデンサ１７に送入される。
【００４８】
サブコンデンサ１７に送入された冷媒は、送風空気に熱を放出することで送風空気を加熱する。
【００４９】
サブコンデンサ１７で熱を放出し低温高圧状態の冷媒は、膨張弁１８に送入されて断熱膨張する。
【００５０】
断熱膨張して低温低圧状態の冷媒はエバポレータ１９に送入され、送風空気から熱を奪い、送風空気を冷却・除湿する。
【００５１】
暖房運転時には、燃料電池スタック３０ａの廃熱で低温低圧状態の冷媒を加熱するために、エバポレータ出口熱交換器３１にスタック冷却水を循環させる。これにより、エバポレータ１９を通過した冷媒は、エバポレータ出口熱交換器３１でさらに加熱され、コンプレッサ１１に送入される。
【００５２】
車室内空気流路２０では、冷房運転時と同様に、乗員の要求に応じて、外気、および内気が車室内空気流路２０にブロアファン２４よって取入れられ、エバポレータ１９で冷却・除湿される。
【００５３】
エバポレータ１９で冷却・除湿された送風空気は、エアミックスドア２５で加熱路２５ｂとバイパス路２５ａに分配され、サブコンデンサ１７で加熱された一部の送風空気とバイパス路２５ａを通過した残りの送風空気とが混合され、乗員が所望する温度に調節された空調風が各吹出口２７ａ、２８ａ、２９ａから車室内に送風される。
【００５４】
−作用−
本参考例では、冷凍サイクルを循環する冷媒によって車室内空気流路２０を流れる空気が加熱されるので、燃料電池３０を起動した直後の燃料電池スタック３０ａが十分に暖まっていない状態でも、速やかに且つ急速な除湿暖房運転を開始することができ、暖房運転開始後も、外気導入および内気循環を問わず、さらに燃料電池３０の運転状態に関わらず、安定した除湿暖房運転を行うことができる。
【００５５】
つまり、低温外気環境下に長時間放置された燃料電池３０は、起動しても燃料電池スタック３０ａが十分な発電を行える温度に上昇するまでに時間がかかるため、燃料電池３０の廃熱を利用して送風空気を加熱することができない状態がしばらく続くため、この状態で暖房運転を開始しても温風が送風されず、乗員に不快感を与えるために暖房運転を始められない。
【００５６】
しかし、送風空気を暖めることができないくらい燃料電池スタック３０ａの温度が低くても、スタック冷却水で冷媒を暖め、コンプレッサ吐出圧を高めていくことは可能である。
【００５７】
そこで、本参考例では、エバポレータ１９出口とコンプレッサ１１入口の間に廃熱熱交換器としてのエバポレータ出口熱交換器３１を配設し、燃料電池スタック３０ａから放出される熱で冷媒を加熱することで、コンプレッサ吐出圧を速やかに上昇させ、サブコンデンサ１７から放出される熱によって送風空気を暖める構成となっている。
【００５８】
これにより、燃料電池３０を起動した直後から速やかに暖房運転を開始することが可能になり、極めて良好な急速除湿暖房性能を発揮することができる。
【００５９】
つまり、除湿のために車室内空気流路に低温外気を導入した場合、従来は送風空気の温度が急激に下がるため、安定した暖房性能を確保するのが困難であったが、本参考例は、スタック冷却水で冷媒を加熱して、エバポレータ１９での過度の圧力低下を防止し、コンプレッサ吐出圧を高い状態で維持させることで、サブコンデンサ１７での冷媒の放熱量を増大させることが可能なため、安定した暖房性能を確保しながら車室内の除湿を行うことができる。
【００６０】
また、内気循環を行った場合、送風空気によってエバポレータ１９が過度に冷やされることはないため、冷媒はエバポレータ１９で送風空気から熱を奪い、送風空気が除湿される。なお、スタック冷却水で冷媒を加熱することでコンプレッサ吐出圧が速やかに上昇するので、サブコンデンサ１７の放熱量が高い状態で安定し、十分な暖房性能を確保することができるため、従来から行われていた煩雑な外気と内気の送風量制御が不要になる。
【００６１】
加えて、燃料電池スタック３０ａの廃熱を利用して低温低圧冷媒を加熱することにより、冷媒のコンプレッサ吐出圧・吐出温度が上昇し、サブコンデンサでの空調風の加熱量を増加することができる。また、空調風への加熱量を一定にした場合には、コンプレッサを駆動する動力を軽減することができる。したがって、コンプレッサ１１の所要動力が軽減されることで車両全体の効率を向上させることができる。
【００６２】
さらに、外気と内気のどちらを導入しても十分な除湿性能と暖房性能を併せ持つため、乗員が外気導入と、内気循環とを自由に選択することが可能になる。
【００６３】
なお、本参考例では、エバポレータ出口熱交換器３１でスタック冷却水と冷媒との間で熱交換を行うか、行わないかを選択的に切替えることができる構成となっている。たとえば、これを実現するには、低温低圧冷媒の流路を２系統設け、第１の流路はスタック冷却水と熱交換し、第２の流路はスタック冷却水と熱交換をしない経路を構成し、さらに、この第１、第２の流路を切替える切替弁を別途設ければよい。
【００６４】
図２は、本発明に係る車両用空調装置１の第２参考例の構成を示すシステム構成図である。
【００６５】
本参考例と第１参考例との相違点は、第１参考例では廃熱熱交換器としてのエバポレータ出口熱交換器３１をエバポレータ１９出口とコンプレッサ１１入口との間に配設していたが、本参考例では廃熱熱交換器としてのコンプレッサ出口熱交換器３２を合流部１６出口とサブコンデンサ１７入口との間に配設した点である。
【００６６】
したがって、温水ライン５０は、燃料電池３０の燃料電池スタック３０ａとコンプレッサ出口熱交換器３２の間をスタック冷却水が循環可能に配管されている。
【００６７】
なお、構成が同一の箇所に関する説明は省略する。
【００６８】
−冷房運転−
冷房運転中の冷凍サイクル１０は、切替弁１２によって第１の冷媒ライン４１が選択されている。
【００６９】
コンプレッサ１１で圧縮された高温高圧状態の冷媒は、切替弁１２を通じてメインコンデンサ１４に送られ外気に熱を放出する。メインコンデンサ１４で熱を放出して低温高圧状態の冷媒は、逆止弁１５と合流部１６を通じて、コンプレッサ出口熱交換器３２に送入される。
【００７０】
