JP2018160424A - 燃料電池搭載車両 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池を効率的に温度調整して速やかに最適動作状態にでき、燃料電池により効率的で安定的な発電を行うことができる燃料電池搭載車両を提供すること。【解決手段】外気導入装置５１は、燃料電池４へ空気を供給する燃料電池用空気供給通路５４Ａが形成された燃料電池用空気供給ダクト５４を有し、燃料電池用空気供給通路５４Ａには燃料電池４が設けられ、燃料電池用空気供給通路５４Ａにおける燃料電池４より上流側に、燃料電池４に供給する空気の温度を調整する燃料電池用温度調整装置４０が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池を搭載する燃料電池搭載車両に関する。

車両に搭載される燃料電池は、動作可能な温度範囲が決まっており、燃料電池を動作可能な温度に冷却または加熱する必要がある。燃料電池には水冷式と空冷式とがあるが、ハイブリッド車両や、大きな出力を必要としない車両においては、構造が簡単で、小型化、軽量化、低コスト化が図れる空冷式が優れている。

一方、空冷式の燃料電池は、水冷式の燃料電池と比較して温度調整能力において劣る傾向があり、外気温の影響を受けやすい。空冷式の燃料電池は、外気温が高い場合には性能が低下し、外気温が低い場合には起動の遅れと性能の低下が発生するため、温度調整能力の向上が求められている。

従来の空冷式の燃料電池として特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載のものは、車室用の空調システムにより温度調整された空気を燃料電池に送り込み、この空気によって燃料電池の温度調整と酸化を行っている。

特開２０１２−４８８２１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、車室用に温度調整された空気を補助的に利用して燃料電池の温度調整を行うものであり、燃料電池に供給する空気の温度は車室用の空調システムの設定温度に依存しているため、この設定温度によっては燃料電池が所望の温度範囲に到達するのに要する時間が長くなることがある。

したがって、燃料電池の温度を所望の温度範囲に速やかに到達させることができるよう、最適な温度の空気を燃料電池に供給し、燃料電池を効率的に温度調整することが望まれている。

本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、燃料電池を効率的に温度調整して速やかに最適動作状態にでき、燃料電池により効率的で安定的な発電を行うことができる燃料電池搭載車両を提供することを目的とするものである。

本発明は、車外から取り込んだ空気を車内に供給する外気導入装置を有する燃料電池搭載車両であって、前記外気導入装置は、燃料電池へ空気を供給する燃料電池用空気供給通路が形成された燃料電池用空気供給ダクトを有し、前記燃料電池用空気供給通路には前記燃料電池が設けられ、前記燃料電池用空気供給通路における前記燃料電池より上流側に、前記燃料電池に供給する空気の温度を調整する燃料電池用温度調整装置が設けられていることを特徴とする。

このように上記の本発明によれば、燃料電池を効率的に温度調整して速やかに最適動作状態にでき、燃料電池により効率的で安定的な発電を行うことができる。

図１は、本発明の一実施例に係る燃料電池搭載車両の構成図である。 図２は、本発明の一実施例に係る燃料電池搭載車両による、外気温が低い時の燃料電池の温度調整動作を説明するフローチャートである。 図３は、本発明の一実施例に係る燃料電池搭載車両による、外気温が低い時の車室の温度調整動作を説明するフローチャートである。 図４は、本発明の一実施例に係る燃料電池搭載車両による、外気温が高い時の燃料電池の温度調整動作を説明するフローチャートである。 図５は、本発明の一実施例に係る燃料電池搭載車両による、外気温が高い時の車室の温度調整動作を説明するフローチャートである。 図６は、本発明の一実施例に係る燃料電池搭載車両において、車室用温度調整装置および燃料電池用温度調整装置にヒートポンプ式の構造を採用した場合の具体例を示す構成図である。 図７は、本発明の一実施例に係る燃料電池搭載車両において、車室用温度調整装置および燃料電池用温度調整装置にヒータコア式の構造を採用した場合の冷却部を示す構成図である。 図８は、本発明の一実施例に係る燃料電池搭載車両において、車室用温度調整装置および燃料電池用温度調整装置にヒータコア式の構造を採用した場合の加熱部を示す構成図である。 図９は、本発明の一実施例に係る燃料電池搭載車両において、車室用温度調整装置および燃料電池用温度調整装置に電気ヒータ式の構造を採用した場合の冷却部を示す構成図である。 図１０は、本発明の一実施例に係る燃料電池搭載車両において、車室用温度調整装置および燃料電池用温度調整装置に電気ヒータ式の構造を採用した場合の加熱部を示す構成図である。 図１１は、本発明の一実施例に係る燃料電池搭載車両において、熱交換器によって車室用空気供給通路と燃料電池用空気供給通路との間で熱交換を行うようにした例を示す構成図である。

本発明の一実施の形態に係る燃料電池搭載車両は、車外から取り込んだ空気を車内に供給する外気導入装置を有する燃料電池搭載車両であって、外気導入装置は、燃料電池へ空気を供給する燃料電池用空気供給通路が形成された燃料電池用空気供給ダクトを有し、燃料電池用空気供給通路には燃料電池が設けられ、燃料電池用空気供給通路における燃料電池より上流側に、燃料電池に供給する空気の温度を調整する燃料電池用温度調整装置が設けられていることを特徴とする。これにより、本発明の一実施の形態に係る燃料電池搭載車両は、燃料電池を効率的に温度調整して速やかに最適動作状態にでき、燃料電池により効率的で安定的な発電を行うことができる。

以下、図１から図１１を参照して、本発明の一実施例について説明する。図１に示すように、本発明の一実施例に係る燃料電池搭載車両５０は、車外から取り込んだ空気を車内に供給する外気導入装置５１と、この外気導入装置５１に設けられた空冷式の燃料電池４と、温度制御部および開閉制御部としての制御部６０とを含んで構成されている。

