JP2007038952A - 燃料電池を搭載した車両の空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池を搭載した車両の空調装置において、システムの簡素化及びコストの低廉化を図り、燃料電池の暖機時間を短縮し、エネルギ消費の観点からの効率を高めて燃費を向上することにある。
【解決手段】冷却水通路は、燃料電池と触媒燃焼器とを連結する連絡通路と触媒燃焼器と冷却水用ポンプとを連結する連絡通路の途中に３つの並列通路とを備え、３つの並列通路は、暖房手段に連結する第一の通路とこの第一の通路をバイパスする第二の通路と冷却水冷却用ラジエータに連結する第三の通路とから構成され、第一の通路と第二の通路とのいずれか一方の通路と触媒燃焼器とを連結する第一切換弁を設け、第二の通路と第三の通路とのいずれか一方の通路と冷却水用ポンプとを連結する第二切換弁を設け、第一切換弁は冷却水温度が設定値よりも高く且つ暖房使用時に開放され、第二切換弁は暖房使用状態で且つ冷却水温度の値に応じて切り換えられる。
【選択図】図１

Description

この発明は、燃料電池を搭載した車両の空調装置に係り、特に燃料電池を冷却する冷却水の熱を熱源として車両暖房する暖房手段が備えられた燃料電池を搭載した車両の空調装置に関するものである。

四輪自動車等の車両においては、冬季の暖房熱源及びデフロスタ熱源として内燃機関の排熱を利用している。しかし、燃料電池車においては、排熱温度がピーク時においても内燃機関の場合と比較して低く（約６０℃±１０℃）、熱源として不十分となり、また、燃料電池の暖機が完了するまでの時間も内燃機関の場合と比較して長くなり、乗員が不快に感じる時間が長くなるという問題があった。その傾向は、改質システム等の熱源となり得る部品を持たない純水素型の場合に、特に顕著になっている。

即ち、車両には、図４に示す如く、燃料電池システム２０２と空調装置２０４と冷却装置２０６とが搭載されている。

燃料電池システム２０２には、アノード（水素極）に供給された水素とカソード（空気極）に供給された空気との化学反応によって発電する燃料電池２０８と、燃料電池２０８に水素を導く水素供給通路２１０と、燃料電池２０８に空気を導く空気供給通路２１２と、燃料電池２０８から排出された排出ガスを導くガス排出通路２１４とが備えられている。また、燃料電池システム２０２には、ガス排出通路２１４の途中に設けられて前記排出ガスをパージするように開放動作される排出用パージ弁２１６と、排出用パージ弁２１６よりも燃料電池２０８側のガス排出通路２１４の途中と水素供給通路２１０の途中とを連結して前記排出ガス中の未反応水素である水素ガスの一部を導く水素ガス循環通路２１８と、水素ガス循環通路２１８の途中に設けられてガス排出通路２１４の前記水素ガスを水素供給通路２１０に圧送する水素ガス循環ポンプ２２０とが備えられている。更に、燃料電池システム２０２には、排出用パージ弁２１６よりも燃料電池２０８から離れた側のガス排出通路２１４に連結した希釈用空気導入通路２２２と、この希釈用空気導入通路２２２の途中に設けられて希釈用空気を導入するように開放動作される希釈用空気開閉弁２２４と、排出用パージ弁２１６と希釈用空気開閉弁２２４との間のガス排出通路２１４に連結して排出用パージ弁２１６からパージされた水素ガスと希釈用空気導入通路２２２から導入された希釈用空気とが混じった混合ガスを導く混合ガス排出通路２２６とが備えられている。

この燃料電池システム２０２は、いわゆる水素循環型であり、アノード（水素極）に水素が入り込んで、水素濃度の低下が起こり、この水素濃度の低下が所定値以上になったときに、さらに空気で希釈した後で水素ガスを外気へ放出する構成である。

空調装置２０４は、暖房手段２２８を備えている。この暖房手段２２８は、ヒータコア２３０と、このヒータコア２３０に送風するヒータコア側送風機２３２とからなり、燃料電池２０８を冷却するための後述の冷却水通路２３８から排出される冷却水の熱を熱源として用いるものである。

