(57)【要約】【課題】システム全体の小型化及び組み立て性を向上できる燃料電池車を提供すること。【解決手段】燃料電池車Ｍは、燃料電池スタック１０と、ラジエータ４４と、第１冷媒流路（配管Ｃ１〜Ｃ２）と、第２冷媒流路（配管Ｃ３〜Ｃ６）と、第１ポンプ４３と、廃熱回収回路（配管ｄ１〜ｄ３）と、第２ポンプ６１と、分岐合流管４１と、を備え、分岐合流管４１は、燃料電池冷媒出口Ｑ２からの冷媒の入口である入口ポートと、ラジエータ冷媒入口Ｑ３に向かう冷媒の出口である出口ポートと、廃熱回収回路（配管ｄ１〜ｄ３）に向けて冷媒を分岐する廃熱回収側分岐ポートと、廃熱回収回路（配管ｄ１〜ｄ３）からの冷媒を合流させる廃熱回収側合流ポートと、を備え、廃熱回収側分岐ポートと、廃熱回収側合流ポートとは、第１冷媒流路（配管Ｃ１〜Ｃ２）の通流方向において近接している。【選択図】図１
2017084449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の前側空間に配置され、複数の単セルが積層されることで構成され、燃料電池冷媒入口及び燃料電池冷媒出口を有する燃料電池スタックと、
ラジエータ冷媒入口及びラジエータ冷媒出口を有し、冷媒の熱を放熱するラジエータと、
前記燃料電池冷媒出口及び前記ラジエータ冷媒入口を接続する第１冷媒流路と、
前記ラジエータ冷媒出口及び前記燃料電池冷媒入口を接続する第２冷媒流路と、
前記第１冷媒流路及び前記第２冷媒流路に冷媒を循環させる第１ポンプと、
前記第１冷媒流路から冷媒の一部を分岐し、廃熱回収機器を経由させ熱を回収した後、前記第１冷媒流路に合流させる廃熱回収回路と、
前記廃熱回収回路に設けられ、冷媒を圧送する第２ポンプと、
前記第１冷媒流路に設けられた分岐合流管と、
を備え、
前記分岐合流管は、前記燃料電池冷媒出口からの冷媒の入口である入口ポートと、前記ラジエータ冷媒入口に向かう冷媒の出口である出口ポートと、前記廃熱回収回路に向けて冷媒を分岐する廃熱回収側分岐ポートと、前記廃熱回収回路からの冷媒を合流させる廃熱回収側合流ポートと、を備え、
前記廃熱回収側分岐ポートと、前記廃熱回収側合流ポートとは、前記第１冷媒流路の通流方向において近接している
ことを特徴とする燃料電池車。
【請求項２】
下流側が前記第２冷媒流路に接続され、前記ラジエータをバイパスするラジエータバイパス流路を備え、
前記分岐合流管は、前記廃熱回収側分岐ポートの下流において、前記ラジエータバイパス流路に向かう冷媒の出口となるバイパス側出口ポートを備える
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車。
【請求項３】
前記燃料電池冷媒出口は、前記燃料電池スタックの積層方向における一端面に形成され、
前記分岐合流管は、
前記燃料電池スタックの側面に取り付けられ、当該側面に沿って延びる本体部と、
前記本体部の一端面側から当該一端面に近づくにつれて前記側面から離れるように斜めに延び、先端部が前記入口ポートを構成する傾斜部と、
を備える
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池車。
【請求項４】
冷媒からイオンを除去するイオン交換器を備え、
前記分岐合流管は、前記イオン交換器からの冷媒の入口となるイオン交換器側入口ポートを備え、
前記イオン交換器は、前記傾斜部に重なるように配置されている
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池車。
【請求項５】
前記燃料電池スタックの側面は前面であって、当該前面に前記分岐合流管が取り付けられ、
前記イオン交換器は、前記分岐合流管の前記傾斜部の上に平面視で重なるように配置されている
ことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池車。
【請求項６】
車両の前側空間に配置され、複数の単セルが積層されることで構成され、燃料電池冷媒入口及び燃料電池冷媒出口を有する燃料電池スタックと、
ラジエータ冷媒入口及びラジエータ冷媒出口を有し、冷媒の熱を放熱するラジエータと、
前記燃料電池冷媒出口及び前記ラジエータ冷媒入口を接続する第１冷媒流路と、
前記ラジエータ冷媒出口及び前記燃料電池冷媒入口を接続する第２冷媒流路と、
前記第１冷媒流路及び前記第２冷媒流路に冷媒を循環させる第１ポンプと、
前記第１冷媒流路から冷媒の一部を分岐し、廃熱回収機器を経由させ熱を回収した後、前記第１冷媒流路に合流させる廃熱回収回路と、
前記廃熱回収回路に設けられ、冷媒を圧送する第２ポンプと、
を備える燃料電池車における前記第１冷媒流路に設けられる分岐合流管であって、
前記燃料電池冷媒出口からの冷媒の入口である入口ポートと、前記ラジエータ冷媒入口に向かう冷媒の出口である出口ポートと、前記廃熱回収回路に向けて冷媒を分岐する廃熱回収側分岐ポートと、前記廃熱回収回路からの冷媒を合流させる廃熱回収側合流ポートと、を備え、
前記廃熱回収側分岐ポートと、前記廃熱回収側合流ポートとは、前記第１冷媒流路の通流方向において近接している
ことを特徴とする分岐合流管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムを備える燃料電池車及びそれに用いる分岐合流管に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池システムの冷却系にはエアコン系への分岐など複数の分岐回路が設けられることがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２４３５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池を車両前側空間に配置する場合、通常であれば、ラジエータも車両前方に配置されるため、燃料電池とラジエータとの間の限られた空間に、前記分岐回路のための配管を配置することが必要であり、システム全体の小型化が望まれている。