燃料電池４にはレギュレータ５６を介して水素タンク５７が接続されている。水素タンク５７に貯留された水素は、レギュレータ５６によって所定の圧力に調圧されて燃料電池４に供給される。

燃料電池４は、空気を取り入れる吸気口４Ａと、排気（水蒸気等）を排出する排気口４Ｂと、内部に位置する板状の複数のセル（不図示）とを有している。燃料電池４は、吸気口４Ａから取り入れた空気中の酸素と、燃料ガスとして水素タンク５７から供給された水素とを内部のセルにおいて反応させることで発電する。燃料電池４が発電した電力は、図示しない走行用のモータに供給される。なお、燃料電池搭載車両５０は、モータに加えてエンジンも動力源として備えていてもよい。
さらに本実施例における燃料電池４は、排気口４Ｂ側に設けられて排気（水蒸気等）を外部へと排出するファン（不図示）や、吸気口４Ａまたは排気口４Ｂに設けられてその吸気量または排気量を調節するためのルーバ（不図示）も備える。

外気導入装置５１は、管状の車室用空気供給ダクト５３と、管状の燃料電池用空気供給ダクト５４とを有している。車室用空気供給ダクト５３および燃料電池用空気供給ダクト５４は、例えば、燃料電池搭載車両５０の前部のボンネット内に配置されており、走行風を取り入れるように前方（図１の左方）に開口している。

車室用空気供給ダクト５３には、車室５２Ａに空気を供給する車室用空気供給通路５３Ａが形成されている。車室用空気供給通路５３Ａには、車室５２Ａに供給する空気の温度を調整する車室用温度調整装置３０が設けられている。車室用温度調整装置３０は、車室５２Ａに供給する空気を冷却する車室用クーラ３１と、車室５２Ａに供給する空気を加熱する車室用ヒータ３２とを有している。車室用クーラ３１は、空気を冷却するための冷却部として機能し、車室用ヒータ３２は、空気を加熱するための加熱部として機能する。

車室用クーラ３１は、車室用空気供給通路５３Ａの上流側端部に配置されている。車室用ヒータ３２は、車室用空気供給通路５３Ａの下流側端部の近傍に配置されている。車室用空気供給通路５３Ａの下流側端部は車室５２Ａに連通している。車室５２Ａは、天井や窓等の車室構成部材５２により囲まれている。車室５２Ａには図示しない送風口が設けられており、車室用空気供給通路５３Ａを通過した空気は送風口から車室５２Ａに導入される。

車室用クーラ３１の上流側近傍には、車室用ファン１Ａが設けられている。車室用ファン１Ａは、車外の空気を車室用空気供給通路５３Ａ内に吸い込み、矢印Ａで示すように、車室５２Ａに向けて送風するようになっている。車室用ファン１Ａは制御部６０によって制御される。

燃料電池用空気供給ダクト５４には、燃料電池４へ空気を供給する燃料電池用空気供給通路５４Ａが形成されている。燃料電池用空気供給通路５４Ａには燃料電池４が設けられている。本実施例では、燃料電池４は、燃料電池用空気供給通路５４Ａにおける長さ方向の中間部の上流寄りの位置に配置されている。

燃料電池用空気供給通路５４Ａにおける燃料電池４より上流側には、燃料電池４に供給する空気の温度を調整する燃料電池用温度調整装置４０が設けられている。

このように、燃料電池４より上流側に燃料電池用温度調整装置４０を設けたことで、燃料電池用温度調整装置４０により温度調整された空気が効率よく燃料電池４へと供給される。このため、外気温の影響を受けやすく、水冷式と比較して低出力な空冷式の燃料電池４に対して最適な温度調整を容易に行うことができる。

燃料電池用温度調整装置４０は、燃料電池４に供給する空気を冷却する燃料電池用クーラ４１と、燃料電池４に供給する空気を加熱する燃料電池用ヒータ４２とを有している。燃料電池用クーラ４１は空気を冷却するための冷却部として機能し、燃料電池用ヒータ４２は空気を加熱するための加熱部として機能する。

燃料電池用クーラ４１は、燃料電池用空気供給通路５４Ａの上流側端部に配置されている。燃料電池用クーラ４１の上流側近傍には、燃料電池用ファン２Ａが設けられている。燃料電池用ファン２Ａは、車外の空気を燃料電池用空気供給通路５４Ａに吸込み、矢印Ｂで示すように、燃料電池４に向けて送風するようになっている。燃料電池用ファン２Ａは制御部６０によって制御される。燃料電池用空気供給通路５４Ａの下流側端部は車外空間５５に連通している。

本実施例では、外気導入装置５１が有する管状の燃料電池用空気供給通路５４Ａの中間部に燃料電池４を収めており、空気の温度調整と同時に燃料電池４の表面温度を調整する。従って、燃料電池用空気供給通路５４Ａの空気の入口となる上流側端部は、燃料電池４の冷却に必要な量の空気を取り込み可能な開口面積を確保している。

さらに、燃料電池用空気供給ダクト５４と燃料電池４との間には、燃料電池４の周辺を空気が流れるのに十分な隙間が確保されている。燃料電池用空気供給ダクト５４において、空気を取り込む上流側端部と、燃料電池４を通過した排気を車外に放出する下流側端部とは、少なくとも何れかが燃料電池４よりも大きな断面形状に形成される。

ここで、レギュレータ５６で調圧された水素は、燃料電池用空気供給ダクト５４の外部から内部を通って燃料電池４に接続される配管５６Ａによって、燃料電池４に供給される。燃料電池４が排出するパージ水素も、同様に燃料電池４に接続されて燃料電池用空気供給ダクト５４の内部を通って外部へと延びる、図示しない配管を通って外部へ排出される。