冷却装置２０６は、冷却水を冷却する冷却水冷却用のラジエータ２３４と、このラジエータ２３４に送風するラジエータ側送風機２３６とを備えている。

燃料電池２０８と冷却装置２０６とは、冷却水通路２３８で連結している。この冷却水通路２３８は、ラジエータ２３４と燃料電池２０８の冷却水導入側部２４０とを連結する供給側冷却水通路２４２と、燃料電池２０８の冷却水排出側部２４４とラジエータ２３４とを連結する排出側冷却水通路２４６とからなる。この冷却水通路２３８内を流れる冷却水は、燃料電池２０８の発電時に発生する熱を回収して燃料電池２０８を冷却する等で燃料電池２０８を適正な温度に保持するためにラジエータ２３４及び燃料電池２０８を経て循環されるものである。

供給側冷却水通路２４２の途中には、ラジエータ２３４の冷却水を燃料電池２０８に圧送する冷却水用ポンプ２４８が設けられている。排出側冷却水通路２４６は、ラジエータ２３４に接続している。また、排出側冷却水通路２４６には、燃料電池２０８から排出された冷却水の温度を検出する水温センサ２５０が設けられている。

排出側冷却水通路２４６の途中の接続部２５２と供給側冷却水通路２４２の途中の接続部２５４とは、第一並列通路２５６で連通している。この第一並列通路２５６には、排出側冷却水通路２４６の途中の接続部２５２側から順次に、開閉弁２５８とヒータコア２３０とが設けられている。

また、排出側冷却水通路２４６の途中で前記接続部２５２よりもラジエータ２３４側の接続部２６０には、第二並列通路２６２の一端が接続している。この第二並列通路２６２の他端は、供給側冷却水通路２４２の途中で前記接続部２５４とラジエータ２３４との間に介設された切換弁（三方弁）２６４に接続している。

従来、燃料電池を搭載した車両には、熱交換器により回収された発生熱が不足するとき、この不足分を冷却液循環系に配設された補助バーナの生成熱により補うものがある。
また、燃料電池を搭載した車両の暖房システムには、冷却水循環系の貯水タンクにヒータを内蔵し、始動冷機時に、燃料電池からヒータに電力を供給し、ヒータによって冷却水を加熱することにより燃料電池の暖機を促進するものがある。
更に、燃料電池を搭載した車両の暖房装置には、低温始動時等で冷却水温度を低い場合に、ヒータコアを冷却水の循環から切り離し、燃焼式ヒータで燃料電池ユニットを加熱し、ヒータコアからの放熱を防止し、燃焼式ヒータで燃料電池ユニットだけを加熱し、短時間で予加熱するものがある。
特許第３１４１６０６号公報 特開平７−９４２０２号公報 特開２００２−１２７７３４号公報

しかしながら、上述したように、燃料電池を搭載した車両において、バーナやヒータ等の加熱源を追加したのでは、暖房時の車両効率を低下させ、燃費を低下させてしまうおそれがある。

このため、空調装置には、プロトン交換膜の電気浸透現象を車室内の温度調整に利用したものがある。
また、水素を循環させないで未反応の水素ガスを排出してしまう燃料電池用の暖房装置には、未反応水素である水素ガスを触媒燃焼器により燃焼させるものがある。
特開２００１−２４８８６４号公報 特開２００３−２４３００９号公報

ところで、従来、水素循環型又はデッドエンド型の燃料電池車においては、破棄される水素量が減少してしまうので、そのまま適用したのでは十分な熱量を確保することができず、また、上記の特許文献３、５に示すように、新たな熱源を追加する方法以外に冷却水系統を冷却水温度に応じて制御することで放熱を必要な場所だけに限定するという方法も採られているが、制御弁及び水ポンプの数が増えるため、システムの複雑化を招き、コストアップしてしまうという不都合があった。

また、アノード（水素極）に水素が入り込んで、水素濃度の低下が起こり、この水素濃度の低下が所定値以上になったときに、さらに空気で希釈した後で水素ガスを外気へ放出、つまり、水素ガスを直接排出してしまう型ほどではないが、このときには、燃料である水素を無駄に捨ていることになり、改善が望まれていた。

