JP2000052749A - 電気自動車用空調装置 - Google Patents
電気自動車用空調装置Info
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- JP2000052749A JP2000052749A JP10221273A JP22127398A JP2000052749A JP 2000052749 A JP2000052749 A JP 2000052749A JP 10221273 A JP10221273 A JP 10221273A JP 22127398 A JP22127398 A JP 22127398A JP 2000052749 A JP2000052749 A JP 2000052749A
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- exhaust gas
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Abstract
(57)【要約】
【課題】燃料電池１を動力源とする電気自動車の車室の
冷房を、フロン等の温暖化ガスを使わずに、効率良く行
なう。 【解決手段】燃料電池１の排気管５に流体機械６を設
け、該燃料電池１から吐出された排気に流体機械６によ
って仕事をさせることによって該排気の温度を下げる。
この温度が低下した排気と空調用空気との間で熱交換を
行なわせる空調用熱交換器７を設けて該空調用空気を冷
却する。
冷房を、フロン等の温暖化ガスを使わずに、効率良く行
なう。 【解決手段】燃料電池１の排気管５に流体機械６を設
け、該燃料電池１から吐出された排気に流体機械６によ
って仕事をさせることによって該排気の温度を下げる。
この温度が低下した排気と空調用空気との間で熱交換を
行なわせる空調用熱交換器７を設けて該空調用空気を冷
却する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池を利用し
た電気自動車用の空調装置に関する。
た電気自動車用の空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】特開平７−９９０５７号公報には、水素
を燃料とする燃料電池を利用した電気自動車用空調装置
の一例が記載されている。これは、水素吸蔵合金が燃料
電池に水素を放出するときの反応が吸熱反応であること
を利用して冷房装置の熱媒体を冷却する、というもので
ある。
を燃料とする燃料電池を利用した電気自動車用空調装置
の一例が記載されている。これは、水素吸蔵合金が燃料
電池に水素を放出するときの反応が吸熱反応であること
を利用して冷房装置の熱媒体を冷却する、というもので
ある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記空調装置
では、燃料電池に使用する水素吸蔵合金が少ない電気自
動車であれば、効果的な冷房を行なうことができず、ま
た、水素吸蔵合金を使用しない電気自動車には利用する
ことができない。
では、燃料電池に使用する水素吸蔵合金が少ない電気自
動車であれば、効果的な冷房を行なうことができず、ま
た、水素吸蔵合金を使用しない電気自動車には利用する
ことができない。
【０００４】そこで、この出願の発明は、従来は単にサ
イレンサによって減圧して大気中に放出していた燃料電
池の排気を利用することによって、フロン等の温暖化ガ
スを使わずに、自動車の車室冷房を効率良く行なうこと
ができるようにするものである。
イレンサによって減圧して大気中に放出していた燃料電
池の排気を利用することによって、フロン等の温暖化ガ
スを使わずに、自動車の車室冷房を効率良く行なうこと
ができるようにするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この出願の請求項１に係
る発明は、燃料電池を自動車の動力源とする電気自動車
用空調装置であって、上記燃料電池から吐出された排気
に仕事をさせることによって該排気の温度を下げる流体
機械と、上記温度が低下した排気と空調用空気との間で
熱交換を行なわせて該空調用空気を冷却する空調用熱交
換器とを備えていることを特徴とする。
る発明は、燃料電池を自動車の動力源とする電気自動車
用空調装置であって、上記燃料電池から吐出された排気
