JP5768338B2 - 燃料供給システム - Google Patents

Description

本発明は、高圧液体燃料を気化させて、気化された燃料をエネルギ出力手段へ供給する燃料供給システムに関する。

従来、特許文献１に、高圧液体燃料である液化天然ガスを気化手段にて気化させて、気化させた天然ガスを内燃機関、すなわち機械的エネルギを出力するエネルギ出力手段へ供給する燃料供給システムが開示されている。

より具体的には、この特許文献１の燃料供給システムは、気化手段にて気化する天然ガスと蒸気圧縮式の冷凍サイクルの高温高圧冷媒（熱交換対象物）とを熱交換させる熱交換手段を備えており、気化手段にて気化する天然ガスの温度が高温高圧冷媒の温度よりも低い時に、高温高圧冷媒を熱交換手段へ流入させて、気化手段にて気化する天然ガスと高温高圧冷媒とを熱交換させるようにしている。

これにより、特許文献１の燃料供給システムでは、気化手段にて気化する天然ガスの気化潜熱によって冷凍サイクルの高温高圧冷媒を冷却するとともに、高温高圧冷媒が放熱する熱量を利用して天然ガスの気化を促進させている。

特開２００６−２６４５６８号公報

しかしながら、特許文献１の燃料供給システムでは、内燃機関に要求される要求出力に応じて、内燃機関に供給される天然ガスの供給流量、すなわち気化手段にて気化させる天然ガスの気化流量が決定されるので、熱交換手段にて、高温高圧冷媒を充分に冷却できなくなってしまうことがある。

例えば、内燃機関のアイドリング時や低負荷時には、気化手段にて気化させる天然ガスの気化流量が通常運転時よりも少なくなってしまうので、気化手段にて気化する天然ガスの総気化潜熱量も少なくなる。その結果、高温高圧冷媒を充分に冷却することができなくなり、冷凍サイクルが充分な冷却能力を発揮できなくなってしまう。

上記点に鑑み、本発明では、高圧液体燃料を気化させる際の気化潜熱によって熱交換対象物を冷却可能に構成された燃料供給システムにおいて、エネルギ出力手段へ供給される燃料の供給流量変動によらず、熱交換対象物を充分に冷却することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、高圧液体燃料を貯蔵する液体燃料貯蔵手段（１１）と、液体燃料貯蔵手段（１１）から流出した高圧液体燃料を気化させる第１燃料気化手段（１２）および第２燃料気化手段（１３）と、第１燃料気化手段（１２）にて気化する燃料の気化潜熱によって熱交換対象物を冷却する冷却手段（２１ｂ）と、第１燃料気化手段（１２）にて気化された気体燃料を圧縮して液化し、液体燃料貯蔵手段（１１）側へ流出させる液化手段（１４）と、第２燃料気化手段（１３）から供給される気体燃料を消費してエネルギを出力するエネルギ出力手段（ＥＧ）とを備え、
第１燃料気化手段（１２）の内部には、燃料の気化潜熱によって熱媒体を冷却する第１熱媒体通路（２１ａ）が配置されており、
冷却手段（２１ｂ）は第１燃料気化手段（１２）の外部に配置されるものであり、
さらに、第１熱媒体通路（２１ａ）と冷却手段（２１ｂ）とを接続する第１熱媒体循環回路（２１）と、第１熱媒体循環回路（２１）に設けられ熱媒体を循環させるポンプ（２１ｃ）とを備え、
第１燃料気化手段（１２）においては、高圧液体燃料が第１燃料気化手段（１２）の内部に噴射されて第１熱媒体通路（２１ａ）の外表面に吹き付けられることで、噴射後の噴霧状液体燃料が第１熱媒体通路（２１ａ）の外表面にて気化して熱媒体を冷却するようになっており、
ポンプ（２１ｃ）が作動することにより第１熱媒体通路（２１ａ）にて冷却された熱媒体が冷却手段（２１ｂ）に循環し、熱交換対象物が冷却手段（２１ｂ）において熱媒体により冷却される燃料供給システムを特徴とする。

これによれば、第１、第２燃料気化手段（１２、１３）の２つの燃料気化手段を備えているので、双方の燃料気化手段（１２、１３）にて気化させる高圧液体燃料の気化流量を異なる流量とすることができる。

従って、第１燃料気化手段（１２）では、熱交換対象物を充分に冷却可能な流量の燃料を気化させることができ、第２燃料気化手段（１３）では、エネルギ出力手段（ＥＧ）が要求される出力を発揮するために充分な流量の燃料を気化させることができる。その結果、エネルギ出力手段（ＥＧ）へ供給される燃料の供給流量の変動によらず、熱交換対象物を充分に冷却することができる。

さらに、液化手段（１４）を備えているので、第１燃料気化手段（１２）にて気化した燃料を再び液化して液体燃料貯蔵手段（１１）へ戻すことができる。従って、熱交換対象物を充分に冷却するために気化された燃料の再利用が可能となり、燃料の不必要な消費を抑制することができる。
しかも、請求項１に記載の発明では、液体燃料の気化潜熱によって熱交換対象物を直接冷却するのではなく、熱媒体を介在して熱交換対象物を液体燃料の気化潜熱によって間接的に冷却することができる。
したがって、何らかの理由で燃料供給システムからの燃料漏れが発生しても、第１燃料気化手段（１２）の外部に配置される冷却手段（２１ｂ）側では燃料漏れの影響を回避できる。

なお、本請求項における「熱交換対象物」は、固体のみを意味するものではなく、液体、気体等、熱媒体を介在して燃料の気化潜熱によって間接的に冷却可能なものの全てが含まれる意味である。また、本請求項における「エネルギ」には、機械的エネルギ、電気エネルギ、熱エネルギ等が含まれる。

