JP5528825B2 - 冷却システム - Google Patents
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Description
本発明は、冷却システムに関する。
従来、燃料電池を搭載した車両において、燃料電池の廃熱を車室内の温度調節の熱源に利用する技術が知られている。例えば、燃料電池が途中に配置された冷却水循環路を流れる冷却水をヒータコアに供給し、ヒータコアにより温度調節された空気を車室内に供給する技術が知られている（例えば、特許文献１）。
しかしながら、燃料電池の廃熱を車室内の温度調節のための熱源に利用した場合、ヒータコアで熱交換された冷却水が、冷却水循環路に再び流入すると、冷却水循環路の冷却水の温度が低下する場合があった。また、温度が低下した冷却水が燃料電池に供給されると、燃料電池の温度が低下し、燃料電池の発電効率が低下する場合があった。
従って、本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、燃料電池の廃熱を空調の熱源に利用する際に、燃料電池を途中に配置した冷却水循環路（「冷却回路」ともいう。）を流れる冷媒の温度低下を抑制する技術を提供することを目的とする。
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することができる。
［形態１］
冷却システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池を冷却するための冷媒が循環する冷却回路と、
冷媒が循環する空調用回路であって、冷媒と室内に送風する空気との間で熱交換を行う熱交換器を配置する空調用回路と、
前記冷却回路から前記空調用回路に冷媒が流入し、前記熱交換器を通過した冷媒が前記冷却回路に流入する連結状態と、前記冷却回路と前記空調用回路との冷媒の流通を遮断する非連結状態とを切り替え可能な切替部と、
当該冷却システムの運転を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記非連結状態から前記連結状態に切り替える際に、当該冷却システムの状態にかかわらず、前記冷却回路を流れる冷媒の流量である第１の流量（Ｌ１）の前記空調用回路を流れる冷媒の流量である第２の流量（Ｌ２）に対する比（Ｌ１／Ｌ２）を第１の所定値以上とする流量制御モードでの当該冷却システムの運転を実行し、
前記制御部は、前記燃料電池の状態にかかわらず、前記空調用回路を流れる冷媒が前記冷却回路を流れる冷媒に合流したのちの冷媒の温度が前記燃料電池の発電効率が良好な状態に維持できる温度になるように、前記第１の流量（Ｌ１）を第２の所定値以上とすることで前記流量制御モードでの当該冷却システムの運転を実行する、
冷却システム。
この形態の冷却システムによれば、非連結状態から連結状態に切り替える際に、冷却システムの状態にかかわらず、比（Ｌ１／Ｌ２）を第１の所定値以上とする流量制御モードで冷却システムを運転することで、熱交換器を通過した後の空調用回路を流れる冷媒が、冷却回路を流れる冷媒と合流した場合でも、合流後の冷媒の温度低下を抑制することができる。
また、第１の流量（Ｌ１）を第２の所定値以上とすることで合流後の冷媒の温度低下を抑制することができる。
［形態２］
形態１に記載の冷却システムであって、
前記第１の所定値は、前記空調用回路を流れる冷媒が前記冷却回路を流れる冷媒に合流した後の冷媒の温度が第１の閾値以上となる範囲で定められる、冷却システム。
［形態３］
形態１又は形態２に記載の冷却システムであって、
前記制御部は、前記流量制御モードでの当該冷却システムの運転を実行し、前記冷却回路と前記空調用回路とを連結状態にした後に、比（Ｌ１／Ｌ２）を前記第１の所定値以上とする制限を有さない通常制御モードに切り替えて当該冷却システムの運転を実行する、冷却システム。
［形態４］
冷却システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池を冷却するための冷媒が循環する冷却回路と、
冷媒が循環する空調用回路であって、冷媒と室内に送風する空気との間で熱交換を行う熱交換器を配置する空調用回路と、
前記冷却回路から前記空調用回路に冷媒が流入し、前記熱交換器を通過した冷媒が前記冷却回路に流入する連結状態と、前記冷却回路と前記空調用回路との冷媒の流通を遮断する非連結状態とを切り替え可能な切替部と、
当該冷却システムの運転を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記非連結状態から前記連結状態に切り替える際に、空調側の暖房要求にかかわらず、前記熱交換器の放熱量の上限値を前記熱交換器の最大の放熱量よりも小さい所定値以下とする放熱量制御モードで当該冷却システムの運転を実行する、
冷却システム。
この形態の冷却システムによれば、非連結状態から連結状態に切り替える際に、制御モードを暖房要求にかかわらず、熱交換器の放熱量を所定値以下にする放熱量制御モードで冷却システムを運転することで、熱交換器を通過した後の空調用回路を流れる冷媒が、冷却回路を流れる冷媒と合流した場合でも、合流後の冷媒の温度低下を抑制することができる。
［形態５］
形態４に記載の冷却システムであって、さらに、
前記熱交換器に空気を送風する送風機を有し、
前記制御部は、前記送風機が前記熱交換器に送風する風量の上限値を前記熱交換器に送風する最大の風量よりも小さい所定値以下とすることで前記放熱量制御モードでの当該冷却システムの運転を実行する、冷却システム。
［形態６］
形態４又は形態５に記載の冷却システムであって、
前記制御部は、前記放熱量制御モードでの当該冷却システムの運転を実行し、前記冷却回路と前記空調用回路とを連結状態にした後に、前記熱交換器の放熱量の上限値を最大の放熱量以下とする制限を有する通常制御モードに切り替えて当該冷却システムの運転を実行する、冷却システム。
［形態１］
冷却システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池を冷却するための冷媒が循環する冷却回路と、
冷媒が循環する空調用回路であって、冷媒と室内に送風する空気との間で熱交換を行う熱交換器を配置する空調用回路と、
前記冷却回路から前記空調用回路に冷媒が流入し、前記熱交換器を通過した冷媒が前記冷却回路に流入する連結状態と、前記冷却回路と前記空調用回路との冷媒の流通を遮断する非連結状態とを切り替え可能な切替部と、
当該冷却システムの運転を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記非連結状態から前記連結状態に切り替える際に、当該冷却システムの状態にかかわらず、前記冷却回路を流れる冷媒の流量である第１の流量（Ｌ１）の前記空調用回路を流れる冷媒の流量である第２の流量（Ｌ２）に対する比（Ｌ１／Ｌ２）を第１の所定値以上とする流量制御モードでの当該冷却システムの運転を実行し、
前記制御部は、前記燃料電池の状態にかかわらず、前記空調用回路を流れる冷媒が前記冷却回路を流れる冷媒に合流したのちの冷媒の温度が前記燃料電池の発電効率が良好な状態に維持できる温度になるように、前記第１の流量（Ｌ１）を第２の所定値以上とすることで前記流量制御モードでの当該冷却システムの運転を実行する、
冷却システム。
