JP2002367645A - 車両用冷却装置 - Google Patents

車両用冷却装置

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JP2002367645A JP2001174103A JP2001174103A JP2002367645A JP 2002367645 A JP2002367645 A JP 2002367645A JP 2001174103 A JP2001174103 A JP 2001174103A JP 2001174103 A JP2001174103 A JP 2001174103A JP 2002367645 A JP2002367645 A JP 2002367645A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 大量の水を必要とすることなく、複数の放熱
器を効率よく冷却する。 【解決手段】 車載用燃料電池１に対し冷却水を循環供
給して冷却する燃料電池用放熱器１１および、燃料電池
１の排出ガスから、燃料電池１を加湿するための水を凝
縮して回収する加湿水回収用凝縮器５に対し、冷却水を
循環供給して冷却する加湿水凝縮器用放熱器１９をそれ
ぞれ備えている。燃料電池１内の冷却水温度を検出する
冷却水温センサ４１が所定値以上の温度を検出したとき
または、水タンク９内に設置した液量センサ４３が所定
値以下の加湿水量を検出したときでかつ、各放熱器１
１，１９後面に設置した湿度センサ４７が所定値以下の
湿度を検出したときに、制御装置４５がポンプ３７およ
び分配器３３に駆動信号を出力してノズル２７またはノ
ズル２９から水を噴射して放熱器１１または放熱器１９
を冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、車両に搭載され
る放熱器を冷却する車両用冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、車両用空調装置における凝縮器で
の放熱能力を向上させる目的で、凝縮器の外面にノズル
から噴射した水を供給するものがある（実開平６−６４
０２９号公報参照）。これは、圧力センサで検出した冷
媒回路における高圧側の圧力が所定値以上となったとき
に、ポンプを駆動してノズルから水を噴射する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、燃料電池シ
ステムでは、燃料電池に冷却水を循環供給して冷却する
ための放熱器や、燃料電池の排出ガスから、燃料電池を
加湿するための加湿用の水を回収する回収用凝縮器に冷
却水を循環供給して冷却するための放熱器を備えるもの
がある。このような複数の放熱器に対し、上記した従来
技術のように、冷却のための水を供給する場合には、各
放熱器にて冷却が必要となる時期が異なることもあり、
燃料電池を車載して使用する際に、充分な冷却を行うた
めに大量の水を車両に搭載する必要があり、これは車両
の大型化や燃費の悪化を招くものとなる。
【０００４】また、燃料電池における発電効率の安定性
を保つため、燃料電池入口の冷却水温も所定値の範囲に
保つ必要があるが、放熱器から燃料電池までに配管など
による隔たりが生じるため、供給した水により放熱器で
の冷却水温が低下してから燃料電池入口の冷却水温が低
下するまでに遅れが生じるという問題がある。
【０００５】そこで、この発明は、大量の水を必要とす
ることなく、複数の放熱器を効率よく冷却することを目
的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、車両に搭載される燃料電池を冷
却する燃料電池用放熱器と、前記燃料電池の排出ガスか
ら水を回収する回収用凝縮器を冷却する凝縮器用放熱器
を少なくとも備えた車両用冷却装置において、前記複数
の放熱器の外面にそれぞれ水を供給する水供給手段と、
前記複数の放熱器の要求される放熱量をそれぞれ検出す
る要求放熱量検出手段と、前記各放熱器の外面へ水を供
給したときに冷却効果が見込めるかどうかをそれぞれ検
出する冷却効果検出手段と、前記要求放熱量検出手段が
前記複数の放熱器の少なくとも一方の要求放熱量を所定
値以上と検出し、かつ前記冷却効果検出手段が冷却効果
が見込めると検出したときに、前記水供給手段を駆動し
て前記少なくとも一方の放熱器の外面に水を供給させる
制御手段とを有する構成としてある。