冷房運転時には、燃料電池スタック３０ａの廃熱で冷媒を加熱する必要がないので、コンプレッサ出口熱交換器３２にスタック冷却水を循環させない。これにより、コンプレッサ出口熱交換器３２で熱の授受は行われないまま、外気に熱を放出して低温高圧状態の冷媒はサブコンデンサ１７を通じて膨張弁１８に送入されて断熱膨張する。
【００７１】
断熱膨張して低温低圧状態の冷媒はエバポレータ１９に送入され、送風空気から熱を奪い、送風空気を冷却・除湿して、コンプレッサ１１に送入される。
【００７２】
車室内空気流路２０では、乗員の要求に応じて、外気、および内気が車室内空気流路２０にブロアファン２４よって取入れられ、エバポレータ１９で冷却・除湿される。
【００７３】
エバポレータ１９で冷却・除湿された送風空気は、エアミックスドア２５で加熱路２５ｂとバイパス路２５ａに分配され、サブコンデンサ１７で加熱された一部の送風空気とバイパス路２５ａを通過した残りの送風空気とが混合され、乗員が所望する温度に調節された空調風が各吹出口２７ａ、２８ａ、２９ａから車室内に送風される。
【００７４】
−暖房運転−
暖房運転中の冷凍サイクル１０は、切替弁１２によって第２の冷媒ライン４２が選択されている。
【００７５】
コンプレッサ１１で圧縮された高温高圧状態の冷媒は、切替弁１２によってメインコンデンサ１４をバイパスし、逆止弁１３と合流部１６を通じてコンプレッサ出口熱交換器３２に送入される。
【００７６】
暖房運転時には、燃料電池スタック３０ａの廃熱で高温高圧状態の冷媒をさらに加熱するために、コンプレッサ出口熱交換器３２にスタック冷却水を循環させる。これにより、メインコンデンサ１４をバイパスして高温高圧状態の冷媒は、コンプレッサ出口熱交換器３２でさらに加熱され、サブコンデンサ１７に送入される。
【００７７】
サブコンデンサ１７に送入された冷媒は、送風空気に熱を放出することで送風空気を加熱する。
【００７８】
サブコンデンサ１７で熱を放出し低温高圧状態の冷媒は、膨張弁１８に送入されて断熱膨張する。
【００７９】
断熱膨張して低温低圧状態の冷媒はエバポレータ１９に送入され、送風空気から熱を奪い、送風空気を冷却・除湿する。
【００８０】
エバポレータ１９を通過した冷媒は、コンプレッサ１１に送入される。
【００８１】
車室内空気流路２０では、冷房運転時と同様に、乗員の要求に応じて、外気、および内気が車室内空気流路２０にブロアファン２４よって取入れられ、エバポレータ１９で冷却・除湿される。
【００８２】
エバポレータ１９で冷却・除湿された送風空気は、エアミックスドア２５で加熱路２５ｂとバイパス路２５ａに分配され、サブコンデンサ１７で加熱された一部の送風空気とバイパス路２５ａを通過した残りの送風空気とが混合され、乗員が所望する温度に調節された空調風が各吹出口２７ａ、２８ａ、２９ａから車室内に送風される。
【００８３】
−作用−
本参考例では、コンプレッサ１１出口とサブコンデンサ１７入口の間に廃熱熱交換器としてのコンプレッサ出口熱交換器３２を配設し、燃料電池スタック３０ａから放出される熱で冷媒を加熱することで、冷媒の温度を速やかに上昇させ、サブコンデンサ１７から放出される熱によって送風空気を暖める構成となっている。
【００８４】
これにより、冷凍サイクル１０を循環する冷媒によって車室内空気流路２０を流れる空気が加熱されるので、燃料電池３０を起動した直後の燃料電池スタック３０ａが十分に暖まっていない状態でも、速やかに且つ急速な除湿暖房運転を開始することができ、暖房運転開始後も、外気導入および内気循環を問わず、さらに燃料電池３０の運転状態に関わらず、極めて良好な急速除湿暖房性能を発揮することができる。
【００８５】
つまり、除湿のために車室内空気流路に低温外気を導入した場合、従来は送風空気の温度が急激に下がるため、安定した暖房性能を確保するのが困難であったが、本参考例は、コンプレッサで圧縮された高温高圧状態の冷媒をスタック冷却水でさらに加熱するので、エバポレータ１９での過度の圧力低下を防止し、コンプレッサ吐出圧を高い状態で維持させることができる。
【００８６】
これにより、サブコンデンサ１７での冷媒の放熱量を増大させることが可能になるため、安定した暖房性能を確保しながら車室内の除湿を行うことができる。
【００８７】
また、内気循環を行った場合、送風空気によってエバポレータ１９が過度に冷やされることはないため、冷媒はエバポレータ１９で送風空気から熱を奪い、送風空気が除湿される。なお、スタック冷却水で冷媒を加熱することでコンプレッサ吐出圧が速やかに上昇するので、サブコンデンサ１７の放熱量が高い状態で安定し、十分な暖房性能を確保することができるため、従来から行われていた煩雑な外気と内気の送風量制御が不要になる。
【００８８】
さらに、外気と内気のどちらを導入しても十分な除湿性能と暖房性能を併せ持つため、乗員が外気導入と、内気循環とを自由に選択することが可能になる。
【００８９】
また、燃料電池３０を起動した直後で燃料電池スタック３０ａが十分に暖まっておらず、スタック冷却水がコンプレッサ１１で圧縮された冷媒の温度よりも低い場合には、コンプレッサ出口熱交換器３２にスタック冷却水を循環させることにより燃料電池スタック３１ａを加熱することが可能である。
【００９０】
これにより、速やかに燃料電池３０を定格発電状態に移行させることができるので、燃料電池３０の発電起動性を改善することができる。
【００９１】
図３は、本発明に係る車両用空調装置１の第１実施形態の構成を示すシステム構成図である。
【００９２】
本実施形態と第１参考例との相違点は、廃熱熱交換器としてのエバポレータ出口熱交換器３１と熱の授受が可能な位置に、加熱器としての電気ヒータ３３を設けた点である。
【００９３】
つまり、電気ヒータ３３が発生した熱をエバポレータ出口熱交換器３１を介して冷媒に伝えられるように、電気ヒータ３３が配設されている。
【００９４】
なお、構成が同一の箇所に関する説明は省略する。
【００９５】
−冷房運転−
冷房運転中の冷凍サイクル１０は、切替弁１２によって第１の冷媒ライン４１が選択されている。
【００９６】
コンプレッサ１１で圧縮された高温高圧状態の冷媒は、切替弁１２を通じてメインコンデンサ１４に送られ外気に熱を放出する。メインコンデンサ１４で熱を放出して低温高圧状態の冷媒は、逆止弁１５と合流部１６とサブコンデンサ１７を通じて膨張弁１８に送入されて断熱膨張する。
【００９７】