この形態の冷却システムによれば、非連結状態から連結状態に切り替える際に、冷却システムの状態にかかわらず、比（Ｌ１／Ｌ２）を第１の所定値以上とする流量制御モードで冷却システムを運転することで、熱交換器を通過した後の空調用回路を流れる冷媒が、冷却回路を流れる冷媒と合流した場合でも、合流後の冷媒の温度低下を抑制することができる。
また、第１の流量（Ｌ１）を第２の所定値以上とすることで合流後の冷媒の温度低下を抑制することができる。
［形態２］
形態１に記載の冷却システムであって、
前記第１の所定値は、前記空調用回路を流れる冷媒が前記冷却回路を流れる冷媒に合流した後の冷媒の温度が第１の閾値以上となる範囲で定められる、冷却システム。
［形態３］
形態１又は形態２に記載の冷却システムであって、
前記制御部は、前記流量制御モードでの当該冷却システムの運転を実行し、前記冷却回路と前記空調用回路とを連結状態にした後に、比（Ｌ１／Ｌ２）を前記第１の所定値以上とする制限を有さない通常制御モードに切り替えて当該冷却システムの運転を実行する、冷却システム。
［形態４］
冷却システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池を冷却するための冷媒が循環する冷却回路と、
冷媒が循環する空調用回路であって、冷媒と室内に送風する空気との間で熱交換を行う熱交換器を配置する空調用回路と、
前記冷却回路から前記空調用回路に冷媒が流入し、前記熱交換器を通過した冷媒が前記冷却回路に流入する連結状態と、前記冷却回路と前記空調用回路との冷媒の流通を遮断する非連結状態とを切り替え可能な切替部と、
当該冷却システムの運転を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記非連結状態から前記連結状態に切り替える際に、空調側の暖房要求にかかわらず、前記熱交換器の放熱量の上限値を前記熱交換器の最大の放熱量よりも小さい所定値以下とする放熱量制御モードで当該冷却システムの運転を実行する、
冷却システム。
この形態の冷却システムによれば、非連結状態から連結状態に切り替える際に、制御モードを暖房要求にかかわらず、熱交換器の放熱量を所定値以下にする放熱量制御モードで冷却システムを運転することで、熱交換器を通過した後の空調用回路を流れる冷媒が、冷却回路を流れる冷媒と合流した場合でも、合流後の冷媒の温度低下を抑制することができる。
［形態５］
形態４に記載の冷却システムであって、さらに、
前記熱交換器に空気を送風する送風機を有し、
前記制御部は、前記送風機が前記熱交換器に送風する風量の上限値を前記熱交換器に送風する最大の風量よりも小さい所定値以下とすることで前記放熱量制御モードでの当該冷却システムの運転を実行する、冷却システム。
［形態６］
形態４又は形態５に記載の冷却システムであって、
前記制御部は、前記放熱量制御モードでの当該冷却システムの運転を実行し、前記冷却回路と前記空調用回路とを連結状態にした後に、前記熱交換器の放熱量の上限値を最大の放熱量以下とする制限を有する通常制御モードに切り替えて当該冷却システムの運転を実行する、冷却システム。
[適用例１]冷却システムであって、燃料電池と、前記燃料電池を冷却するための冷媒が循環する冷却回路と、冷媒が循環する空調用回路であって、冷媒と室内に送風する空気との間で熱交換を行う熱交換器を配置する空調用回路と、前記冷却回路から前記空調用回路に冷媒が流入し、前記熱交換器を通過した冷媒が前記冷却回路に流入する連結状態と、前記冷却回路と前記空調用回路との冷媒の流通を遮断する非連結状態とを切り替え可能な切替部と、当該冷却システムの運転を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記非連結状態から前記連結状態に切り替える際に、当該冷却システムの状態にかかわらず、前記冷却回路を流れる冷媒の流量である第１の流量（Ｌ１）の前記空調用回路を流れる冷媒の流量である第２の流量（Ｌ２）に対する比（Ｌ１／Ｌ２）を所定値以上とする流量制御モードでの当該冷却システムの運転を実行する、冷却システム。
適用例１の冷却システムによれば、非連結状態から連結状態に切り替える際に、冷却システムの状態にかかわらず、比（Ｌ１／Ｌ２）を所定値以上とする流量制御モードで冷却システムを運転することで、熱交換器を通過した後の空調用回路を流れる冷媒が、冷却回路を流れる冷媒と合流した場合でも、合流後の冷媒の温度低下を抑制することができる。
前記制御部は、前記非連結状態から前記連結状態に切り替える際に、当該冷却システムの状態にかかわらず、前記冷却回路を流れる冷媒の流量である第１の流量（Ｌ１）の前記空調用回路を流れる冷媒の流量である第２の流量（Ｌ２）に対する比（Ｌ１／Ｌ２）を所定値以上とする流量制御モードでの当該冷却システムの運転を実行する、冷却システム。
適用例１の冷却システムによれば、非連結状態から連結状態に切り替える際に、冷却システムの状態にかかわらず、比（Ｌ１／Ｌ２）を所定値以上とする流量制御モードで冷却システムを運転することで、熱交換器を通過した後の空調用回路を流れる冷媒が、冷却回路を流れる冷媒と合流した場合でも、合流後の冷媒の温度低下を抑制することができる。
［適用例２］適用例１に記載の冷却システムであって、前記所定値は、前記空調用回路を流れる冷媒が前記冷却回路を流れる冷媒に合流した後の冷媒の温度が第１の閾値以上となる範囲で定められる、冷却システム。
ここで、第１の閾値は、燃料電池の発電効率が良好な状態（例えば、固体高分子形燃料電池の場合、発電効率が３０％以上）に維持できる最低温度（例えば６０℃）に設定することが好ましい。適用例２の冷却システムによれば、合流後の冷媒が燃料電池に供給されることによる燃料電池の温度低下を抑制することができる。
ここで、第１の閾値は、燃料電池の発電効率が良好な状態（例えば、固体高分子形燃料電池の場合、発電効率が３０％以上）に維持できる最低温度（例えば６０℃）に設定することが好ましい。適用例２の冷却システムによれば、合流後の冷媒が燃料電池に供給されることによる燃料電池の温度低下を抑制することができる。
［適用例３］適用例１又は適用例２に記載の冷却システムであって、前記制御部は、前記燃料電池の状態にかかわらず前記第１の流量（Ｌ１）を所定値以上とすることで前記流量制御モードでの当該冷却システムの運転を実行する、冷却システム。
適用例３の冷却システムによれば、第１の流量（Ｌ１）を所定値以上とすることで合流後の冷媒の温度低下を抑制することができる。
適用例３の冷却システムによれば、第１の流量（Ｌ１）を所定値以上とすることで合流後の冷媒の温度低下を抑制することができる。
［適用例４］適用例１又は適用例２に記載の冷却システムであって、前記制御部は、空調側の暖房要求にかかわらず前記第２の流量（Ｌ２）を所定値以下とすることで前記流量制御モードでの当該冷却システムの運転を実行する、冷却システム。
適用例４の冷却システムによれば、第２の流量（Ｌ２）を所定値以下とすることで、合流後の冷媒の温度低下を抑制することができる。
適用例４の冷却システムによれば、第２の流量（Ｌ２）を所定値以下とすることで、合流後の冷媒の温度低下を抑制することができる。
［適用例５］適用例１乃至適用例４のいずれか１つに記載の冷却システムであって、前記制御部は、前記流量制御モードでの当該冷却システムの運転を実行し、前記冷却回路と前記空調用回路とを連結状態にした後に、比（Ｌ１／Ｌ２）を所定値以上とする制限を有さない通常制御モードに切り替えて当該冷却システムの運転を実行する、冷却システム。