例えば、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の燃料供給システムにおいて、熱交換対象物は、空調対象空間に送風される送風空気であってもよい。

請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の燃料供給システムにおいて、液化手段（１４）にて生じる熱量を熱源として熱交換対象物を加熱する加熱手段（２２ｄ）を備えることを特徴とする。これにより、熱交換対象物を冷却するのみならず、加熱することも可能になる。

請求項４に記載の発明のように、車両に適用される請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料供給システムであって、エネルギ出力手段（ＥＧ）から出力されるエネルギは、車両の走行に用いられるエネルギであってもよい。

ここで、車両に適用される燃料供給システムでは、車両の走行状態によってエネルギ出力手段（ＥＧ）に要求される出力が変動するので、エネルギ出力手段（ＥＧ）へ供給する燃料の供給流量も変動しやすい。従って、エネルギ出力手段（ＥＧ）へ供給される燃料の流量変動によらず、熱交換対象物を充分に冷却できることは極めて有効である。

なお、走行に用いられるエネルギを出力するエネルギ出力手段としては、燃料を燃焼させて機械的エネルギを出力する内燃機関や、燃料を電気化学反応させて電気的エネルギを出力する燃料電池等が含まれる。

請求項５に記載の発明では、具体的に、請求項４に記載の燃料供給システムにおいて、熱交換対象物は、車室内に送風される送風空気であり、さらに、乗員が車室内の目標温度を設定する目標温度設定手段を備え、第１燃料気化手段（１２）にて気化する気化流量は、目標温度に応じて決定され、第２燃料気化手段（１３）にて気化する気化流量は、エネルギ出力手段（ＥＧ）に要求される出力に応じて決定されるようになっていてもよい。

このように、第１燃料気化手段（１２）にて気化する気化流量と第２燃料気化手段（１３）にて気化する気化流量とを独立して決定することによって、車両の走行状態によってエネルギ出力手段（ＥＧ）へ供給する燃料の供給流量が変動したとしても、安定した車室内空調を実現することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

第１実施形態の燃料供給システムの全体構成図である。 第２実施形態の燃料供給システムの全体構成図である。

（第１実施形態）
以下、図面を用いて本発明の第１実施形態を説明する。図１は、本実施形態の燃料供給システム１の全体構成図である。この燃料供給システム１は、車両に適用されており、車両走行用の駆動力を出力するエンジン（内燃機関）ＥＧへ燃料を供給する機能を有するとともに、後述する車両用空調装置２において、車室内へ送風される送風空気を冷却あるいは加熱する機能を有している。

まず、燃料供給システム１は、高圧液体燃料を貯蔵する液体燃料貯蔵手段としての高圧タンク１１を備えている。本実施形態では、この高圧タンク１１に貯蔵される燃料として、可燃性を有し、比較的気化潜熱が高く、さらに、高圧化においては常温（１５℃〜２５℃程度）でも液化する燃料を採用している。

つまり、本実施形態の燃料は、エンジンＥＧにて燃料として燃焼させるために可燃性が必要となる。また、後述するように、その気化潜熱によって送風空気を冷却するために比較的気化潜熱が高い燃料であることが望ましい。さらに、その製造コストを低減するとともに減圧することで容易に気化させることができるように常温でも液化しやすい燃料であることが望ましい。

具体的には、本実施形態では、可燃性を有し、気化潜熱が水の気化潜熱の２０％以上であり、常温で１．５ＭＰａ以下で液化する燃料として、ジメチルエーテルを採用している。さらに、ジメチルエーテルは水素を含有する燃料（水素化合物）であるので、改質することによって可燃性を有する水素ガスを生成することもできる。

この他にも、例えば、水素を含有する燃料であって、同燃料の分子中に、Ｓ（硫黄）、Ｏ（酸素）、Ｎ（窒素）、及びハロゲンのうち少なくとも１種の原子が含まれるものであり、且つ、分子間にて水素結合が発現するものを同等の性質を有する燃料として採用してもよい。

高圧タンク１１から流出した液体燃料の流れは２つの流れに分岐され、分岐された一方の液体燃料は、第１気化器１２の第１噴射弁１２ａへ流入し、分岐された他方の液体燃料は、第２気化器１３の第２噴射弁１３ａへ流入する。第１、第２気化器１２、１３は、それぞれ高圧液化燃料を減圧させて気化させる第１、第２燃料気化手段を構成するものである。

具体的には、第１気化器１２は、燃料を気化させる第１気化空間１２ｃを形成する第１気化容器１２ｂ、第１気化空間１２ｃ内に高圧液化燃料を霧状に噴射する第１噴射弁１２ａ等を有して構成されている。この第１噴射弁１２ａは、分岐部から流入する高圧液化燃料の通路面積を小さく絞って燃料を減圧させて噴射するノズル、および、ノズルへ流入する燃料の通路を開閉する電磁弁等からなる。

そして、この電磁弁を開く時間を調整することによって、ノズルから噴射される燃料の噴射流量が調整される。なお、電磁弁は、後述するシステム制御装置から出力される制御電圧によって、その作動が制御される。さらに、第１気化器１２の第１気化空間１２ｃの内部には、後述する車両用空調装置２の第１熱媒体循環回路２１を循環する熱媒体を流通させる第１熱媒体通路２１ａが配置されている。なお、第１熱媒体循環回路２１および第１熱媒体通路２１ａについては後述する。