【０００７】請求項２の発明は、請求項１の発明の構成
において、要求放熱量検出手段は、燃料電池の冷却水温
を検出する冷却水温検出手段と、回収用凝縮器から回収
された水を貯留する水タンク内の水量を検出する水量検
出手段とで構成されるとともに、冷却効果検出手段は、
放熱器の後面における湿度を検出する湿度検出手段で構
成され、前記冷却水温検出手段が所定値以上の温度を検
出したときまたは、前記水量検出手段が所定値以下の水
量を検出したときでかつ、前記湿度検出手段が所定値以
下の湿度を検出したときに、制御手段が水供給手段を駆
動させて放熱器に水を供給する構成としてある。
【０００８】請求項３の発明は、請求項２の発明の構成
において、現在の冷却水温および燃料電池の電力要求値
に基づいて所定時間後の燃料電池の冷却水温を予測する
冷却水温予測手段と、回収用凝縮器から回収された水を
貯留する水タンク内の現在の水量および燃料電池の電力
要求値に基づいて所定時間後の前記水タンクの水量を予
測する水量予測手段とを備え、前記冷却水温予測手段が
所定値以上の冷却水温を予測したときまたは、前記水量
予測手段が所定値以下の水量を予測したときに、制御手
段が水供給手段を駆動させて放熱器に水を供給する構成
としてある。
【０００９】請求項４の発明は、請求項１の発明の構成
において、冷却効果検出手段は、放熱器を通過する風速
に対応した水供給による放熱器に対する冷却効果の持続
時間に基づいて、現在も冷却効果が持続しているかどう
かを現す指標値を算出する指標値算出手段を備え、最後
に放熱器に水が供給されてからの経過時間が、前記指標
値算出手段が算出した指標値以上となったときに、冷却
効果が見込めると検出する構成としてある。
【００１０】請求項５の発明は、請求項１ないし４のい
ずれかの発明の構成において、水供給手段は、水が供給
される放熱器の外面を複数に分割した分割面に対し、タ
イミングをずらして水を供給する構成としてある。
【００１１】請求項６の発明は、請求項５の発明の構成
において、水供給手段は、複数の分割面に対応して設け
た複数のノズルを備えている構成としてある。
【００１２】請求項７の発明は、請求項５の発明の構成
において、水供給手段は、複数の分割面それぞれに吐出
口が向くよう移動可能な一つのノズルを備えている構成
としてある。
【００１３】請求項８の発明は、請求項１ないし４のい
ずれかの発明の構成において、水供給手段は、供給する
水が通る水供給通路を放熱器に備え、この水供給通路に
放熱器に水を供給するための水供給口を設けた構成とし
てある。
【００１４】請求項９の発明は、請求項８の発明の構成
において、水供給通路は、放熱器のアッパタンク内か
ら、このアッパタンクとロアタンクとを連通する連結パ
イプの外表面に沿って設けられ、水供給口は、前記連結
パイプの外表面の水供給通路に設けられている構成とし
てある。
【００１５】請求項１０の発明は、請求項８の発明の構
成において、水供給通路は、放熱器におけるロアタンク
と連結パイプを介して連結されるアッパタンクの外表面
に沿って設けられている構成としてある。
【００１６】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、複数の放熱器
の少なくとも一方の要求放熱量が所定値以上で、かつこ
の一方の放熱器への水供給により冷却効果が見込める場
合に限り、その一方の放熱器に水を供給するようにした
ため、大量の水を必要とすることなく、複数の放熱器を
効率よく冷却することができる。
【００１７】請求項２の発明によれば、燃料電池の冷却
水温度が所定値以上のときまたは、水タンク内の水量が
所定値以下のときで、かつ放熱器の後面における湿度が
所定値以下の場合に限り、放熱器に水を供給するように
したため、大量の水を必要とすることなく、複数の放熱
器を効率よく冷却することができる。
【００１８】請求項３の発明によれば、燃料電池の冷却
水温度の上昇量および、水タンク内の水量の減少量を予
測した上で、放熱器に水を供給するようにしたため、放
熱器から燃料電池および回収用凝縮器までに配管などに
よる隔たりが生じていても、冷却水温低下の応答遅れを
解消でき、特に燃料電池入口の冷却水温を所定値の範囲
に確保することで、燃料電池の高い発電効率を得ること
ができる。
【００１９】請求項４の発明によれば、放熱器を通過す
る風速に対応して、放熱器に水を供給するようにしたた
め、放熱器への水供給をより効率よく行うことができ
る。