車室用空気供給ダクト５３と燃料電池用空気供給ダクト５４とは、一体的に形成されていてもよいし、別体であってもよい。

本実施例では、車室用空気供給ダクト５３と燃料電池用空気供給ダクト５４とは、互いに平行で隣接するように配置されている。車室用空気供給ダクト５３と燃料電池用空気供給ダクト５４とを、互いに平行で隣接するように配置したことで、互いに類似の部品構成を有する車室用温度調整装置３０と燃料電池用温度調整装置４０とを集約して配置できる。このため、車室用温度調整装置３０および燃料電池用温度調整装置４０の構成部品を小型化でき、整備性を向上させることができる。なお、車室用空気供給ダクト５３と燃料電池用空気供給ダクト５４とは、必ずしも平行していなくともよく、また離間していてもよい。

車室用空気供給ダクト５３と燃料電池用空気供給ダクト５４とは、車室用空気供給通路５３Ａと燃料電池用空気供給通路５４Ａとを隔てる隔壁７０を共有している。このように、車室用空気供給通路５３Ａと燃料電池用空気供給通路５４Ａとが隔壁７０により隔てられているので、燃料電池４からの放熱や排気熱が車室用空気供給通路５３Ａ内の空気に伝播することを抑制できる。

隔壁７０には、車室用空気供給通路５３Ａと燃料電池用空気供給通路５４Ａとを連通する連通路７１が形成されている。連通路７１は、隔壁７０における燃料電池４より下流側に形成されている。連通路７１には、開閉制御可能な開閉弁６Ａが設けられており、開閉弁６Ａは、連通路７１の開閉状態を切換えるようになっている。また、連通路７１にはファン６Ｂが設けられており、このファン６Ｂは、矢印Ｃで示すように、燃料電池用空気供給通路５４Ａから車室用空気供給通路５３Ａに空気を送風するように制御される。開閉弁６Ａは、空気の流れ方向の下流側端部を回動支点として、上流側端部が燃料電池用空気供給通路５４Ａに突出するように開くようになっている。これにより、開閉弁６Ａが開いているときは、ファンの６Ｂの送風能力が低い場合であっても、開閉弁６Ａによって効率的に燃料電池用空気供給通路５４Ａの空気を車室用空気供給通路５３Ａに案内することができる。また、開閉弁６Ａが開くことで燃料電池用空気供給通路５４Ａの通過断面積が小さくなるため、燃料電池用空気供給通路５４Ａから車室用空気供給通路５３Ａへの空気の供給を促進できる。

また、連通路７１は、車室用空気供給通路５３Ａ内の車室用ヒータ３２の上流側となる位置に形成されている。このように、車室用ヒータ３２を連通路７１の後方に設けることで、連通路７１を経て燃料電池用空気供給通路５４Ａから車室用空気供給通路５３Ａに流れ込んだ燃料電池４からの高温の排気を、車室用ヒータ３２によってさらに暖めることができるため、車室５２Ａの暖房効果をより高めることができる。

すなわち、燃料電池４の下流側において、車室用空気供給通路５３Ａと燃料電池用空気供給通路５４Ａとを連通路７１によって連通させて、この連通路７１に開閉弁６Ａを設けたことで、燃料電池用空気供給通路５４Ａで発生した燃料電池４の排気を選択的に車室用空気供給通路５３Ａに導入できる。これにより、暖機が完了した燃料電池４の排熱を車室５２Ａの暖房に利用でき、車室５２Ａの暖房時のエネルギの節約が可能になる。例えば、車室用温度調整装置３０が暖房運転と冷房運転の何れの運転をしているかに応じて、開閉弁６Ａを開または閉の何れとするかを予め設定しておくことで、燃料電池４の排気熱の利用の可否を適宜選択できるため、利便性を向上させることができる。

例えば、燃料電池４を適温に調整して作動を安定させた後に車室５２Ａを暖房する際に、開閉弁６Ａを開いてファン６Ｂを作動させることで、燃料電池４からの排気を車室用空気供給通路５３Ａに流入させて、その排気熱により吸気を暖めることができる。このようにすることで、燃料電池４の温度調整後は、速やか、かつ省エネルギで、車室５２Ａを暖房することができる。

したがって、車室用空気供給通路５３Ａと燃料電池用空気供給通路５４Ａを隔壁７０によって隔てた上で、車室用温度調整装置３０と燃料電池用温度調整装置４０とを独立して制御することで、燃料電池４に供給する空気を、燃料電池４の状態に合わせた最適な吸気温度となるように早く、細かく制御することができ、燃料電池４の発電を安定的に行うことができる。これにより、燃料電池４の出力低下を抑制するとともに、発電効率が良好になり、燃費向上を実現できる。

制御部６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されており、制御対象を電気的に制御する。すなわち、制御部６０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）から構成されている。

制御部６０のＲＯＭには、各種制御定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットを制御部６０として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、制御部６０において、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、制御部６０として機能する。

制御部６０は、燃料電池用温度調整装置４０と車室用温度調整装置３０とを独立して制御し、燃料電池４に供給する空気の温度と車室５２Ａに供給する空気の温度とを独立して調整するようになっている。温度調整を独立して行うことで、燃料電池４にとって最適な温度調整と、車室５２Ａにとって最適な温度調整との両方を効率よく行うことができ、より利便性および快適性を向上させることができる。

制御部６０は、燃料電池搭載車両５０の始動時などにおいて、先に燃料電池４の温度調整を行い、燃料電池４の温度が所定の温度範囲内となった後に、車室５２Ａの室温を調整するようになっている。すなわち、制御部６０は、燃料電池４の温度が所定温度範囲内にない場合は、燃料電池用温度調整装置４０を作動させ、燃料電池４の温度が所定温度範囲内にある場合は、燃料電池用温度調整装置４０と車室用温度調整装置３０とを作動させるようになっている。