に仕事をさせることによって該排気の温度を下げる流体
機械と、上記温度が低下した排気と空調用空気との間で
熱交換を行なわせて該空調用空気を冷却する空調用熱交
換器とを備えていることを特徴とする。
【０００６】燃料電池から吐出される排気は、常温より
も高く（例えば４０〜６０℃）、また、圧力も高い（例
えば２気圧前後）。この発明では、この排気が流体機械
によって仕事をさせられて大気圧に減圧され、そのこと
によって排気温度が低下する。空調用空気は、空調用熱
交換器において当該低温になった排気によって冷却さ
れ、車室の冷房に供されることになる。この燃料電池の
排気は、燃料として水素を用いる場合も、一酸化炭素を
用いる場合も、その酸化剤としての空気から酸素が取り
去られてなる窒素ガス又はこれに少量の酸素を含むガス
であるから、これを空調に使用しても、フロン等の温暖
化ガスを用いた場合のような地球温暖化の問題はない。
も高く（例えば４０〜６０℃）、また、圧力も高い（例
えば２気圧前後）。この発明では、この排気が流体機械
によって仕事をさせられて大気圧に減圧され、そのこと
によって排気温度が低下する。空調用空気は、空調用熱
交換器において当該低温になった排気によって冷却さ
れ、車室の冷房に供されることになる。この燃料電池の
排気は、燃料として水素を用いる場合も、一酸化炭素を
用いる場合も、その酸化剤としての空気から酸素が取り
去られてなる窒素ガス又はこれに少量の酸素を含むガス
であるから、これを空調に使用しても、フロン等の温暖
化ガスを用いた場合のような地球温暖化の問題はない。
【０００７】請求項２に係る発明は、請求項１に記載さ
れている電気自動車用空調装置において、上記燃料電池
から吐出された排気を、外気との熱交換によって冷却し
て上記流体機械に与える排気冷却器を備えていることを
特徴とする。
れている電気自動車用空調装置において、上記燃料電池
から吐出された排気を、外気との熱交換によって冷却し
て上記流体機械に与える排気冷却器を備えていることを
特徴とする。
【０００８】この発明においては、事前に排気を冷却す
るので、より低温の空調用空気を得ることができる。
るので、より低温の空調用空気を得ることができる。
【０００９】請求項３に係る発明は、請求項１に記載さ
れている電気自動車用空調装置において、上記燃料電池
から吐出された排気を、上記空調用熱交換器を経た排気
との熱交換によって冷却して上記流体機械に与える排気
冷却器を備えていることを特徴とする。
れている電気自動車用空調装置において、上記燃料電池
から吐出された排気を、上記空調用熱交換器を経た排気
との熱交換によって冷却して上記流体機械に与える排気
冷却器を備えていることを特徴とする。
【００１０】すなわち、燃料電池の排気は、空調用空気
の冷却に使用された後であっても外気温度よりも低いの
が通常であるから、当該発明はこの使用済み排気を燃料
電池から吐出された使用前の排気の冷却に利用し、さら
に低温の空調用空気を得ることができるようにしている
ものである。
の冷却に使用された後であっても外気温度よりも低いの
が通常であるから、当該発明はこの使用済み排気を燃料
電池から吐出された使用前の排気の冷却に利用し、さら
に低温の空調用空気を得ることができるようにしている
ものである。
【００１１】請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求
項３のいずれか一に記載されている電気自動車用空調装
置において、上記流体機械がタービン発電機であること
を特徴とする。
項３のいずれか一に記載されている電気自動車用空調装
置において、上記流体機械がタービン発電機であること
を特徴とする。
【００１２】すなわち、燃料電池の排気に仕事をさせる
ための流体機械としては、容積型の空気圧モーターやビ
スカスカップリング等を採用してもよいが、当該発明で
はそれを発電機として電気自動車に利用することができ
るようにしているものである。
ための流体機械としては、容積型の空気圧モーターやビ
スカスカップリング等を採用してもよいが、当該発明で
はそれを発電機として電気自動車に利用することができ
るようにしているものである。
【００１３】
【発明の効果】従って、この出願の発明によれば、燃料
電池から吐出された排気に仕事をさせることによって該
排気の温度を下げる流体機械と、この温度が低下した排