適用例５の冷却システムによれば、流量制御モードでの当該冷却システムの運転を継続する場合に比べ、より冷却システムの状態に応じた運転を実行することができる。例えば、流量制御モードを第１の流量（Ｌ１）を所定値以上とすることで実行する場合、流量制御モードでの冷却システムの運転を継続する場合に比べ、冷却回路に冷媒を循環させるための消費電力を低減することができる。また、例えば、流量制御モードを第２の流量（Ｌ２）を所定値以下とすることで実行する場合、流量制御モードでの冷却システムの運転を継続する場合に比べ、暖房要求に応じた放熱量を確保できない可能性を低減することができる。
適用例５の冷却システムによれば、流量制御モードでの当該冷却システムの運転を継続する場合に比べ、より冷却システムの状態に応じた運転を実行することができる。例えば、流量制御モードを第１の流量（Ｌ１）を所定値以上とすることで実行する場合、流量制御モードでの冷却システムの運転を継続する場合に比べ、冷却回路に冷媒を循環させるための消費電力を低減することができる。また、例えば、流量制御モードを第２の流量（Ｌ２）を所定値以下とすることで実行する場合、流量制御モードでの冷却システムの運転を継続する場合に比べ、暖房要求に応じた放熱量を確保できない可能性を低減することができる。
［適用例６］冷却システムであって、燃料電池と、前記燃料電池を冷却するための冷媒が循環する冷却回路と、冷媒が循環する空調用回路であって、冷媒と室内に送風する空気との間で熱交換を行う熱交換器を配置する空調用回路と、前記冷却回路から前記空調用回路に冷媒が流入し、前記熱交換器を通過した冷媒が前記冷却回路に流入する連結状態と、前記冷却回路と前記空調用回路との冷媒の流通を遮断する非連結状態とを切り替え可能な切替部と、当該冷却システムの運転を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記非連結状態から前記連結状態に切り替える際に、空調側の暖房要求にかかわらず、前記熱交換器の放熱量の上限値を所定値以下とする放熱量制御モードで当該冷却システムの運転を実行する、冷却システム。
適用例６の冷却システムによれば、非連結状態から連結状態に切り替える際に、制御モードを暖房要求にかかわらず、熱交換器の放熱量を所定値以下にする放熱量制御モードで冷却システムを運転することで、熱交換器を通過した後の空調用回路を流れる冷媒が、冷却回路を流れる冷媒と合流した場合でも、合流後の冷媒の温度低下を抑制することができる。
前記制御部は、前記非連結状態から前記連結状態に切り替える際に、空調側の暖房要求にかかわらず、前記熱交換器の放熱量の上限値を所定値以下とする放熱量制御モードで当該冷却システムの運転を実行する、冷却システム。
適用例６の冷却システムによれば、非連結状態から連結状態に切り替える際に、制御モードを暖房要求にかかわらず、熱交換器の放熱量を所定値以下にする放熱量制御モードで冷却システムを運転することで、熱交換器を通過した後の空調用回路を流れる冷媒が、冷却回路を流れる冷媒と合流した場合でも、合流後の冷媒の温度低下を抑制することができる。
［適用例７］適用例６に記載の冷却システムであって、さらに、前記熱交換器に空気を送風する送風機を有し、前記制御部は、前記送風機が前記熱交換器に送風する風量の上限値を所定値以下とすることで前記放熱量制御モードでの当該冷却システムの運転を実行する、冷却システム。
適用例７の冷却システムによれば、熱交換器に送風する風量の上限値を所定値以下とすることで、合流後の冷媒の温度低下を抑制することができる。
適用例７の冷却システムによれば、熱交換器に送風する風量の上限値を所定値以下とすることで、合流後の冷媒の温度低下を抑制することができる。
［適用例８］適用例６又は適用例７に記載の冷却システムであって、前記制御部は、前記放熱量制御モードでの当該冷却システムの運転を実行し、前記冷却回路と前記空調用回路とを連結状態にした後に、前記熱交換器の放熱量の上限値を所定値以下とする制限を有さない通常制御モードに切り替えて当該冷却システムの運転を実行する、冷却システム。
適用例８の冷却システムによれば、放熱量制御モードでの当該冷却システムの運転を継続する場合に比べ、より冷却システムの状態に応じた運転を実行することができる。例えば、放熱量制御モードでの冷却システムの運転を継続する場合に比べ、暖房要求に応じた放熱量を確保できない可能性を低減することができる。
適用例８の冷却システムによれば、放熱量制御モードでの当該冷却システムの運転を継続する場合に比べ、より冷却システムの状態に応じた運転を実行することができる。例えば、放熱量制御モードでの冷却システムの運転を継続する場合に比べ、暖房要求に応じた放熱量を確保できない可能性を低減することができる。
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、上述した冷却システムとしての構成のほか、上述したいずれかの冷却システムを備えた移動体又は家屋、冷却システムの制御方法等の態様で実現することができる。
次に、本発明の実施の形態を以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．変形例：
Ａ．第１実施例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．変形例：
Ａ．第１実施例：
Ａ−１：システムの構成：
図１は、本発明の第１実施例としての冷却システム１の構成を示す図である。図２は、冷却回路の状態を説明するための図である。なお、図２は冷却システム１のうち、説明に必要な構成のみを示している。本実施例において、冷却システム１は車両に搭載されている。
Ａ−１：システムの構成：
図１は、本発明の第１実施例としての冷却システム１の構成を示す図である。図２は、冷却回路の状態を説明するための図である。なお、図２は冷却システム１のうち、説明に必要な構成のみを示している。本実施例において、冷却システム１は車両に搭載されている。
図１に示すように、本実施例の冷却システム１は、燃料電池スタック１００（単に「ＦＣ１００」ともいう。）と、燃料電池スタック１００を冷却するための冷却水が循環する冷却回路１０と、車室内４０の空調に利用される冷却水が循環する空調用回路２０と、第１と第２の連通流路２１６，２１８と、バルブＶ３と、冷却システム１の運転を制御するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：電子制御装置）３０とを主に備える。なお、図示は省略するが、冷却システム１は、燃料ガスとしての水素を給排する水素給排系と、酸化剤ガスとしての空気を給排する空気給排系とを備える。水素給排系は、燃料電池スタック１００のアノードに水素を供給すると共に、燃料電池スタック１００から排出されるアノード排ガスをシステム１の外部へ排出する。空気給排系は、燃料電池スタック１００のカソードに空気を供給すると共に、燃料電池スタック１００から排出されるカソード排ガスをシステム１の外部へ排出する。
燃料電池スタック１００は、比較的小型で発電効率に優れる固体高分子型燃料電池であり、燃料ガスとしての純水素と、酸化剤ガスとしての空気に含まれる酸素が、各電極において電気化学反応を起こすことによって起電力を得るものである。燃料電池スタック１００は、セパレータ（図示しない）を介在させて単セル（図示しない）を複数積層したスタック構造を成し、その積層数は、燃料電池スタック１００に要求される出力に応じて任意に設定可能である。
冷却回路１０は、第１の冷却流路１２０と、第２の冷却流路１２６と、第３の冷却流路１２８とを備える。冷却回路１０は、バルブＶ１の弁の開閉を制御することで、第１の冷却流路１２０と第２の冷却流路１２６による循環流路、又は、第１の冷却流路１２０と第３の冷却流路１２８による循環流路を形成する。