【００２０】請求項５の発明によれば、放熱器の複数の
分割面に対しタイミングをずらして水を供給すること
で、顕熱と潜熱による熱移動の時間的ずれを平準化でき
るので、放熱器として安定した放熱特性を得ることがで
きる。
【００２１】請求項６の発明によれば、放熱器の複数の
分割面に対し複数のノズルによりタイミングをずらして
水を供給することで、顕熱と潜熱による熱移動の時間的
ずれを平準化できるので、放熱器として安定した放熱特
性を得ることができる。
【００２２】請求項７の発明によれば、放熱器の複数の
分割面に対し一つのノズルの吐出口の向きを変えること
によりタイミングをずらして水を供給することで、顕熱
と潜熱による熱移動の時間的ずれを平準化できるので、
放熱器として安定した放熱特性を得ることができる。
【００２３】請求項８の発明によれば、放熱器へ水を直
接または近距離から供給でき、放熱器への水の確保が確
実に行えるので、水の消費をさらに少なく抑えることが
できる。また、水供給通路は、放熱器と一体で構成でき
るので、ノズルのような別部品を設定する必要がなく、
部品配置の自由度を高めることができる。
【００２４】請求項９の発明によれば、連結パイプの外
表面の水供給通路に設けた水供給口から、放熱器に水を
直接またはより近距離から供給でき、放熱器への水の確
保が確実に行え、水の消費をさらに少なく抑えることが
できる。
【００２５】請求項１０の発明によれば、アッパタンク
の外表面に沿って設けた水供給口から、放熱器に水を直
接またはより近距離から供給でき、放熱器への水の確保
が確実に行え、簡単な構造で水の消費をさらに少なく抑
えることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づき説明する。
【００２７】図１は、この発明の第１の実施形態に係わ
る車両用冷却装置を示す全体構成図である。車両に搭載
される燃料電池１は、固体高分子膜を電解質として用い
た固体高分子膜型燃料電池である。この固体高分子膜型
燃料電池における電解質膜は、乾燥する傾向にあること
から外部より水分を供給して加湿する必要がある。この
水は、燃料電池１の空気極から排出管３を経て排出され
る排出ガスを加湿水回収用凝縮器５で凝縮し、この凝縮
水を、回収用凝縮器としての加湿水回収用凝縮器５と配
管７により接続された水タンクとしての加湿水タンク９
に貯留した後、燃料電池１に供給する。
【００２８】また、燃料電池１には、燃料電池用放熱器
１１が、供給配管１３および排出配管１５により接続さ
れている。燃料電池用放熱器１１は、燃料電池１内に形
成されている電池内冷却水通路に対し冷却水を循環供給
して冷却を行うもので、冷却ファン１７を備えている。
【００２９】さらに、前記した加湿水回収用凝縮器５に
は、凝縮器用放熱器としての加湿水凝縮器用放熱器１９
が、供給配管２１および排出配管２３により接続されて
いる。加湿水凝縮器用放熱器１９は、加湿水回収用凝縮
器５内に形成されている凝縮器内冷却水通路に対し冷却
水を循環供給して冷却を行うもので、冷却ファン２５を
備えている。
【００３０】前記した各冷却ファン１７および２５は、
各放熱器１１および１９に対して車両後方側に配置され
ており、各放熱器１１および１９の各冷却ファン１７お
よび２５と反対側の車両前方側には、各放熱器１１およ
び１９の前面に水を噴射して供給する複数のノズル２７
および２９がそれぞれ配置されている。
【００３１】各ノズル２７，２９は、それぞれ配管３１
を介して分配器３３に接続され、分配器３３は配管３５
を介してポンプ３７に接続されている。ポンプ３７は、
噴射水用タンク３９内の水を汲み上げて分配器３３に供
給し、分配器３３は、各配管３１に対して水の供給停止
を個別に行えるようしたものである。上記したノズル２
７および２９，分配器３３，ポンプ３７は、水供給手段
を構成している。
【００３２】前記燃料電池１内の冷却水通路の入口部付
近には、冷却水温度を検出する冷却水温検出手段として
の冷却水温センサ４１が設置され、一方加湿水タンク９
内には、加湿水量を検出する水量検出手段としての液量
センサ４３が設置されている。これら各センサ４１，４
３は、各放熱器１１，１９の要求放熱量を検出する要求
放熱量検出手段を構成している。
【００３３】上記した各センサ４１，４３の検出信号
は、制御手段としてのマイクロコンピュータなどからな
る制御装置４５に入力される。また、各放熱器１１，１
９の車両後方側には、放熱器１１，１９の後面部での湿