第１気化器１２の気体燃料出口には、圧縮機１４の燃料吸入口が接続されている。圧縮機１４は、第１気化器１２にて気化した気体燃料を圧縮して、再び液化する液化手段であり、本実施形態では、吐出容量が固定された固定容量型圧縮機構１４ａを電動モータ１４ｂにて駆動する電動圧縮機を採用している。

固定容量型圧縮機構１４ａとしては、具体的に、スクロール型圧縮機構、ローリングピストン型圧縮機構、プランジャ型圧縮機構等の各種圧縮機構を採用できる。電動モータ１４ｂは、システム制御装置から出力される制御信号によって、その回転数が制御されるもので、交流モータ、直流モータのいずれの形式を採用してもよい。そして、この回転数制御によって、圧縮機１４の吐出能力が変更される。

圧縮機１４の燃料吐出口には、後述する車両用空調装置２の第２熱媒体循環回路２２に配置される燃料−熱媒体熱交換器２２ａの燃料通路２２ｂの入口側が接続されている。この第２熱媒体循環回路２２および燃料−熱媒体熱交換器２２ａについては後述する。さらに、燃料通路２２ｂの出口側には、図示しない逆止弁を介して、高圧タンク１１に接続されている。

第２気化器１３の基本的構成は、第１気化器１２と同様である。従って、第２気化器１３も、燃料を気化させる第２気化空間１３ｃを形成する第２気化容器１３ｂ、第２気化空間１３ｃ内に高圧液化燃料を噴射する第２噴射弁１３ａ等を有して構成されている。さらに、第２噴射弁１３ａの電磁弁を開く時間を調整することによって、第２噴射弁１３ａのノズルから噴射される燃料の噴射流量を調整することができる。

なお、本実施形態の第２気化器１３の第２気化空間１３ｃの内部には、第１熱媒体通路２１ａに対応する構成は配置されていない。

第２気化器１３の気体燃料出口から流出した気体燃料の流れは２つの流れに分岐され、分岐された一方の気体燃料は、気体燃料をエンジンＥＧの燃焼室内へ噴射供給する燃料噴射弁（インジェクタ）１５へ流入し、分岐された他方の気体燃料は、気体燃料を改質して水素ガスを発生させる改質器（リフォーマ）１６へ流入する。

本実施形態のエンジンＥＧは、いわゆるレシプロ型エンジンで構成されており、第２気化器１３から供給される気体燃料を燃焼させることによって、車両走行用の駆動力となる機械的エネルギを出力するエネルギ出力手段を構成している。

インジェクタ１５は、エンジンＥＧのシリンダヘッドに固定されて、エンジンＥＧの吸気ポートに向けて気体燃料を噴射するものである。これにより、気体燃料と燃焼用空気（吸気）が混合された混合気が燃焼室内へ供給される。より具体的には、インジェクタ１５は、吸気経路内に燃料を供給する燃料供給通路を開閉する電磁弁によって構成されている。

さらに、この電磁弁は、システム制御装置から出力される制御電圧によってその作動が制御される。従って、インジェクタ１５は、第１、第２気化器１２、１３の第１、第２噴射弁１２ａ、１３ａと同様に、電磁弁を開く時間を調整することによって、燃焼室内へ供給される燃料の供給流量を調整することができる。

なお、図１では、図示の明確化のため、エンジンＥＧの１つの気筒のみを図示しているが、エンジンＥＧは、多気筒型（例えば、４気筒）のエンジンであり、インジェクタ１５は、各気筒に対して１個ずつ設けられている。

リフォーマ１６は、気体燃料を触媒下で改質可能温度まで加熱して改質反応させることによって、水素ガスを発生させるものである。具体的には、本実施形態では、燃料として炭化水素系燃料であるジメチルエーテルを採用しているので、燃料を２５０℃以上となるまで加熱して、触媒下にて水蒸気改質反応をさせて水素ガスを発生させている。リフォーマ１６にて発生した水素ガスは、補助燃料として吸気に混合されてエンジンＥＧの吸気ポートより燃焼室へ供給される。

次に、車両用空調装置２について説明する。本実施形態の車両用空調装置２は、前述した第１熱媒体循環回路２１に配置された冷却用熱交換器２１ｂ、第２熱媒体循環回路２２に配置された加熱用熱交換器２２ｄ、および、これらの熱交換器２１ｂ、２２ｄを収容するケーシング２３等を有して構成されている。

ケーシング２３は、車室内最前部の計器盤（インストルメントパネル）の内側に配置されて、内部に車室内に向けて送風される送風空気の空気通路を形成するもので、ある程度の弾性を有し、強度的にも優れた樹脂（例えば、ポリプロピレン）にて成形されている。ケーシング２３の送風空気流れ最上流側には、車室内空気（内気）と外気とを切替導入する図示しない内外気切替装置が配置されている。

内外気切替装置の空気流れ下流側には、内外気切替装置を介して吸入された空気を車室内へ向けて送風する送風機２４が配置されている。この送風機２４は、システム制御装置から出力される制御電圧によって回転数（送風量）が制御される電動送風機である。送風機２４の空気流れ下流側には、第１熱媒体循環回路２１の冷却用熱交換器２１ｂが配置されている。

ここで、第１熱媒体循環回路２１について説明する。第１熱媒体循環回路２１は、熱媒体（例えば、エチレングリコール水溶液）を循環させる回路で、前述した第１気化器１２の第１気化空間１２ｃ内に配置された第１熱媒体通路２１ａ、冷却用熱交換器２１ｂ、熱媒体循環用の第１水ポンプ２１ｃを環状に接続したものである。