制御部６０は、燃料電池４の温度と車室５２Ａの室温を調整する過程で、所定条件を満たす場合に開閉弁６Ａを開くよう制御するようになっている。

図２、図３を参照して、外気温が低温の時に制御部６０によって実行される温度調整動作の流れについて説明する。図２の温度調整動作は、外気温が低い場合に燃料電池４を所定の目標温度まで暖める動作である。図３の温度調整動作は、外気温が低い場合に車室５２Ａを所定の目標室温まで暖める動作である。なお、燃料電池４が目標温度まで昇温した後、および車室５２Ａの室温が目標温度まで昇温した後は、それぞれの温度を維持する動作に引き継がれる。

図２において、制御部６０は、ステップＳ１で燃料電池用ファン２Ａをオン、かつ、燃料電池４をオンにする。次いで、制御部６０は、ステップＳ２で燃料電池用ヒータ４２による空気の加熱量を調整する。

次いで、制御部６０は、ステップＳ３で燃料電池４の温度Ｔｆｃが所定の下限温度Ｔｍｉｎ以上であるか否かを判定する。ここで本実施例においては、燃料電池４の温度Ｔｆｃは、燃料電池４の内部にて燃料ガスと空気とを反応させて発電を行う、図示しないセルの温度であり、燃料電池４内の複数のセルに対して、温度Ｔｆｃを計測するための温度センサ（不図示）が複数個取り付けられる。下限温度Ｔｍｉｎは、燃料電池４の起動に必要な温度であり、外気温に対応して予めマップとして設定されている。

ステップＳ３で燃料電池４の温度Ｔｆｃが所定の下限温度Ｔｍｉｎ未満である場合、制御部６０は、ステップＳ２に戻って燃料電池用ヒータ４２による加熱を継続する。

ステップＳ３で燃料電池４の温度Ｔｆｃが所定の下限温度Ｔｍｉｎ以上である場合、制御部６０は、ステップＳ４で車室５２Ａの暖房を開始する。このように、制御部６０は、外気温が低温のときは、車室５２Ａを暖める動作よりも燃料電池４を暖める動作を優先して実施している。車室５２Ａを暖房する動作の詳細については図３を参照して後述する。

ステップＳ４に次いで、制御部６０は、ステップＳ５で燃料電池４の温度Ｔｆｃが所定の目標温度Ｔｆｃｔａｒｇｅｔに対して許容範囲ａ内であるか否かを判定する。すなわち、制御部６０は、Ｔｆｃｔａｒｇｅｔ−ａ≦Ｔｆｃ≦Ｔｆｃｔａｒｇｅｔ＋ａを満たすか否かを判定する。

ステップＳ５で燃料電池４の温度Ｔｆｃが所定の目標温度Ｔｆｃｔａｒｇｅｔに対して許容範囲ａ外である場合、制御部６０は、ステップＳ２に戻って燃料電池用ヒータ４２による加熱を継続する。

ステップＳ５で燃料電池４の温度Ｔｆｃが所定の目標温度Ｔｆｃｔａｒｇｅｔに対して許容範囲ａ内である場合、制御部６０は、今回の動作を終了する。そして、制御部６０は、燃料電池４の温度Ｔｆｃを維持する動作（図示せず）に移行する。

図３において、制御部６０は、ステップＳ１１で車室用ファン１Ａをオンにする。次いで、制御部６０は、ステップＳ１２で車室用ヒータ３２による空気の加熱量を調整し、開閉弁６Ａを開き、ファン６Ｂの回転を調整する。

次いで、制御部６０は、ステップＳ１３で車室５２Ａの室温Ｔｃが所定の目標室温Ｔｃｔａｒｇｅｔに対して許容範囲ｂ内であるか否かを判定する。すなわち、制御部６０は、Ｔｃｔａｒｇｅｔ−ｂ≦Ｔｃ≦Ｔｃｔａｒｇｅｔ＋ｂを満たすか否かを判定する。

ステップＳ１３で車室５２Ａの室温Ｔｃが所定の目標室温Ｔｃｔａｒｇｅｔに対して許容範囲ｂ外である場合、制御部６０は、ステップＳ１２に戻って車室用ヒータ３２による加熱を継続する。

ステップＳ１３で車室５２Ａの室温Ｔｃが所定の目標室温Ｔｃｔａｒｇｅｔに対して許容範囲ｂ内である場合、制御部６０は、今回の動作を終了する。そして、制御部６０は、車室５２Ａの室温Ｔｃを維持する動作（図示せず）に移行する。

図４、図５を参照して、外気温が高温の時に制御部６０によって実行される温度調整動作の流れについて説明する。図４の温度調整動作は、外気温が高いために燃料電池４を所定の目標温度まで冷却する動作である。図５の温度調整動作は、外気温が高いために車室５２Ａを所定の目標室温まで冷房する動作である。なお、燃料電池４の温度が目標温度まで下がった後、および車室５２Ａの室温が目標温度まで下がった後は、それぞれの温度を維持する動作に引き継がれる。

図４において、制御部６０は、ステップＳ２１で燃料電池用ファン２Ａおよび燃料電池用クーラ４１をオン、かつ、燃料電池４をオンにする。次いで、制御部６０は、ステップＳ２２で燃料電池用ファン２Ａの回転を調整し、かつ、燃料電池用クーラ４１への冷媒流量を調整する。

次いで、制御部６０は、ステップＳ２３で車室５２Ａの冷房を開始する。このように、制御部６０は、外気温が高温のときは、車室５２Ａを冷房する動作よりも燃料電池４を冷却する動作を優先して実施している。車室５２Ａを冷房する動作の詳細については図５を参照して後述する。