度を検出する湿度検出手段としての湿度センサ４７が設
置されている。この湿度センサ４７は、放熱器１１，１
９へ水を供給したときに冷却効果が見込めるかどうかを
検出する冷却効果検出手段を構成しており、その検出信
号は前記した制御装置４５に入力される。
【００３４】制御装置４５は、これら各センサ４１，４
３，４７の検出信号の入力を受け、分配器３３およびポ
ンプ３７に対して駆動信号を出力する。
【００３５】次に、上記した車両用冷却装置の作用を、
制御装置４５の制御動作を示す図２のフローチャートに
基づき説明する。まず、冷却水温センサ４１，液量セン
サ４３および湿度センサ４７の検出値を読み取る（ステ
ップ３０１）。
【００３６】ここで、冷却水温センサ４１が検出した冷
却水温Ｔが所定値Ｔmax以上かどうかを判断し（ステッ
プ３０３）、所定値Ｔmax以上の場合には、さらに湿度
センサ４７が検出した放熱器１１，１９の後面の空気の
湿度Ｈが、所定値Ｈmax以下かどうかを判断し（ステッ
プ３０５）、所定値Ｈmax以下の場合には、燃料電池用
放熱器１１の要求放熱量が所定値以上であるとして、ノ
ズル２７に水が供給されるよう分配器３３に制御信号を
送る。これにより、ノズル２７から水が噴射されて燃料
電池用放熱器１１外面に水が供給され（ステップ３０
７）、燃料電池用放熱器１１の放熱能力が高まる。
【００３７】前記ステッ３０３で冷却水温Ｔが所定値Ｔ
maxを下回る場合および、前記ステップ３０５で湿度Ｈ
が所定値Ｈmaxを超える場合には、燃料電池用放熱器１
１外面への水供給を行わず、液量センサ４３が検出した
加湿水量Ｑが所定値Ｑmin以下かどうかの判断（ステッ
プ３０９）に移行する。
【００３８】ステップ３０９で、液量センサ４３が検出
した加湿水量Ｑが所定値Ｑmin以下以下の場合には、さ
らに湿度センサ４７が検出した放熱器１１，１９の後面
の空気の湿度Ｈが、所定値Ｈmin以下かどうかを判断し
（ステップ３１１）、所定値Ｈmin以下の場合には、加
湿水凝縮器用放熱器１９の要求放熱量が所定値以上であ
るとして、ノズル２９に水が供給されるよう分配器３３
に制御信号を送る。これにより、ノズル２９から水が噴
射されて加湿水凝縮器用放熱器１９に水が供給され（ス
テップ３１３）、加湿水凝縮器用放熱器１９の放熱能力
が高まる。
【００３９】前記ステッ３０９で加湿水量Ｑが所定値Ｑ
minを上回る場合および、前記ステップ３１１で湿度Ｈ
が所定値Ｈmaxを超える場合には、加湿水凝縮器用放熱
器１９への水供給を行わず、前記ステップ３０１に戻
る。
【００４０】図３は、燃料電池１の出口ガス温度に対す
る燃料電池用放熱器１１と加湿水凝縮器用放熱器１９の
要求放熱量を示したもので、これら各放熱器１１，１９
の要求放熱量は、相反する特性を備えている。すなわ
ち、実線で示した燃料電池用放熱器１１は、出口ガス温
度の下降に伴って要求放熱量が大きくなる一方、破線で
示した加湿水凝縮器用放熱器１９は、出口ガス温度の上
昇に伴って要求放熱量が大きくなる特性となっている。
【００４１】このような相反する要求放熱量特性を備え
ている燃料電池用放熱器１１と加湿水凝縮器用放熱器１
９に対し、前述したように、冷却水温および加湿水量を
それぞれ検出して水の供給をその検出値に応じて個別に
行うことで、水の供給量を最小限に抑えて放熱器１１，
１９を効率的に冷却することができる。
【００４２】また、放熱器１１，１９の後面の空気の湿
度が所定値以下のときに、放熱器１１，１９に水を供給
するようにしているが、これは、上記した湿度が所定値
を超えて湿っている状態で水を供給しても気化潜熱の効
果が見込めないためである。これにより、水の無駄な消
費を防止でき、最小限の水により各放熱器１１，１９を
効率よく冷却することができる。
【００４３】放熱器１１，１９の外面にノズル２７，２
９により水を供給した場合、その冷却効果の持続する時
間は、放熱器１１，１９表面に保持される水量で決まる
が、放熱器１１，１９を通過する風速が変わると保持で
きる水量が変化する。図４は、放熱器１１，１９を通過
する風速Ｖａと、放熱器１１，１９への水供給終了後の
冷却効果が持続する（見込める）時間との関係を示して
いるが、通過風速が高まるにつれ、冷却効果が持続する
時間が低下する傾向にある。
【００４４】したがって、冷却効果検出手段として湿度
センサ４７に代えて、放熱器１１，１９での風速Ｖａを
支配する車速と冷却ファン１７，２５の作動状況を検出