そこで、この発明は、燃料電池車において、燃料電池から排出された熱源を利用して冷却水を加熱し、この加熱された冷却水により車両暖房と燃料電池の暖機とを行わせ、新たな熱源を不要としてシステムの簡素化及びコストの低廉化を図り、また、燃料電池の暖機時間を短縮し、更に、エネルギ効率を高めて燃費の向上を図ることを目的とする。

この発明は、燃料電池を冷却するための冷却水通路から排出される冷却水の熱を熱源として用いる暖房手段を備え、前記燃料電池から排出される水素ガスを燃焼させる燃焼機能部とこの水素ガスの燃焼により前記冷却水通路内の冷却水を加熱する加熱機能部とが設けられた触媒燃焼器を備えた燃料電池を搭載した車両の空調装置において、前記冷却水通路は前記燃料電池の冷却水排出側部と前記触媒燃焼器の前記加熱機能部とを連結する連絡通路と前記触媒燃焼器の前記加熱機能部と冷却水用ポンプとを連結する連絡通路の途中に３つの並列通路とを備え、この３つの並列通路は前記暖房手段に連結する第一の通路とこの第一の通路をバイパスする第二の通路と冷却水冷却用ラジエータに連結する第三の通路とから構成され、前記第一の通路と前記第二の通路とのいずれか一方の通路と前記触媒燃焼器とを連結する第一切換弁を設け、前記第二の通路と前記第三の通路とのいずれか一方の通路と前記冷却水用ポンプとを連結する第二切換弁を設け、前記第一切換弁は冷却水温度が設定値よりも高く且つ暖房使用時に開放され、前記第二切換弁は暖房使用状態で且つ冷却水温度の値に応じて切り換えられることを特徴とする。

この発明の燃料電池を搭載した車両の空調装置は、冷却水温度の値に応じて切換弁の切り換えを制御するので、触媒燃焼器から排出された熱源を暖房用熱源と燃料電池を暖機する機能とに適切に振り分けることが可能となり、また、燃料電池を搭載したシステムに必要な機器からの排熱を利用しているため、新たな熱源を設ける必要がなく、これにより、システムの簡素化及びコストの低廉化を図り、更に、燃料電池の暖機時間を短縮し、しかも、エネルギ消費の観点からの効率を高めて燃費を向上することができる。

この発明は、触媒燃焼器から排出された熱源を暖房用熱源と燃料電池を暖機する機能とに適切に振り分け、また、新たな熱源を不要とする目的を、冷却水温度の値に応じて切換弁の切り換えを制御し、燃料電池を搭載したシステムに必要な機器からの排熱を利用して実現するものである。
以下、図面に基づいてこの発明の実施例を詳細且つ具体的に説明する。

図１〜図３は、この発明の実施例を示すものである。

図１において、２は車載用の燃料電池システム、４は空調装置、６は冷却装置である。

燃料電池システム２には、アノード（水素極）に供給された水素とカソード（空気極）に供給された空気との化学反応によって発電する燃料電池８と、燃料電池８に水素を導く水素供給通路１０と、燃料電池８に空気を導く空気供給通路１２と、燃料電池８から排出された排出ガスを導くガス排出通路１４とが備えられている。また、燃料電池システム２には、ガス排出通路１４の途中に設けられて排出ガスをパージするように開放動作される排出用パージ弁１６と、排出用パージ弁１６よりも燃料電池８側のガス排出通路１４の途中と水素供給通路１０の途中とを連結して前記排出ガス中の未反応水素である水素ガスの一部を導く水素ガス循環通路１８と、水素ガス循環通路１８の途中に設けられてガス排出通路１４の前記水素ガスを水素供給通路１０に圧送する水素ガス循環ポンプ２０とが備えられている。更に、燃料電池システム２には、排出用パージ弁１６よりも燃料電池８から離れた側のガス排出通路１４に連結した希釈用空気導入通路２２と、希釈用空気導入通路２２の途中に設けられて希釈用空気を導入するように開放動作される希釈用空気開閉弁２４と、排出用パージ弁１６と希釈用空気開閉弁２４との間のガス排出通路１４に連結して排出用パージ弁１６からパージされた水素ガスと希釈用空気導入通路２２から導入された希釈用空気とが混じった混合ガスを導く混合ガス排出通路２６とが備えられている。