断熱膨張して低温低圧状態の冷媒はエバポレータ１９に送入され、送風空気から熱を奪い、送風空気を冷却・除湿する。
【００９８】
冷房運転時には、燃料電池スタック３０ａの廃熱で冷媒を加熱する必要がないので、エバポレータ出口熱交換器３１にスタック冷却水を循環させないとともに、電気ヒータ３３はＯＦＦの状態である。これにより、エバポレータ１９を通過した冷媒は、エバポレータ出口熱交換器３１で熱の授受は行われないままコンプレッサ１１に送入される。
【００９９】
車室内空気流路２０では、乗員の要求に応じて、外気、および内気が車室内空気流路２０にブロアファン２４よって取入れられ、エバポレータ１９で冷却・除湿される。
【０１００】
エバポレータ１９で冷却・除湿された送風空気は、エアミックスドア２５で加熱路２５ｂとバイパス路２５ａに分配され、サブコンデンサ１７で加熱された一部の送風空気とバイパス路２５ａを通過した残りの送風空気とが混合され、乗員が所望する温度に調節された空調風が各吹出口２７ａ、２８ａ、２９ａから車室内に送風される。
【０１０１】
−暖房運転−
暖房運転中の冷凍サイクル１０は、切替弁１２によって第２の冷媒ライン４２が選択されている。
【０１０２】
コンプレッサ１１で圧縮された高温高圧状態の冷媒は、切替弁１２を通じてメインコンデンサ１４をバイパスし、逆止弁１３と合流部１６を通じてサブコンデンサ１７に送入される。
【０１０３】
サブコンデンサ１７に送入された冷媒は、送風空気に熱を放出することで送風空気を加熱する。
【０１０４】
サブコンデンサ１７で熱を放出し低温高圧状態の冷媒は、膨張弁１８に送入されて断熱膨張する。
【０１０５】
断熱膨張して低温低圧状態の冷媒はエバポレータ１９に送入され、送風空気から熱を奪い、送風空気を冷却・除湿する。
【０１０６】
暖房運転時には、燃料電池スタック３０ａの廃熱で低温低圧状態の冷媒を加熱するために、エバポレータ出口熱交換器３１にスタック冷却水を循環させる。これにより、エバポレータ１９を通過した冷媒は、エバポレータ出口熱交換器３１で受熱し、コンプレッサ１１に送入される。
【０１０７】
また、燃料電池を起動した直後の燃料電池スタックが十分に暖まっていない状態で、スタック冷却水温度が冷媒を加熱するまでに至っていない場合には、電気ヒータ３３をＯＮにしてエバポレータ出口熱交換器３１を通過する冷媒を加熱し、暖房運転を開始する。
【０１０８】
車室内空気流路２０では、冷房運転時と同様に、乗員の要求に応じて、外気、および内気が車室内空気流路２０にブロアファン２４よって取入れられ、エバポレータ１９で冷却・除湿される。
【０１０９】
エバポレータ１９で冷却・除湿された送風空気は、エアミックスドア２５で加熱路２５ｂとバイパス路２５ａに分配され、サブコンデンサ１７で加熱された一部の送風空気とバイパス路２５ａを通過した残りの送風空気とが混合され、乗員が所望する温度に調節された空調風が各吹出口２７ａ、２８ａ、２９ａから車室内に送風される。
【０１１０】
−作用−
第１参考例と同様に、冷凍サイクルを循環する冷媒によって車室内空気流路２０を流れる空気が加熱されるので、燃料電池３０を起動した直後の燃料電池スタック３０ａが十分に暖まっていない状態でも、速やかに且つ急速な除湿暖房運転を開始することができ、暖房運転開始後も、外気導入および内気循環を問わず、さらに燃料電池３０の運転状態に関わらず、安定した除湿暖房運転を行うことができる。
【０１１１】
また、エバポレータ１９を通過した冷媒を電気ヒータ３３によって加熱することで、より速やかに空調風の吹出し温度を上昇させることができる。
【０１１２】
さらに、電気ヒータ３３が、エバポレータ出口熱交換器３１と熱交換が可能な位置に配設されているので、燃料電池３０を起動した直後で燃料電池スタック３０ａが十分に暖まっていない状態では、電気ヒータ３３によって冷媒を加熱するだけでなく、スタック冷却水を加熱しつつ循環させて、燃料電池スタック３０ａを加熱することで、速やかに燃料電池３０を定格発電状態に移行させることができるので、燃料電池３０の発電機動性を改善することができる。
【０１１３】
図４は、本発明に係る車両用空調装置１の第３参考例の構成を示すシステム構成図である。
【０１１４】
本参考例と第１参考例との相違点は、廃熱熱交換器としてのエバポレータ出口熱交換器３１と燃料電池スタック３０ａとの間を循環する温水配管５１に熱交換制御手段としての第１の熱交換制御手段３１ａと、廃熱熱交換器としてのコンプレッサ出口熱交換器３２と、コンプレッサ出口熱交換器３２と燃料電池スタック３０ａとの間を循環する温水配管５２に熱交換制御手段としての第２の熱交換制御手段３２ａを設けた点である。
【０１１５】
つまり、温水配管５１、５２は、燃料電池３０の燃料電池スタック３０ａとエバポレータ出口熱交換器３１の間、および燃料電池３０の燃料電池スタック３０ａとコンプレッサ出口熱交換器３２の間をスタック冷却水が循環可能に配管されている。
【０１１６】
なお、構成が同一の箇所に関する説明は省略する。
【０１１７】
−冷房運転−
冷房運転中の冷凍サイクル１０は、切替弁１２によって第１の冷媒ライン４１が選択されている。
【０１１８】
コンプレッサ１１で圧縮された高温高圧状態の冷媒は、切替弁１２を通じてメインコンデンサ１４に送られ外気に熱を放出する。メインコンデンサ１４で熱を放出して低温高圧状態の冷媒は、逆止弁１５と合流部１６を通じてコンプレッサ出口熱交換器３２に送入される。
【０１１９】
冷房運転時には、燃料電池スタック３０ａの廃熱で冷媒を加熱する必要がないので、コンプレッサ出口熱交換器３２には、スタック冷却水を循環させない。
【０１２０】
これにより、コンプレッサ出口熱交換器３２で熱の授受は行われないまま、冷媒はサブコンデンサ１７を通じて膨張弁１８に送入されて断熱膨張する。
【０１２１】
断熱膨張して低温低圧状態の冷媒はエバポレータ１９に送入され、送風空気から熱を奪い、送風空気を冷却・除湿する。
【０１２２】
冷房運転時には、コンプレッサ出口熱交換器３２と同様に、燃料電池スタック３０ａの廃熱で冷媒を加熱する必要がないので、エバポレータ出口熱交換器３１には、スタック冷却水を循環させない。
【０１２３】
これにより、エバポレータ出口熱交換器３１で熱の授受は行われないまま、冷媒はコンプレッサ１１に送入される。