して前記風速Ｖａを推定し、図４の関係を用いて、水の
供給間隔をあらかじめ決めておくことで、水の消費量を
抑えることができる。
【００４５】図５は、その場合の制御装置４５の制御動
作を示す第２の実施形態によるフローチャートである。
まず、各センサ４１，４３の信号を読み取る（ステップ
５０１）。ここでは、車速の信号と冷却ファン１７，２
５の作動信号も読み取るものとする。続いて、時間カウ
ンタの計算を行う（ステップ５０３）。ｔs，ｔcは、そ
れぞれ燃料電池用放熱器１１と加湿水凝縮器用放熱器１
９に水が最後に供給されてからの時間であり、Ｃは単位
時間である。
【００４６】風速Ｖａは、車速と冷却ファン１７，２５
の作動の有無で決まるため、あらかじめこれらの関係式
を求めておき、この関係式に基づき算出するとともに、
求めた風速Ｖａから、図４により冷却効果が持続する時
間ｔsmaxを算出する（ステップ５０５）。図４の関係
は、制御装置４５のメモリにあらかじめ格納しておく。
【００４７】次に、温度センサ４１が検出した冷却水温
度が所定値Ｔmaxを以上かどうかを判断し（ステップ５
０７）、所定値Ｔmax以上であれば、現在の車速から推
定される冷却効果の持続時間ｔsmaxと前回の水の供給を
行ったときの車速から求まるｔsmaxpとを平均し、現在
も冷却効果が持続しているかどうかを現す指標値ｔを算
出する（ステップ５０９）。すなわち、制御装置４５は
指標値算出手段を含んでいる。
【００４８】ここで、経過時間ｔsが、現在も冷却効果
が持続しているかどうかを現す指標値ｔ以上経過してい
れば、つまりｔs≧ｔであれば（ステップ５１１）、燃
料電池用放熱器１１に水を供給するよう分配器３３に信
号出力し（ステップ５１３）、時間カウンタのリセット
（ｔs＝０）および、ｔsmaxpの更新（ｔsmaxp＝ｔsma
x）を行う（ステップ５１５）。
【００４９】次に、液量センサ４３が検出した加湿水量
Ｑが所定値Ｑmin以下かどうかの判断（ステップ５１
７）に移行するが、前記ステップ５０７で冷却水温度Ｔ
が所定値Ｔmax未満の場合および、前記ステップ５１１
でｔs＜ｔの場合にも、この判断ステップ５１７に移行
する。
【００５０】ここで、加湿水量Ｑが所定値Ｑmin以下で
あれば、現在の車速から推定される冷却効果の持続時間
ｔcmaxと前回の水の供給を行ったときの車速から求まる
ｔcmaxpとを平均し、現在も冷却効果が持続しているか
どうかを現す指標値ｔを算出する（ステップ５１９）。
【００５１】ここで、経過時間ｔcが、現在も冷却効果
が持続しているかどうかを現す指標値ｔ以上経過してい
れば、つまりｔc≧ｔであれば（ステップ５２１）、加
湿水凝縮器用放熱器１９に水を供給するよう分配器３３
に信号出力し（ステップ５２３）、時間カウンタのリセ
ット（ｔc＝０）および、ｔcmaxpの更新（ｔcmaxp＝ｔc
max）を行って（ステップ５２５）、ステップ５０１に
戻る。前記ステップ５１７で加湿水量Ｑが所定値Ｑmin
未満の場合および、前記ステップ５２１でｔc＜ｔの場
合にも、ステップ５０１に戻る。
【００５２】図６は、この発明の第３の実施形態に係わ
る車両用冷却装置を示す全体構成図である。この実施形
態は、図１に示した構成に、燃料電池１の発電要求値を
検出する発電要求値センサ４９を追加し、燃料電池１の
冷却水温度、加湿水タンク９の加湿水量および発電要求
値の変化割合に基づいて、今後の燃料電池１の入口冷却
水温度と加湿水量を予測し、この予測に基づいて必要な
ときに適切なタイミングで水供給を行うようにしたもの
である。
【００５３】図７は、上記第３の実施形態における制御
装置４５の制御動作を示すフローチャートである。ま
ず、冷却水温センサ４１，発電要求値センサ４９，湿度
センサ４７および液量センサ４３の各検出値Ｔ，Ｗ，Ｈ
およびＱをそれぞれ読み取り（ステップ７０１）、冷却
水温度Ｔが所定値Ｔmax未満かどうかを判断する（ステ
ップ７０３）。冷却水温度Ｔが所定値Ｔmax未満であれ
ば、冷却水温度Ｔが、これを超えると注意が必要と考え
る警戒水温Ｔca以上かどうかを判断する（ステップ７０
５）。
【００５４】ここで、冷却水温度Ｔが警戒水温Ｔca以上
の場合、つまりＴca≦Ｔ＜Ｔmaxの場合には、電力要求
値Ｗfを読み込んだ後（ステップ７０７）、冷却水温度
の予測値Ｔfを算出する（ステップ７０９）。すなわ
ち、制御装置４５は冷却水温予測手段を含んでいる。こ
の予測水温Ｔfは、現状水温Ｔに対して直前の水温Ｔpと