第１水ポンプ２１ｃは、第１熱媒体通路２１ａへ熱媒体を圧送する電動式のポンプであり、システム制御装置から出力される制御信号によって回転数（流量）が制御される。そして、システム制御装置が、第１水ポンプ２１ｃを作動させると、熱媒体は、第１水ポンプ２１ｃ→第１熱媒体通路２１ａ→冷却用熱交換器２１ｂ→第１水ポンプ２１ｃの順に循環する。

第１熱媒体通路２１ａは、蛇行状の熱媒体配管によって構成されており、第１噴射弁１２ａから噴射された燃料が吹き付けられるように、第１気化空間１２ｃ内に配置されている。このため、吹き付けられた燃料が気化する際に、第１熱媒体通路２１ａを流通する熱媒体から気化潜熱分の熱量が吸熱され、熱媒体が冷却される。換言すると、熱媒体の有する熱量を吸熱することによって燃料が加熱されて、燃料の気化が促進される。

冷却用熱交換器２１ｂは、第１熱媒体通路２１ａにて冷却された熱媒体と送風機２４によって送風された送風空気とを熱交換させて、送風空気を冷却する冷却手段である。つまり、本実施形態では、熱媒体を介して、燃料の気化潜熱によって送風空気を間接的に冷却することができる。従って本実施形態では、送風空気が特許請求の範囲に記載された熱交換対象物となる。

冷却用熱交換器２１ｂの送風空気流れ下流側には、第２熱媒体循環回路２２の加熱用熱交換器２２ｄが配置されている。この第２熱媒体循環回路２２の基本的構成は、第１熱媒体循環回路２１と同様である。つまり、第２熱媒体循環回路２２は、燃料−熱媒体熱交換器２２ａの熱媒体通路２２ｃ、加熱用熱交換器２２ｄ、熱媒体循環用の第２水ポンプ２２ｅを環状に接続したものである。

第２水ポンプ２２ｅは、燃料−熱媒体熱交換器２２ａの熱媒体通路２２ｃへ熱媒体を圧送する電動式のポンプであり、システム制御装置から出力される制御信号によって回転数（流量）が制御される。そして、システム制御装置が、第２水ポンプ２２ｅを作動させると、熱媒体は、第２水ポンプ２２ｅ→燃料−熱媒体熱交換器２２ａの熱媒体通路２２ｃ→加熱用熱交換器２２ｄ→第２水ポンプ２２ｅの順に循環する。

燃料−熱媒体熱交換器２２ａは、燃料通路２２ｂを流れる圧縮機１４吐出燃料と熱媒体通路２２ｃを流れる熱媒体とを熱交換させて、圧縮機１４吐出燃料の有する熱量によって熱媒体を加熱する熱交換器である。なお、燃料−熱媒体熱交換器２２ａの具体的構成としては、燃料通路２２ｂを形成する外側管の内側に熱媒体通路２２ｃを形成する内側管を配置する二重管方式の熱交換器構成等を採用できる。

加熱用熱交換器２２ｄは、燃料−熱媒体熱交換器２２ａにて加熱された熱媒体と送風機２４から送風されて冷却用熱交換器２１ｂを通過して冷却された送風空気（冷風）とを熱交換させて、送風空気を再加熱する加熱手段である。

さらに、本実施形態のケーシング２３の内部のうち、冷却用熱交換器２１ｂの空気流れ下流側であって、かつ、加熱用熱交換器２２ｄの空気流れ上流側には、冷却用熱交換器２１ｂ通過後の送風空気（冷風）のうち加熱用熱交換器２２ｄを通過させる風量割合を調整するエアミックスドア２５が配置されている。

また、加熱用熱交換器２２ｄの空気流れ下流側には、加熱用熱交換器２２ｄにて熱媒体と熱交換して加熱された送風空気と加熱用熱交換器２２ｄを迂回して加熱されていない送風空気とを混合させる混合空間２６が設けられている。

ケーシング２３の空気流れ最下流部には、混合空間２６にて混合された空調風を、空調対象空間である車室内へ吹き出す吹出口が配置されている。具体的には、この吹出口としては、車室内の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すフェイス吹出口、乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット吹出口、および、車両前面窓ガラス内側面に向けて空調風を吹き出すデフロスタ吹出口（いずれも図示せず）が設けられている。

従って、エアミックスドア２５が加熱用熱交換器２２ｄを通過させる風量の割合を調整することによって、混合空間２６にて混合された空調風の温度が調整され、各吹出口から吹き出される空調風の温度が調整される。つまり、エアミックスドア２５は、車室内へ送風される空調風の温度を調整する温度調整手段を構成している。なお、エアミックスドア２５は、システム制御装置から出力される制御信号によって作動が制御される図示しないサーボモータによって駆動される。

さらに、フェイス吹出口、フット吹出口、およびデフロスタ吹出口の空気流れ上流側には、それぞれ、フェイス吹出口の開口面積を調整するフェイスドア、フット吹出口の開口面積を調整するフットドア、デフロスタ吹出口の開口面積を調整するデフロスタドア（いずれも図示せず）が配置されている。

これらのフェイスドア、フットドア、デフロスタドアは、吹出口モードを切り替える吹出口モード切替手段を構成するものであって、リンク機構等を介して、システム制御装置から出力される制御信号によって作動が制御される図示しないサーボモータによって駆動される。

次に、本実施形態の電気制御部について説明する。システム制御装置は、制御処理や演算処理を行うＣＰＵおよびプログラムやデータ等を記憶するＲＯＭおよびＲＡＭ等の記憶回路を含む周知のマイクロコンピュータ、各種制御対象機器への制御信号あるいは制御電圧を出力する出力回路、各種センサの検出信号が入力される入力回路、並びに、電源回路等から構成されている。