また、冷媒の分岐点毎に数種類の配管を設けると、それぞれに固定点が必要となるので組み立て性が悪くなると共に、部品点数が多くなることからコストの上昇要因になってしまう問題があった。
【０００５】
そこで、本発明では、システム全体の小型化及び組み立て性を向上できる燃料電池車及びそれに用いる分岐合流管を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明に係る燃料電池車は、車両の前側空間に配置され、複数の単セルが積層されることで構成され、燃料電池冷媒入口及び燃料電池冷媒出口を有する燃料電池スタックと、ラジエータ冷媒入口及びラジエータ冷媒出口を有し、冷媒の熱を放熱するラジエータと、前記燃料電池冷媒出口及び前記ラジエータ冷媒入口を接続する第１冷媒流路と、前記ラジエータ冷媒出口及び前記燃料電池冷媒入口を接続する第２冷媒流路と、前記第１冷媒流路及び前記第２冷媒流路に冷媒を循環させる第１ポンプと、前記第１冷媒流路から冷媒の一部を分岐し、廃熱回収機器を経由させ熱を回収した後、前記第１冷媒流路に合流させる廃熱回収回路と、前記廃熱回収回路に設けられ、冷媒を圧送する第２ポンプと、前記第１冷媒流路に設けられた分岐合流管と、を備え、前記分岐合流管が、前記燃料電池冷媒出口からの冷媒の入口である入口ポートと、前記ラジエータ冷媒入口に向かう冷媒の出口である出口ポートと、前記廃熱回収回路に向けて冷媒を分岐する廃熱回収側分岐ポートと、前記廃熱回収回路からの冷媒を合流させる廃熱回収側合流ポートと、を備え、前記廃熱回収側分岐ポートと、前記廃熱回収側合流ポートとが、前記第１冷媒流路の通流方向において近接していることを特徴とする。
【０００７】
かかる構成によれば、燃料電池車は、分岐合流管において、廃熱回収側分岐ポートと、廃熱回収側合流ポートとが、第１冷媒流路の通流方向において近接しているので、これら２つのポート間では差圧がほとんど生じない。したがって、廃熱回収回路において、前記した差圧に基づく流量を調整する必要が無く、第２ポンプの回転数に応じた流量とエアコン等の廃熱回収機器の温度変化とが線形関係になるものとして第２ポンプを駆動させればよい。そのため、２つのポートが離間している場合と比べて、第２ポンプを制御し易くなる。
また、燃料電池車は、分岐合流管を備えるので、分岐や合流のために例えば２つのＹ字管とそれらの間のホースを使用する場合に比べて、配管の部品点数や固定点を削減することができると共に、冷媒の主通流方向の長さを短縮することができる。これにより、システム全体の小型化及び組み立て性を向上することができる。
【０００８】
また、本発明に係る燃料電池車は、下流側が前記第２冷媒流路に接続され、前記ラジエータをバイパスするラジエータバイパス流路を備え、前記分岐合流管が、前記廃熱回収側分岐ポートの下流において、前記ラジエータバイパス流路に向かう冷媒の出口となるバイパス側出口ポートを備えることが好ましい。
【０００９】
かかる構成によれば、燃料電池車は、分岐合流管がバイパス側出口ポートを備えるので、第１冷媒流路の通流方向において分岐合流管よりも下流側にラジエータバイパス流路に向かう冷媒を分岐するＹ字管等の他の配管を備える場合に比べて、冷媒流路を短くすることができ、その結果、通流する冷媒量も少なくできるため、冷媒を早く循環させることができる。
したがって、例えば燃料電池車の始動時のように燃料電池の温度が発電に適した温度よりも低くなっているときに、ラジエータをバイパスすることで、燃料電池の温度を発電に適した温度に素早く昇温することができる。
また、分岐合流管は、バイパス側出口ポートを廃熱回収側分岐ポートの下流に備えるので、バイパス側出口ポートよりも上流の比較的高温の冷媒を、廃熱回収回路に分岐することができ、燃料電池の廃熱を効率よく利用できる。
【００１０】
また、本発明に係る燃料電池車は、前記燃料電池冷媒出口が、前記燃料電池スタックの積層方向における一端面に形成され、前記分岐合流管が、前記燃料電池スタックの側面に取り付けられ、当該側面に沿って延びる本体部と、前記本体部の一端面側から当該一端面に近づくにつれて前記側面から離れるように斜めに延び、先端部が前記入口ポートを構成する傾斜部と、を備えることが好ましい。
【００１１】
かかる構成によれば、燃料電池車は、分岐合流管が、本体部と、先端部が前記入口ポートを構成する傾斜部と、を備えるので、この傾斜部を利用することで、燃料電池冷媒出口と分岐合流管の入口ポートとを接続する配管の形状を緩やかな曲げ形状にして冷媒をスムーズに流すことができる。
【００１２】
また、本発明に係る燃料電池車は、冷媒からイオンを除去するイオン交換器を備え、前記分岐合流管が、前記イオン交換器からの冷媒の入口となるイオン交換器側入口ポートを備え、前記イオン交換器が、前記傾斜部に重なるように配置されていることが好ましい。
【００１３】
かかる構成によれば、燃料電池車は、分岐合流管の傾斜部に重なるようにイオン交換器を備えるので、分岐合流管の傾斜部によって燃料電池スタックの側面側に生じる空間を有効利用しシステム全体の小型化することができる。また、イオン交換器を燃料電池スタックの側面に固定し易いため、組み立て性を向上することができる。
【００１４】
また、本発明に係る燃料電池車は、前記燃料電池スタックの側面が前面であって、当該前面に前記分岐合流管が取り付けられ、前記イオン交換器が、前記分岐合流管の前記傾斜部の上に平面視で重なるように配置されていることが好ましい。
【００１５】