気と空調用空気との間で熱交換を行なわせて該空調用空
気を冷却する空調用熱交換器とを備えているから、燃料
電池の排気を空調に利用し、地球温暖化の問題を招くこ
となく、効率の良い冷房を行なうことができる。
電池から吐出された排気に仕事をさせることによって該
排気の温度を下げる流体機械と、この温度が低下した排
気と空調用空気との間で熱交換を行なわせて該空調用空
気を冷却する空調用熱交換器とを備えているから、燃料
電池の排気を空調に利用し、地球温暖化の問題を招くこ
となく、効率の良い冷房を行なうことができる。
【００１４】また、上記燃料電池から吐出された排気
を、外気との熱交換によって冷却して上記流体機械に与
える排気冷却器を備えている発明によれば、排気を事前
に冷却するので、より低温の空調用空気を得ることがで
き、車室冷房に有利になる。
を、外気との熱交換によって冷却して上記流体機械に与
える排気冷却器を備えている発明によれば、排気を事前
に冷却するので、より低温の空調用空気を得ることがで
き、車室冷房に有利になる。
【００１５】また、上記燃料電池から吐出された排気
を、上記空調用熱交換器を経た排気との熱交換によって
冷却して上記流体機械に与える排気冷却器を備えている
発明によれば、さらに低温の空調用空気を得ることがで
きるようになり、車室の冷房にさらに有利になる。
を、上記空調用熱交換器を経た排気との熱交換によって
冷却して上記流体機械に与える排気冷却器を備えている
発明によれば、さらに低温の空調用空気を得ることがで
きるようになり、車室の冷房にさらに有利になる。
【００１６】また、上記流体機械をタービン発電機とし
た発明によれば、燃料電池の排気を利用して空調を行な
いながら、発電をも行なうことができ、燃費の向上に有
利になる。
た発明によれば、燃料電池の排気を利用して空調を行な
いながら、発電をも行なうことができ、燃費の向上に有
利になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。
する。
【００１８】＜実施形態１＞ （構造）本形態については図１に示されている。同図に
おいて、１は電気自動車の動力源である燃料電池であ
り、負極に送り込む水素を燃料とし正極に送り込む酸素
を酸化剤として電解液（電解質）の中で反応させて発電
させるものである。酸素源は空気であり、この空気を燃
料電池１に取り込むために、該燃料電池１の空気取入れ
管２に空気圧縮機３がインタークーラ４を介して接続さ
れている。また、燃料電池１の排気を利用して自動車の
車室の空調（冷房）を行なうために、燃料電池１の排気
管５に流体機械６を介して空調用熱交換器７が接続され
ている。
おいて、１は電気自動車の動力源である燃料電池であ
り、負極に送り込む水素を燃料とし正極に送り込む酸素
を酸化剤として電解液（電解質）の中で反応させて発電
させるものである。酸素源は空気であり、この空気を燃
料電池１に取り込むために、該燃料電池１の空気取入れ
管２に空気圧縮機３がインタークーラ４を介して接続さ
れている。また、燃料電池１の排気を利用して自動車の
車室の空調（冷房）を行なうために、燃料電池１の排気
管５に流体機械６を介して空調用熱交換器７が接続され
ている。
【００１９】空気圧縮機３は、大気圧下にある空気を圧
縮して燃料電池１に供給するためのものである。この空
気圧縮機３は、入口８と出口９とを有するハウジング１
０に電動モータ１１で駆動される羽根車１２が設けられ
たものである。空気はこの空気圧縮機３による圧縮によ
って温度が上昇するために、これを冷却して燃料電池１
に供給すべく上記インタークーラ４が設けられている。
このインタークーラ４は、燃料電池１と空気圧縮機３と
の間に設けられていて、外気取入れ管１３と、該外気取
入れ管１３から取り入れた外気と上記圧縮空気との熱交
換によって該圧縮空気を冷却する熱交換器本体１５と、
該熱交換器本体１５に外気を強制的に送り込む電動ファ
ン１６とによって構成されている。
縮して燃料電池１に供給するためのものである。この空
気圧縮機３は、入口８と出口９とを有するハウジング１
０に電動モータ１１で駆動される羽根車１２が設けられ
たものである。空気はこの空気圧縮機３による圧縮によ
って温度が上昇するために、これを冷却して燃料電池１
に供給すべく上記インタークーラ４が設けられている。
このインタークーラ４は、燃料電池１と空気圧縮機３と