この燃料電池システム２は、いわゆる水素循環型であり、アノード（水素極）に窒素ガスが入り込んで、水素濃度の低下が起こり、この水素濃度の低下が所定値以上になったときに、さらに空気で希釈した後で水素ガスを外気へ放出する構成である。

空調装置４は、暖房手段２８と触媒燃焼器３０とを備えている。

暖房手段２８は、ヒータコア３２と、このヒータコア３２に送風するヒータコア側送風機３４とからなり、燃料電池８を冷却するための後述の冷却水通路４４から排出される冷却水の熱を熱源として用いるものである。

触媒燃焼器３０は、混合ガス排出通路２６の途中に配設されている。

この触媒燃焼器３０は、前段側で、燃料電池８から排出された水素ガスと希釈用空気とを含んだ混合ガスを燃焼する燃焼機能部３６と、後段側で、この混合ガスの燃焼による燃焼熱によって冷却水通路４４内の冷却水を加熱する加熱機能部（熱交換器）３８とを一体的にして構成されている。燃焼機能部３６は、例えば、触媒を担持させた拡散層内で水素ガスをトラップして化学反応させることにより、水素ガスを燃焼する。この燃焼機能部３６における水素ガスの燃焼は、その化学反応により燃焼熱を発生し、通常の燃焼と比較して緩やかな反応であり且つ導入する希釈用空気により排出される水素ガスを希釈するので、燃料（ガソリン）の燃焼ヒータと比較しても、その取り扱いが簡単で且つ不具合なく行わせることができる。そして、加熱機能部３８は、その燃焼機能部３６で発生した燃焼熱により暖房手段２８に送る冷却水通路４４内の冷却水を加熱する。

冷却装置６は、冷却水を冷却する冷却水冷却用のラジエータ４０と、このラジエータ４０に送風するラジエータ側送風機４２とを備えている。

冷却装置６と燃料電池８とは、冷却水を循環させる冷却水通路４４で連結している。この冷却水通路４４は、ラジエータ４０と燃料電池８の冷却水導入側部４６とを連結する供給側冷却水通路４８と、燃料電池８の冷却水排出側部５０とラジエータ４０とを連結する排出側冷却水通路５２とからなる。この冷却水通路４４内を流れる冷却水は、燃料電池８の発電時に発生する熱を回収して燃料電池８を冷却する等で燃料電池８を適正な温度に保持するためにラジエータ４０及び燃料電池８を経て循環されるものである。

供給側冷却水通路４８の途中には、ラジエータ４０の冷却水を燃料電池８に圧送する冷却水用ポンプ５４が設けられている。また、排出側冷却水通路５２は、燃料電池８の冷却水排出側部５０から触媒燃焼器３０の加熱機能部３８内を通過してラジエータ４０に接続している。

これにより、冷却水通路４４は、燃料電池８の冷却水排出側部５０と触媒燃焼器３０の加熱機能部３８とを連結する連絡通路としての燃料電池側連絡通路５６と、触媒燃焼器３０の加熱機能部３０と冷却水用ポンプ５４とを連結する連絡通路としてのポンプ側連絡通路５８とを備えている。燃料電池側連絡通路５６には、燃料電池８から排出された冷却水の温度を検出する水温センサ６０が設けられている。

ポンプ側連絡通路５８の途中には、３つの並列通路６２が設けられる。この３つの並列通路６２は、暖房手段２８のヒータコア３２に連結する第一の通路６２−１と、この第一の通路６２−１をバイパスする第二の通路６２−２と、ラジエータ４０に連結する第三の通路６２−３とから構成される。