かかる構成によれば、燃料電池車は、燃料電池スタックの前面から分岐合流管の傾斜部が斜め前方に突出し、この傾斜部の上に重なるようにイオン交換器が配置されるので、正面衝突時に、分岐合流管の傾斜部や分岐合流管に接続された複数の配管によって衝撃荷重を吸収することでイオン交換器を保護することができる。また、燃料電池スタックの前面に分岐合流管やそれに接続された複数の配管が存在しない状態でイオン交換器を配置する場合と比べて、正面衝突時に衝撃緩衝のためにイオン交換器の前方に要するクリアランスを短くできるので、システム全体を小型化することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、燃料電池車及びそれに用いる分岐合流管は、システム全体の小型化及び組み立て性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池車を模式的に示す構成図である。
【図２】燃料電池スタックへの分岐合流管の配置例を示す斜視図である。
【図３】分岐合流管の構成を示す斜視図である。
【図４】燃料電池スタックの前側から見たイオン交換器の配置例を示す斜視図である。
【図５】燃料電池スタックの右側から見たイオン交換器の配置例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。なお、各図面において、着目する部材の周囲に配置される部材の一部分又は全体を、省略あるいは透過して示していることがある。
【００１９】
＜燃料電池車の構成＞
図１に示す燃料電池車Ｍは、燃料電池スタック１０と、燃料電池スタック１０のアノードに対してアノードガス（水素）を供給するアノード系と、燃料電池スタック１０のカソードに対してカソードガス（酸素を含む空気）を供給するカソード系と、燃料電池スタック１０を経由するように冷媒を循環させるＦＣ（Fuel Cell）側冷媒系と、燃料電池スタック１０の発電電力を消費する電力消費系と、ヒータコア（廃熱回収機器）６３を経由するように冷媒を循環させる空調側冷媒系と、これらを制御するＥＣＵと、を備えている。
【００２０】
＜燃料電池スタック＞
燃料電池スタック１０は、車両の前側空間に配置されている。ここで、前側空間とは、車両の前側であって、ボンネット下に形成された空間である。前側空間は、モータが配置される空間（モータルーム）を含んでいる。
燃料電池スタック１０は、固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）であり、膜／電極接合体(Membrane Electrode Assembly：ＭＥＡ)を一対の導電性のセパレータ（図示せず）で挟持してなる単セル１０ａ（図２参照）を、車幅方向（左右方向）に複数積層して構成されている。
燃料電池スタック１０の各セパレータには、各膜／電極接合体の全面に水素又は酸素を供給するための溝及び貫通孔が形成されており、これらの溝及び貫通孔がアノード流路１１、カソード流路１２として機能する。
【００２１】
燃料電池スタック１０では、アノード流路１１を介して水素（反応ガス）が供給されると（式１）の電極反応が起こり、カソード流路１２を介して酸素を含む空気（反応ガス）が供給されると（式２）の電極反応が起こり、各単セルで電位差（Open Circuit Voltage：ＯＣＶ）が発生する。
【００２２】
２Ｈ2→４Ｈ+＋４ｅ-       ・・・（式１）
Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ-→２Ｈ2Ｏ・・・（式２）
【００２３】
また、燃料電池スタック１０の各セパレータには、複数の貫通孔１３ａ（図２）が形成されており、これらの貫通孔が冷媒流路１３として機能する。冷媒流路１３には、燃料電池スタック１０を冷却するための冷媒（例えば、エチレングリコールを含む水）が通流する。燃料電池スタック１０は、図１に示すように燃料電池冷媒入口Ｑ１及び燃料電池冷媒出口Ｑ２を有している。燃料電池冷媒出口Ｑ２は、図２に示すように燃料電池スタック１０における単セル１０ａの積層方向（左右方向）における一端面（例えば右面１０ｂ）に形成されている。燃料電池スタック１０の右面１０ｂには、冷媒出口マニホールド１４が設けられており、各セパレータの複数の貫通孔１３ａからの冷媒をまとめて配管Ｃ１に流出できるようになっている。冷媒出口マニホールド１４は燃料電池冷媒出口Ｑ２に相当する。なお、燃料電池スタック１０の右面１０ｂには、冷媒出口マニホールド１４から離間して図示を省略した冷媒入口マニホールドが設けられている。この冷媒入口マニホールドは燃料電池冷媒入口Ｑ１に相当する。
【００２４】
図１に戻って燃料電池車Ｍの各部の説明を続ける。
＜アノード系＞
アノード系は、図示を省略した水素タンク、遮断弁、減圧弁（レギュレータ）、エゼクタ及び希釈器を備えると共に、水素タンクから遮断弁、減圧弁及び配管ａ１を通って供給される水素を温める熱交換器２１を備えている。なお、水素タンクから流出される水素は断熱膨張して低温になっており、これを温めるために熱交換器２１が配置されている。
【００２５】
熱交換器２１の熱源は、燃料電池スタック１０を冷却するために使われる冷媒であって、燃料電池冷媒出口Ｑ２から、配管ｃ１，分岐合流管４１、配管ｇ１を介して供給される。熱交換器２１で温められた水素が通る配管ａ２はアノード流路１１の入口に接続されている。遮断弁がＥＣＵによって開かれると、水素タンクの水素が配管ａ１，ａ２を通ってアノード流路１１に供給されるようになっている。
【００２６】
配管ａ３には、アノード流路１１から排出された未反応の水素を含むアノードオフガス（燃料オフガス）を希釈する希釈器が設置されている。アノードオフガスは、配管ａ３から分岐して、配管ａ２に接続されたエゼクタに供給され、水素が循環するようになっている。
【００２７】
（カソード系）
カソード系は、コンプレッサ３１と、入口封止弁３２と、出口封止弁３３と、ＥＧＲポンプ３４と、を備えている。
コンプレッサ３１は、内部の羽根車（図示せず）を回転させることで車外から空気を吸引・圧縮し、配管ｂ１等を介してカソード流路１２に供給する空気圧送用の圧縮機である。