【０１２４】
車室内空気流路２０では、乗員の要求に応じて、外気、および内気が車室内空気流路２０にブロアファン２４よって取入れられ、エバポレータ１９で冷却・除湿される。
【０１２５】
エバポレータ１９で冷却・除湿された送風空気は、エアミックスドア２５で加熱路２５ｂとバイパス路２５ａに分配され、サブコンデンサ１７で加熱された一部の送風空気とバイパス路２５ａを通過した残りの送風空気とが混合され、乗員が所望する温度に調節された空調風が各吹出口２７ａ、２８ａ、２９ａから車室内に送風される。
【０１２６】
−暖房運転−
暖房運転中の冷凍サイクル１０は、切替弁１２によって第２の冷媒ライン４２が選択されている。
【０１２７】
コンプレッサ１１で圧縮された高温高圧状態の冷媒は、切替弁１２を通じてメインコンデンサ１４をバイパスし、逆止弁１３と合流部１６を通じてコンプレッサ出口熱交換器３２に送入される。
【０１２８】
暖房運転時には、燃料電池スタック３０ａの廃熱で高温高圧状態の冷媒をさらに加熱するために、コンプレッサ出口熱交換器３２にスタック冷却水を循環させる。
【０１２９】
ここで第１の熱交換制御手段３１ａは、コンプレッサ出口熱交換器３２の冷媒出口における冷媒の温度と圧力、およびコンプレッサ出口熱交換器３２の冷却水入口におけるスタック冷却水の温度を検知し、コンプレッサ出口熱交換器３２を循環するスタック冷却水の流量を制御する。
【０１３０】
これにより、メインコンデンサ１４をバイパスして高温高圧状態の冷媒は、コンプレッサ出口熱交換器３２でさらに加熱され、所定の温度に加熱され、サブコンデンサ１７に送入される。
【０１３１】
サブコンデンサ１７に送入された冷媒は、送風空気に熱を放出することで送風空気を加熱する。
【０１３２】
サブコンデンサ１７で熱を放出し低温高圧状態の冷媒は、膨張弁１８に送入されて断熱膨張する。
【０１３３】
断熱膨張して低温低圧状態の冷媒はエバポレータ１９に送入され、送風空気から熱を奪い、送風空気を冷却・除湿する。
【０１３４】
暖房運転時には、コンプレッサ出口熱交換器３２と同様に、燃料電池スタック３０ａの廃熱で低温低圧状態の冷媒を加熱するために、エバポレータ出口熱交換器３１にスタック冷却水を循環させる。
【０１３５】
ここで第２の熱交換制御手段３２ａは、エバポレータ出口熱交換器３１の冷媒出口における冷媒の温度と圧力、およびエバポレータ出口熱交換器３１の冷却水入口におけるスタック冷却水の温度を検知し、エバポレータ出口熱交換器３１を循環するスタック冷却水の流量を制御する。
【０１３６】
これにより、エバポレータ１９を通過した冷媒は、エバポレータ出口熱交換器３１で受熱し、所定の温度に加熱され、コンプレッサ１１に送入される。
【０１３７】
車室内空気流路２０では、冷房運転時と同様に、乗員の要求に応じて、外気、および内気が車室内空気流路２０にブロアファン２４よって取入れられ、エバポレータ１９で冷却・除湿される。
【０１３８】
エバポレータ１９で冷却・除湿された送風空気は、エアミックスドア２５で加熱路２５ｂとバイパス路２５ａに分配され、サブコンデンサ１７で加熱された一部の送風空気とバイパス路２５ａを通過した残りの送風空気とが混合され、乗員が所望する温度に調節された空調風が各吹出口２７ａ、２８ａ、２９ａから車室内に送風される。
【０１３９】
−作用−
本参考例では、エバポレータ１９出口とコンプレッサ１１入口の間に廃熱熱交換器としてのエバポレータ出口熱交換器３１を配設し、燃料電池スタック３０ａから放出される熱で冷媒を加熱することで、コンプレッサ吐出圧を速やかに上昇させ、サブコンデンサ１７から放出される熱によって送風空気を暖めるとともに、コンプレッサ１１出口とサブコンデンサ１７入口の間に廃熱熱交換器としてのコンプレッサ出口熱交換器３２を配設し、燃料電池スタック３０ａから放出される熱で冷媒を加熱することで、冷媒の温度を速やかに上昇させ、サブコンデンサ１７から放出される熱によって送風空気を暖める構成となっている。
【０１４０】
これにより、冷凍サイクル１０を循環する冷媒によって車室内空気流路２０を流れる空気が加熱されるので、燃料電池３０を起動した直後の燃料電池スタック３０ａが十分に暖まっていない状態でも、速やかに且つ急速な除湿暖房運転を開始することができ、暖房運転開始後も、外気導入および内気循環を問わず、さらに燃料電池３０の運転状態に関わらず、極めて良好な急速除湿暖房性能を発揮することができる。
【０１４１】
つまり、除湿のために車室内空気流路に低温外気を導入した場合、従来は送風空気の温度が急激に下がるため、安定した暖房性能を確保するのが困難であったが、本参考例は、エバポレータ出口熱交換器３１を介して、スタック冷却水で冷媒を暖めて、エバポレータ１９での過度の圧力低下を防止するとともに、高温高圧状態の冷媒をコンプレッサ出口熱交換器３２でさらに加熱することでサブコンデンサ１７での冷媒の放熱量を増大させることが可能なため、安定した暖房性能を確保しながら車室内の除湿を行うことができる。
【０１４２】
また、内気循環を行った場合、送風空気によってエバポレータ１９が過度に冷やされることはないため、冷媒はエバポレータ１９で送風空気から熱を奪い、送風空気が除湿される。なお、スタック冷却水で冷媒を加熱することでコンプレッサ吐出圧が速やかに上昇するので、サブコンデンサ１７の放熱量が高い状態で安定し、十分な暖房性能を確保することができるため、従来から行われていた煩雑な外気と内気の送風量制御が不要になる。
【０１４３】
さらに、外気と内気のどちらを導入しても十分な除湿性能と暖房性能を併せ持つため、乗員が外気導入と、内気循環とを自由に選択することが可能になる。
【０１４４】
加えて、コンプレッサ出口熱交換器３２およびエバポレータ出口熱交換器３１を通過する冷媒の温度と圧力、およびスタック冷却水の温度を検知し、コンプレッサ出口熱交換器３２およびエバポレータ出口熱交換器３１を通過するスタック冷却水の流量を変化させる第１、第２の熱交換制御手段３１ａ、３２ａを設けることで、コンプレッサ出口熱交換器３２およびエバポレータ出口熱交換器３１で冷媒に伝えられる熱量を制御することができる。
【０１４５】