システム制御装置の出力側には、前述した各種制御対象機器１２ａ、１３ａ、１４ｂ、１５、２１ｃ、２２ｅ、２４等が接続され、システム制御装置はこれらの制御対象機器の作動を制御する。システム制御装置の入力側には、エンジンＥＧの作動を制御するために用いられる物理量を検出するエンジン制御用のセンサ群、車両用空調装置２の作動を制御するために用いられる物理量を検出する空調制御用のセンサ群等が接続されている。

具体的には、エンジン制御用のセンサ群としては、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ、エンジンＥＧの回転数を検出する回転数センサ、インジェクタ１５へ流入する燃料圧力を検出する燃圧センサ、エンジンＥＧの吸気経路に配置されて吸気流量を調整するスロットルバルブの弁開度を検出するスロットルポジションセンサ（いずれも図示せず）等が設けられている。

また、空調制御用のセンサ群としては、車室内温度を検出する内気温センサ、車室外気温を検出する外気温センサ、車室内の日射量を検出する日射センサ、冷却用熱交換器２１ｂから吹き出される送風空気（冷風）の温度を検出する冷風温度センサ、加熱用熱交換器２２ｄへ流入する熱媒体の温度を検出する熱媒体温度検出センサ（いずれも図示せず）等が設けられている。

さらに、システム制御装置の入力側には、車両を起動あるいは停止させるスタートスイッチ、エンジンＥＧを始動させるイグニションスイッチ等のエンジン操作用のスイッチ群の操作信号が入力されるとともに、車両用空調装置２の作動スイッチ、車両用空調装置２の自動制御を設定あるいは解除するオートスイッチ、車室内の目標温度を設定する目標温度設定手段としての車室内温度設定スイッチ等の空調操作用のスイッチ群の操作信号が入力される。

なお、上述の如く、本実施形態のシステム制御装置は、エンジン制御および空調制御の双方を司る制御装置として構成されているが、もちろん、主にエンジン制御を行うエンジン制御用の制御装置と、主に空調制御を行う空調制御用の制御装置とを別体の制御装置として構成してもよい。

また、システム制御装置は、上述した各種制御対象機器を制御する制御手段が一体に構成されたものであるが、システム制御装置のうち各制御対象機器の作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）が各制御対象機器の制御手段を構成している。例えば、第１、第２気化器１２、１３の第１、第２噴射弁１２ａ、１３ａの作動を制御する構成が第１、第２噴射弁制御手段を構成している。

次に、上記構成における本実施形態の燃料供給システム１の作動について説明する。まず、イグニションスイッチが投入されてエンジンＥＧが始動すると、システム制御装置が、その記憶回路に記憶されたエンジン制御プログラムを実行する。このエンジン制御プログラムでは、エンジンの運転状態に応じて、インジェクタ１５からエンジンＥＧへ供給される燃料の供給流量等を決定して、インジェクタ１５等の作動を制御する。

具体的には、システム制御装置は、所定の制御周期毎にエンジン制御用のセンサ群の各種検出値を読み込み、読み込まれたエンジン回転数、アクセル開度信号、スロットルバルブの弁開度等に基づいて、予め記憶回路に記憶されている制御マップを参照して、エンジンＥＧに要求されている駆動トルクを発生させるために必要な目標供給流量を決定する。

さらに、システム制御装置は、決定した目標供給流量、エンジン回転数、インジェクタ１５入口側の燃料圧力等に基づいて、予め記憶回路に記憶されている制御マップを参照して、インジェクタ１５から燃焼室へ供給される供給流量が目標供給流量となるインジェクタ１５の開弁時間を決定する。

ここで、エンジンＥＧに供給される燃料は、第２気化器１３にて気化された燃料である。さらに、本実施形態では、第２気化器１３にて気化された燃料が、エンジンＥＧのみならず改質器１６にも供給される。従って、第２気化器１３にて気化される燃料の気化流量（質量流量）は、インジェクタ１５から燃焼室へ供給される燃料の供給流量（質量流量）より多くなっている必要がある。

そこで、システム制御装置では、上述したインジェクタ１５の開弁時間と同様に、第２噴射弁１３ａ入口側の燃料圧力等に基づいて、予め記憶回路に記憶されている制御マップを参照して、第２気化器１３にて気化させる燃料の気化流量、すなわち第２噴射弁１３ａから噴射される燃料の噴射流量が、目標供給流量より所定量多くなるように第２噴射弁１３ａの開弁時間を決定する。

従って、第２気化器１３にて気化される燃料の気化流量は、エンジンＥＧに要求される出力に応じて決定されることになる。そして、システム制御装置は、出力回路あるいは駆動回路（ＥＤＵ）を介して、決定された開弁時間の間だけ燃料を供給するように、インジェクタ１５および第２噴射弁１３ａに対して制御電圧を出力する。

その後、スタートスイッチによって車両の停止が要求されるまで、所定の制御周期毎に、上述の検出信号および操作信号の読み込み→インジェクタ１５および第２噴射弁１３ａの開弁時間等の決定→決定された開弁時間となる制御電圧の出力といった制御ルーチンを繰り返す。これにより、要求されている駆動トルクを発生させながらエンジンＥＧを作動させることができる。

さらに、本実施形態のシステム制御装置は、エンジンＥＧの始動に伴って、改質器１６に設けられた改質用加熱手段としての電気ヒータ（図示せず）に通電し、改質可能な温度以上となるまで燃料を加熱する。これにより、エンジンＥＧの燃焼室に水素ガスを補助燃料として供給することができる。