の差、つまり単位時間あたり水温上昇割合と、電力要求
の上昇割合（Ｗf−Ｗ）／（Ｗ−Ｗp）とを掛けたもの
を、現状水温Ｔに加算して求める。ここで、添え字pは
本フローの直前に読み込んだ各信号値を示している。
【００５５】そして、予測水温Ｔpが所定値Ｔmax以上の
場合には（ステップ７１１）、放熱器１１，１９後面の
湿度Ｈが所定値Ｈmax以下かどうかを、図２と同様に湿
度センサ４７の検出値を用いて確認する（ステップ７１
３）。湿度Ｈが所定値Ｈmax以下の場合には、燃料電池
用放熱器１１に水を供給する制御を行う（ステップ７１
５）。
【００５６】前記ステップ７０３で、冷却水温Ｔが所定
値Ｔmax以上の場合には、Ｈ≦Ｈmaxの判断を行う上記ス
テップ７１３に進む。また、前記ステップ７０５でＴca
＞Ｔの場合、ステップ７１１でＴf＜Ｔmaxの場合および
ステップ７１３でＨ＞Ｈmaxの場合には、燃料電池用放
熱器１１への水供給を行わず、加湿水量Ｑが所定値Ｑmi
nを超えているかどうかを判断するステップ７１７に進
む。
【００５７】加湿水量Ｑが所定値Ｑminを超えていれ
ば、加湿水量Ｑが、これを下回ると注意が必要と考える
警戒水量Ｑca未満かどうかを判断する（ステップ７１
９）。
【００５８】ここで、加湿水量Ｑが警戒水量Ｑca未満の
場合、つまりＱca≧Ｑ＞Ｑminの場合には、加湿水量の
予測値Ｑfを算出する（ステップ７２１）。すなわち、
制御装置４５は水量予測手段を含んでいる。この予測水
量Ｑfは、現状水量Ｑに対する直前の加湿水量Ｑpとの
差、つまり単位時間あたり水量変化割合と、電力要求の
変化割合（Ｗf−Ｗ）／（Ｗ−Ｗp）とを掛けたものを、
現状水量Ｑを加算して求める。
【００５９】そして、予測水量Ｑfが所定値Ｑmin以下の
場合には（ステップ７２３）、放熱器１１，１９後面の
湿度Ｈが所定値Ｈmax以下かどうかを、図２と同様に湿
度センサ４７の検出値を用いて確認する（ステップ７２
５）。湿度Ｈが所定値Ｈmax以下の場合には、加湿水凝
縮器用放熱器１９に水を供給する制御を行う（ステップ
７２７）。
【００６０】最後に、現在の水温Ｔ、発電要求値Ｗ、加
湿水量Ｑを、それぞれＴp，Ｗp，Ｑpに更新し（ステッ
プ７２９）、ステップ７０１に戻る。
【００６１】前記ステップ７１７で、加湿水量Ｑが所定
値Ｑmin以下の場合には、Ｈ≦Ｈmaxの判断を行う上記ス
テップ７２５に進む。また、前記ステップ７１９でＱ≧
Ｑcaの場合、ステップ７２３でＱf＞Ｑminの場合および
ステップ７２５でＨ＞Ｈmaxの場合には、加湿水凝縮器
用放熱器１９への水供給を行わず、前記ステップ７２９
に進む。
【００６２】上記した第３の実施形態によれば、燃料電
池１の冷却水温の上昇割合、加湿水タンク９内の加湿水
減少割合を予測して、各放熱器１１，１９に水を供給す
るようにしているため、各放熱器１１，１９から燃料電
池１および加湿水回収用凝縮器５までに配管などによる
隔たりが生じていても、冷却水温低下の応答遅れを解消
でき、特に燃料電池入口の冷却水温を所定値の範囲に確
保することで、燃料電池１の高い発電効率を得ることが
できる。
【００６３】次に、この発明の第４の実施形態について
説明する。前述した通り、燃料電池１の発電効率の安定
化のためには、冷却水温も安定させる必要があるが、水
を放熱器１１，１９の外面に供給して得られる、放熱性
能の向上代は、図８に示すように一定ではなく、時間に
対して大きく変化する。これは、まず、水供給中に顕熱
による熱の移動が現れ、水供給後放熱器１１，１９に保
持された水の気化潜熱による熱の移動が現れるためであ
る。
【００６４】この特性を考慮し、放熱器１１，１９の性
能向上が均一となるように、対象となる放熱器１１，１
９の外面を、上下左右など複数に分割し、この複数の分
割面に対し、複数のノズルまたは、吐出口の向きを変え
られる一つのノズルを用い、タイミングをシフトさせな
がら、水を供給するように制御装置４５から分配器３３
へ制御信号を送信する。
【００６５】図９の例は、各放熱器１１，１９の外面を
３分割し、１回当たりの水供給量も１／３とした場合
の、放熱性能向上代を実線で示している。ここで、破線
は第１回目の噴射で、一点鎖線は第２回目の噴射、二点
鎖線は第３回目の噴射であり、この３回の分割噴射を合
わせたトータルの実線で示す放熱性能向上代は、顕熱と
潜熱による熱移動の時間的ずれが平準化されたものであ
り、放熱器として安定した放熱特性を得ることができ
る。
【００６６】図１０〜図１２に示す第５の実施形態は、