これにより、コンプレッサ出口熱交換器３２およびエバポレータ出口熱交換器３１で受熱した冷媒の圧力を所定値以下に保つことができるため、冷媒が冷凍サイクルに配設される各機器を通過する際の圧力を各機器の所定値以下に保つことができる。
【０１４６】
また、冷媒を昇温するためにコンプレッサ１１で冷媒を過度に圧縮する必要がなくなるので、各機器の耐圧性能を低減することが可能になり、冷凍サイクルの低コスト化、および耐用年数の延長化を行うことができる。
【０１４７】
さらに、燃料電池の触媒温度が十分適当な温度域になり、冷凍サイクルが暖房時であれば、燃料電池の廃熱を低圧冷媒で回収できるとともに、コンプレッサ駆動力を軽減することができる。
【０１４８】
さらにまた、コンプレッサ出口熱交換器３２およびエバポレータ出口熱交換器３１で受熱した冷媒の圧力を一定に保つことができることにより、送風空気が放熱用車室内熱交換器から授受する熱量が安定するため、車室内に送風される送風空気の温度制御を簡素化することができる。
【０１４９】
加えて、燃料電池３０を起動した直後で燃料電池スタック３０ａが十分に暖まっておらず、スタック冷却水がコンプレッサ１１で圧縮された冷媒の温度よりも低い場合には、コンプレッサ出口熱交換器３２にスタック冷却水を循環させることにより燃料電池スタック３１ａを加熱することが可能である。
【０１５０】
これにより、速やかに燃料電池３０を定格発電状態に移行させることができるので、燃料電池３０の発電起動性を改善することができる。
【０１５１】
図５は、本発明に係る車両用空調装置１の第２実施形態の構成を示すシステム構成図である。
【０１５２】
本実施形態と第３参考例との相違点は、廃熱熱交換器としてのエバポレータ出口熱交換器３１と熱の授受が可能な位置に、加熱器としての電気ヒータ３３を設けた点である。
【０１５３】
つまり、電気ヒータ３３が発生した熱をエバポレータ出口熱交換器３１を介して冷媒に伝えられるように、電気ヒータ３３が配設されている。
【０１５４】
なお、構成が同一の箇所に関する説明は省略する。
【０１５５】
−冷房運転−
冷房運転中の冷凍サイクル１０は、切替弁１２によって第１の冷媒ライン４１が選択されている。
【０１５６】
コンプレッサ１１で圧縮された高温高圧状態の冷媒は、切替弁１２を通じてメインコンデンサ１４に送られ外気に熱を放出する。メインコンデンサ１４で熱を放出して低温高圧状態の冷媒は、逆止弁１５と合流部１６を通じてコンプレッサ出口熱交換器３２に送入される。
【０１５７】
冷房運転時には、燃料電池スタック３０ａの廃熱で冷媒を加熱する必要がないので、コンプレッサ出口熱交換器３２には、スタック冷却水を循環させない。
【０１５８】
これにより、コンプレッサ出口熱交換器３２で熱の授受は行われないまま、冷媒はサブコンデンサ１７を通じて膨張弁１８に送入されて断熱膨張する。
【０１５９】
断熱膨張して低温低圧状態の冷媒はエバポレータ１９に送入され、送風空気から熱を奪い、送風空気を冷却・除湿する。
【０１６０】
冷房運転時には、コンプレッサ出口熱交換器３２と同様に、燃料電池スタック３０ａの廃熱で冷媒を加熱する必要がないので、エバポレータ出口熱交換器３１には、スタック冷却水を循環させないとともに、電気ヒータ３３をＯＦＦの状態にする。
【０１６１】
これにより、エバポレータ１９を通過した冷媒は、エバポレータ出口熱交換器３１で熱の授受が行われないままコンプレッサ１１に送入される。
【０１６２】
車室内空気流路２０では、乗員の要求に応じて、外気、および内気が車室内空気流路２０にブロアファン２４よって取入れられ、エバポレータ１９で冷却・除湿される。
【０１６３】
エバポレータ１９で冷却・除湿された送風空気は、エアミックスドア２５で加熱路２５ｂとバイパス路２５ａに分配され、サブコンデンサ１７で加熱された一部の送風空気とバイパス路２５ａを通過した残りの送風空気とが混合され、乗員が所望する温度に調節された空調風が各吹出口２７ａ、２８ａ、２９ａから車室内に送風される。
【０１６４】
−暖房運転−
暖房運転中の冷凍サイクル１０は、切替弁１２によって第２の冷媒ライン４２が選択されている。
【０１６５】
コンプレッサ１１で圧縮された高温高圧状態の冷媒は、切替弁１２を通じてメインコンデンサ１４をバイパスし、逆止弁１３と合流部１６を通じてコンプレッサ出口熱交換器３２に送入される。
【０１６６】
暖房運転時には、燃料電池スタック３０ａの廃熱で高温高圧状態の冷媒をさらに加熱するために、コンプレッサ出口熱交換器３２にスタック冷却水を循環させる。
【０１６７】
ここで第１の熱交換制御手段３１ａは、コンプレッサ出口熱交換器３２の冷媒出口における冷媒の温度と圧力、およびコンプレッサ出口熱交換器３２の冷却水入口におけるスタック冷却水の温度を検知し、コンプレッサ出口熱交換器３２を循環するスタック冷却水の流量を制御する。
【０１６８】
これにより、メインコンデンサ１４をバイパスして高温高圧状態の冷媒は、コンプレッサ出口熱交換器３２でさらに加熱され、所定の温度に加熱され、サブコンデンサ１７に送入される。
【０１６９】
サブコンデンサ１７に送入された冷媒は、送風空気に熱を放出することで送風空気を加熱する。
【０１７０】
サブコンデンサ１７で熱を放出し低温高圧状態の冷媒は、膨張弁１８に送入されて断熱膨張する。
【０１７１】
断熱膨張して低温低圧状態の冷媒はエバポレータ１９に送入され、送風空気から熱を奪い、送風空気を冷却・除湿する。
【０１７２】
暖房運転時には、コンプレッサ出口熱交換器３２と同様に、燃料電池スタック３０ａの廃熱で低温低圧状態の冷媒を加熱するために、エバポレータ出口熱交換器３１にスタック冷却水を循環させる。
【０１７３】
ここで第２の熱交換制御手段３２ａは、エバポレータ出口熱交換器３１の冷媒出口における冷媒の温度と圧力、およびエバポレータ出口熱交換器３１の冷却水入口におけるスタック冷却水の温度を検知し、エバポレータ出口熱交換器３１を循環するスタック冷却水の流量を制御する。
【０１７４】
これにより、エバポレータ１９を通過した冷媒は、エバポレータ出口熱交換器３１で受熱し、所定の温度に加熱され、コンプレッサ１１に送入される。
【０１７５】
また、燃料電池を起動した直後の燃料電池スタック３０ａが十分に暖まっていない状態で、スタック冷却水温度が冷媒を加熱するまでに至っていない場合には、電気ヒータ３３をＯＮにしてエバポレータ出口熱交換器３１を通過する冷媒を加熱し、暖房運転を開始する。