即ち、触媒燃焼器３０の加熱機能部３８よりもラジエータ４０側のポンプ側連絡通路５８の途中の接続部６４に主通路６６の一端側が接続し、この主通路６６の他端側には第一切換弁（切換弁１）６８が設けられている。この第一切換弁６８は、三方弁からなり、中央側のポートａに主通路６６の他端側を接続するとともに、一側のポートｂに第一の通路６２−１の一端側を接続し且つ他側のポートｃに第二の通路６２−２の一端側を接続し、第一の通路６２−１と第二の通路６２−２とのいずれか一方の通路と触媒燃焼器３０の加熱機能部３８とを連結する。第一の通路６２−１は、ヒータコア３２内を通過して、他端側がラジエータ４０と冷却水用ポンプ５４との間の供給側冷却水通路４８の接続部７０に接続している。第二の通路６２−２は、他端側がラジエータ４０と前記第一の通路６２−１の他端側を接続した接続部７０よりもラジエータ４０側の供給側冷却水通路４８の途中に設けた第二切換弁（切換弁２）７２に接続している。この第二切換弁７２は、三方弁からなり、中央側のポートａに冷却水用ポンプ５４側からの供給側冷却水通路４８の端部４８Ａを接続するとともに、一側のポートｂにラジエータ４０側からの供給側冷却水通路４８の端部４８Ｂを接続し且つ他側のポートｃに第二の通路６２−２の他端側を接続し、第二の通路６２−２と第三の通路６２−３とのいずれか一方の通路と冷却水用ポンプ５４とを連結する。第三の通路６２−３は、前記接続部６４とラジエータ４０とを連結している。

第一、第二切換弁６８、７２は、制御手段７４に連絡している。この制御手段７４は、水温センサ６０に接続し、冷却水温度が設定値よりも高く且つ暖房使用時に第一切換弁６２−１を開放制御（ａ−ｂ）するとともに、暖房使用状態で且つ冷却水温度の値に応じて第二切換弁６２−２を切換制御する。このように、冷却水通路４４の冷却水の温度の値に応じて各切換弁６８、７２を切換制御することにより、放熱を最低限に抑えることができるものである。

また、第二切換弁６２−２は、冷却水温度の値が設定値よりも高いときに、触媒燃焼器３０と第三の通路６２−３とを連結（ａ−ｂ）するように、制御手段７４によって切り換えられる。

制御手段７４においては、図２に示すように、冷却水温度（Ｔｗ）の前記設定値として、第一閾値（Ｔｔｈ１）と第二閾値（Ｔｔｈ２）とが設定されている。この第一閾値（Ｔｔｈ１）と第二閾値（Ｔｔｈ２）とには、暖房要求時において、冷却水温度（Ｔｗ）の上昇と冷却水温度（Ｔｗ）の低下とで、第一、第二切換弁６８、７２の動作が頻繁に切り換わるのを防止するように、ヒステリシス特性がもたらされている。

図２に示すように、第一閾値（Ｔｔｈ１）は、初期状態から冷却水温度（Ｔｗ）が上昇する場合に、第一高温側閾値（高温側：Ｈ１＝５５℃）であり、冷却水温度（Ｔｗ）がこの第一高温側閾値（Ｈ１）に達すると、冷却系を（２）の状態とさせ、一方、この冷却系が（２）の状態で冷却水温度（Ｔｗ）が低下する場合には、前記第一高温側閾値（Ｈ１）よりも低い第一低温側閾値（低温側：Ｌ１＝５０℃）となり、よって、第一高温側閾値（Ｈ１）と第一低温側閾値（Ｌ１）との間でヒステリシス特性がもたらされている。また、第二閾値（Ｔｔｈ２）は、冷却系の（２）の状態で冷却水温度（Ｔｗ）が上昇する場合に、前記第一高温側閾値（Ｈ１）よりも高温値の第二高温側閾値（高温側：Ｈ２＝６０℃）であり、冷却水温度（Ｔｗ）がこの第二高温側閾値（Ｈ２）に達すると、冷却系を（３）の状態とさせ、一方、この冷却系が（３）の状態で冷却水温度（Ｔｗ）が低下する場合には、前記第二高温側閾値（Ｈ２）よりも低い第二低温側閾値（低温側：Ｌ２＝５５℃）となり、よって、第二高温側閾値（Ｈ２）と第二低温側閾値（Ｌ２）との間でヒステリシス特性がもたらされている。