ノズル２７，２９に代えて、放熱器１１，１９に供給す
る水が通る水供給通路５１を、放熱器１１，１９に設け
たものである。図１１は図１０のＡ−Ａ断面図、図１２
は図１１のＢ−Ｂ断面図である。
【００６７】水供給通路５１は、放熱器１１，１９のア
ッパタンク５３の下面に沿って形成されるタンク内通路
５５と、アッパタンク５３とロアタンク５７とを連通す
る連結パイプ５９の外壁にそって形成されるパイプ側通
路６１とからなり、パイプ側通路６１には、外部に水が
排出される水供給口６３が形成されている。
【００６８】ポンプ３７から吐出される水は、配管６５
からタンク内通路５５に供給された後、パイプ側通路６
１に流入し、水供給口６３から外部へ排出されて放熱器
１１，１９に供給され冷却されることになる。
【００６９】図４で説明したように、放熱器１１，１９
を通過する風速Ｖａが高いときには、放熱器１１，１９
に供給した水が保持されずに風で飛ばされてしまい、冷
却効果が充分に発揮されない場合が考えられるが、上記
図１０〜図１２に示した構造であれば、放熱器１１，１
９内の水供給通路５１を経て水供給口６３から放熱器１
１，１９に直接水を供給するので、ノズルにより外面に
水を供給する場合に比べ、水の慣性が小さく、放熱器１
１，１９に水が保持されやすく、冷却効果が長く持続す
る。
【００７０】また、水供給通路５１は、放熱器１１，１
９と一体で構成できるので、ノズルのような別部品を設
定する必要がなく、部品配置の自由度を高めることがで
きる。
【００７１】図１３および図１４に示す第６の実施形態
は、アッパタンク５３の外壁に水供給通路６７を設けた
ものである。この場合、ポンプ３７から吐出される水
は、配管６５から水供給通路６７に供給された後、水供
給通路６７に設けた多数の水供給口６９から外部へ排出
されて放熱器１１，１９に供給され冷却されることにな
る。
【００７２】この例においても、図１０〜図１２に示し
た第５の実施形態と同様の効果が得られる他、第５の実
施形態に比べ構造が簡単であり、加工がしやすいものと
なっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態に係わる車両用冷却
装置を示す全体構成図である。
【図２】図１の制御装置の制御動作を示すフローチャー
トである。
【図３】図１の燃料電池の出口ガス温度に対する燃料電
池用放熱器と凝縮器用放熱器の要求放熱量を示す説明図
である。
【図４】図１の放熱器の通過風速と冷却効果が持続する
時間との関係を示す説明図である。
【図５】この発明の第２の実施形態による制御装置の制
御動作を示すフローチャートである。
【図６】この発明の第３の実施形態に係わる車両用冷却
装置を示す全体構成図である。
【図７】図６の制御装置の制御動作を示すフローチャー
トである。
【図８】水を放熱器の外面に供給して得られる放熱性能
向上代を示す説明図である。
【図９】放熱器の外面を３分割し、１回当たりの水供給
量も１／３とした場合の、放熱性能向上代を示す説明図
である。
【図１０】放熱器に水供給用の水供給通路を設けた第４
の実施形態を示す全体構成図である。
【図１１】図１０のＡ−Ａ断面図である。
【図１２】図１１のＢ−Ｂ断面図である。
【図１３】放熱器に水供給用の水供給通路を設けた第５
の実施形態を示す全体構成図である。
【図１４】図１３のＣ−Ｃ断面図である。
【符号の説明】
１ 燃料電池 ５ 加湿水回収用凝縮器（回収用凝縮器） ９ 加湿水タンク（水タンク） １１ 燃料電池用放熱器 １９ 加湿水凝縮器用放熱器（凝縮器用放熱器） ２７，２９ ノズル（水供給手段） ３３ 分配器（水供給手段） ３７ ポンプ（水供給手段） ４１ 冷却水温センサ（冷却水温検出手段，要求放熱量
検出手段） ４３ 液量センサ（水量検出手段，要求放熱量検出手
段） ４５ 制御装置（冷却水温予測手段，水量予測手段，指
標値算出手段，制御手段） ４７ 湿度センサ（湿度検出手段，冷却効果検出手段） ５１，６７ 水供給通路 ５３ アッパタンク ５７ ロアタンク ５９ 連結パイプ ６３，６９ 水供給口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/00 Ｈ０１Ｍ 8/00 Ｚ // Ｂ６０Ｋ 1/04 Ｂ６０Ｋ 1/04 Ｚ Ｈ０１Ｍ 10/50 Ｈ０１Ｍ 10/50

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 車両に搭載される燃料電池を冷却する燃