【０１７６】
車室内空気流路２０では、冷房運転時と同様に、乗員の要求に応じて、外気、および内気が車室内空気流路２０にブロアファン２４よって取入れられ、エバポレータ１９で冷却・除湿される。
【０１７７】
エバポレータ１９で冷却・除湿された送風空気は、エアミックスドア２５で加熱路２５ｂとバイパス路２５ａに分配され、サブコンデンサ１７で加熱された一部の送風空気とバイパス路２５ａを通過した残りの送風空気とが混合され、乗員が所望する温度に調節された空調風が各吹出口２７ａ、２８ａ、２９ａから車室内に送風される。
【０１７８】
−作用−
本実施形態では、エバポレータ１９出口とコンプレッサ１１入口の間に廃熱熱交換器としてのエバポレータ出口熱交換器３１を配設し、燃料電池スタック３０ａから放出される熱で冷媒を加熱することで、コンプレッサ吐出圧を速やかに上昇させ、サブコンデンサ１７から放出される熱によって送風空気を暖めるとともに、コンプレッサ１１出口とサブコンデンサ１７入口の間に廃熱熱交換器としてのコンプレッサ出口熱交換器３２を配設し、燃料電池スタック３０ａから放出される熱で冷媒を加熱することで、冷媒の温度を速やかに上昇させ、サブコンデンサ１７から放出される熱によって送風空気を暖める構成となっている。
【０１７９】
また、電気ヒータ３３によって空調風から熱を奪った冷媒を加熱することで、より速やかに空調風の吹出し温度を上昇させることができる。
【０１８０】
これにより、冷凍サイクル１０を循環する冷媒によって車室内空気流路２０を流れる空気が加熱されるので、燃料電池３０を起動した直後の燃料電池スタック３０ａが十分に暖まっていない状態でも、速やかに且つ急速な除湿暖房運転を開始することができ、暖房運転開始後も、外気導入および内気循環を問わず、さらに燃料電池３０の運転状態に関わらず、極めて良好な急速除湿暖房性能を発揮することができる。
【０１８１】
また、コンプレッサ出口熱交換器３２およびエバポレータ出口熱交換器３１を通過する冷媒の温度と圧力、およびスタック冷却水の温度を検知し、コンプレッサ出口熱交換器３２およびエバポレータ出口熱交換器３１を通過するスタック冷却水の流量を変化させる第１、第２の熱交換制御手段３１ａ、３２ａを設けることで、コンプレッサ出口熱交換器３２およびエバポレータ出口熱交換器３１で冷媒に伝えられる熱量を制御することができる。
【０１８２】
これにより、コンプレッサ出口熱交換器３２およびエバポレータ出口熱交換器３１で受熱した冷媒の圧力を一定に保つことができるため、冷媒が冷凍サイクルに配設される各機器を通過する際の圧力を各機器の所定値以下に保つことができる。
【０１８３】
したがって、各機器の耐圧性能を低減することが可能になり、冷凍サイクルの低コスト化、および耐用年数の延長化を行うことができる。
【０１８４】
また、コンプレッサ出口熱交換器３２およびエバポレータ出口熱交換器３１で受熱した冷媒の圧力を一定に保つことができることにより、送風空気が放熱用車室内熱交換器から授受する熱量が安定するため、車室内に送風される送風空気の温度制御を簡素化することができる。
【０１８５】
加えて、燃料電池３０を起動した直後の燃料電池スタック３０ａが十分に暖まっていない状態で、スタック冷却水温度が冷媒を加熱するまでに至っていない場合には、電気ヒータ３３をＯＮにしてエバポレータ出口熱交換器３１を通過する冷媒を加熱するとともに、エバポレータ出口熱交換器３１を通過するスタック冷却水を加熱し、循環させることで、燃料電池スタック３０ａを加熱し、発電状態を速やかに安定させることができる。
【０１８６】
図６は、本発明に係る車両用空調装置１の第３実施形態の構成を示すシステム構成図である。
【０１８７】
本実施形態と第２実施形態との相違点は、第２実施形態では、廃熱熱交換器としてのコンプレッサ出口熱交換器３２を合流部１６出口とサブコンデンサ１７の間に設けていたが、本実施形態では、コンプレッサ１１出口と切替弁１２の間にコンプレッサ出口熱交換器３２を設けている点である。
【０１８８】
なお、構成が同一の箇所に関する説明は省略する。
【０１８９】
−冷房運転−
冷房運転中の冷凍サイクル１０は、切替弁１２によって第１の冷媒ライン４１が選択されている。
【０１９０】
コンプレッサ１１で圧縮された高温高圧状態の冷媒は、切替弁１２を通じてメインコンデンサ１４に送られ外気に熱を放出する。メインコンデンサ１４で熱を放出して低温高圧状態の冷媒は、逆止弁１５と合流部１６を通じてコンプレッサ出口熱交換器３２に送入される。
【０１９１】
冷房運転時には、燃料電池スタック３０ａの廃熱で冷媒を加熱する必要がないので、コンプレッサ出口熱交換器３２には、スタック冷却水を循環させない。
【０１９２】
これにより、コンプレッサ出口熱交換器３２で熱の授受は行われないまま、冷媒はサブコンデンサ１７を通じて膨張弁１８に送入されて断熱膨張する。
【０１９３】
断熱膨張して低温低圧状態の冷媒はエバポレータ１９に送入され、送風空気から熱を奪い、送風空気を冷却・除湿する。
【０１９４】
冷房運転時には、コンプレッサ出口熱交換器３２と同様に、燃料電池スタック３０ａの廃熱で冷媒を加熱する必要がないので、コンプレッサ出口熱交換器３２とエバポレータ出口熱交換器３１には、スタック冷却水を循環させない。
【０１９５】
これにより、エバポレータ１９を通過した冷媒は、エバポレータ出口熱交換器３１で熱の授受は行われないまま、コンプレッサ１１に送入される。
【０１９６】
車室内空気流路２０では、乗員の要求に応じて、外気、および内気が車室内空気流路２０にブロアファン２４よって取入れられ、エバポレータ１９で冷却・除湿される。
【０１９７】
エバポレータ１９で冷却・除湿された送風空気は、エアミックスドア２５で加熱路２５ｂとバイパス路２５ａに分配され、サブコンデンサ１７で加熱された一部の送風空気とバイパス路２５ａを通過した残りの送風空気とが混合され、乗員が所望する温度に調節された空調風が各吹出口２７ａ、２８ａ、２９ａから車室内に送風される。
【０１９８】
−暖房運転−
暖房運転中の冷凍サイクル１０は、切替弁１２によって第２の冷媒ライン４２が選択されている。
【０１９９】