次に、エンジンＥＧの始動中に、車両用空調装置２の作動スイッチが投入された状態で、オートスイッチが投入されると、システム制御装置が、その記憶回路に記憶された空調制御プログラムを実行する。この空調制御プログラムでは、空調負荷に応じて、システム制御装置の出力側に接続された空調用の制御対象機器の作動状態を決定し、決定された作動状態となるように、制御対象機器の作動を制御する。

具体的には、空調制御プログラムが実行されると、システム制御装置が、予め定めた基準回転数（基準熱媒体圧送能力）となるように、第１、第２水ポンプ２１ｃ、２２ｃを作動させる。さらに、システム制御装置は、車室内温度、車室外気温、日射量等に基づいて、各吹出口から車室内に吹き出される送風空気の目標吹出温度ＴＡＯを決定する。

そして、この目標吹出温度ＴＡＯおよび空調制御用のセンサ群の検出信号に基づいて、制御対象機器の作動を制御する。例えば、送風機２４の目標送風量、すなわち送風機２４の電動モータに出力する制御電圧については、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて予め記憶回路に記憶されている制御マップを参照して、目標吹出温度ＴＡＯが高温時および低温時に中間温度時よりも高くなるように決定される。

また、エアミックスドア２５のサーボモータへ出力される制御信号については、目標吹出温度ＴＡＯ、加熱用熱交換器２２ｄへ流入する熱媒体の温度から、車室内へ吹き出される空気の温度が車室内温度設定スイッチによって設定された乗員の所望の目標温度となるように決定される。

また、第１気化器１２の第１噴射弁１２ａの開弁時間については、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて予め記憶回路に記憶されている制御マップを参照して、目標吹出温度ＴＡＯの低下に伴って増加するように決定される。なお、目標吹出温度ＴＡＯは、車室内温度設定スイッチによって設定された目標温度に基づいて決定される値であるから、第１気化器１２にて気化する気化流量は、目標温度に応じて決定されることになる。

また、圧縮機１４の燃料吐出能力、すなわち圧縮機１４の電動モータ１４ｂの回転数については、まず、システム制御装置が、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて予め記憶回路に記憶されている制御マップを参照して、冷却用熱交換器２１ｂから吹き出される送風空気（冷風）の目標冷風温度ＴＥＯを決定する。

さらに、この目標冷風温度ＴＥＯと冷却用熱交換器２１ｂから吹き出される送風空気の温度との偏差に基づいて、フィードバック制御手法を用いて冷却用熱交換器２１ｂから吹き出される送風空気の温度が目標冷風温度ＴＥＯに近づくように、電動モータ１４ｂに出力される制御信号を決定する。

そして、システム制御装置は、出力回路あるいは駆動回路を介して、制御対象機器に対して上記の如く決定された制御信号あるいは制御電圧を出力する。その後、車両用空調装置２の作動停止が要求されるまで、所定の制御周期毎に、上述の検出信号および操作信号の読み込み→制御対象機器の制御状態の決定→決定された制御状態が得られる制御信号あるいは制御電圧の出力といった制御ルーチンを繰り返す。

これにより、送風機２４から送風された送風空気は、冷却用熱交換器２１ｂにて冷却される。さらに、冷却用熱交換器２１ｂにて冷却された冷風は、エアミックスドア２５の開度に応じて乗員の所望の温度に温度調整されて、各吹出口を介して車室内へ吹き出される。そして、車室内に吹き出される空調風によって、車室内温度が車室外気温より低く冷やされる場合には車室内の冷房が実現され、車室内温度が車室外気温より高く加熱される場合には、車室内の暖房が実現される。

本実施形態の燃料供給システム１は、上記の如く作動するので、以下のような優れた効果を得ることができる。

本実施形態の燃料供給システム１では、第１、第２気化器１２、１３の２つの燃料気化手段を備えているので、双方の気化器１２、１３にて気化させる高圧液体燃料の気化流量を異なる流量とすることができる。

つまり、第１気化器１２では、車室内へ送風される送風空気を充分に冷却可能な流量の燃料を気化させることができ、第２気化器１３では、エンジンＥＧが要求される出力を発揮できる流量の燃料を気化させることができる。その結果、エンジンＥＧへ供給される燃料の供給流量の変動によらず、送風空気を充分に冷却することができる。

本実施形態のように、車両に適用される燃料供給システム１においては、エンジンＥＧへ供給する燃料の供給流量が変動しやすいため、エンジンＥＧへ供給される燃料の供給流量の変動によらず、送風空気（熱交換対象物）を充分に冷却できることは極めて有効である。

さらに、本実施形態の燃料供給システム１では、圧縮機１４を備えているので、第１気化器１２にて気化した燃料を再び液化して高圧タンク１１へ戻すことができる。従って、送風空気を充分に冷却するために気化された燃料の再利用が可能となり、燃料の不必要な消費を抑制することができる。

さらに、本実施形態の燃料供給システム１では、加熱手段としての加熱用熱交換器２２ｄを備えているので、送風空気を冷却するのみならず加熱することもできる。この際、送風空気を加熱する熱源として、圧縮機１４吐出燃料を採用しているので、燃料を圧縮して液化する際に生じる熱量を有効に利用することができる。

さらに、本実施形態の第１気化器１２では、第１熱媒体循環回路２１を循環する熱媒体を介して、間接的に熱交換対象物である送風空気を冷却しているので、第１気化器１２を車両用空調装置２のケーシング２３外（すなわち、送風空気の空気通路外）に配置することができる。

従って、何らかの理由で、燃料供給システム１から燃料が漏れたとしての、可燃性を有する燃料が車室内に送風されてしまうことを防止できる。また、仮に毒性を有する燃料を採用したとしても、燃料が車室内に送風されてしまうことを防止して乗員の安全性を確保することができる。