従って、図２に示すように、冷却水温度（Ｔｗ）の上昇時には、冷却系が初期状態で冷却水温度（Ｔｗ）が第二閾値としての第一高温側閾値（高温側：Ｈ１）以上になったら、冷却系を（２）の状態に切り換え、そして、この冷却系が（２）の状態で冷却水温度（Ｔｗ）が第二閾値としての第二高温側閾値（高温側：Ｈ２）以上になったら、冷却系を（３）の状態に切り換える。一方、冷却水温度（Ｔｗ）の低下時には、冷却系が（３）の状態で冷却水温度（Ｔｗ）が第二閾値としての第二低温側閾値（Ｌ２）以下となったら、冷却系を（２）の状態に切り換え、そして、この冷却系が（２）の状態で冷却水温度（Ｔｗ）が第一閾値としての第一低温側閾値（低温側：Ｌ１）以上になったら、冷却系を初期状態に切り換える。また、いずれの動作中においても、冷却水温度（Ｔｗ）が第一閾値以下となったら、第一切換弁６８においてポートａとポートｃとを連結（ａ−ｃ）するとともに、第二切換弁７２においてポートａとポートｂとを連結（ａ−ｂ）し、これにより、冷却系からの放熱を最小限に抑制する。

また、図１に示すように、制御手段７４には、水温センサ６０及び第一、第二切換弁６８、７２の他に、排出用パージ弁１６と水素ガス循環ポンプ２０と希釈用空気開閉弁２４とヒータコア側送風機３４とラジエータ側送風機４２と冷却水用ポンプ５４とが連絡している。

次に、この実施例の作用を、図３のフローチャートに基づいて説明する。

図３に示すように、車両が起動して制御手段７４のプログラムが起動すると（ステップ１０２）、第一閾値（Ｔｔｈ１）を高温側の５５℃に設定（Ｔｔｈ１＝５５℃）するとともに、第二閾値（Ｔｔｈ２）を高温側の６０℃に設定（Ｔｔｈ２＝６０℃）する（ステップ１０４）。この車両が起動したときに、触媒燃焼器３０内の温度が触媒の活性化する数百度まで上昇し、これによる熱と水素ガスが触媒燃焼する際の温度とによって混合ガスの温度が上昇し、このように高温となった混合ガスの熱を加熱機能部（熱交換器）３８で回収し、ヒータコア３２側への冷却水通路４４内の冷却水の温度を上昇させる。この加熱機能部３８で熱が回収された混合ガスは、外気に排出される。

そして、この車両の起動時には、熱量が不足しているので、第一切換弁６８において、ポートａとポートｃとを連結（ａ−ｃ）して主通路６６と第二の通路６２−２とを連結し、また、第二切換弁７２において、ポートａとポートｃとを連結（ａ−ｃ）して供給側冷却水通路４８の冷却水用ポンプ５４側と第二の通路６２−２とを連結し（ステップ１０６）、放熱を防止する。この状態においては、触媒燃焼器３０の排熱が冷却水の温度上昇に寄与することになり、また、冷却水がヒータコア３２やラジエータ４０を通らなく放熱がないことから、燃料電池８の暖機時間を短縮することができる。

次いで、水温センサ６０で検出された冷却水温度の値（Ｔｗ）が第一閾値（Ｔｔｈ１）以上か否かを判断、つまり、Ｔｗ≧Ｔｔｈ１を判断する（ステップ１０８）。

このステップ１０８がＮＯの場合には、第一閾値（Ｔｔｈ１）を、Ｔｔｈ１＝５５℃に設定する（ステップ１１０）。

一方、このステップ１０８がＹＥＳの場合には、第一閾値（Ｔｔｈ１）を、Ｔｔｈ１＝５０℃に設定し（ステップ１１２）、乗員によって空調系の暖房が要求されているか否かを判断する（ステップ１１４）。

このステップ１１４で、暖房が要求されていなく、オフ（ＯＦＦ）の場合には、第一切換弁６８において、ポートａとポートｃとを連結（ａ−ｃ）して主通路６６と第二の通路６２−２とを連結し、また、第二切換弁７２において、ポートａとポートｂとを連結（ａ−ｂ）して供給側冷却水通路４８の冷却水用ポンプ５４側と第三の通路６２−３とを連通する（ステップ１１６）。この場合、ラジエータ４０には、冷却水が通って放熱がある。そして、冷却水用ポンプ５４の送水量や各送風機３４、４２の風量を調整し、冷却水温度を適正温度の６５℃に上昇し且つ維持する（ステップ１１８）。