ステップＳ２３に次いで、制御部６０は、ステップＳ２４で燃料電池４の温度Ｔｆｃが所定の目標温度Ｔｆｃｔａｒｇｅｔに対して許容範囲ａ内であるか否かを判定する。すなわち、制御部６０は、Ｔｆｃｔａｒｇｅｔ−ａ≦Ｔｆｃ≦Ｔｆｃｔａｒｇｅｔ＋ａを満たすか否かを判定する。

ステップＳ２４で燃料電池４の温度Ｔｆｃが所定の目標温度Ｔｆｃｔａｒｇｅｔに対して許容範囲ａ外である場合、制御部６０は、ステップＳ２２に戻って燃料電池用クーラ４１による冷却を継続する。

ステップＳ２４で燃料電池４の温度Ｔｆｃが所定の目標温度Ｔｆｃｔａｒｇｅｔに対して許容範囲ａ内である場合、制御部６０は、今回の動作を終了する。そして、制御部６０は、燃料電池４の温度Ｔｆｃを維持する動作（図示せず）に移行する。

図５において、制御部６０は、ステップＳ３１で車室用ファン１Ａおよび車室用クーラ３１をオンにする。次いで、制御部６０は、ステップＳ３２で車室用ファン１Ａの回転を調整し、車室用クーラ３１への冷媒流量を調整する。

次いで、制御部６０は、ステップＳ３３で車室５２Ａの室温Ｔｃが所定の目標室温Ｔｃｔａｒｇｅｔに対して許容範囲ｂ内であるか否かを判定する。すなわち、制御部６０は、Ｔｃｔａｒｇｅｔ−ｂ≦Ｔｃ≦Ｔｃｔａｒｇｅｔ＋ｂを満たすか否かを判定する。

ステップＳ３３で車室５２Ａの室温Ｔｃが所定の目標室温Ｔｃｔａｒｇｅｔに対して許容範囲ｂ外である場合、制御部６０は、ステップＳ３２に戻って車室用クーラ３１による冷房を継続する。

ステップＳ３３で車室５２Ａの室温Ｔｃが所定の目標室温Ｔｃｔａｒｇｅｔに対して許容範囲ｂ内である場合、制御部６０は、今回の動作を終了する。そして、制御部６０は、車室５２Ａの室温Ｔｃを維持する動作（図示せず）に移行する。

このように、本実施例では、燃料電池搭載車両５０の始動時などで、燃料電池４内のセルの温度が所定温度範囲外にある場合であって、車室用温度調整装置３０を作動させる場合には、まず燃料電池用温度調整装置４０のみを作動させ、燃料電池４内のセルの温度が所定の温度範囲内となった後で、車室用温度調整装置３０を作動させている。すなわち、優先的に燃料電池４を温度調整している。

このため、燃料電池４を早期に発電可能状態にでき、燃料電池４の状態を速やかに安定させ、良好な発電を行うことができ、安定的な車両走行が可能となる。

例えば、燃料電池４と車室５２Ａの双方が低温状態の場合には、優先的に燃料電池４を暖めて発電可能状態にしている。これによって、低温環境化で燃料電池４内の図示しないセルが凍結することを防止できる。

一方、燃料電池４の周囲温度が適正値よりも高い環境下においても、燃料電池４の冷却を優先して実施することで、燃料電池を適温に保つことが可能になる。

ここで、車室用温度調整装置３０および燃料電池用温度調整装置４０としては、ヒートポンプを用いて空気の加熱と冷却の両方を行うヒートポンプ式の構造と、エンジンで発生する熱を用いて空気を暖めるヒータコア式の構造と、電気で発熱する電気ヒータを用いて空気を暖める電気ヒータ式の構造と、を採用することができる。以下、ヒートポンプ式、ヒータコア式および電気ヒータ式を採用した場合の具体例について説明する。
（ヒートポンプ式）

ヒートポンプ式の構造を車室用温度調整装置３０および燃料電池用温度調整装置４０に適用した場合の具体例について、図６を参照して説明する。

図６に示すように、車室用温度調整装置３０において、車室用クーラ３１は車室用エバポレータ１Ｂから構成され、車室用ヒータ３２は車室用コンデンサ５から構成されている。

また、燃料電池用温度調整装置４０において、燃料電池用クーラ４１は燃料電池用エバポレータ２Ｂから構成され、燃料電池用ヒータ４２は燃料電池用コンデンサ３から構成されている。

車室用エバポレータ１Ｂおよび燃料電池用エバポレータ２Ｂは、互いに並列に接続されている。また、車室用エバポレータ１Ｂおよび燃料電池用エバポレータ２Ｂは、室外熱交換器８に対してエキスパンジョンバルブ９を介して直列に接続されている。車室用エバポレータ１Ｂおよび燃料電池用エバポレータ２Ｂには、冷媒の循環量を制御する電磁弁１６、１７がそれぞれ接続されている。車室用エバポレータ１Ｂ、燃料電池用エバポレータ２Ｂ、室外熱交換器８およびエキスパンジョンバルブ９は、車室用エバポレータ１Ｂまたは燃料電池用エバポレータ２Ｂの少なくとも一方を低温にするように冷媒が循環する冷却用冷媒回路を構成している。この冷却用冷媒回路の各分岐部には、三方弁１２、１３、１４、１５が設けられている。