なお、上述の説明から明らかなように、本実施形態は、燃料供給システム１にて気化する燃料の気化潜熱によって熱交換対象物を冷却する熱管理システム、あるいは冷却システムについて説明したものと表現することができる。

すなわち、本実施形態は、
高圧液体燃料を貯蔵する液体燃料貯蔵手段（高圧タンク１１）と、
前記液体燃料貯蔵手段から流出した前記高圧液体燃料を減圧させて気化する第１燃料気化手段（第１気化器１２）および第２燃料気化手段（第２気化器１３）と、
前記第２燃料気化手段にて気化した気体燃料を消費してエネルギを出力するエネルギ出力手段（エンジンＥＧ）と、
前記第１燃料気化手段にて気化する燃料の気化潜熱によって熱交換対象物を冷却する冷却手段（冷却用熱交換器２１ｂ）と、
前記第１燃料気化手段にて気化された気体燃料を圧縮して液化し、前記液体燃料貯蔵手段側へ流出させる液化手段（圧縮機１４）とを備えることを特徴とする熱管理システム、あるいは冷却システムについて説明したものでもある。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態に対して、図２の全体構成図に示すように、第１熱媒体循環回路２１を廃止するとともに、冷凍サイクル３０および第３熱媒体循環回路４０等を追加した例を説明する。なお、図２では、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。

冷凍サイクル３０は、冷媒を圧縮して吐出する冷媒圧縮機３１、冷媒圧縮機３１吐出冷媒を車室外空気と熱交換させて放熱させる室外熱交換器３２、第１気化器１２の第１気化空間１２ｃ内に配置された冷媒通路３３、冷媒通路３３から流出した冷媒を減圧膨張させる膨張弁３４、膨張弁３４にて減圧された冷媒を送風機２４から送風された送風空気と熱交換させて蒸発させる蒸発器３５を環状に接続して構成された蒸気圧縮式の冷凍サイクルである。

この冷媒圧縮機３１としては、第１実施形態の圧縮機１４と同様の構成の電動圧縮機を採用できる。また、冷媒通路３３としては、第１実施形態の第１熱媒体通路２１ａと同様の構成の冷媒配管を採用できる。さらに、膨張弁３４としては、蒸発器３５流出冷媒の過熱度が予め定めた所定範囲となるように弁開度が機械的機構によって調整される温度式膨張弁を採用することができる。

さらに、本実施形態の第２気化器１３の第２気化空間１３ｃの内部には、第１実施形態の第１熱媒体通路２１ａに対応する構成としての第２熱媒体通路４１が配置されている。この第２熱媒体通路４１は、第３熱媒体循環回路４０に配置されている。

第３熱媒体循環回路４０は、第２熱媒体通路４１、エンジンＥＧ内に形成されたエンジンＥＧ冷却用の熱媒体通路４２、第３水ポンプ４３を環状に接続したものである。従って、システム制御装置が、第３水ポンプ４３を作動させると、熱媒体は、第３水ポンプ４３→第２熱媒体通路４１→エンジンＥＧ冷却用の熱媒体通路４２→第３水ポンプ４３の順に循環する。

また、本実施形態では、エンジン制御プログラムが実行されると、システム制御装置が、予め定めた基準回転数（基準熱媒体圧送能力）となるように、第３水ポンプ４３を作動させる。

これにより、第２噴射弁１３ａから第２気化空間１３ｃ内に噴射された燃料が気化する際に、第２熱媒体通路４１を流通する熱媒体から気化潜熱分の熱量が吸熱され、熱媒体が冷却される。換言すると、熱媒体の有する熱量を吸熱することによって燃料が加熱されて、燃料の気化が促進される。

そして、第２熱媒体通路４１を通過する際に冷却された熱媒体が、エンジンＥＧ冷却用の熱媒体通路４２通過する際にエンジンの廃熱を吸熱して、エンジンＥＧを冷却する。さらに、本実施形態では、空調制御プログラムが実行されると、システム制御装置が、予め定めた基準回転数（基準燃料吐出能力）となるように、圧縮機１４を作動させる。

また、冷媒圧縮機３１の冷媒吐出能力については、目標冷風温度ＴＥＯと冷却用熱交換器２１ｂから吹き出される送風空気の温度との偏差に基づいて、フィードバック制御手法を用いて蒸発器３５吹き出される送風空気の温度が目標冷風温度ＴＥＯに近づくように制御される。その他の構成および作動について第１実施形態と同様である。

従って、本実施形態の燃料供給システムを作動させても、第１実施形態と同様に、エンジンＥＧへ供給される燃料の供給流量の変動によらず、送風空気を充分に冷却することができる。さらに、本実施形態では、第１気化器１２にて気化する燃料の気化潜熱によって冷凍サイクル３０の冷媒を冷却するので、高い成績係数（ＣＯＰ）を発揮させながら冷凍サイクル３０を作動させることができる。

また、本実施形態も、第１実施形態と同様に、燃料供給システム１にて気化する燃料の気化潜熱によって熱交換対象物を冷却する熱管理システム、あるいは冷却システムについて説明したものと表現することができる。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。

（１）上述の実施形態では、第１、第２燃料気化手段として、第１、第２気化空間１２ｃ、１３ｃに液体燃料を霧状に噴射する第１、第２気化器１２、１３を採用しているが、第１、第２燃料気化手段は、これに限定されない。例えば、高圧液化燃料と熱媒体とを熱交換させる熱交換器を採用してもよい。この場合は、高圧液化燃料を霧状に噴射する必要はなく、熱交換器へ流入させる高圧液化燃料の流量を調整すればよい。