コンプレッサ１１で圧縮された高温高圧状態の冷媒は、コンプレッサ出口熱交換器３２に送入される。
【０２００】
暖房運転時には、燃料電池スタック３０ａの廃熱で高温高圧状態の冷媒をさらに加熱するために、コンプレッサ出口熱交換器３２にスタック冷却水を循環させる。
【０２０１】
ここで第１の熱交換制御手段３１ａは、コンプレッサ出口熱交換器３２の冷媒出口における冷媒の温度と圧力、およびコンプレッサ出口熱交換器３２の冷却水入口におけるスタック冷却水の温度を検知し、コンプレッサ出口熱交換器３２を循環するスタック冷却水の流量を制御する。
【０２０２】
これにより、メインコンデンサ１４をバイパスして高温高圧状態の冷媒は、コンプレッサ出口熱交換器３２でさらに加熱され、所定の温度に加熱され、切替弁１２を通じてメインコンデンサ１４をバイパスし、逆止弁１３と合流部１６を通じてサブコンデンサ１７に送入される。
【０２０３】
サブコンデンサ１７に送入された冷媒は、送風空気に熱を放出することで送風空気を加熱する。
【０２０４】
サブコンデンサ１７で熱を放出し低温高圧状態の冷媒は、膨張弁１８に送入されて断熱膨張する。
【０２０５】
断熱膨張して低温低圧状態の冷媒はエバポレータ１９に送入され、送風空気から熱を奪い、送風空気を冷却・除湿する。
【０２０６】
暖房運転時には、コンプレッサ出口熱交換器３２と同様に、燃料電池スタック３０ａの廃熱で低温低圧状態の冷媒を加熱するために、エバポレータ出口熱交換器３１にスタック冷却水を循環させる。
【０２０７】
ここで第２の熱交換制御手段３２ａは、エバポレータ出口熱交換器３１の冷媒出口における冷媒の温度と圧力、およびエバポレータ出口熱交換器３１の冷却水入口におけるスタック冷却水の温度を検知し、エバポレータ出口熱交換器３１を循環するスタック冷却水の流量を制御する。
【０２０８】
また、燃料電池を起動した直後の燃料電池スタック３０ａが十分に暖まっていない状態で、スタック冷却水温度が冷媒を加熱するまでに至っていない場合には、電気ヒータ３３をＯＮにしてエバポレータ出口熱交換器３１を介して冷媒を加熱し、暖房運転を開始する。
【０２０９】
これにより、エバポレータ１９を通過した冷媒は、エバポレータ出口熱交換器３１で受熱し、所定の温度に加熱され、コンプレッサ１１に送入される。
【０２１０】
車室内空気流路２０では、冷房運転時と同様に、乗員の要求に応じて、外気、および内気が車室内空気流路２０にブロアファン２４よって取入れられ、エバポレータ１９で冷却・除湿される。
【０２１１】
エバポレータ１９で冷却・除湿された送風空気は、エアミックスドア２５で加熱路２５ｂとバイパス路２５ａに分配され、サブコンデンサ１７で加熱された一部の送風空気とバイパス路２５ａを通過した残りの送風空気とが混合され、乗員が所望する温度に調節された空調風が各吹出口２７ａ、２８ａ、２９ａから車室内に送風される。
【０２１２】
−作用−
本実施形態では、エバポレータ１９出口とコンプレッサ１１入口の間に廃熱熱交換器としてのエバポレータ出口熱交換器３１を配設し、燃料電池スタック３０ａから放出される熱で冷媒を加熱することで、コンプレッサ吐出圧を速やかに上昇させ、サブコンデンサ１７から放出される熱によって送風空気を暖めるとともに、コンプレッサ１１出口とサブコンデンサ１７入口の間に廃熱熱交換器としてのコンプレッサ出口熱交換器３２を配設し、燃料電池スタック３０ａから放出される熱で冷媒を加熱することで、冷媒の温度を速やかに上昇させ、サブコンデンサ１７から放出される熱によって送風空気を暖める構成となっている。
【０２１３】
また、電気ヒータ３３によって空調風から熱を奪った冷媒を加熱することで、より速やかに空調風の吹出し温度を上昇させることができる。
【０２１４】
これにより、冷凍サイクル１０を循環する冷媒によって車室内空気流路２０を流れる空気が加熱されるので、燃料電池３０を起動した直後の燃料電池スタック３０ａが十分に暖まっていない状態でも、速やかに且つ急速な除湿暖房運転を開始することができ、暖房運転開始後も、外気導入および内気循環を問わず、さらに燃料電池３０の運転状態に関わらず、極めて良好な急速除湿暖房性能を発揮することができる。
【０２１５】
また、コンプレッサ出口熱交換器３２およびエバポレータ出口熱交換器３１を通過する冷媒の温度と圧力、およびスタック冷却水の温度を検知し、コンプレッサ出口熱交換器３２およびエバポレータ出口熱交換器３１を通過するスタック冷却水の流量を変化させる第１、第２の熱交換制御手段３１ａ、３２ａを設けることで、コンプレッサ出口熱交換器３２およびエバポレータ出口熱交換器３１で冷媒に伝えられる熱量を制御することができる。
【０２１６】
これにより、コンプレッサ出口熱交換器３２およびエバポレータ出口熱交換器３１で受熱した冷媒の圧力を一定に保つことができるため、冷媒が冷凍サイクルに配設される各機器を通過する際の圧力を各機器の所定値以下に保つことができる。
【０２１７】
したがって、各機器の耐圧性能を低減することが可能になり、冷凍サイクルの低コスト化、および耐用年数の延長化を行うことができる。
【０２１８】
また、コンプレッサ出口熱交換器３２およびエバポレータ出口熱交換器３１で受熱した冷媒の圧力を一定に保つことができることにより、送風空気が放熱用車室内熱交換器から授受する熱量が安定するため、車室内に送風される送風空気の温度制御を簡素化することができる。
【０２１９】
加えて、燃料電池３０を起動した直後の燃料電池スタック３０ａが十分に暖まっていない状態で、スタック冷却水温度が冷媒を加熱するまでに至っていない場合には、電気ヒータ３３をＯＮにして冷媒を加熱するだけでなく、スタック冷却水を加熱しつつ、循環させることで、燃料電池スタック３０ａを加熱し、発電状態を速やかに安定させることができる。
【０２２０】
図７は、図５に示される第２実施形態の車両用空調装置１の制御の概要を示す制御フローチャートである。
【０２２１】
まず、ステップ（以下、ステップをＳと略す）１０において、各種センサから外気温、室内温度、設定温度、運転モードなどのセンサ出力データを検知し、初期設定を行う。
【０２２２】
次にＳ１２で、燃料電池スタック３０ａのスタック温度ＴＳが下限定格発電温度ＴＳ１以上かどうかを判定する。ここで、下限定格発電温度とは、燃料電池の種類によって異なるが、固体高分子型燃料電池の場合、例えば約７２℃である。