第１の冷却流路１２０は、燃料電池スタック１００を途中に配置している。また、第１の冷却流路１２０は、燃料電池スタック１００に流入する冷却水が流れる入口側流路１２２と、燃料電池スタック１００から流出する冷却水が流れる出口側流路１２４とを有する。すなわち、冷却回路１０は、燃料電池スタック１００を通過する冷媒を循環させるための循環流路である。入口側流路１２２は、冷却回路１０内に冷却水を循環させるためのウォーターポンプＷＰ１（以下、単に「ポンプＷＰ１」ともいう。）と、温度センサ１３０とを配置している。温度センサ１３０は、入口側流路１２２の部分のうち、燃料電池スタック１００の冷却水入口近傍に配置されている。また、出口側流路１２４の部分のうち、燃料電池スタック１００の冷却水出口近傍には温度センサ１３２が配置されている。温度センサ１３０は、主に、燃料電池スタック１００の冷却水入口の冷却水温度を検出するために用いられる。温度センサ１３２は、主に、燃料電池スタック１００の冷却水出口の冷却水温度を検出するために用いられる。
第２の冷却流路１２６は、第１の冷却流路１２０の両端に接続されている。第２の冷却流路１２６は、冷却水を冷却するためのラジエータ１１０と、温度センサ１３４とを有する。ＥＣＵ３０は、温度センサ１３４の検出値に基づいて、ファン１１２の運転を制御することで第２の冷却流路１２６を流れる冷却水の温度を調節する。
第３の冷却流路１２８は、出口側流路１２４を流れる冷却水を第２の冷却流路１２６を通過させることなく入口側流路１２２に流入させるためのバイパス流路である。
図２に示すように、バルブＶ１の弁の開閉をＥＣＵ３０が制御することで、冷却システム１は、第１と第２の冷却流路１２０，１２６を連通状態とし、第１と第３の冷却流路１２０，１２８を非連通状態とする第１の連通状態（図２（ａ））と、第１と第２の冷却流路１２０，１２６を非連通状態とし、第１と第３の冷却流路１２０，１２８を連通状態とする第２の連通状態（図２（ｂ））と、を有する。各連通状態は、例えば、燃料電池スタック１００に供給される冷却水の温度に応じて設定される。具体的には、ＥＣＵ３０は、温度センサ１３０により検出される冷却水供給温度が所定値以上と判断した場合には、第１の連通状態に設定し冷却水をラジエータ１１０とファン１１２を用いて冷却する。また、ＥＣＵ３０は、冷却水供給温度が所定値未満と判断した場合には、第２の連通状態に設定し冷却水を冷却させることなく循環させる。なお、バルブＶ１は弁の開度を調整することにより、出口側流路１２４から第２の冷却流路１２６に流入する冷却水と、出口側流路１２４から第３の冷却流路１２８に流入する冷却水との流量比を調整することも可能である。
図１に示すように、空調用回路２０は、第１の空調用流路２１０と、第１の空調用流路２１０の両端に接続されている第２の空調用流路２１４とを有する。この第１の空調用流路２１０と第２の空調用流路２１４とにより冷却水の循環流路を形成することが可能となっている。
第１の空調用流路２１０は、電気ヒータ２０２と、熱交換器としてのヒータコア２００と、ウォーターポンプＷＰ２（以下、単に「ポンプＷＰ２」ともいう。）と、２つの温度センサ２３０，２３２とを配置している。また、第１の空調用流路２１０は、ヒータコア２００に流入する冷却水が流れる入口側空調流路２１２と、ヒータコア２００を流れた冷却水が流出する出口側空調流路２１３とを有する。
冷却システム１は、２つの連通流路２１６、２１８により、冷却回路１０中の冷却水が空調用回路２０に流入し、流入した冷却水が空調用回路２０を流れ、再び冷却回路１０に流入することが可能となっている。すなわち、冷却システム１は、冷却回路１０を流れる冷却水が空調用回路２０に流入し、流入した冷却水が空調用回路２０を流れ、再び冷却回路１０中に流入する連結状態と、冷却回路１０と空調用回路２０との冷却水の流通を遮断する非連結状態とを有する。この２つの状態の切り替えは、第２の連通流路２１６と第１の空調用流路２１０と第２の空調用流路２１４との接続地点に設けられたバルブＶ３の弁の開閉を切り替えることで行われる。ここで、バルブＶ３が課題を解決するための手段に記載の「切替部」に相当する。
連結状態では、冷却水は冷却回路１０と空調用回路２０とを循環する。非連結状態では、冷却回路１０の冷却水は、冷却回路１０のみを循環し、空調用回路２０の冷却水は、空調用回路２０のみを循環する。言い換えれば、連結状態は、燃料電池スタック１００の廃熱を車室内の温度調節のための熱源として利用可能な状態であり、非連結状態は、燃料電池スタック１００の廃熱を車室内の温度調節のための熱源として利用不可能な状態である。
ヒータコア２００は、通風ダクト２４内に設置されており、通風ダクト２４の上流側に設置された送風機としてのブロア２２０から吹き出す空気を加熱する。具体的には、ヒータコア２００内部を流れる冷却水と、ブロア２２０からヒータコア２００に向かって吹き出された空気との間で熱交換を行う。熱交換された空気は、通風ダクト２４から移動体の内部である車室内４０に送られる。ＥＣＵ３０は、ユーザにより設定された目標車室内温度、現在の車室内温度、現在の車室外温度等に応じて、ポンプＷＰ２の回転数（「回転速度」ともいう。）及びブロア２２０の回転数（「回転速度」ともいう。）を制御することでヒータコア２００の放熱量を調節する。すなわち、ＥＣＵ３０は、空調側の暖房要求に応じて冷却システム１の運転を実行する。
車室内４０には温度設定器４０１が配置され、ユーザが温度設定器４０１に目標とする車室内温度を設定する。また、温度設定器４０１は、車室内４０を暖房する暖房モードを有効にする暖房スイッチ（図示せず）が配置されており、ユーザにより暖房スイッチがＯＮされると、ＥＣＵ３０がスイッチＯＮ信号を受信し、空調用回路２０を用いた暖房運転を行う。また、温度設定器４０１を用いてユーザが設定した車室内温度は、ＥＣＵ３０に出力信号として送られ、暖房運転の際の各種アクチュエータの制御に利用される。
電気ヒータ２０２は、ヒータコア２００で熱交換する冷却水の熱量が不足している場合に、ヒータコア２００へ流入する冷却水を加温するために用いられる。例えば、冷却システム１が非連結状態にある場合は、燃料電池スタック１００の廃熱を利用できないため、暖房要求に応じてヒータコア２００に流入する冷却水を加温する。
温度センサ２３０は、ヒータコア２００に流入する冷却水の温度を検出する。また、温度センサ２３２は、ヒータコア２００を通過した冷却水の温度を検出する。２つの温度センサ２３０，２３２に検出された温度は、出力信号としてＥＣＵ３０に送信され、冷却システム１の制御に利用される。
ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ３１０と、メモリ３２０と、入出力ポート３３０とを主に備える。入出力ポート３３０は、各種アクチュエータや各種センサとＥＣＵ３０とを制御用信号線を介して接続している。ここで、各種アクチュエータとしては、例えば、ファン１１２、ウォーターポンプＷＰ１，ＷＰ２、電気ヒータ２０２、ブロア２２０、バルブＶ１，Ｖ３がある。また、各種センサとしては、例えば、温度センサ１３０，１３２，１３４，２３０，２３２、温度設定器４０１がある。
メモリ３２０には、ＣＰＵ３１０により実行される各種プログラムが記録されている。ＣＰＵ３１０は、メモリ３２０に記録されている各種プログラムを用いて、冷却システム１の運転を制御する。
Ａ−２．システムの制御モード：
