JP6079006B2 - 燃料電池車両用空調装置 - Google Patents
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Description
また、請求項4に記載の発明では、車室内の暖房手段として、前記ヒートポンプサイクル(6)による第1暖房手段と、前記第1暖房手段とは異なる第2暖房手段とのいずれを使用するか決定する制御手段(5)を備え、さらに、前記燃料電池(2)を冷却する熱媒体の温度(Tw)を検出する熱媒体温度検出手段(36)と、車速(Vv)を検出する車速検出手段(27)と、外気温(Ta)を検出する外気温検出手段(28)とを備え、前記制御手段(5)は、前記第1暖房手段を使用する際に、前記燃料電池(2)の温度を予め定めた基準燃料電池温度以上に維持するために必要な燃料の消費量と、前記第1暖房手段を使用した暖房を行うために必要な前記燃料の消費量との合計である第1燃料消費量(M1)を算出し、前記第2暖房手段(41)を使用する際に、前記燃料電池(2)の温度を前記基準燃料電池温度以上に維持するために必要な燃料の消費量と、前記第2暖房手段(41)を使用した暖房を行うために必要な前記燃料の消費量との合計である第2燃料消費量(M2)を算出し、前記第1燃料消費量(M1)が前記第2燃料消費量(M2)より少ない場合に前記第1暖房手段を使用することを決定し、前記第1燃料消費量(M1)が前記第2燃料消費量(M2)以上である場合に前記第2暖房手段(41)を使用すること決定し、前記制御手段(5)は、前記熱媒体温度検出手段(36)により検出された前記熱媒体の温度(Tw)、前記車速検出手段(27)により検出された前記車速(Vv)および前記外気温検出手段(28)により検出された前記外気温(Ta)に基づいて、前記燃料電池(2)の温度を前記基準燃料電池温度以上に維持するために必要な燃料の消費量を算出することを特徴とする。
また、請求項5に記載の発明では、請求項2ないし4のいずれか1つに記載の燃料電池車両用空調装置において、さらに、燃料電池(2)を冷却する熱媒体を燃料電池(2)に供給する熱媒体回路(3)と、空調用空気と熱媒体とを熱交換させる熱媒体側加熱用熱交換器(41)と、熱媒体の温度を検出する熱媒体温度検出手段(36)と、熱媒体回路(3)から熱媒体側加熱用熱交換器(41)への熱媒体の供給を遮断または許容する制御弁(42)とを備え、制御手段(5)は、熱媒体温度検出手段(36)により検出された熱媒体の温度が予め定めた基準熱媒体温度(Tw1)以上である場合に、制御弁(42)を開弁させるとともに、熱媒体温度検出手段(36)により検出された熱媒体の温度が基準熱媒体温度(Tw1)を下回っている場合に、燃料電池(2)から放出される熱を増加させ、第2暖房手段は、熱媒体側加熱用熱交換器(41)であることを特徴とする。
本発明の第1実施形態について図1〜図5に基づいて説明する。図1は本第1実施形態に係る燃料電池車両用空調装置を示す全体構成図である。この燃料電池車両用空調装置は、電気自動車の一種である、いわゆる燃料電池車両に適用されており、車両走行用電動モータ等の電気負荷に電力を供給するものである。
Qhp=f(外気温Ta、車速Vv、出口側冷却水温度Tw、放熱係数)…(F1)
ここで、放熱係数は、車両毎に決定される係数であり、送風ファン35aの作動または停止により異なる値である。例えば、送風ファン35aの作動時にはQhpが大きくなるように設定される。通常、ステップS9のヒートポンプ暖房モードでは、外気熱を室外熱交換器64で効率よく汲み上げるために送風ファン35aを作動させ、ステップS11の冷却水暖房モードでは、送風ファン35aを停止させる。
次に、本発明の第2実施形態について図6に基づいて説明する。本第2実施形態では、上記第1実施形態と比較して、ヒートポンプサイクル6の暖機を行う点が異なるものである。
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。
3 冷却水循環回路(熱媒体回路)
5 制御装置(制御手段)
6 ヒートポンプサイクル
27 車速センサ(車速検出手段)