【００２８】
入口封止弁３２は、電磁作動式の開閉弁であり、上流側が配管ｂ１を介してコンプレッサ３１に接続され、下流側が配管ｂ２を介してカソード流路１２の入口に接続されている。
出口封止弁３３は、電磁作動式の開閉弁であり、上流側が配管ｂ３を介してカソード流路１２の出口に接続され、下流側が配管ｂ４に接続されている。
燃料電池車（燃料電池システム）の停止時に入口封止弁３２及び出口封止弁３３が閉弁されることで、カソード流路１２が系外から締め切られる。
【００２９】
ＥＧＲポンプ３４は、排気再循環（Exhaust Gas Recirculation）用のポンプである。このＥＧＲポンプ３４が駆動することで、カソード流路１２から流出するカソードオフガスが、配管ｂ３，ｂ５，ｂ６，ｂ２を介してカソード流路１２に戻される。
なお、アノード系の熱交換器２１の熱源として使われた冷媒が配管ｇ２を通って、カソード系の出口封止弁３３及びＥＧＲポンプ３４の周囲の空気を熱交換により温めることで、これらのデバイスの凍結を防止している。
【００３０】
その他、配管ｂ２を介して供給される低湿潤の空気と、配管ｂ３を介して排出される高湿潤のカソードオフガスと、の間で水分交換するための加湿器（図示せず）が設置されている。また、カソード流路１２を通流する空気の圧力（背圧）を制御する背圧弁（図示せず）が配管ｂ４に設置されている。
【００３１】
＜ＦＣ側冷媒系＞
ＦＣ側冷媒系は、分岐合流管４１と、温度センサ４２と、第１ポンプ４３と、ラジエータ４４と、サーモスタット弁４５と、第１タンク４６と、第２タンク４７と、イオン交換器４８と、を備えている。
ここで、ラジエータ４４は、冷媒の入口であるラジエータ冷媒入口Ｑ３と、冷媒の出口であるラジエータ冷媒出口Ｑ４と、を有している。そして、燃料電池冷媒出口Ｑ２及びラジエータ冷媒入口Ｑ３を接続し、燃料電池スタック１０から排出される冷媒が通流する「第１冷媒流路」は、配管Ｃ１、分岐合流管４１、配管Ｃ２を含んで構成される。また、ラジエータ冷媒出口Ｑ４及び燃料電池冷媒入口Ｑ１を接続し、ラジエータ４４から排出される冷媒が通流する「第２冷媒流路」は、配管Ｃ３〜Ｃ６を含んで構成される。
【００３２】
分岐合流管４１は、配管Ｃ１，Ｃ２を含む第１冷媒流路に設けられている。
分岐合流管４１は、図３に示すように、入口ポートＰ１と、出口ポートＰ７と、廃熱回収側分岐ポートＰ２と、廃熱回収側合流ポートＰ３と、バイパス側出口ポートＰ４と、イオン交換器側入口ポートＰ５と、デバイス側出口ポートＰ６と、を備えている。なお、以下では、ポート名称を省略して単にポート番号だけを記載することがある。
以下では、まず、図１及び図３を参照して各ポートの接続先を説明し、次いで、分岐合流管４１の構造について説明する。
【００３３】
入口ポートＰ１は、分岐合流管４１にとって、燃料電池冷媒出口Ｑ２からの冷媒の入口である。このポートＰ１は、配管Ｃ１を介して燃料電池冷媒出口Ｑ２に接続される。
出口ポートＰ７は、ラジエータ冷媒入口Ｑ３に向かう冷媒の出口である。このポートＰ７は、配管Ｃ２を介してラジエータ冷媒入口Ｑ３に接続される。
【００３４】
廃熱回収側分岐ポートＰ２は、分岐合流管４１から廃熱回収回路（配管ｄ１）に向けて冷媒を分岐する分岐口である。このポートＰ２は、配管ｄ１を介して第２ポンプ６１に接続され、さらにヒータコア６３に接続される。
廃熱回収側合流ポートＰ３は、分岐合流管４１に廃熱回収回路（配管ｄ３）からの冷媒を合流させる合流口である。このポートＰ３は、配管ｄ３を介してヒータコア６３に接続される。
【００３５】
バイパス側出口ポートＰ４は、廃熱回収側分岐ポートＰ２の下流において、分岐合流管４１からバイパス配管ｅ１（ラジエータバイパス流路）に向かう冷媒の出口である。このポートＰ４は、バイパス配管ｅ１を介してサーモスタット弁４５に接続される。
分岐合流管４１は、このようにポートＰ４を備えるので、分岐合流管４１よりも下流側にバイパス配管ｅ１（ラジエータバイパス流路）に向かう冷媒を分岐するＹ字管等の他の配管を備える場合に比べて、分岐合流管４１の出口ポートＰ７から前記Ｙ字管等の他の配管までの冷媒流路を短縮できる。その結果、通流する冷媒量も少なくできるため、冷媒を早く循環させて燃料電池の温度を発電に適した温度に素早く昇温することができる。
【００３６】
イオン交換器側入口ポートＰ５は、イオン交換器４８から分岐合流管４１への冷媒の入口である。このポートＰ５は、配管ｆ２を介してイオン交換器４８に接続され、さらにイオン交換器４８から配管ｆ１を介して配管Ｃ６に接続される。
【００３７】
デバイス側出口ポートＰ６は、分岐合流管４１からアノード系のデバイスやカソード系のデバイスを温める配管ｇ１，ｇ２に向かう冷媒の出口である。このポートＰ６は、配管ｇ１を介してアノード系の熱交換器２１に接続され、さらに、熱交換器２１から配管ｇ２を介してカソード系の出口封止弁３３やＥＧＲポンプ３４を経由して第１タンク４６に接続される。
【００３８】
図３に示すように、分岐合流管４１は、本体部５０と、傾斜部５１と、を備えている。
本実施形態では、一例として、本体部５０は燃料電池スタック１０の前面１０ｃに取り付けられている。なお、前面１０ｃは、燃料電池スタック１０の側面のうちの１つである。
【００３９】
本体部５０は、燃料電池スタック１０の前面１０ｃに沿って延びた概略円筒形状であり、その一端面（右端面）に連続して、傾斜部５１の左端面（基端面）が接続されており、本体部５０の他端部（左端部）は出口ポートＰ７を構成している。
【００４０】
傾斜部５１は、概略円筒形状であり、本体部５０の一端面側（右側）から当該一端面（右端面）に近づくにつれて燃料電池スタック１０の前面１０ｃから離れるように斜めに延びている。傾斜部５１の右端部（先端部）は入口ポートＰ１を構成している。これにより、入口ポートＰ１と燃料電池冷媒出口Ｑ２とを接続する配管Ｃ１の形状を緩やかな曲げ形状にして冷媒をスムーズに流すことができる。