の間に設けられていて、外気取入れ管１３と、該外気取
入れ管１３から取り入れた外気と上記圧縮空気との熱交
換によって該圧縮空気を冷却する熱交換器本体１５と、
該熱交換器本体１５に外気を強制的に送り込む電動ファ
ン１６とによって構成されている。
【００２０】流体機械６は、燃料電池１から吐出された
排気に仕事をさせることによって該排気の温度を下げる
ためのものであり、タービン発電機によって構成されて
いる。すなわち、この流体機械６は、排気入口１７と冷
却排気出口１８とを有するハウジング１９にタービン２
０が設けられ、該タービン２０の出力軸に発電機２１が
取付けられている。
排気に仕事をさせることによって該排気の温度を下げる
ためのものであり、タービン発電機によって構成されて
いる。すなわち、この流体機械６は、排気入口１７と冷
却排気出口１８とを有するハウジング１９にタービン２
０が設けられ、該タービン２０の出力軸に発電機２１が
取付けられている。
【００２１】空調用熱交換器７は、流体機械６を経て温
度が低下した排気によって空調用空気を冷却するもので
あり、車室に通ずる空調用ダクト２２に設けられ当該低
温の排気と空調用空気との熱交換によって該空調用空気
を冷却する。空調用ダクト２２には当該熱交換器７を介
して空調用空気を車室に送る電動ファン２３が設けられ
ている。
度が低下した排気によって空調用空気を冷却するもので
あり、車室に通ずる空調用ダクト２２に設けられ当該低
温の排気と空調用空気との熱交換によって該空調用空気
を冷却する。空調用ダクト２２には当該熱交換器７を介
して空調用空気を車室に送る電動ファン２３が設けられ
ている。
【００２２】（作用）同図における実線の矢符は燃料電
池１の吸気及び排気の流れを示し、２点鎖線の矢符はイ
ンタークーラ４で吸気を冷却する外気の流れを示し、破
線の矢符は空調用空気の流れを示す。この点は後述する
他の実施形態も同じである。
池１の吸気及び排気の流れを示し、２点鎖線の矢符はイ
ンタークーラ４で吸気を冷却する外気の流れを示し、破
線の矢符は空調用空気の流れを示す。この点は後述する
他の実施形態も同じである。
【００２３】燃料電池１を作動させるための空気は、空
気圧縮機３の入口８では例えば１気圧で４０℃だが、空
気圧縮機３の出口９では、例えば２気圧に圧縮されて１
３０℃になっている。それがインタークーラー４におい
て外気によって２気圧のまま例えば６０℃まで冷却され
て燃料電池１へ入る。燃料電池１の内部では圧縮された
空気の中から酸素だけが選択的に反応に利用されるが、
窒素を主成分とする排気は、ほとんど圧力損失を受けな
いで燃料電池１から排出される。このため、当該排気も
２気圧で６０℃である。
気圧縮機３の入口８では例えば１気圧で４０℃だが、空
気圧縮機３の出口９では、例えば２気圧に圧縮されて１
３０℃になっている。それがインタークーラー４におい
て外気によって２気圧のまま例えば６０℃まで冷却され
て燃料電池１へ入る。燃料電池１の内部では圧縮された
空気の中から酸素だけが選択的に反応に利用されるが、
窒素を主成分とする排気は、ほとんど圧力損失を受けな
いで燃料電池１から排出される。このため、当該排気も
２気圧で６０℃である。
【００２４】上記２気圧で６０℃の排気は、流体機械６
で仕事をする事によって内部ネルギーを失い、例えば１
気圧で−１０℃の冷排気になる。この冷排気が、空調用
熱交換器７において空調用空気と熱交換を行なうことに
より、例えば１気圧で３０℃の排気になる一方、熱交換
器本体２３の入口においては例えば１気圧で４０℃だっ
た空調用空気は例えば１気圧で０℃の冷房用空気にな
る。
で仕事をする事によって内部ネルギーを失い、例えば１
気圧で−１０℃の冷排気になる。この冷排気が、空調用
熱交換器７において空調用空気と熱交換を行なうことに
より、例えば１気圧で３０℃の排気になる一方、熱交換
器本体２３の入口においては例えば１気圧で４０℃だっ
た空調用空気は例えば１気圧で０℃の冷房用空気にな
る。
【００２５】以上により、燃料電池１の排気を利用した
冷房を実現することができ、フロンなどの冷媒を用いる
必要がなくなるとともに、エネルギーの利用効率が高ま
ることになる。
冷房を実現することができ、フロンなどの冷媒を用いる
必要がなくなるとともに、エネルギーの利用効率が高ま
ることになる。
【００２６】＜実施形態２＞本形態については図２に示
されており、燃料電池１から吐出される排気を事前に冷