冷却システム１は、冷却システム１の運転の制御モードが異なる、第１の制御モードと、第２制御のモードとを有する。
冷却システム１は、冷却システム１の運転の制御モードが異なる、第１の制御モードと、第２制御のモードとを有する。
第１の制御モードは、冷却回路１０を流れる冷却水の流量である第１の流量（Ｌ１）と、空調用回路を流れる冷却水の流量である第２の流量（Ｌ２）に制限を有さない通常運転モードである。すなわち、第１の制御モードは、冷却システム１の状態に応じてポンプＷＰ１，ＷＰ２の性能の範囲内で第１の流量（Ｌ１）及び第２の流量（Ｌ２）を制御することができる。例えば、燃料電池スタック１００の発熱量が低い場合は、ポンプＷＰ１の回転数を減少させることで第１の流量（Ｌ１）を減少させる。また、例えば、目標車室内温度が上がった場合は、ポンプＷＰ２の回転数を増加させることで第２の流量（Ｌ２）を増加させる。
第２の制御モードは、冷却システム１の状態にかかわらず、第２の流量（Ｌ２）に対する第１の流量（Ｌ１）の比（Ｌ１／Ｌ２）を所定値以上とする流量制御モードである。ここで所定値は、連結状態において空調用回路２０に流れる冷却水が冷却回路１０を流れる冷却水に合流し、合流後の冷却水（以下、「合流後冷却水」ともいう。）の温度が、第１の閾値以上となる範囲で定めることが好ましい。以下に、図３を用いて、比（Ｌ１／Ｌ２）の所定値に設定方法の一例を説明する。なお、第１と第２の制御モードについての詳細はさらに後述する。
図３は、連結状態における冷却水の流れを示した図である。図３では、バルブＶ１，Ｖ２及び冷却水が流れていない流路は図示していない。図３に示す矢印の向きは冷却水の流れ方向を示しており、矢印に付した記号Ｗａ１，Ｗａ２，Ｗａ３は、各流路を流れる冷却水を区別するために付している。また各記号の括弧内に記したＬ１，Ｌ２，Ｌ３は各冷却水の流量を表している。また、各記号の括弧内に記したＴ１，Ｔ２，Ｔ３は各冷却水の温度を表している。ここで、ヒータコア２００で放熱し車室内４０を暖房する場合、熱交換後の温度が低い冷却水Ｗａ２が、冷却回路１０を流れる冷却水Ｗａ３に合流する。よって、合流後冷却水Ｗａ１の温度は低下するため、ラジエータ１１０を用いて冷却する必要がない。よって、バルブＶ１の弁の開閉を制御し、冷却回路１０を第２の連通状態（図２（ａ））としている。
流量Ｌ１は、ポンプＷＰ１の回転数により算出でき、流量Ｌ２は、ポンプＷＰ２の回転数により算出できる。また、燃料電池スタック１００に流入する冷却水Ｗａ１の温度Ｔ１は温度センサ１３０により検出される温度とし、空調用回路２０のヒータコア２００を通過した冷却水Ｗａ２の温度Ｔ２は温度センサ２３２により検出される温度としている。図３に示すように、合流後冷却水Ｗａ１が燃料電池スタック１００に流入する冷却水Ｗａ１となるため、合流後冷却水Ｗａ１の温度は温度センサ１３０により検出できる。なお、例えば、第２の連通流路２１８と出口側流路１２４との合流地点、又は、該合流地点より下流側地点に合流後冷却水の温度を検出するための温度センサを別途設けても良い。
ここで、空調用回路２０を流れる冷却水Ｗａ２が、冷却回路１０を流れる冷却水Ｗａ３に合流し、合流後冷却水Ｗａ１として冷却回路１０を流れる場合の、合流後冷却水Ｗａ１の温度Ｔ１は以下の式（１）により算出できる。
Ｔ１＝（Ｔ３×Ｌ３＋Ｔ２×Ｌ２）／（Ｌ３＋Ｌ２） （１）
Ｔ１＝（Ｔ３×Ｌ３＋Ｔ２×Ｌ２）／（Ｌ３＋Ｌ２） （１）
また、流量については以下の式（２）の関係が成り立つ。
Ｌ１＝Ｌ２＋Ｌ３ （２）
Ｌ１＝Ｌ２＋Ｌ３ （２）
上記式（１），（２）を元にして、温度Ｔ１を第１の閾値以上となるように比（Ｌ１／Ｌ２）を定めることができる。すなわち、第１の閾値をＴｘとした場合、上記式（１），（２）から導いた式（３）を用いて比（Ｌ１／Ｌ２）を定めることができる。
Ｌ１／Ｌ２≧（Ｔ３−Ｔ２）／（Ｔ３−Ｔｘ） （３）
Ｌ１／Ｌ２≧（Ｔ３−Ｔ２）／（Ｔ３−Ｔｘ） （３）
例えば、式（３）の温度Ｔ２、温度Ｔ３には、非連結状態から連結状態に切り替える直前の温度センサ２３２、１３２により検出される温度を代入する。また、例えば、第１の閾値Ｔｘは、燃料電池スタック１００の発電効率が良好な状態を維持できる入口水温の下限温度を設定することができる。例えば、第１の閾値Ｔｘは５０℃〜７５℃の範囲で設定することができる。なお、上記に説明した比（Ｌ１／Ｌ２）の所定値の決定方法は一例であって、非連結状態における冷却システム１の運転により想定される温度Ｔ２、Ｔ３、及び、第１の閾値Ｔｘを元に、比（Ｌ１／Ｌ２）の所定値を予め定めておいても良い。なお、比（Ｌ１／Ｌ２）は、例えば２以上として第２の制御モードを実行することが好ましい。これにより、合流後冷却水の温度低下を抑制することができる。
図４は、第１の制御モードと第２の制御モードを説明するための図である。図４（ａ）は燃料電池スタック１００の発熱量の時間変化を示している。また、図４（ｂ）は、ポンプＷＰ１の回転数の時間変化を示している。また、図４（ｃ）は、比（Ｌ１／Ｌ２）の時間変化を示している。なお、図４は、制御モードを説明するために作成したものであり、実際の運転状況を表しているものではない。
図４に示すように、第１の制御モードでは、ポンプＷＰ１の回転数の上限値は、ポンプＷＰ１の最大回転数である回転数ＲＨに設定され、下限値は、燃料電池スタック１００に冷却水を供給循環可能な最低の回転数ＲＬ１に設定されている。なお、ポンプＷＰ２の回転数の上限値は、ポンプＷＰ２の最大の回転数に設定され、下限値は、回転数がゼロに設定されている。すなわち、第１の制御モードでは、冷却システム１の状況（燃料電池スタック１００の発熱状況や、空調側の暖房要求の状況）に応じて、比（Ｌ１／Ｌ２）に制限を設けることなく、ポンプＷＰ１、ＷＰ２の回転数が性能の範囲で変化する。
一方、第２の制御モードでは、ポンプＷＰ１の下限値が第１の制御モードの回転数ＲＬ１よりも大きい回転数ＲＬ２に設定される。これにより、比（Ｌ１／Ｌ２）が所定値ＬＶ以上となる。例えば、図４（ｂ）に示すように、第１の制御モードから第２の制御モードに冷却システム１の運転が切り替わった時間ｔ１では、燃料電池スタック１００の発熱量にかかわらず、ポンプＷＰ１の回転数が回転数ＲＬ２より小さい値から回転数ＲＬ２に上がっている。このように、第２の制御モードで冷却システム１の運転が実行されている時間ｔ１〜ｔ２では、ポンプＷＰ１の回転数の下限値が第１の制御モードよりも引き上げられ、ポンプＷＰ１の回転数が回転数ＲＬ２〜ＲＨの範囲で変化する。なお、第２の制御モードにおいても第１の制御モードと同様に、ポンプＷＰ２の回転数の上限値は、ポンプＷＰ２の最大の回転数に設定され、下限値は、回転数がゼロに設定されている。
Ａ−３．制御フロー及び効果：
図５は、第１実施例の冷却システム１の運転制御を示すフローチャートである。ＥＣＵ３０は、非連結状態から連結状態に切り替える要求（以下、「連結要求」ともいう。）が有るかどうかを判断する（ステップＳ１０）。本実施例の場合、ユーザにより暖房スイッチがＯＮされたかどうかをＥＣＵ３０が判断する。連結要求が無いと判断した場合は、ステップＳ１０を繰り返し実行する。
図５は、第１実施例の冷却システム１の運転制御を示すフローチャートである。ＥＣＵ３０は、非連結状態から連結状態に切り替える要求（以下、「連結要求」ともいう。）が有るかどうかを判断する（ステップＳ１０）。本実施例の場合、ユーザにより暖房スイッチがＯＮされたかどうかをＥＣＵ３０が判断する。連結要求が無いと判断した場合は、ステップＳ１０を繰り返し実行する。