【００４１】
廃熱回収側分岐ポートＰ２と、廃熱回収側合流ポートＰ３とは、傾斜部５１の側面から前方やや下向きに入口ポートＰ１の軸線（傾斜部５１の軸線）に対して鋭角となる方向に向かって突出するように並設されている。これにより、モータルーム（車両の前側空間）における燃料電池スタック１０とラジエータ４４との間の限られた空間であっても、他のポートに接続されるホースの邪魔にならずに、ポートＰ２やポートＰ３に接続される配管となるホースが取り回しし易くなる。
【００４２】
廃熱回収側分岐ポートＰ２と、廃熱回収側合流ポートＰ３とは、傾斜部５１の軸線方向（第１冷媒流路の通流方向）において近接している。これにより、ポートＰ２とポートＰ３との間では差圧がほとんど生じないので、２つのポートが離間して差圧が生じている場合に比べて、後記する廃熱回収回路に設けられる第２ポンプ６１を制御し易くなる。一方、２つのポートが離間している場合、前記した差圧に基づく流量を考慮して調整しながら第２ポンプを駆動しなければならず、第２ポンプの制御が難しくなってしまう。
【００４３】
バイパス側出口ポートＰ４と、イオン交換器側入口ポートＰ５とは、本体部５０の側面から前方に、円筒軸線に略直交する方向に向かって突出するように並設されている。
ポートＰ４，Ｐ５の軸線方向の向きは、ポートＰ２，Ｐ３の軸線方向の向きとは異なっているので、各ポートに対して、配管となるホースを接続する作業を行い易くなっている。なお、その他の各ポートの向きや配置高さを適宜ずらしてもよく、この場合、ホース組み付け作業性をさらに高めることができる。
【００４４】
デバイス側出口ポートＰ６は、本体部５０の側面から、燃料電池スタック１０の前面１０ｃに寄せて左上方に向かって斜めに突出するように設けられている。なお、このポートＰ６の向きや配置は、アノード系の熱交換器２１、カソード系の出口封止弁３３及びＥＧＲポンプ３４を、燃料電池スタック１０の左面側に配置する構造としたときに好適である。また、仮に、このポートＰ６を、本体部５０の側面から前方に突出させる場合を想定すると、本体部５０に余計な長さが必要となってしまうが、本実施形態によれば、そのような事態を回避し、この燃料電離システム全体の小型化を向上することができる。
【００４５】
本体部５０の下方には、燃料電池スタック１０の前面１０ｃに、位置決めできるような角度及び形状の第１固定部５２が設けられ、また、傾斜部５１の上方には、同様に第２固定部５３が設けられている。固定の際には、燃料電池スタック１０の前面１０ｃの所定位置に設けられた突起部に、例えば、第２固定部５３の孔５３ｂを位置合わせした上でボルト孔５３ａにボルトを差し込んで螺合する。また、図３では隠れているが第１固定部５２も位置合わせ孔を備えており、同様に位置合わせをしてボルト孔５２ａにボルトを差し込んで螺合することで、燃料電池スタック１０の前面１０ｃに分岐合流管４１が固定される。なお、第１固定部５２を本体部５０の上方に設け、かつ、第２固定部５３を傾斜部５１の上方に設けても構わない。
【００４６】
分岐合流管４１には、温度センサ４２を取り付けるためのセンサ取付部５４が設けられている。温度センサ４２は、分岐合流管４１を通流する冷媒の温度を検出し、ＥＣＵに出力する機能を有している。なお、燃料電池冷媒出口Ｑ２から流出する高温の冷媒の温度は、およそ８０℃である。
【００４７】
センサ取付部５４は、入口ポートＰ１の近傍において、傾斜部５１の側面から上方に円筒軸線に略直交する方向に向かって突出するように設けられている。
センサ取付部５４には、ボルト穴５４ａと、温度センサ４２のセンサ部を案内するためのガイド穴５４ｂとが形成されている。温度センサ４２のセンサ部をガイド穴５４ｂに挿入してボルト穴５４ａにボルトを差し込んで螺合することで分岐合流管４１に温度センサ４２が固定される。
【００４８】
分岐合流管４１には、当該分岐合流管４１に周囲の部材を固定するための固定突起部５５が設けられている。固定突起部５５は、本体部５０の側面から下方に円筒軸線に略直交する方向に向かって突出するように設けられている。固定突起部５５は、例えば、配管となるホースに用いられるホースバンドを固定するための固定用孔部５５ａを備えている。
ホースバンドは、分岐合流管４１のポート等のホース取付部にホースを嵌入した後でホースの端部を固定したり、ホースをまとめたりするために用いられる。リング状のホースバンドの外周面のピン突起を固定用孔部５５ａに嵌合することで、分岐合流管４１の周囲のホースのホースバンドを固定することができる。つまり、固定突起部５５は、分岐合流管４１に周囲のホースをまとめ、限られた空間にホースをコンパクトにまとめることでシステム全体の小型化を向上させ、また、固定点として機能することで組み立て性を向上させることができる。
【００４９】
分岐合流管４１は、例えば、一般的な金属配管と同様の金属材料で構成される。そのほか、燃料電池冷媒出口Ｑ２から流出する高温の冷媒のための耐熱性や強度に優れたエンジニアリング・プラスチック等で構成してもよい。なお、分岐合流管４１と接続される各配管は、柔軟性及び耐熱性のある合成樹脂やゴム等で構成される。
【００５０】
図１に戻って燃料電池車Ｍの各部の説明を続ける。
第１ポンプ４３は、第１冷媒流路（配管Ｃ１〜Ｃ２）及び第２冷媒流路（配管Ｃ３〜Ｃ６）に冷媒を循環させるポンプである。第１ポンプ４３は、ＥＣＵからの指令に従って駆動し、燃料電池冷媒入口Ｑ１に向けて冷媒を圧送する。第１ポンプ４３は、その吸入側が配管Ｃ５、第１タンク４６、配管Ｃ４を介してサーモスタット弁４５に接続され、吐出側が配管Ｃ６を介して燃料電池冷媒入口Ｑ１に接続されている。
【００５１】