車室用コンデンサ５および燃料電池用コンデンサ３は、互いに並列に接続されている。また、車室用コンデンサ５および燃料電池用コンデンサ３は、室外熱交換器８に対してエキスパンジョンバルブ１１を介して直列に接続されている。車室用コンデンサ５および燃料電池用コンデンサ３には、冷媒の循環量を制御する電磁弁１９、１８がそれぞれ接続されている。車室用コンデンサ５、燃料電池用コンデンサ３、室外熱交換器８およびエキスパンジョンバルブ１１は、車室用コンデンサ５または燃料電池用コンデンサ３の少なくとも一方を高温にするように冷媒が循環する加熱用冷媒回路を構成している。この加熱用冷媒回路の各分岐部には、三方弁１２、１３、１４、１５が設けられている。

冷却用冷媒回路および加熱用冷媒回路は、冷媒通路を共有しており、冷媒通路の共有部分にはコンプレッサ１０が設けられている。また、冷却用冷媒回路と加熱用冷媒回路とを合わせた冷媒回路の各分岐部には、三方弁１２、１３、１４、１５が設けられている。

したがって、図６の冷媒回路において、制御部６０によって三方弁１２、１３、１４、１５と電磁弁１６、１７、１８、１９を制御して、冷媒の流路の切替と流量の調整を行うことができる。これにより、車室用エバポレータ１Ｂによる空気の冷却と、燃料電池用エバポレータ２Ｂによる空気の冷却と、車室用コンデンサ５による空気の加熱と、燃料電池用コンデンサ３による空気の加熱と、を独立して制御することができる。したがって、車室５２Ａへ供給する空気の温度と、燃料電池４へ供給する空気の温度と、を独立して制御することができる。

なお、図６に例示するヒートポンプ式の構造は、車室用温度調整装置３０と燃料電池用温度調整装置４０とで冷媒の流路を共有しているが、車室用温度調整装置３０と燃料電池用温度調整装置４０とで冷媒の流路を独立して設けてもよい。すなわち、図６に示す冷媒回路から燃料電池用エバポレータ２Ｂと燃料電池用コンデンサ３とを取り外した冷媒回路から車室用温度調整装置３０を構成し、図６に示す冷媒回路から車室用エバポレータ１Ｂと車室用コンデンサ５とを取り外した冷媒回路から燃料電池用温度調整装置４０を構成してもよい。
（ヒータコア式）

ヒータコア式の構造を車室用温度調整装置３０および燃料電池用温度調整装置４０に適用した場合の具体例について、図７、図８を参照して説明する。なお、このヒータコア式の構造において、空気を冷却するための冷却部にヒートポンプ式の構造を採用し、空気を暖めるための加熱部にエンジンのヒータコアを用いている。

図７に示すように、車室用温度調整装置３０において、車室用クーラ３１は車室用エバポレータ１Ｂから構成されている。燃料電池用温度調整装置４０において、燃料電池用クーラ４１は燃料電池用エバポレータ２Ｂから構成されている。

車室用エバポレータ１Ｂおよび燃料電池用エバポレータ２Ｂは、互いに並列に接続されている。また、車室用エバポレータ１Ｂおよび燃料電池用エバポレータ２Ｂは、室外熱交換器８に対してエキスパンジョンバルブ９を介して直列に接続されている。車室用エバポレータ１Ｂおよび燃料電池用エバポレータ２Ｂには、冷媒の循環量を制御する電磁弁１６、１７がそれぞれ接続されている。車室用エバポレータ１Ｂ、燃料電池用エバポレータ２Ｂ、室外熱交換器８およびエキスパンジョンバルブ９は、車室用エバポレータ１Ｂまたは燃料電池用エバポレータ２Ｂの少なくとも一方を低温にするように冷媒が循環する冷却用冷媒回路を構成している。

図８に示すように、車室用温度調整装置３０において、車室用ヒータ３２は車室用ヒータコア５Ａから構成されている。燃料電池用温度調整装置４０において、燃料電池用ヒータ４２は燃料電池用ヒータコア３Ａから構成されている。

燃料電池用ヒータコア３Ａおよび車室用ヒータコア５Ａには、冷却水循環路２０を介してエンジン５９が接続されている。燃料電池用ヒータコア３Ａおよび車室用ヒータコア５Ａは、冷却水循環路２０に互いに並列に配置されている。燃料電池用ヒータコア３Ａおよび車室用ヒータコア５Ａには、エンジン５９から排出された高温の冷却水が冷却水循環路２０を通して供給される。車室用ヒータコア３Ａおよび燃料電池用５Ａには、冷却水の供給量（循環量）を制御する電磁弁１８、１９がそれぞれ接続されている。

ここで、エンジン５９は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行うことで燃料電池搭載車両５０の駆動力を発生するものである。エンジン５９は、４サイクルのガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンによって構成されている。

このヒータコア式の構造において、制御部６０によって電磁弁１６、１７を制御することで冷媒の流量を調整することができる。これにより、車室用エバポレータ１Ｂによる空気の冷却と、燃料電池用エバポレータ２Ｂによる空気の冷却と、を独立して制御することができる。

また、このヒータコア式の構造において、制御部６０によって電磁弁１８、１９を制御することで冷却水の流量を調整することができる。これにより、燃料電池用ヒータコア３Ａによる空気の加熱と、車室用ヒータコア５Ａによる空気の加熱と、を独立して制御することができる。したがって、車室５２Ａへ供給する空気の温度と、燃料電池４へ供給する空気の温度と、を独立して制御することができる。
（電気ヒータ式）

電気ヒータ式の構造を車室用温度調整装置３０および燃料電池用温度調整装置４０に適用した場合の具体例について、図９、図１０を参照して説明する。なお、この電気ヒータ式の構造において、空気を冷却するための冷却部にヒートポンプ式の構造を採用し、空気を暖めるための加熱部に電気ヒータを用いている。