（２）上述の実施形態では、エネルギ出力手段として、エンジン（内燃機関）ＥＧを採用した例を説明したが、エネルギ出力手段は、これに限定されない。例えば、燃料ガス（水素ガス）と酸化剤ガス（空気）とを電気化学反応させて、電気エネルギを出力する燃料電池を採用してもよい。

（３）上述の実施形態では、熱交換対象物として車室内に送風される送風空気を冷却する構成について説明したが、熱交換対象物は、これに限定されない。つまり、熱交換対象物としては、燃料の気化潜熱によって冷却可能なものの全てが採用できる。

例えば、内燃機関や燃料電池のようなエネルギ出力手段、電動モータやこれに電力を供給するインバータ回路等の電気回路等、作動時に発熱を伴う発熱機器等を採用してもよいし、飲料水や熱媒体のような流体を採用してもよい。

また、上述の実施形態では、熱交換対象物である送風空気を、熱媒体を介して間接的に冷却する例を説明したが、もちろん、直接的に冷却してもよい。さらに、上述の第２実施形態では、第２気化器１３にて気化する燃料によって、エンジンＥＧを間接的に冷却する例を説明したが、第２気化器１３にて気化する燃料によって、他のものを冷却してもよい。

例えば、改質器１６を冷却してもよいし、エネルギ出力手段として、燃料電池を採用する場合には、燃料電池を冷却してもよい。

（４）上述の第２実施形態の冷凍サイクル３０では、室外熱交換器３２を採用した例を説明したが、第１気化器１２の第１気化空間１２ｃ内に配置された冷媒通路３３にて充分に冷媒を冷却することができる場合には、室外熱交換器３２を廃止してもよい。また、第３熱媒体循環回路４０に、外気と熱媒体とを熱交換させる放熱器（ラジエータ）を配置してもよい。

（５）上述の実施形態では、本発明の燃料供給システムを車両に適用した例を説明したが、本発明の適用はこれに限定されない。例えば、エンジン駆動式の定置型空調装置あるいは冷凍装置に適用してもよいし、燃料を燃焼させて熱エネルギを出力するボイラ装置に適用して温水と冷水とを同時に作り出すシステムなどに適用してもよい。

（６）上述の実施形態では、エンジンＥＧへ補助燃料としての水素ガスを供給するために、改質器１６を採用した例を説明したが、この改質器１６は、エンジンＥＧへ供給される燃料の供給流量の変動によらず、送風空気を充分に冷却するという効果を得るための必須の構成ではないので、廃止してもよい。

１１ 高圧タンク
１２、１３ 第１、第２気化器
１４ 圧縮機
２１ｂ 冷却用熱交換器
３５ 蒸発器

Claims (5)

1. 高圧液体燃料を貯蔵する液体燃料貯蔵手段（１１）と、
   前記液体燃料貯蔵手段（１１）から流出した前記高圧液体燃料を気化させる第１燃料気化手段（１２）および第２燃料気化手段（１３）と、
   前記第１燃料気化手段（１２）にて気化する燃料の気化潜熱によって熱交換対象物を冷却する冷却手段（２１ｂ）と、
   前記第１燃料気化手段（１２）にて気化された気体燃料を圧縮して液化し、前記液体燃料貯蔵手段（１１）側へ流出させる液化手段（１４）と、
   前記第２燃料気化手段（１３）から供給される気体燃料を消費してエネルギを出力するエネルギ出力手段（ＥＧ）とを備え、
   前記第１燃料気化手段（１２）の内部には、前記燃料の気化潜熱によって熱媒体を冷却する第１熱媒体通路（２１ａ）が配置されており、
   前記冷却手段（２１ｂ）は前記第１燃料気化手段（１２）の外部に配置されるものであり、
   さらに、前記第１熱媒体通路（２１ａ）と前記冷却手段（２１ｂ）とを接続する第１熱媒体循環回路（２１）と、
   前記第１熱媒体循環回路（２１）に設けられ前記熱媒体を循環させるポンプ（２１ｃ）とを備え、
   前記第１燃料気化手段（１２）においては、前記高圧液体燃料が前記第１燃料気化手段（１２）の内部に噴射されて前記第１熱媒体通路（２１ａ）の外表面に吹き付けられることで、前記噴射後の噴霧状液体燃料が前記第１熱媒体通路（２１ａ）の外表面にて気化して前記熱媒体を冷却するようになっており、
   前記ポンプ（２１ｃ）が作動することにより前記第１熱媒体通路（２１ａ）にて冷却された前記熱媒体が前記冷却手段（２１ｂ）に循環し、前記熱交換対象物が前記冷却手段（２１ｂ）において前記熱媒体により冷却されることを特徴とする燃料供給システム。
2. 前記熱交換対象物は、空調対象空間に送風される送風空気であることを特徴とする請求項１に記載の燃料供給システム。
3. 前記液化手段（１４）にて生じる熱量を熱源として前記熱交換対象物を加熱する加熱手段（２２ｄ）を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料供給システム。
4. 車両に適用される燃料供給システムであって、
   前記エネルギ出力手段（ＥＧ）から出力される前記エネルギは、前記車両の走行に用いられるエネルギであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料供給システム。
5. 前記熱交換対象物は、車室内に送風される送風空気であり、
   さらに、乗員が前記車室内の目標温度を設定する目標温度設定手段を備え、
   前記第１燃料気化手段（１２）にて気化する気化流量は、前記目標温度に応じて決定され、
   前記第２燃料気化手段（１３）にて気化する気化流量は、前記エネルギ出力手段（ＥＧ）に要求される出力に応じて決定されることを特徴とする請求項４に記載の燃料供給システム。

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