ラジエータ４４は、燃料電池冷媒出口Ｑ２から、配管Ｃ１、分岐合流管４１、配管Ｃ２を含む第１冷媒流路を介して流入する高温の冷媒と、流入する低温の外気と、を熱交換させることで冷媒の熱を放熱する熱交換器である。ラジエータ４４は、ラジエータ冷媒入口Ｑ３が第１冷媒流路に接続され、ラジエータ冷媒出口Ｑ４が配管Ｃ３を介してサーモスタット弁４５に接続されている。
【００５２】
サーモスタット弁４５は、燃料電池スタック１０の温度を調整する温度調整機構であり、冷媒の温度に応じてラジエータ４４への冷媒の通流／迂回を切り替えるようになっている。
サーモスタット弁４５は、冷媒が所定温度以上になった場合に膨張するワックス（図示せず）と、このワックスの膨張に伴って移動する弁体（図示せず）と、を有している。
サーモスタット弁４５は、一方の入口ポートが配管Ｃ３を介してラジエータ冷媒出口Ｑ４に接続され、他方の入口ポートがバイパス配管ｅ１に接続されている。
また、サーモスタット弁４５の出口ポートは、配管Ｃ４、第１タンク４６、配管Ｃ５を介して第１ポンプ４３の吸入口に接続されている。
【００５３】
サーモスタット弁４５を通流する冷媒の温度が所定値以上である場合、前記したワックスが膨張して配管Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５が連通し、バイパス配管ｅ１を介した流路が遮断され、冷媒はラジエータ４４に流入する。一方、サーモスタット弁４５を通流する冷媒の温度が所定値未満である場合、ワックスは膨張しないため、バイパス配管ｅ１と配管Ｃ４，Ｃ５とが連通し、配管Ｃ３を介した流路が遮断され、冷媒はラジエータ４４をバイパスする。
【００５４】
なお、ラジエータ４４への冷媒の通流／迂回を切り替える際の温度閾値（つまり、サーモスタット弁４５のワックスが膨張するか否かの温度閾値）は、燃料電池スタック１０の電極反応が適切に継続するように予め設定されている。
【００５５】
バイパス配管ｅ１は、ラジエータ４４をバイパスするように、その一端がサーモスタット弁４５に接続され、他端が分岐合流管４１に接続されている。
【００５６】
第１タンク４６は、流入する冷媒を一時的に貯留するタンクであり、冷媒の圧力を調整するために、圧力開放弁が設けられている。第１タンク４６内の圧力が設定以上に高まると、圧力開放弁が開くことで、ガスを逃がすことができる。第１タンク４６には、冷媒が流入する配管として、配管Ｃ４、ｇ２、ｈ１がそれぞれ接続され、冷媒が流出する配管として、配管Ｃ５が接続されている。
【００５７】
第２タンク４７は、循環している冷媒に追加し補うための冷媒を貯留するタンクである。第１タンク４６からガスを抜いた分だけ、第２タンク４７の冷媒が配管ｈ１を介して第１タンク４６に流入するようになっている。
【００５８】
イオン交換器４８は、第１冷媒流路及び第２冷媒流路を循環する冷媒において燃料電池スタック１０の液絡を防止するため、冷媒中のイオンを除去するものである。イオン交換器４８は、円筒状のケース内にイオン交換樹脂（陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂）が充填されている。イオン交換器４８は、流入口が、配管ｆ１を介して第２冷媒流路の配管Ｃ６に接続され、流出口が、配管ｆ２を介して分岐合流管４１のポートＰ５に接続されている。
【００５９】
イオン交換器４８は、図４及び図５に示すように、上面視（平面視）で分岐合流管４１の傾斜部５１に重なるように配置されている。燃料電池スタック１０の前面１０ｃ側において、分岐合流管４１の傾斜部５１の上方に生じる空間に、イオン交換器４８を配置することでシステム全体を小型化し、燃料電池車Ｍのモータルーム内のデッドスペースを少なくしている。また、イオン交換器４８を燃料電池スタック１０の前面１０ｃに固定し易いため、組み立て性を向上することができる。なお、イオン交換器４８の側面は、図示しないブラケットを介して燃料電池スタック１０の前面１０ｃにボルトなどを介して固定されている。
【００６０】
図２に示すように燃料電池スタック１０の前面１０ｃから分岐合流管４１の傾斜部５１が斜め前方に突出し、図４に示すように、平面視で分岐合流管４１の傾斜部５１の上に重なるようにイオン交換器４８が配置されている。また、図４及び図５に示すように、イオン交換器４８の周囲には例えば配管Ｃ１，Ｃ３，Ｃ５，バイパス配管ｅ１が配置され、イオン交換器４８の前方には例えば配管ｇ２，ｈ１が配置されている。したがって、この燃料電池車Ｍの正面衝突時に、分岐合流管４１の傾斜部５１や分岐合流管４１に接続されたこれら複数の配管によって衝撃荷重を吸収することでイオン交換器４８を保護することができる。
また、燃料電池スタック１０の前面１０ｃにイオン交換器４８だけを取り付ける場合と比べて、正面衝突時に衝撃緩衝のためにイオン交換器４８の前方に要するクリアランスを短くできるので、システム全体を小型化することができる。
つまり、イオン交換器４８の前側に配置されるラジエータ４４、図示しないフロントグリルやバンパー等を車両の後ろ寄りに設置できる。その結果、車両の全長又はフロントノーズの長さを短縮することができる。
【００６１】
＜電力消費系＞
電力消費系は、燃料電池スタック１０の発電電力やバッテリ（図示せず）の充放電を制御するＶＣＵ（Voltage Control Unit）や走行モータ（図示せず）を備えている。
【００６２】
＜空調側冷媒系＞
空調側冷媒系は、第２ポンプ６１と、冷媒加熱用ヒータ６２と、ヒータコア６３と、を備えている。
第２ポンプ６１は、ＥＣＵからの指令に従って駆動し、ヒータコア６３に向けて冷媒を圧送するポンプである。第２ポンプ６１は、吸入側が配管ｄ１を介して分岐合流管４１に接続され、吐出側が配管ｄ２を介して冷媒加熱用ヒータ６２に接続されている。
【００６３】
冷媒加熱用ヒータ６２は、配管ｄ２を介して流入する冷媒を、ＥＣＵからの指令に応じて加熱する電気ヒータである。配管ｄ２の下流側は、ヒータコア６３の流入口に接続されている。
【００６４】