一方、前記ステップ１１４で、暖房が要求され、オン（ＯＮ）の場合には、水温センサ６０で検出された冷却水温度の値（Ｔｗ）が第二閾値（Ｔｔｈ２）以上か否かを判断、つまり、Ｔｗ≧Ｔｔｈ２を判断する（ステップ１２０）。

このステップ１２０がＮＯの場合には、第二閾値（Ｔｔｈ２）を、Ｔｔｈ２＝６０℃（高温側）に設定し（ステップ１２２）、第一切換弁６８において、ポートａとポートｂとを連結（ａ−ｂ）して主通路６６と第一の通路６２−１とを連結し、また、第二切換弁７２において、ポートａとポートｃとを連結（ａ−ｃ）して供給側冷却水通路４８の冷却水用ポンプ５４側と第二の通路６２−２とを連結する（ステップ１２４）。この場合、ヒータコア３２には、冷却水が通って放熱がある。

前記ステップ１２０がＹＥＳの場合には、第二閾値（Ｔｔｈ２）を、Ｔｔｈ２＝５５℃（低温側）に設定し（ステップ１２６）、第一切換弁６８において、ポートａとポートｂとを連結して主通路６６と第一の通路６２−１とを連結（ａ−ｂ）し、また、第二切換弁７２において、ポートａとポートｂとを連結（ａ−ｂ）して供給側冷却水通路４８の冷却水用ポンプ５４側と供給側冷却水通路５４のラジエータ４０側とを連結する（ステップ１２８）。この場合、ヒータコア３２及びラジエータ４０には、冷却水が通って放熱がある。そして、冷却水用ポンプ５４の送水量や各送風機３４、４２の風量を調整し、冷却水温度を適正温度の６５℃に上昇し且つ維持する（ステップ１３０）。

そして、前記ステップ１１０、１１８、１２４、１３０の処理後は、故障（フェール）が発生したか否かを判断する（ステップ１３２）。

このステップ１３２がＮＯの場合には、車両が停止したか否かを判断する（ステップ１３４）。

このステップ１３４がＮＯの場合には、第一閾値（Ｔｔｈ１）が高温側の５５℃以上か否かを判断、つまり、Ｔｔｈ１≧５５℃を判断する（ステップ１３６）。

このステップ１３６がＹＥＳの場合には、前記ステップ１０６に戻し、一方、このステップ１３６がＮＯの場合には、前記ステップ１０８に戻す。

一方、前記ステップ１３２がＹＥＳの場合には、故障（フェール）処理を行う（ステップ１３８）。

そして、前記ステップ１３４がＹＥＳの場合、及び、前記ステップ１３８の処理後は、プログラムを停止する（ステップ１４０）。

この結果、冷却水通路４４は、燃料電池８の冷却水排出側部５０と触媒燃焼器３０の加熱機能部３８とを連結する連絡通路としての燃料電池側連絡通路５６と、触媒燃焼器３０の加熱機能部３０と冷却水用ポンプ５４とを連結する連絡通路としてのポンプ側連絡通路５８とを備え、また、このポンプ側連絡通路５８の途中には３つの並列通路６２を備えている。この３つの並列通路６２は、暖房手段２８のヒータコア３２に連結する第一の通路６２−１と、この第一の通路６２−１をバイパスする第二の通路６２−２と、ラジエータ４０に連結する第三の通路６２−３とから構成される。そして、第一の通路６２−１と第二の通路６２−２とのいずれか一方の通路と触媒燃焼器３０とを連結する第一切換弁６８が設けられ、第二の通路６２−２と第三の通路６２−３とのいずれか一方の通路と冷却水用ポンプ５４とを連結する第二切換弁７２が設けられ、第一切換弁６８は、冷却水温度が設定値としての第二閾値（Ｔｔｈ２）よりも高く且つ暖房使用時に開放（ａ−ｂ）され、第二切換弁７２は、暖房使用状態で且つ冷却水温度の値に応じて切り換えられる。