連結要求が有ると判断した場合は、ＥＣＵ３０は温度センサ１３０の検出値である燃料電池スタック１００の出口水温Ｔ３を検出する（ステップＳ２０）。次に、ＥＣＵ３０は、出口水温Ｔ３が切り替え閾値温度Ｔｓより大きいか否かを判断する（ステップＳ３０）。閾値温度Ｔｓは、例えば、燃料電池スタック１００から流出した冷却水を、ヒータコアの熱源として利用可能な最低温度とする。例えば、切り替え閾値温度Ｔｓは、５０℃〜６０℃の範囲で設定することができる。
出口水温Ｔ３が閾値温度Ｔｓ以下である場合は（ステップＳ３０：ＮＯ）、冷却回路１０と空調用回路２０とを連結することなく非連結状態で、ＥＣＵ３０は暖房要求に応じて、ポンプＷＰ２、電気ヒータ２０２、ブロア２２０を制御する。
出口水温Ｔ３が閾値温度Ｔｓより大きい場合は（ステップＳ３０：ＹＥＳ）、ＥＣＵ３０は、ポンプＷＰ１の回転数の下限値を上げる設定を行う（ステップＳ４０）。すなわち、ＥＣＵ３０は、冷却システム１を第１の制御モードから第２の制御モードに切り替えて運転を実行する。なお、ステップＳ４０において、冷却回路１０の連通状態が第１の連通状態である場合は、第２の連通状態に切り替える（図２）。
ステップＳ４０の後、ＥＣＵ３０は、バルブＶ３を切り替えて冷却回路１０と空調用回路２０を連結し、非連結状態から連結状態に切り替える（ステップＳ５０）。これにより、燃料電池スタック１００から流出する冷却水を、ヒータコア２００での熱交換の熱源として利用できると共に、合流後冷却水の温度低下を抑制することができる。なお、ステップＳ４０とステップＳ５０の順番は問わず、ステップＳ４０とステップＳ５０を同時に行っても良いし、ステップＳ５０の後にステップＳ４０を行っても良い。
ステップＳ５０により連結状態にした後、所定時間経過後に、ポンプＷＰ１の回転数の下限値を元に戻すことで、第２の制御モードから第１の制御モードに切り替えて運転を実行する（ステップＳ６０）。ステップＳ６０において、所定時間は、合流後冷却水の温度低下がおさまるまでの時間を設定することができる。例えば、連結状態にした後、合流後冷却水の温度変化率が５分間当たり３℃以下になるまでの時間を所定時間として設定することができる。所定時間経過後に第２の制御モードから第１の制御モードに切り替えて運転を実行することで、第２の制御モードで運転を継続する場合に比べ、ポンプＷＰ１の消費電力を低減することができる。
図６は、本発明の効果を説明するための図である。図６（ａ）は、本発明の冷却システムを適用して運転（以下、「実施運転」ともいう。）を実行した場合の各水温の時間変化を示している。図６（ｂ）は、連結状態、非連結状態にかかわらず第１の制御モードで運転（以下、「比較運転」ともいう。）を実行した場合の各水温の時間変化を示している。また、図６（ａ），（ｂ）は、燃料電池スタック１００の起動時からではなく、起動を開始し一定時間後からの各水温の変化を示している。なお、図中に示す記号「Ｔｏｕｔｈ」及び「Ｔｏｕｔｌ」は、燃料電池スタック１００の発電効率が良好な状態を維持できる出口水温の上限温度及び下限温度である。また、図中に示す記号「Ｔｘ」は、第１の閾値であり、燃料電池スタック１００の発電効率が良好な状態を維持できる入口水温の下限温度である。本実施例の場合、Ｔｏｕｔｈは９５℃、Ｔｏｕｔｌは８０℃、Ｔｘは７０℃に設定している。
図６（ａ）に示すように、実施運転では、冷却システム１を連結状態にした場合においても、合流後冷却水の温度である燃料電池スタック１００の入口水温Ｔ１は、第１の閾値である下限温度Ｔｘ以上に維持できた。また、図６（ｂ）に示す比較運転に比べ、入口水温Ｔ１の急激な温度低下を抑制することができた。また、燃料電池スタック１００の出口水温Ｔ３についても、下限温度Ｔｏｕｔｌ〜上限温度Ｔｏｕｔｈの範囲で変化している。なお、連結開始から所定時間経過後の時間ｔ２で、ＥＣＵ３０は第２の制御モードから第１の制御モードに切り替えて運転を実行した。
一方、図６（ｂ）に示すように、比較運転では、連結後、入口水温Ｔ１が急激に低下し、下限温度Ｔｘを下回った。また、燃料電池スタック１００の出口水温Ｔ３についても、下限温度Ｔｏｕｔｌを下回った。
さらに、出口水温Ｔ３と入口水温Ｔ１との温度差△Ｔについても、実施運転は１０℃以下に抑えることができたのに対し、比較運転では１０℃を超える場合が生じた。温度差△Ｔについて所定値（例えば１０℃）以下に抑えることで、燃料電池スタック１００の内部温度の分布のばらつきを抑制し、発電効率の低下をさらに抑制することができる。
このように、上記実施例では、非連結状態から連結状態に切り替える際に、比（Ｌ１／Ｌ２）が所定値以上である第２の制御モードで運転を実行するため、燃料電池スタック１００の廃熱を空調側の熱源に利用した場合でも、合流後冷却水の温度低下を抑制できる。これにより、燃料電池スタック１００内部の温度低下を抑制し、発電効率の低下を抑制することができる。また、合流後冷却水の温度の急激な低下を抑制することで、燃料電池スタック１００の内部温度の分布のばらつきを抑制することができ、発電効率の低下をさらに抑制することができる。
Ｂ．第２実施例：
図７は、本発明の第２実施例の第２の制御モードを説明するための図である。図７（ａ）は、目標吹出温度の時間変化を示している。また、図７（ｂ）は、ブロア２２０の回転数の時間変化を示している。また、図７（ｃ）はヒータコア２００の放熱量の時間変化を示している。ここで、目標吹出温度は、ユーザの暖房要求により設定された目標車室内温度、現在の車室内温度、現在の車室外温度等に基づいて公知の方法で算出される。なお、図７は、制御モードを説明するために作成したものであり、実際の運転状況を表しているものではない。第１実施例と異なる点は、第２の制御モードの制御方法であり、第１の制御モード及び冷却システム１の構成（図１）については第１実施例と同様であるため、説明を省略する。
図７は、本発明の第２実施例の第２の制御モードを説明するための図である。図７（ａ）は、目標吹出温度の時間変化を示している。また、図７（ｂ）は、ブロア２２０の回転数の時間変化を示している。また、図７（ｃ）はヒータコア２００の放熱量の時間変化を示している。ここで、目標吹出温度は、ユーザの暖房要求により設定された目標車室内温度、現在の車室内温度、現在の車室外温度等に基づいて公知の方法で算出される。なお、図７は、制御モードを説明するために作成したものであり、実際の運転状況を表しているものではない。第１実施例と異なる点は、第２の制御モードの制御方法であり、第１の制御モード及び冷却システム１の構成（図１）については第１実施例と同様であるため、説明を省略する。
第２実施例の第１の制御モードでは、目標吹出温度に応じてブロア２２０の性能の範囲（最大の回転数ＤＨ１、最低の回転数ＤＬ（ＤＬ＝０））でブロア２２０の運転が制御されている。すなわち、第１の制御モードでは、暖房要求に応じてブロア２２０の回転数を変化させることで放熱量を制御している。これは、比（Ｌ１／Ｌ２）に制限を設けていない第１実施例の制御モードと同様の制御モードである。
一方、第２実施例の第２の制御モード（「放熱量制御モード」ともいう。）では、ブロア２２０の上限値の回転数が第１の制御モードの上限値の回転数ＤＨ１よりも小さい回転数ＤＨ２に設定される。すなわち、ヒータコア２００に送風する風量の上限値が第１の制御モードに比べ小さい所定値以下に設定される。これにより、放熱量が所定値Ｅ以下となる。例えば、図７（ｂ）に示すように、第２の制御モードで運転が実行される時間ｔ１〜ｔ２では、目標吹出温度にかかわらずブロアの回転数の上限値が回転数ＤＨ１から回転数ＤＨ２に引き下げられ、ブロア２２０の回転数が回転数ＤＬ〜ＤＨ２の範囲で変化する。