ヒータコア６３は、配管ｄ２を介して流入する高温の冷媒と、エアミックスドア７４によって案内されダクト７１内を通流する空気と、を熱交換する熱交換器である。
ヒータコア６３は、ダクト７１内においてエボパレータ７３よりも下流側に設置されている。ヒータコア６３の流出口は、配管ｄ３を介して分岐合流管４１に接続されている。
【００６５】
また、配管Ｃ１、分岐合流管４１、配管Ｃ２を含む第１冷媒流路から冷媒の一部を分岐し、廃熱回収機器を経由させ熱を回収した後、第１冷媒流路に合流させる「廃熱回収回路」は、配管ｄ１〜ｄ３を含んで構成される。この廃熱回収回路に設けられ、冷媒を圧送するのが前記した第２ポンプ６１である。廃熱回収機器は、燃料電池スタック１０の廃熱（余剰熱）を回収し、熱源として利用する機器である。ここでは、暖房運転を行う際の熱源として利用する。
【００６６】
（その他機器）
図１に示すダクト７１は、上流端が開口して車内外に連通し、下流端が開口して車室に連通するように設置される筒状部材である。ダクト７１内には、上流側から順に、送風機７２、エボパレータ７３、エアミックスドア７４、及びヒータコア６３が設置されている。
【００６７】
送風機７２は、車内外からの空気を吸入してダクト７１内に送り込む機能を有し、ダクト７１の上流端付近に設けられている。
エボパレータ７３は、送風機７２から送り込まれる空気を冷却するものであり、冷房運転時に蒸発器として機能する。
なお、図１では図示を省略したが、圧縮機（図示せず）、コンデンサ（凝縮器：図示せず）、膨張弁（図示せず）、及びエボパレータ７３が配管（図示せず）を介して環状に順次接続されている。そして、前記した圧縮機を駆動し、膨張弁の開度を絞ることで、エボパレータ７３に低温低圧の冷媒が流入する。
【００６８】
エアミックスドア７４は、例えば回動式のドアにより構成され、ＥＣＵからの指令に従って回動軸Ｋを中心として回動する。これによって、ヒータコア６３に流入する空気とヒータコア６３を迂回する空気との流量比（つまり、車室に送り込まれる空気の温度）が調整される。なお、図１に示す回動式のエアミックスドア７４に代えて、スライド式のエアミックスドアを用いてもよい。
【００６９】
＜制御系＞
ＥＣＵ（Electric Control Unit）は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、各種インタフェースなどの電子回路を備えて構成され、その内部に記憶したプログラムに従って各種機能を発揮する。
ＥＣＵは、ＩＧ（Ignition Switch：図示せず）から入力されるＯＮ／ＯＦＦ信号、温度センサ４２からの温度情報、空調スイッチ（図示せず）から入力されるＯＮ／ＯＦＦ信号、操作者によって設定される設定温度等に応じて、各機器の駆動を制御する。すなわち、ＥＣＵは、自身に入力される各信号に応じて、アノード系の遮断弁（図示せず）と、カソード系のコンプレッサ３１と、ＦＣ側冷媒系の第１ポンプ４３と、空調側冷媒系の第２ポンプ６１と、電力消費系のＶＣＵ、空調側冷媒系の冷媒加熱用ヒータ６２、送風機７２及びエアミックスドア７４と、の動作を統括制御する。
なお、ＥＣＵは、空調制御用ＥＣＵと、燃料電池システム制御用ＥＣＵと、を別体で構成してもよいし、一体で構成してもよい。
【００７０】
＜燃料電池車の動作＞
ＩＧ（図示せず）からＯＮ信号が入力されると、ＥＣＵは、カソード系のコンプレッサ３１を駆動すると共に、アノード系の遮断弁（図示せず）を開弁する。これによって、燃料電池スタック１０のアノード流路１１に水素が供給され、カソード流路１２に酸素を含む空気が供給される。そうすると、膜／電極接合体において前記した電極反応が起こり、燃料電池スタック１０が発熱する。
【００７１】
そして、ＥＣＵは燃料電池スタック１０の温度等に基づいて、ＦＣ側冷媒系の第１ポンプ４３の駆動が必要である場合にＦＣ側冷媒系の第１ポンプ４３を駆動する。通常、ＩＧ−ＯＮ時において燃料電池スタック１０の温度は、発電に適した所定温度（例えば、６５℃）よりも低くなっている。したがって、サーモスタット弁４５は閉じた状態になっている。つまり、配管Ｃ３を介した流路が遮断され、バイパス配管ｅ１を介した流路が連通している。
【００７２】
第１ポンプ４３が駆動すると、燃料電池スタック１０の燃料電池冷媒入口Ｑ１から流出した比較的低温の冷媒は、ラジエータ４４を迂回して配管Ｃ１、分岐合流管４１、バイパス配管ｅ１、配管Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６を順次通流し、燃料電池冷媒出口Ｑ２に流入する。
【００７３】
その後、燃料電池スタック１０が発熱することによって冷媒温度が所定温度以上になると、サーモスタット弁４５が開く。つまり、配管Ｃ３を介した流路が連通し、バイパス配管ｅ１を介した流路が遮断される。なお、前記したサーモスタット弁４５の開閉は、内部のワックスが冷媒温度に応じて体積変化することで行われる。
【００７４】
サーモスタット弁４５が開状態になると、燃料電池冷媒出口Ｑ２から流出した高温の冷媒は、配管Ｃ１、分岐合流管４１、配管Ｃ２を含む第１冷媒流路を介してラジエータ冷媒入口Ｑ３に流入する。熱交換によって放熱した冷媒は、ラジエータ冷媒出口Ｑ４から流出し、配管Ｃ３〜Ｃ６を含む第２冷媒流路を介して燃料電池冷媒入口Ｑ１に流入する。これによって、燃料電池スタック１０を適温で維持できる。
【００７５】
空調側冷媒系における冷媒の循環については以下の通りである。
ＥＣＵは、空調スイッチ（図示せず）からＯＮ信号が入力されたとき、車室の温度を検出する温度センサ（図示せず）、車外の温度を検出する複数の温度センサ（図示せず）、操作者によって設定される設定温度等に基づいて、暖房運転を開始する必要があると判定した場合、目標温度を設定する。
【００７６】
そして、ＥＣＵは、空調側冷媒系の第２ポンプ６１及び送風機７２を駆動する。そうすると、燃料電池冷媒出口Ｑ２から流出した高温の冷媒が、配管Ｃ１、分岐合流管４１、及び配管ｄ１〜ｄ２を介して分流し、ヒータコア６３に流入する。