28 外気温センサ(外気温検出手段)
36 冷却水温度センサ(熱媒体温度検出手段)
41 ヒータコア(第2暖房手段、熱媒体側加熱用熱交換器)
42 シャットバルブ(制御弁)
62 室内凝縮器(加熱用熱交換器)
64 室外熱交換器
Claims (9)
- 酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池(2)と、
高圧冷媒と空調用空気とを熱交換させて前記空調用空気を加熱する加熱用熱交換器(62)、および、少なくとも低圧冷媒と送風ファン(35a)から送風された外気とを熱交換させて前記低圧冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する室外熱交換器(64)を含んで構成されるヒートポンプサイクル(6)とを備え、
前記燃料電池(2)が、前記室外熱交換器(64)よりも前記外気の流れ方向の下流側に配置されている燃料電池車両用空調装置であって、
車室内の暖房手段として、前記ヒートポンプサイクル(6)による第1暖房手段と、前記第1暖房手段とは異なる第2暖房手段とのいずれを使用するか決定する制御手段(5)を備え、
前記制御手段(5)は、
前記第1暖房手段を使用して前記送風ファン(35a)を作動させる際に、前記燃料電池(2)の温度を予め定めた基準燃料電池温度以上に維持するために必要な燃料の消費量と、前記第1暖房手段を使用した暖房を行うために必要な前記燃料の消費量との合計である第1燃料消費量(M1)を算出し、
前記第2暖房手段(41)を使用して前記送風ファン(35a)を停止させる際に、前記燃料電池(2)の温度を前記基準燃料電池温度以上に維持するために必要な燃料の消費量と、前記第2暖房手段(41)を使用した暖房を行うために必要な前記燃料の消費量との合計である第2燃料消費量(M2)を算出し、
前記第1燃料消費量(M1)が前記第2燃料消費量(M2)より少ない場合に、前記燃料電池の温度を前記基準燃料電池温度現状温度以上となるよう前記燃料電池の発電量を制御すると共に前記第1暖房手段を使用することを決定し、前記第1燃料消費量(M1)が前記第2燃料消費量(M2)以上である場合に、前記燃料電池の温度を前記基準燃料電池温度以上となるよう前記燃料電池の発電量を制御すると共に前記第2暖房手段(41)を使用することを決定し、
前記制御手段(5)は、前記燃料電池(2)から大気への放熱量を、前記送風ファン(35a)の作動時には、前記送風ファン(35a)の停止時よりも、前記燃料電池(2)から大気への放熱量が大きくなるよう算出し、
前記燃料電池(2)の発熱量が前記放熱量と等しければ、前記燃料電池の温度が維持されることを特徴とする燃料電池車両用空調装置。 - さらに、前記燃料電池(2)を冷却する熱媒体の温度(Tw)を検出する熱媒体温度検出手段(36)を備えたことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池車両用空調装置。
- さらに、前記燃料電池(2)を冷却する熱媒体の温度(Tw)を検出する熱媒体温度検出手段(36)と、
車速(Vv)を検出する車速検出手段(27)と、
外気温(Ta)を検出する外気温検出手段(28)とを備え、
前記制御手段(5)は、前記熱媒体温度検出手段(36)により検出された前記熱媒体の温度(Tw)、前記車速検出手段(27)により検出された前記車速(Vv)および前記外気温検出手段(28)により検出された前記外気温(Ta)に基づいて、前記燃料電池(2)の温度を前記基準燃料電池温度以上に維持するために必要な燃料の消費量を算出することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池車両用空調装置。 - 酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池(2)と、
高圧冷媒と空調用空気とを熱交換させて前記空調用空気を加熱する加熱用熱交換器(62)、および、少なくとも低圧冷媒と外気とを熱交換させて前記低圧冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する室外熱交換器(64)を含んで構成されるヒートポンプサイクル(6)とを備え、