図８は、第２実施例の冷却システムの運転制御を示すフローチャートである。第１実施例の制御フロー（図５）と異なる点は、第２の制御モードでの制御方法である。その他のフローについては第１実施例の制御フローと同様であるため、同一の工程については同一符号を付すと共に説明を省略する。
ＥＣＵ３０は、ステップＳ３０でＴ３＞Ｔｓを満たすと判断した場合は、ブロア２２０の回転数の上限値を下げる設定を行う（ステップＳ４０ａ）。すなわち、ＥＣＵ３０は、冷却システムを第１の制御モードから第２の制御モードに切り替えて運転を実行する。これにより、ステップＳ５０において非連結状態から連結状態に切り替えた場合でも、合流後冷却水の温度低下を抑制することができる。また、第１実施例と同様に、冷却回路１０の連通状態が第１の連通状態である場合は、第２の連通状態に切り替える（図２）。なお、ステップＳ４０ａとステップＳ５０の順番は問わず、ステップＳ４０ａとステップＳ５０を同時に行っても良いし、ステップＳ５０の後にステップＳ４０ａを行っても良い。
ステップＳ５０により連結状態にした後、所定時間経過後に、ブロア２２０の回転数の上限値を元に戻すことで、第２の制御モードから第１の制御モードに切り替えて運転を実行する（ステップｓ６０ａ）。これにより、第２の制御モードで運転を継続する場合に比べ、暖房要求に応じた運転を実行することができる。
Ｃ．変形例：
なお、上記実施例における構成要素の中の、特許請求の範囲の独立項に記載した要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、本発明の上記実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
なお、上記実施例における構成要素の中の、特許請求の範囲の独立項に記載した要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、本発明の上記実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
Ｃ−１．第１変形例：
図９は、第１変形例における冷却システムの運転制御を示すフローチャートである。第１実施例の制御フロー（図５）と異なる点は、ステップＳ４０をステップＳ４０ｂ、ステップＳ６０をステップＳ６０ｂとした点である。その他のフローについては第１実施例の制御フローと同様であるため、同一の工程については同一符号を付すと共に説明を省略する。また、第１変形例の冷却システム１の構成（図１）は上記実施例と同様であるため説明を省略する。
図９は、第１変形例における冷却システムの運転制御を示すフローチャートである。第１実施例の制御フロー（図５）と異なる点は、ステップＳ４０をステップＳ４０ｂ、ステップＳ６０をステップＳ６０ｂとした点である。その他のフローについては第１実施例の制御フローと同様であるため、同一の工程については同一符号を付すと共に説明を省略する。また、第１変形例の冷却システム１の構成（図１）は上記実施例と同様であるため説明を省略する。
第１実施例では、ポンプＷＰ１（図１）の回転数の下限値を上げることで（図５、ステップＳ４０）、比（Ｌ１／Ｌ２）を所定値以上としたが、第１変形例ではポンプＷＰ２（図１）の回転数の上限値を下げることで、比（Ｌ１／Ｌ２）を所定値以上としている。すなわち、ＥＣＵ３０は、ステップＳ３０でＴ３＞Ｔｓを満たすと判断した場合は、ポンプＷＰ２の回転数の上限値を下げることで第１の制御モードから第２の制御モードへ切り替える（ステップＳ４０ｂ）。なお、連結状態にした後、所定時間経過後にポンプＷＰ２の回転数の上限値を元に戻すことで、第２の制御モードから第１の制御モードに切り替えて運転を実行する（ステップＳ６０ｂ）。このようにしても、上記第１実施例と同様に、合流後冷却水の温度低下を抑制できる。これにより、燃料電池スタック１００内部の温度低下を抑制し、発電効率の低下を抑制することができる。
Ｃ−２．第２変形例：
上記実施例及び上記変形例では、比（Ｌ１／Ｌ２）を所定値Ｌｖ以上となるよう制御するか、放熱量を所定値Ｅ以下となるよう制御することで第２の制御モードを設定していたが、これらを組み合わせることで第２の制御モードを設定しても良い。具体的には、比（Ｌ１／Ｌ２）を所定値Ｌｖ以上とし、かつ、放熱量を所定値Ｅ以下とすることで、第２の制御モードを実行しても良い。このようにすることで、合流後冷却水の水温低下を抑制することができる。
また、ポンプＷＰ１の回転数の下限値を第１の制御モードよりも上げると共に、ポンプＷＰ２の回転数の上限値を第１の制御モードよりも下げることで、比（Ｌ１／Ｌ２）を所定値Ｌｖ以上とする第２の制御モード（流量制御モード）を実行しても良い。
上記実施例及び上記変形例では、比（Ｌ１／Ｌ２）を所定値Ｌｖ以上となるよう制御するか、放熱量を所定値Ｅ以下となるよう制御することで第２の制御モードを設定していたが、これらを組み合わせることで第２の制御モードを設定しても良い。具体的には、比（Ｌ１／Ｌ２）を所定値Ｌｖ以上とし、かつ、放熱量を所定値Ｅ以下とすることで、第２の制御モードを実行しても良い。このようにすることで、合流後冷却水の水温低下を抑制することができる。
また、ポンプＷＰ１の回転数の下限値を第１の制御モードよりも上げると共に、ポンプＷＰ２の回転数の上限値を第１の制御モードよりも下げることで、比（Ｌ１／Ｌ２）を所定値Ｌｖ以上とする第２の制御モード（流量制御モード）を実行しても良い。
Ｃ−３．第３変形例：
上記実施例では、連結状態にした後、所定時間経過後に第２の制御モードから第１の制御モードに切り替えて運転を実行したが、特にこれに限られるものではなく、非連結状態に再度切り替わるまで、第２の制御モードでの運転を継続しても良い。このようにしても、合流後冷却水の温度低下を抑制することができる。また、冷却システム１の制御をより単純にできる。
上記実施例では、連結状態にした後、所定時間経過後に第２の制御モードから第１の制御モードに切り替えて運転を実行したが、特にこれに限られるものではなく、非連結状態に再度切り替わるまで、第２の制御モードでの運転を継続しても良い。このようにしても、合流後冷却水の温度低下を抑制することができる。また、冷却システム１の制御をより単純にできる。
Ｃ−４．第４変形例：
上記実施例では、冷却システム１が車両に搭載される場合を例に挙げて説明を行ったが、各種移動体用に本発明を適用することができる。例えば、列車、船舶、航空機の各種移動体に本発明に係る冷却システムを適用できる。さらには、移動体に限らず、家屋の空調の熱源として燃料電池スタック１００の廃熱を利用するシステムにも本発明の冷却システムを適用することができる。
上記実施例では、冷却システム１が車両に搭載される場合を例に挙げて説明を行ったが、各種移動体用に本発明を適用することができる。例えば、列車、船舶、航空機の各種移動体に本発明に係る冷却システムを適用できる。さらには、移動体に限らず、家屋の空調の熱源として燃料電池スタック１００の廃熱を利用するシステムにも本発明の冷却システムを適用することができる。
Ｃ−５．第５変形例：
上記実施例では、ＥＣＵ３０は燃料電池スタック１００を有する冷却回路１０と、車室内４０に送風に利用される空調用回路２０の双方の制御に利用されていたが、冷却回路１０を制御するためのＥＣＵと、空調用回路２０を制御するためのＥＣＵとをそれぞれ設けても良い。この場合、各ＥＣＵ間で必要な情報（温度センサ１３２の検出値等）を通信する。