図９に示すように、車室用温度調整装置３０において、車室用クーラ３１は車室用エバポレータ１Ｂから構成されている。燃料電池用温度調整装置４０において、燃料電池用クーラ４１は燃料電池用エバポレータ２Ｂから構成されている。

車室用エバポレータ１Ｂおよび燃料電池用エバポレータ２Ｂは、互いに並列に接続されている。また、車室用エバポレータ１Ｂおよび燃料電池用エバポレータ２Ｂは、室外熱交換器８に対してエキスパンジョンバルブ９を介して直列に接続されている。車室用エバポレータ１Ｂおよび燃料電池用エバポレータ２Ｂには、冷媒の循環量を制御する電磁弁１６、１７がそれぞれ接続されている。車室用エバポレータ１Ｂ、燃料電池用エバポレータ２Ｂ、室外熱交換器８およびエキスパンジョンバルブ９は、車室用エバポレータ１Ｂまたは燃料電池用エバポレータ２Ｂの少なくとも一方を低温にするように冷媒が循環する冷却用冷媒回路を構成している。

図１０に示すように、車室用温度調整装置３０において、車室用ヒータ３２は車室用電気ヒータ５Ｂから構成されている。燃料電池用温度調整装置４０において、燃料電池用ヒータ４２は燃料電池用電気ヒータ３Ｂから構成されている。

車室用電気ヒータ５Ｂおよび燃料電池用電気ヒータ３Ｂは、燃料電池４に接続されており、燃料電池４から供給される電力により発熱する。車室用電気ヒータ５Ｂおよび燃料電池用電気ヒータ３Ｂは、燃料電池４に互いに並列に配置されている。車室用電気ヒータ５Ｂ、燃料電池用電気ヒータ３Ｂにはスイッチ２２、２１がそれぞれ接続されている。

この電気ヒータ式の構造において、制御部６０によって電磁弁１６、１７を制御することで冷媒の流量を調整することができる。これにより、車室用エバポレータ１Ｂによる空気の冷却と、燃料電池用エバポレータ２Ｂによる空気の冷却と、を独立して制御することができる。

また、この電気ヒータ式の構造において、制御部６０によってスイッチ２２、２１を制御することで、車室用電気ヒータ５Ｂおよび燃料電池用電気ヒータ３Ｂの発熱量を調整することができる。これにより、燃料電池用電気ヒータ３Ｂによる空気の加熱と、車室用電気ヒータ５Ｂによる空気の加熱と、を独立して制御することができる。したがって、車室５２Ａへ供給する空気の温度と、燃料電池４へ供給する空気の温度と、を独立して制御することができる。
（変形例）

変形例として、図１１に示すように、車室用空気供給通路５３Ａに熱交換器７３を設けてもよい。この熱交換器７３の内部には、車室用空気供給通路５３Ａとは隔てられた流通路７４が形成されており、この流通路７４は、燃料電池用空気供給通路５４Ａと連通している。熱交換器７３は、車室用空気供給通路５３Ａにおける車室用ヒータ３２より上流側の位置に設けられている。車室用空気供給通路５３Ａを流れる空気は、熱交換器７３によって加熱された後、車室用ヒータ３２でさらに加熱される。

このようにすることで、燃料電池用空気供給通路５４Ａを流れる燃料電池４からの高温の空気（排気）が熱交換器７３の内部の流通路７４を通過するため、車室用空気供給通路５３Ａと燃料電池用空気供給通路５４Ａとの間で、空気を混ざり合わせることなく、熱交換を行うことができる。したがって、燃料電池４で発生した熱を車室５２Ａの暖房に用いることができる。

以上のように、本実施例において、外気導入装置５１は、燃料電池４へ空気を供給する燃料電池用空気供給通路５４Ａが形成された燃料電池用空気供給ダクト５４を有し、燃料電池用空気供給通路５４Ａには燃料電池４が設けられている。また、燃料電池用空気供給通路５４Ａにおける燃料電池４より上流側に、燃料電池４に供給する空気の温度を調整する燃料電池用温度調整装置４０が設けられている。

このように、燃料電池４より上流側に燃料電池用温度調整装置４０を設けたことで、燃料電池用温度調整装置４０により温度調整された空気が効率よく燃料電池４へと供給される。このため、外気温の影響を受けやすく、水冷式と比較して低出力な空冷式の燃料電池４に対して最適な温度調整を容易に行うことができる。

この結果、燃料電池を効率的に温度調整して速やかに最適動作状態にでき、燃料電池により効率的で安定的な発電を行うことができる。

また、本実施例において、外気導入装置５１は、車室５２Ａに空気を供給する車室用空気供給通路５３Ａが形成された車室用空気供給ダクト５３を有し、車室用空気供給通路５３Ａと燃料電池用空気供給通路５４Ａとが隔てられている。

このように、車室用空気供給通路５３Ａと燃料電池用空気供給通路５４Ａとが隔壁７０により隔てられているので、燃料電池４からの放熱や排気熱が車室用空気供給通路５３Ａ内の空気に伝播すること抑制できる。

また、本実施例において、外気導入装置５１は、燃料電池用空気供給通路５４Ａにおける燃料電池４より下流側に、車室用空気供給通路５３Ａと連通する連通路７１と、連通路７１の開閉状態を切換える開閉弁６Ａとを有している。そして、燃料電池搭載車両５０は、所定条件を満たす場合に開閉弁６Ａを開くよう制御する制御部６０を備える。

このように、燃料電池４の下流側において、車室用空気供給通路５３Ａと燃料電池用空気供給通路５４Ａとを連通路７１によって連通させて、この連通路７１に開閉弁６Ａを設けたことで、燃料電池用空気供給通路５４Ａで発生した燃料電池４の排気を選択的に車室用空気供給通路５３Ａに導入できる。