これにより、冷却水温度の値に応じて各切換弁６８、７２の切り換えを制御しているので、触媒燃焼器３０から排出された熱源を暖房用熱源と燃料電池８を暖機する機能とに適切に振り分けることが可能となり、また、燃料電池８を搭載したシステムに必要な機器からの排熱を利用しているため、新たな熱源を設ける必要がなく、システムの簡素化及びコストの低廉化を図り、更に、燃料電池８の暖機時間を短縮し、しかも、エネルギ消費の観点からのエネルギ効率を高めて燃費を向上することができる。

また、第二切換弁７２は、冷却水温度の値が設定値としての第二閾値（Ｔｔｈ２）よりも高いときに触媒燃焼器３０と第三の通路６２−３とが連結するように切り換えられることにより（ａ−ｂ）、暖房用に冷却水を使用しても、冷却水温度が高いときには、各通路を切り換えるだけで放熱量を制御することができる。

なお、この発明においては、排出用パージ弁の開閉動作により水素ガスのパージを頻繁に行わせることにより、燃料電池の暖機時間の短縮及び強力な熱源を確保させることも可能である。

また、切換弁として、単純な切換式の三方弁を用いたが、調整型の調整弁を用いて冷却水の温度をより細かく制御することも可能である。

冷却水温度の値に応じて切換弁の切り換えを制御し、また、燃料電池を搭載したシステムに必要な機器からの排熱を利用することを、他の装置にも適用することができる。

車両の空調装置のシステム構成図である。 第一、第二閾値のヒステリシス特性を示す図である。 車両の空調装置の制御のフローチャートである。 従来における車両の空調装置のシステム構成図である。

符号の説明

２ 燃料電池システム
４ 空調装置
６ 冷却装置
８ 燃料電池
１４ ガス排出通路
１６ 排出用パージ弁
１８ 水素ガス循環通路
２０ 水素ガス循環ポンプ
２２ 希釈用空気導入通路
２４ 希釈用空気開閉弁
２６ 混合ガス排出通路
２８ 暖房手段
３０ 触媒燃焼器
３６ 燃焼機能部
３８ 加熱機能部
４０ ラジエータ
４４ 冷却水通路
４８ 供給側冷却水通路
５２ 排出側冷却水通路
５４ 冷却水用ポンプ
５６ 燃料電池側連絡通路
５８ ポンプ側連絡通路
６０ 水温センサ
６２ 並列通路
６２−１ 第一の通路
６２−２ 第二の通路
６２−３ 第三の通路
６８ 第一切換弁
７２ 第二切換弁
７４ 制御手段

Claims (2)

1. 燃料電池を冷却するための冷却水通路から排出される冷却水の熱を熱源として用いる暖房手段を備え、前記燃料電池から排出される水素ガスを燃焼させる燃焼機能部とこの水素ガスの燃焼により前記冷却水通路内の冷却水を加熱する加熱機能部とが設けられた触媒燃焼器を備えた燃料電池を搭載した車両の空調装置において、前記冷却水通路は前記燃料電池の冷却水排出側部と前記触媒燃焼器の前記加熱機能部とを連結する連絡通路と前記触媒燃焼器の前記加熱機能部と冷却水用ポンプとを連結する連絡通路の途中に３つの並列通路とを備え、この３つの並列通路は前記暖房手段に連結する第一の通路とこの第一の通路をバイパスする第二の通路と冷却水冷却用ラジエータに連結する第三の通路とから構成され、前記第一の通路と前記第二の通路とのいずれか一方の通路と前記触媒燃焼器とを連結する第一切換弁を設け、前記第二の通路と前記第三の通路とのいずれか一方の通路と前記冷却水用ポンプとを連結する第二切換弁を設け、前記第一切換弁は冷却水温度が設定値よりも高く且つ暖房使用時に開放され、前記第二切換弁は暖房使用状態で且つ冷却水温度の値に応じて切り換えられることを特徴とする燃料電池を搭載した車両の空調装置。
2. 前記第二切換弁は、冷却水温度の値が設定値よりも高いときに前記触媒燃焼器と前記第三の通路とが連結するように切り換えられることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池を搭載した車両の空調装置。

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