    料電池用放熱器と、前記燃料電池の排出ガスから水を回
    収する回収用凝縮器を冷却する凝縮器用放熱器を少なく
    とも備えた車両用冷却装置において、前記複数の放熱器
    の外面にそれぞれ水を供給する水供給手段と、前記複数
    の放熱器の要求される放熱量をそれぞれ検出する要求放
    熱量検出手段と、前記各放熱器の外面へ水を供給したと
    きに冷却効果が見込めるかどうかをそれぞれ検出する冷
    却効果検出手段と、前記要求放熱量検出手段が前記複数
    の放熱器の少なくとも一方の要求放熱量を所定値以上と
    検出し、かつ前記冷却効果検出手段が冷却効果が見込め
    ると検出したときに、前記水供給手段を駆動して前記少
    なくとも一方の放熱器の外面に水を供給させる制御手段
    とを有することを特徴とする車両用冷却装置。
  2. 【請求項２】 要求放熱量検出手段は、燃料電池の冷却
    水温を検出する冷却水温検出手段と、回収用凝縮器から
    回収された水を貯留する水タンク内の水量を検出する水
    量検出手段とで構成されるとともに、冷却効果検出手段
    は、放熱器の後面における湿度を検出する湿度検出手段
    で構成され、前記冷却水温検出手段が所定値以上の温度
    を検出したときまたは、前記水量検出手段が所定値以下
    の水量を検出したときでかつ、前記湿度検出手段が所定
    値以下の湿度を検出したときに、制御手段が水供給手段
    を駆動させて放熱器に水を供給することを特徴とする請
    求項１記載の車両用冷却装置。
  3. 【請求項３】 現在の冷却水温および燃料電池の電力要
    求値に基づいて所定時間後の燃料電池の冷却水温を予測
    する冷却水温予測手段と、回収用凝縮器から回収された
    水を貯留する水タンク内の現在の水量および燃料電池の
    電力要求値に基づいて所定時間後の前記水タンクの水量
    を予測する水量予測手段とを備え、前記冷却水温予測手
    段が所定値以上の冷却水温を予測したときまたは、前記
    水量予測手段が所定値以下の水量を予測したときに、制
    御手段が水供給手段を駆動させて放熱器に水を供給する
    ことを特徴とする請求項２記載の車両用冷却装置。
  4. 【請求項４】 冷却効果検出手段は、放熱器を通過する
    風速に対応した水供給による放熱器に対する冷却効果の
    持続時間に基づいて、現在も冷却効果が持続しているか
    どうかを現す指標値を算出する指標値算出手段を備え、
    最後に放熱器に水が供給されてからの経過時間が、前記
    指標値算出手段が算出した指標値以上となったときに、
    冷却効果が見込めると検出することを特徴とする請求項
    １記載の車両用冷却装置。
  5. 【請求項５】 水供給手段は、水が供給される放熱器の
    外面を複数に分割した分割面に対し、タイミングをずら
    して水を供給することを特徴とする請求項１ないし４の
    いずれかに記載の車両用冷却装置。
  6. 【請求項６】 水供給手段は、複数の分割面に対応して
    設けた複数のノズルを備えていることを特徴とする請求
    項５記載の車両用冷却装置。
  7. 【請求項７】 水供給手段は、複数の分割面それぞれに
    吐出口が向くよう移動可能な一つのノズルを備えている
    ことを特徴とする請求項５記載の車両用冷却装置。
  8. 【請求項８】 水供給手段は、供給する水が通る水供給
    通路を放熱器に備え、この水供給通路に放熱器に水を供
    給するための水供給口を設けたことを特徴とする請求項
    １ないし４のいずれかに記載の車両用冷却装置。
  9. 【請求項９】 水供給通路は、放熱器のアッパタンク内
    から、このアッパタンクとロアタンクとを連通する連結
    パイプの外表面に沿って設けられ、水供給口は、前記連
    結パイプの外表面の水供給通路に設けられていることを
    特徴とする請求項８記載の車両用冷却装置。
  10. 【請求項１０】 水供給通路は、放熱器におけるロアタ
    ンクと連結パイプを介して連結されるアッパタンクの外
    表面に沿って設けられていることを特徴とする請求項８
    記載の車両用冷却装置。
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