これにより、暖機が完了した燃料電池４の排熱を車室５２Ａの暖房に利用でき、車室５２Ａの暖房時のエネルギの節約が可能になる。例えば、燃料電池４を適温に調整して作動を安定させた後に車室５２Ａを暖房する際に、開閉弁６Ａを開いてファン６Ｂを作動させることで、燃料電池４からの排気を車室用空気供給通路５３Ａに流入させて、その排気熱により吸気を暖めることができる。このようにすることで、燃料電池４の温度調整後は、速やか、かつ省エネルギで、車室５２Ａを暖房することができる。

また、本実施例において、外気導入装置５１は、車室用空気供給通路５３Ａに熱交換器７３を有し、熱交換器７３の内部に、車室用空気供給通路５３Ａとは隔てられた流通路７４が形成され、流通路７４は、燃料電池用空気供給通路５４Ａと連通する。

このようにすることで、燃料電池用空気供給通路５４Ａを流れる燃料電池４からの高温の空気（排気）が熱交換器７３の内部の流通路７４を通過するため、車室用空気供給通路５３Ａと燃料電池用空気供給通路５４Ａとの間で、空気を混ざり合わせることなく、熱交換を行うことができる。したがって、燃料電池４で発生した熱を車室５２Ａの暖房に用いることができる。

また、本実施例において、外気導入装置５１は、車室用空気供給通路５３Ａに、車室５２Ａに供給する空気の温度を調整する車室用温度調整装置３０を有している。そして、燃料電池搭載車両５０は、燃料電池用温度調整装置４０と車室用温度調整装置３０とを独立して制御する制御部６０を備える。

このようにすることで、燃料電池４に供給する空気を、燃料電池４の状態に合わせた最適な吸気温度に速く、かつ、細かく制御することができ、燃料電池４の発電を安定的に行うことができる。これにより、燃料電池４の出力低下を抑制するとともに、発電効率が良好になり、燃費向上を実現できる。また、燃料電池４にとって最適な温度調整と、車室５２Ａにとって最適な温度調整との両方を、を効率よく行うことができ、より利便性および快適性を向上させることができる。

また、本実施例において、制御部６０は、燃料電池４の温度が所定温度範囲内にない場合は、燃料電池用温度調整装置４０を作動させ、燃料電池４の温度が所定温度範囲内にある場合は、燃料電池用温度調整装置４０と車室用温度調整装置３０とを作動させる。

このようにすることで、燃料電池搭載車両５０の始動時などにおいて、先に燃料電池４の温度調整が行われ、燃料電池４の温度が所定の温度範囲内となった後に車室５２Ａの室温が調整される。したがって、車室５２Ａの室温調整に優先して燃料電池４の温度調整を行うことで、燃料電池４を早期に発電可能状態にでき、燃料電池４の状態を速やかに安定させ、良好な発電を行うことができ、安定的な車両走行が可能となる。

本発明の実施例を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正および等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１Ａ 車室用ファン
１Ｂ 車室用エバポレータ
２Ａ 燃料電池用ファン
２Ｂ 燃料電池用エバポレータ
３ 燃料電池用コンデンサ
３Ａ 燃料電池用ヒータコア
３Ｂ 燃料電池用電気ヒータ
４ 燃料電池
６Ａ 開閉弁
３０ 車室用温度調整装置
４０ 燃料電池用温度調整装置
５０ 燃料電池搭載車両
５１ 外気導入装置
５２Ａ 車室
５３ 車室用空気供給ダクト
５３Ａ 車室用空気供給通路
５４ 燃料電池用空気供給ダクト
５４Ａ 燃料電池用空気供給通路
６０ 制御部（温度制御部、開閉制御部）
７１ 連通路
７３ 熱交換器
７４ 流通路

Claims (6)

1. 車外から取り込んだ空気を車内に供給する外気導入装置を有する燃料電池搭載車両であって、
   前記外気導入装置は、
   燃料電池へ空気を供給する燃料電池用空気供給通路が形成された燃料電池用空気供給ダクトを有し、
   前記燃料電池用空気供給通路には前記燃料電池が設けられ、
   前記燃料電池用空気供給通路における前記燃料電池より上流側に、前記燃料電池に供給する空気の温度を調整する燃料電池用温度調整装置が設けられていることを特徴とする燃料電池搭載車両。
2. 前記外気導入装置は、車室に空気を供給する車室用空気供給通路が形成された車室用空気供給ダクトを有し、
   前記車室用空気供給通路と前記燃料電池用空気供給通路とが隔てられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池搭載車両。
3. 前記外気導入装置は、前記燃料電池用空気供給通路における前記燃料電池より下流側に、前記車室用空気供給通路と連通する連通路と、前記連通路の開閉状態を切換える開閉弁とを有し、
   所定条件を満たす場合に前記開閉弁を開くよう制御する開閉制御部を備えることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池搭載車両。
4. 前記外気導入装置は、前記車室用空気供給通路に熱交換器を有し、
   前記熱交換器の内部に、前記車室用空気供給通路とは隔てられた流通路が形成され、
   前記流通路は、前記燃料電池用空気供給通路と連通することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池搭載車両。
5. 前記外気導入装置は、前記車室用空気供給通路に、前記車室に供給する空気の温度を調整する車室用温度調整装置を有し、
   前記燃料電池用温度調整装置と前記車室用温度調整装置とを独立して制御する温度制御部を備えることを特徴とする請求項２から請求項４の何れか１項に記載の燃料電池搭載車両。
6. 前記温度制御部は、
   前記燃料電池の温度が所定温度範囲内にない場合は、前記燃料電池用温度調整装置を作動させ、
   前記燃料電池の温度が所定温度範囲内にある場合は、前記燃料電池用温度調整装置と前記車室用温度調整装置とを作動させることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池搭載車両。