却して上記流体機械６に与える排気冷却器２５を備えて
いる点が先の実施形態１と相違する。
されており、燃料電池１から吐出される排気を事前に冷
却して上記流体機械６に与える排気冷却器２５を備えて
いる点が先の実施形態１と相違する。
【００２７】すなわち、排気冷却器２５は、燃料電池１
の排気管５における該燃料電池１と流体機械６との間に
配設されており、外気取入れ管２６と、該外気取入れ管
２６から取り入れた外気と燃料電池１の排気との熱交換
によって該排気を冷却する熱交換器本体２７と、該熱交
換器本体２７に外気を強制的に送り込む電動ファン２８
とによって構成されている。同図の１点鎖線の矢符は排
気を冷却する外気の流れを示している。
の排気管５における該燃料電池１と流体機械６との間に
配設されており、外気取入れ管２６と、該外気取入れ管
２６から取り入れた外気と燃料電池１の排気との熱交換
によって該排気を冷却する熱交換器本体２７と、該熱交
換器本体２７に外気を強制的に送り込む電動ファン２８
とによって構成されている。同図の１点鎖線の矢符は排
気を冷却する外気の流れを示している。
【００２８】従って、燃料電池１から吐出される例えば
２気圧で６０℃の排気は、排気冷却器２５で冷却され
て、例えば２気圧で５０℃の排気になる。その排気が、
流体機械６で仕事をすることによって例えば１気圧で−
２０℃の排気になり、空調用熱交換器７での熱交換によ
って例えば１気圧で３０℃の排気になる一方、１気圧で
４０℃の空調用空気は例えば１気圧で−１０℃の冷房用
空気になる。
２気圧で６０℃の排気は、排気冷却器２５で冷却され
て、例えば２気圧で５０℃の排気になる。その排気が、
流体機械６で仕事をすることによって例えば１気圧で−
２０℃の排気になり、空調用熱交換器７での熱交換によ
って例えば１気圧で３０℃の排気になる一方、１気圧で
４０℃の空調用空気は例えば１気圧で−１０℃の冷房用
空気になる。
【００２９】このように、本形態の場合は、燃料電池の
排気が外気によって事前に冷却されるため、より低温の
冷房用空気を得ることができ、車室の強力な冷房に有利
になる。
排気が外気によって事前に冷却されるため、より低温の
冷房用空気を得ることができ、車室の強力な冷房に有利
になる。
【００３０】＜実施形態３＞本形態については図３に示
されており、燃料電池１から吐出される排気を、空調用
空気の冷却に使用した排気によって事前に冷却して上記
流体機械６に与える排気冷却器２９を備えている点が先
の実施形態と相違する。
されており、燃料電池１から吐出される排気を、空調用
空気の冷却に使用した排気によって事前に冷却して上記
流体機械６に与える排気冷却器２９を備えている点が先
の実施形態と相違する。
【００３１】すなわち、排気冷却器２９は、空調用熱交
換器７の排気吐出部から流体機械６よりも上流側に延び
る排気延設管３０と、該排気延設管３０によって送られ
る使用済み排気（ここでいう「使用済み」とは空調用空
気の冷却に使用したことを意味する。）と燃料電池１か
ら吐出される未使用の排気との熱交換によって該未使用
の排気を冷却する熱交換器３１とによって構成されてい
る。この使用済み排気の温度は、空調用空気を冷却した
後のものであるから、外気温度以下である。
換器７の排気吐出部から流体機械６よりも上流側に延び
る排気延設管３０と、該排気延設管３０によって送られ
る使用済み排気（ここでいう「使用済み」とは空調用空
気の冷却に使用したことを意味する。）と燃料電池１か
ら吐出される未使用の排気との熱交換によって該未使用
の排気を冷却する熱交換器３１とによって構成されてい
る。この使用済み排気の温度は、空調用空気を冷却した
後のものであるから、外気温度以下である。
【００３２】従って、燃料電池１から吐出される例えば
２気圧で６０℃の排気は、排気冷却器２９で冷却され
て、例えば２気圧で４０℃の排気になる。その排気が、
流体機械６で仕事をすることによって例えば１気圧で−
３０℃の排気になり、空調用熱交換器７での熱交換によ
って例えば１気圧で３０℃の排気になる一方、１気圧で
４０℃の空調用空気は例えば１気圧で−２０℃の冷房用
空気になる。
２気圧で６０℃の排気は、排気冷却器２９で冷却され
て、例えば２気圧で４０℃の排気になる。その排気が、
流体機械６で仕事をすることによって例えば１気圧で−
３０℃の排気になり、空調用熱交換器７での熱交換によ