上記実施例では、ＥＣＵ３０は燃料電池スタック１００を有する冷却回路１０と、車室内４０に送風に利用される空調用回路２０の双方の制御に利用されていたが、冷却回路１０を制御するためのＥＣＵと、空調用回路２０を制御するためのＥＣＵとをそれぞれ設けても良い。この場合、各ＥＣＵ間で必要な情報（温度センサ１３２の検出値等）を通信する。
Ｃ−６．第６変形例：
上記実施例では、暖房の熱源として燃料電池スタック１００の廃熱と電気ヒータ２０２とヒータコア２００とを利用可能であったが、暖房の熱源に利用可能な熱源は特にこれに限定されるものではない。例えば、通風ダクト２４内にヒートポンプや空気加熱ヒータ等の熱交換器を設けても良い。
上記実施例では、暖房の熱源として燃料電池スタック１００の廃熱と電気ヒータ２０２とヒータコア２００とを利用可能であったが、暖房の熱源に利用可能な熱源は特にこれに限定されるものではない。例えば、通風ダクト２４内にヒートポンプや空気加熱ヒータ等の熱交換器を設けても良い。
Ｃ−７．第７変形例：
上記実施例では、冷媒として冷却水を用いたが、特にこれに限定されるものではなく各種流体を冷媒として用いることができる。例えば、冷媒として水にエチレングリコールなどを添加した不凍液を用いても良いし、二酸化炭素などの気体を用いても良い。このようにしても上記実施例と同様の効果を奏する。
上記実施例では、冷媒として冷却水を用いたが、特にこれに限定されるものではなく各種流体を冷媒として用いることができる。例えば、冷媒として水にエチレングリコールなどを添加した不凍液を用いても良いし、二酸化炭素などの気体を用いても良い。このようにしても上記実施例と同様の効果を奏する。
Ｃ−８．第８変形例：
上記実施例では、燃料電池スタック１００として固体高分子型燃料電池を用いたが、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物形燃料電池等、種々の燃料電池を用いることができる。
上記実施例では、燃料電池スタック１００として固体高分子型燃料電池を用いたが、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物形燃料電池等、種々の燃料電池を用いることができる。
１…冷却システム
１０…冷却回路
２０…空調用回路
２４…通風ダクト
３０…ＥＣＵ
４０…車室内
１００…燃料電池スタック
１１０…ラジエータ
１１２…ファン
１２０…第１の冷却流路
１２２…入口側流路
１２４…出口側流路
１２６…第２の冷却流路
１２８…第３の冷却流路
１３０，１３２，１３４…温度センサ
２００…ヒータコア
２０２…電気ヒータ
２１０…第１の空調用流路
２１２…入口側空調流路
２１３…出口側空調流路
２１４…第２の空調用流路
２１６…第１の連通流路
２１８…第２の連通流路
２２０…ブロア
２３０，２３２…温度センサ
３１０…ＣＰＵ
３２０…メモリ
３３０…入出力ポート
４０１…温度設定器
Ｖ１，Ｖ３…バルブ
ＷＰ１，ＷＰ２…ウォーターポンプ
１０…冷却回路
２０…空調用回路
２４…通風ダクト
３０…ＥＣＵ
４０…車室内
１００…燃料電池スタック
１１０…ラジエータ
１１２…ファン
１２０…第１の冷却流路
１２２…入口側流路
１２４…出口側流路
１２６…第２の冷却流路
１２８…第３の冷却流路
１３０，１３２，１３４…温度センサ
２００…ヒータコア
２０２…電気ヒータ
２１０…第１の空調用流路
２１２…入口側空調流路
２１３…出口側空調流路
２１４…第２の空調用流路
２１６…第１の連通流路
２１８…第２の連通流路
２２０…ブロア
２３０，２３２…温度センサ
３１０…ＣＰＵ
３２０…メモリ
３３０…入出力ポート
４０１…温度設定器
Ｖ１，Ｖ３…バルブ
ＷＰ１，ＷＰ２…ウォーターポンプ
Claims (6)
- 冷却システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池を冷却するための冷媒が循環する冷却回路と、
冷媒が循環する空調用回路であって、冷媒と室内に送風する空気との間で熱交換を行う熱交換器を配置する空調用回路と、
前記冷却回路から前記空調用回路に冷媒が流入し、前記熱交換器を通過した冷媒が前記冷却回路に流入する連結状態と、前記冷却回路と前記空調用回路との冷媒の流通を遮断する非連結状態とを切り替え可能な切替部と、
当該冷却システムの運転を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記非連結状態から前記連結状態に切り替える際に、当該冷却システムの状態にかかわらず、前記冷却回路を流れる冷媒の流量である第１の流量（Ｌ１）の前記空調用回路を流れる冷媒の流量である第２の流量（Ｌ２）に対する比（Ｌ１／Ｌ２）を第１の所定値以上とする流量制御モードでの当該冷却システムの運転を実行し、
前記制御部は、前記燃料電池の状態にかかわらず、前記空調用回路を流れる冷媒が前記冷却回路を流れる冷媒に合流したのちの冷媒の温度が、前記燃料電池の発電効率が良好な状態に維持できる温度になるように、前記第１の流量（Ｌ１）を第２の所定値以上とすることで前記流量制御モードでの当該冷却システムの運転を実行する、
冷却システム。 - 請求項１に記載の冷却システムであって、
前記第１の所定値は、前記空調用回路を流れる冷媒が前記冷却回路を流れる冷媒に合流した後の冷媒の温度が第１の閾値以上となる範囲で定められる、冷却システム。 - 請求項１又は請求項２に記載の冷却システムであって、
前記制御部は、前記流量制御モードでの当該冷却システムの運転を実行し、前記冷却回路と前記空調用回路とを連結状態にした後に、比（Ｌ１／Ｌ２）を前記第１の所定値以上とする制限を有さない通常制御モードに切り替えて当該冷却システムの運転を実行する、冷却システム。 - 冷却システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池を冷却するための冷媒が循環する冷却回路と、
冷媒が循環する空調用回路であって、冷媒と室内に送風する空気との間で熱交換を行う熱交換器を配置する空調用回路と、
前記冷却回路から前記空調用回路に冷媒が流入し、前記熱交換器を通過した冷媒が前記冷却回路に流入する連結状態と、前記冷却回路と前記空調用回路との冷媒の流通を遮断する非連結状態とを切り替え可能な切替部と、
当該冷却システムの運転を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記非連結状態から前記連結状態に切り替える際に、空調側の暖房要求にかかわらず、前記熱交換器の放熱量の上限値を前記熱交換器の最大の放熱量よりも小さい所定値以下とする放熱量制御モードで当該冷却システムの運転を実行する、
冷却システム。 - 請求項４に記載の冷却システムであって、さらに、
前記熱交換器に空気を送風する送風機を有し、
前記制御部は、前記送風機が前記熱交換器に送風する風量の上限値を前記熱交換器に送風する最大の風量よりも小さい所定値以下とすることで前記放熱量制御モードでの当該冷却システムの運転を実行する、冷却システム。 - 請求項４又は請求項５に記載の冷却システムであって、
前記制御部は、前記放熱量制御モードでの当該冷却システムの運転を実行し、前記冷却回路と前記空調用回路とを連結状態にした後に、前記熱交換器の放熱量の上限値を最大の放熱量以下とする制限を有する通常制御モードに切り替えて当該冷却システムの運転を実行する、冷却システム。
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