【０２２３】
スタック温度ＴＳが下限定格発電温度ＴＳ１よりも低い場合には、Ｓ４０でコンプレッサ出口熱交換器３２を作動することで、第２の熱交換制御手段３２ａでコンプレッサ出口熱交換器３２を通過するスタック冷却水の流量を調整しつつ、高温高圧冷媒でスタック冷却水を加熱し、燃料電池スタック３０ａを加熱する。これによりスタック温度ＴＳが急速に上昇し、発電起動性を改善する。
【０２２４】
さらに、Ｓ４２でエバポレータ出口熱交換器３１を作動し、さらにＳ４４で電気ヒータ３３を作動することで、第１の熱交換制御手段３１ａでエバポレータ出口熱交換器３１を通過するスタック冷却水の流量を調整しつつ、電気ヒータ３３でスタック冷却水を介して、燃料電池スタック３０ａを加熱し、Ｓ１６に移行する。これにより、燃料電池スタック３０ａの加熱時間をさらに短縮することができる。
【０２２５】
また、スタック温度ＴＳが下限定格発電温度ＴＳ１以上の場合には、Ｓ１４でコンプレッサ出口熱交換器を停止する。
【０２２６】
次にＳ１６で、暖房運転か、冷房運転かを判定し、暖房運転の場合には、Ｓ１８に移行し、メインコンデンサ１４をバイパスするように切替弁１２を切替える。
【０２２７】
Ｓ２０では、空調風の吹出し温度ＴＡが設定温度ＴＨ以上かどうかを判定する。ここで、空調風の吹出し温度の所定値としては、外気温、乗員の設定室温、実際の室温によって変化するが、例えば４０℃程度である。
【０２２８】
空調風の吹出し温度ＴＡが設定温度ＴＨ以下の場合には、Ｓ２２で電気ヒータ３３を作動することで、第１の熱交換制御手段３１ａでエバポレータ出口熱交換器３１を通過するスタック冷却水の流量を調整しつつ、エバポレータ出口熱交換器３１を介して低圧冷媒を加熱し、Ｓ２４に移行する。これにより、加熱された低圧冷媒はコンプレッサ１１で圧縮されてより高温の高圧冷媒になり、サブコンデンサ１７で空調風に伝える熱量が増大して、空調風の温度を上昇させる。
【０２２９】
また、空調風の吹出し温度ＴＡが設定温度ＴＨよりも高い場合には、Ｓ６０で、エバポレータ出口熱交換器３１を停止し、低温低圧冷媒の加熱を停止する。
【０２３０】
Ｓ２４では、スタック温度ＴＳが上限定格発電温度ＴＳ２以上かどうかを判定する。ここで、上限定格発電温度ＴＳ２とは、燃料電池の種類によって異なるが、固体高分子型燃料電池の場合、例えば約７６℃である。
【０２３１】
スタック温度ＴＳが上限定格発電温度ＴＳ２以上の場合には、Ｓ２６で、エバポレータ出口熱交換器３１を作動し、さらにＳ２８で電気ヒータ３３を作動することで、第１の熱交換制御手段３１ａでエバポレータ出口熱交換器３１を通過するスタック冷却水の流量を調整しつつ、エバポレータ出口熱交換器３１を介して低圧冷媒を加熱し、Ｓ１０に移行する。これにより、低温低圧冷媒に燃料電池スタック３０ａの廃熱を伝えることができるとともに、コンプレッサの所要動力を軽減することができるので、車両全体の効率を向上させることができる。
【０２３２】
また、スタック温度ＴＳが上限定格発電温度ＴＳ２よりも低い場合には、Ｓ７０でエバポレータ出口熱交換器３１を停止し、さらにＳ７２で電気ヒータ３３を停止して、Ｓ１０に移行する。これは、スタック温度ＴＳが上限定格発電温度ＴＳ２よりも低い場合には、燃料電池スタック３０ａが低温低圧冷媒によって過冷却され、スタック温度ＴＳが下限定格発電温度ＴＳ１よりも低下することを防止するためである。
【０２３３】
Ｓ１６で、冷房運転と判定された場合には、Ｓ５０でメインコンデンサ１４に冷媒が流通するように切替弁１２を切替え、Ｓ５２でエバポレータ出口熱交換器３１を停止し、電気ヒータ３３を停止して、Ｓ１０に移行する。
【０２３４】
なお、本制御方法は、第２、第３実施形態の一制御方法であって、制御方法を限定するものではない。
【０２３５】
たとえば、本制御方法では、燃料電池を起動した直後でスタック温度ＴＳが下限定格発電温度ＴＳ１に達していなくても空調風の温度調節を開始しているが、スタック温度ＴＳが下限定格発電温度ＴＳ１に達するまで空調風の温度調節を開始しないこともできる。
【０２３６】
また、本制御方法では、第２の熱交換制御手段３２ａと第１の熱交換制御手段３１ａに関する制御方法について触れていないが、Ｓ１０で入力されたデータを元にして、コンプレッサ出口熱交換器３２、およびエバポレータ出口熱交換器３１を作動させた際に、各熱交換器３１、３２を流通するスタック冷却水の流量を制御して、スタック冷却水と冷媒との間で授受される熱量を制御する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る車両用空調装置の第１参考例の構成を示すシステム構成図である。
【図２】  本発明に係る車両用空調装置の第２参考例の構成を示すシステム構成図である。
【図３】  本発明に係る車両用空調装置の第１実施形態の構成を示すシステム構成図である。
【図４】  本発明に係る車両用空調装置の第３参考例の構成を示すシステム構成図である。
【図５】  本発明に係る車両用空調装置の第２実施形態の構成を示すシステム構成図である。
【図６】  本発明に係る車両用空調装置の第３実施形態の構成を示すシステム構成図である。
【図７】  本発明に係る車両用空調装置の第２実施形態の制御の概要を示す制御フローチャートである。
【符号の説明】
１  車両用空調装置
１０  冷凍サイクル
１１  コンプレッサ
１２  切替え手段
１４  車室外熱交換器
１７  放熱用車室内熱交換器
１８  膨張手段
１９  吸熱用車室内熱交換器
２０  車室内空気流路
３０  燃料電池
３１、３２  廃熱熱交換器
３１ａ、３２ａ  熱交換制御手段
３３  加熱器
４１  第１の冷媒ライン
４２  第２の冷媒ライン
【図１】
0003996419.tif 000002
【図２】
0003996419.tif 000003
【図３】
0003996419.tif 000004
【図４】
0003996419.tif 000005
【図５】
0003996419.tif 000006
【図６】
0003996419.tif 000007
【図７】
0003996419.tif 000008