って例えば１気圧で３０℃の排気になる一方、１気圧で
４０℃の空調用空気は例えば１気圧で−２０℃の冷房用
空気になる。
【００３３】このように、本形態の場合は、燃料電池の
排気の事前冷却に使用済み排気を利用するから、その冷
却効果が高くなり、さらに低温の冷房用空気を得ること
ができ、車室の強力な冷房に有利になるとともに、この
排気冷却のためのファンも不要になる。
排気の事前冷却に使用済み排気を利用するから、その冷
却効果が高くなり、さらに低温の冷房用空気を得ること
ができ、車室の強力な冷房に有利になるとともに、この
排気冷却のためのファンも不要になる。
【図１】本発明の実施形態１に係る電気自動車用空調装
置の構成図。
置の構成図。
【図２】本発明の実施形態２に係る電気自動車用空調装
置の構成図。
置の構成図。
【図３】本発明の実施形態３に係る電気自動車用空調装
置の構成図。
置の構成図。
１ 燃料電池 ２ 空気取入れ管 ３ 空気圧縮機 ４ インタークーラ ５ 排気管 ６ 流体機械（タービン発電機） ７ 空調用熱交換器 ２５ 排気冷却器 ２９ 排気冷却器
Claims (4)
- 【請求項１】 燃料電池を自動車の動力源とする電気自
動車用空調装置であって、 上記燃料電池から吐出された排気に仕事をさせることに
よって該排気の温度を下げる流体機械と、 上記温度が低下した排気と空調用空気との間で熱交換を
行なわせて該空調用空気を冷却する空調用熱交換器とを
備えていることを特徴とする電気自動車用空調装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載されている電気自動車用
空調装置において、 上記燃料電池から吐出された排気を、外気との熱交換に
よって冷却して上記流体機械に与える排気冷却器を備え
ていることを特徴とする電気自動車用空調装置。 - 【請求項３】 請求項１に記載されている電気自動車用
空調装置において、 上記燃料電池から吐出された排気を、上記空調用熱交換
器を経た排気との熱交換によって冷却して上記流体機械
に与える排気冷却器を備えていることを特徴とする電気
自動車用空調装置。 - 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれか一に記
載されている電気自動車用空調装置において、 上記流体機械がタービン発電機であることを特徴とする
電気自動車用空調装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10221273A JP2000052749A (ja) | 1998-08-05 | 1998-08-05 | 電気自動車用空調装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10221273A JP2000052749A (ja) | 1998-08-05 | 1998-08-05 | 電気自動車用空調装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000052749A true JP2000052749A (ja) | 2000-02-22 |
Family
ID=16764199
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10221273A Pending JP2000052749A (ja) | 1998-08-05 | 1998-08-05 | 電気自動車用空調装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000052749A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003039941A (ja) * | 2001-07-31 | 2003-02-13 | Japan Climate Systems Corp | 電気自動車用空調装置 |
| CN111674231A (zh) * | 2020-05-26 | 2020-09-18 | 博雷顿科技有限公司 | 一种纯电动重卡驾驶室加热系统 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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