なお、ＦＣ側冷媒系の第１ポンプ４３も駆動しているため、ラジエータ４４での熱交換も継続している。
【００７７】
また、ＥＣＵは、設定した目標温度等に基づいてエアミックスドア７４の開度を調整する。その結果、送風機７２によってダクト７１内に送り込まれた空気のうち、エアミックスドア７４の開度に応じた流量の空気がヒータコア６３を通流する。
配管ｄ１を介して分岐合流管４１から流出した冷媒は、配管ｄ２を介してヒータコア６３に流入する。ヒータコア６３を通流する高温の冷媒は、送風機７２によって送風される空気に対して放熱する。
【００７８】
一方、ヒータコア６３を通流する空気は冷媒から吸熱した後、ダクト７１を介し車室に向けて送風される。また、ヒータコア６３から流出した低温の冷媒は、配管ｄ３を介して分岐合流管４１に戻った後、燃料電池冷媒入口Ｑ１に向けて圧送される。
【００７９】
また、ＥＣＵは、冷媒加熱用ヒータ６２の下流側の冷媒の温度を検出する温度センサ（図示せず）で検出された温度に応じて、冷媒加熱用ヒータ６２のＯＮ／ＯＦＦを切り替える。これによって、ヒータコア６３に流入する冷媒の温度を、暖房運転に適した温度で維持できる。
【００８０】
＜効果＞
本実施形態によれば、ＦＣ側冷媒系において分岐合流管４１を備えるので、分岐や合流のための余分な機器（例えば複数のＹ字管とそれらの間のホース）を追加する必要がない。したがって、燃料電池車Ｍに要するコストを低減できる。加えて、配管の部品点数や固定点を削減することができると共に、冷媒の主通流方向の長さを短縮することができる。これにより、システム全体の小型化及び組み立て性を向上することができる。
【００８１】
また、図３に示すように、分岐合流管４１の廃熱回収側分岐ポートＰ２は、入口ポートＰ１に最も近い上流側に設定されているので、配管Ｃ１を介してポートＰ１に流入する冷媒を、高温のままポートＰ２から配管ｄ１を介してヒータコア６３（廃熱回収機器）に送ることができ、ヒータコア６３において燃料電池スタック１０の廃熱を高効率で回収できる。
【００８２】
また、図３に示すように、分岐合流管４１の廃熱回収側分岐ポートＰ２と、廃熱回収側合流ポートＰ３とは、傾斜部５１の軸線方向（第１冷媒流路の通流方向）において近接配置されているため、ポートＰ２とポートＰ３との間において差圧がほとんど生じない。したがって、２つのポートが離間して差圧が生じている場合に比べて、廃熱回収回路に設けられた第２ポンプ６１を制御し易くなる。
【００８３】
≪変形例≫
以上、本発明に係る燃料電池車Ｍについて前記各実施形態により説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、前記実施形態では、分岐合流管４１が、燃料電池スタック１０の前面１０ｃに取り付けられる場合について説明したが、これに限らず、他の側面（後面、上面、下面）に取り付けてもよい。なお、ラジエータ４４を燃料電池スタック１０の前面１０ｃに配置する場合、分岐合流管４１をラジエータ４４と燃料電池スタック１０との間に配置するのがよいので、この場合は、分岐合流管４１を前面１０ｃに取り付けることが好ましい。
【００８４】
また、図１に示す形態では、熱交換器２１と第１タンク４６との間を１つの配管ｇ２で接続する場合について説明したが、これに限らず、図４に示す形態のように、イオン交換器４８を避けるように複数の配管をホースバンドで固定することで配管ｇ２を構成してもよい。
【００８５】
また、図１に示す形態では、サーモスタット弁４５の出力ポートと第１タンク４６の流入口との間に配管Ｃ４を設ける場合について説明したが、これに限らず、サーモスタット弁４５の出力ポートを第１タンク４６の流入口に直接的に接続してもよい。
【００８６】
また、冷媒の通流方向を切り替える切替手段がサーモスタット弁４５である場合について説明したが、これに限らない。すなわち、サーモスタット弁４５に代えてソレノイド及び弁体を有する三方弁を用いてもよい。また、ヒータを内蔵した電動のサーモスタット弁を用い、燃料電池スタック１０の温度が比較的低い場合でもヒータでワックスを加熱することで冷媒の通流方向を切替可能な構成にしてもよい。
【００８７】
また、冷媒の通流方向を切り替える切替手段として、２つの開閉弁を用いてもよい。例えば、図１に示すサーモスタット弁４５に代えて、配管Ｃ３と、バイパス配管ｅ１と、にそれぞれ開閉弁を設置してもよい。
【００８８】
また、前記各実施形態では、燃料ガス（反応ガス）として水素を用いる場合について説明したが、燃料ガスとして天然ガス等を用いてもよい。
【符号の説明】
【００８９】
Ｍ      燃料電池車
１０    燃料電池スタック
４１    分岐合流管
４３    第１ポンプ
４４    ラジエータ
５０    本体部
５１    傾斜部
６１    第２ポンプ
６３    ヒータコア
Ｐ１    入口ポート
Ｐ２    廃熱回収側分岐ポート
Ｐ３    廃熱回収側合流ポート
Ｐ４    バイパス側出口ポート
Ｐ５    イオン交換器側入口ポート
Ｐ６    デバイス側出口ポート
Ｐ７    出口ポート
Ｑ１    燃料電池冷媒入口
Ｑ２    燃料電池冷媒出口
Ｑ３    ラジエータ冷媒入口
Ｑ４    ラジエータ冷媒出口
Ｃ１，Ｃ２  配管（第１冷媒流路）
Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６  配管（第２冷媒流路）
ｄ１，ｄ２，ｄ３  配管（廃熱回収回路）
ｅ１    バイパス配管（バイパス流路）
【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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