前記燃料電池(2)が、前記室外熱交換器(64)よりも前記外気の流れ方向の下流側に配置されている燃料電池車両用空調装置であって、
車室内の暖房手段として、前記ヒートポンプサイクル(6)による第1暖房手段と、前記第1暖房手段とは異なる第2暖房手段とのいずれを使用するか決定する制御手段(5)を備え、
さらに、前記燃料電池(2)を冷却する熱媒体の温度(Tw)を検出する熱媒体温度検出手段(36)と、車速(Vv)を検出する車速検出手段(27)と、外気温(Ta)を検出する外気温検出手段(28)とを備え、
前記制御手段(5)は、
前記第1暖房手段を使用する際に、前記燃料電池(2)の温度を予め定めた基準燃料電池温度以上に維持するために必要な燃料の消費量と、前記第1暖房手段を使用した暖房を行うために必要な前記燃料の消費量との合計である第1燃料消費量(M1)を算出し、
前記第2暖房手段(41)を使用する際に、前記燃料電池(2)の温度を前記基準燃料電池温度以上に維持するために必要な燃料の消費量と、前記第2暖房手段(41)を使用した暖房を行うために必要な前記燃料の消費量との合計である第2燃料消費量(M2)を算出し、
前記第1燃料消費量(M1)が前記第2燃料消費量(M2)より少ない場合に前記第1暖房手段を使用することを決定し、前記第1燃料消費量(M1)が前記第2燃料消費量(M2)以上である場合に前記第2暖房手段(41)を使用すること決定し、
前記制御手段(5)は、前記熱媒体温度検出手段(36)により検出された前記熱媒体の温度(Tw)、前記車速検出手段(27)により検出された前記車速(Vv)および前記外気温検出手段(28)により検出された前記外気温(Ta)に基づいて、前記燃料電池(2)の温度を前記基準燃料電池温度以上に維持するために必要な燃料の消費量を算出することを特徴とする燃料電池車両用空調装置。 - さらに、前記熱媒体を前記燃料電池(2)に供給する熱媒体回路(3)と、
前記空調用空気と前記熱媒体とを熱交換させる熱媒体側加熱用熱交換器(41)と、
前記熱媒体回路(3)から前記熱媒体側加熱用熱交換器(41)への前記熱媒体の供給を遮断または許容する制御弁(42)とを備え、
前記制御手段(5)は、前記熱媒体温度検出手段(36)により検出された前記熱媒体の温度が予め定めた基準熱媒体温度(Tw1)以上である場合に、前記制御弁(42)を開弁させるとともに、前記熱媒体温度検出手段(36)により検出された前記熱媒体の温度が前記基準熱媒体温度(Tw1)を下回っている場合に、前記燃料電池(2)から放出される熱を増加させ、
前記第2暖房手段は、前記熱媒体側加熱用熱交換器(41)であることを特徴とする請求項2ないし4のいずれか1つに記載の燃料電池車両用空調装置。 - 前記制御手段(5)は、前記燃料電池(2)の発電効率を通常運転時より低下させることで、前記燃料電池(2)から放出される熱を増加させることを特徴とする請求項5に記載の燃料電池車両用空調装置。
- 前記第2暖房手段は、電気ヒータであることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の燃料電池車両用空調装置。
- 前記第2暖房手段は、前記燃料を燃焼させることにより熱を発生する燃焼式ヒータであることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の燃料電池車両用空調装置。
- 前記制御手段(5)は、前記車室内の暖房手段として前記第1暖房手段を使用することを決定した場合に、前記加熱用熱交換器(62)に流入する前記高圧冷媒の温度が予め定めた基準冷媒温度より低いときには、前記車室内の暖房手段として前記第2暖房手段を使用することを決定することを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1つに記載の燃料電池車両用空調装置。
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