JP2001018635A - 自動車用の独立型空調装置 - Google Patents
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Abstract
車に組み込むことができる独立型空調装置を提供する。 【解決手段】 本発明の独立型空調装置は、電源及び熱
源として用いられる燃料電池1を備え、熱サイクル回路
10の送出/圧縮装置2に接続されている。熱サイクル
回路10は、燃料電池1の冷却回路熱交換器と接続構成
される。 【効果】 燃料電池の冷却回路熱交換器と接続された、
独立空調型熱サイクル回路と動力装置により、自動車の
動作状態及び特性とは無関係に空調温度調節を高効率で
行える。
Description
置に関する。
の冷却回路に接続された加熱回路と、冷却用の補助的な
熱サイクル回路とを備えている。これらの回路は、とも
に、冷却用放熱器や廃熱交換器として用いられるエバポ
レータを備えている。
高くなっている。より詳しく言うと、最近の自動車用空
調装置は、いかなる運転状況でも、十分に暖房しうるよ
うに、応答時間が短くなくてはならない。このことを実
現するために、最近では、いわゆる再加熱器、例えばP
TC型の電気ヒータが用いられている。この電気ヒータ
は、自動車が停止している際の加熱用として利用される
こともある。
常、冷却流体を送出及び圧縮する機械式コンプレッサに
より駆動されている。また、エンジンの回転速度が低い
時、またはエンジンが停止した時にも十分に冷却しうる
ように、最近では、自動車の交流発電回路用に切り換え
られる電動式コンプレッサが用いられている。
車の冷却回路に燃料電池を組み込む方法が記載されてい
る。それによると、自動車が発生する熱に、燃料電池か
らの廃熱を混合できるようになっている。
に、十分に空調しうる方策は、従来知られていない。
は、従来の欠点の少なくとも一部分を減少させることに
ある。
を、高効率で申し分なく制御できるようにした、自動車
用の独立型空調装置を提供することにある。
かかわらず、既存の自動車に組み込むことができる独立
型空調装置を提供することにある。
び熱源として使用される燃料電池を備え、かつこの燃料
電池は、燃料電池のための冷却回路と、少なくとも1つ
の熱交換器に流体を供給するための少なくとも1つの流
体回路とを有する熱サイクル回路における送出/圧縮装
置に接続されている、自動車用の独立型空調装置が提供
される。
が提供され、自動車の動作状態及び特性とは無関係に、
温度調節を高効率で行えるようになっている。現在利用
可能な燃料電池は、通常、燃料電池の短絡を防止するた
めに、通常、脱イオン水により冷却されている。本発明
によると、自動車のエンジン冷却回路から、流体的に分
離できるという利点が得られる。
供給しうる廃熱交換器を備えているのが好ましい。この
廃熱交換器は、燃料電池の過熱を防止するのに使用する
ものである。これとは別に、あるいはこれに加えて、冷
却時には、冷却回路で発生する熱を発散させるようにす
ることもできる。
動車のエンジン冷却回路からの流体を供給するように
し、かつ、それを板状構造体を兼用させることにより、
必要な構成部材の数を減らすことができる。
熱蓄積器となっている。これに、客室の温度を調節する
のに不必要な熱を蓄積させることにより、例えば内燃機
関を、始動時に効果的に動作させることができる。ま
た、熱蓄積器により、空調装置が停止した時に、燃料電
池を動作温度に保つことができる。
し、流体、例えばエンジンの冷却液を任意に供給しうる
ようにするのが好ましい。いわゆる高温燃料電池、また
は常温で動作する燃料電池を用いた場合、燃料電池から
の廃熱は、加熱のために直接的に使用される。
1つの熱交換器は、流体/流体熱交換器、または流体/流
体/空気熱交換器とされる。流体/流体熱交換器とした場
合、燃料電池からの廃熱は、熱ポンプとして動作する熱
サイクル回路に、殆んど損失なしで送られる。一方、流
体/流体/空気熱交換器とした場合、燃料電池は、熱ポン
プ回路及び冷却回路として動作する可逆式の熱サイクル
回路に直接に接続される。
を、例えば送出/圧縮装置を可逆とすることにより、可
逆式としてある。また、制御要素、例えばいくつかの多
方バルブにより、熱サイクル回路を可逆式とすることも
できる。
抗発熱体、特にPTC型の電気ヒータに接続してある。
加熱処理の際、燃料電池の熱により、空気が予熱され、
その空気は、さらに、PTC型の抵抗発熱体により、所
望の温度に加熱される。それにより、燃料電池が発生す
る電力の一部を、PTC型の抵抗発熱体に用いることが
できる。
次的なユニット、例えばファンや制御機器やスイッチ要
素等の駆動に用いるのが好ましい。
かの単なる例示的な実施例に基づいて説明する。
置の第1の実施例を示すブロック図である。
ての燃料電池(1)を備えている。燃料電池(1)は、
熱サイクル回路(10)の送出/圧縮装置(2)に接続
されている。熱サイクル回路(10)は、従来のよう
に、熱交換器(14)、緩和装置(16)、及び冷却用
のエバポレータ(12)を備えている。エバポレータ
(12)及び熱交換器(14)には、ファン(3)
(4)により、所望通りに送風される。
熱用の熱交換器(6)と、廃熱交換器(8)とを選択的
に動作させる。廃熱交換器(8)を、熱蓄積器として用
いることもでき、また、破線で示すように、熱交換器
(6)及び廃熱交換器(8)を、エンジン冷却回路との
インタフェースとして用いることができる。さらに、燃
料電池(1)は、本実施例では抵抗発熱体であるPTC
型の電気ヒータ(5)に接続されている。
空調装置の動作モードの概略を示す。
には、燃料タンク(図示しない)から燃料が供給され
て、電気及び熱を発生する。その熱は、熱交換器(6)
において、ファン(3)により送風された空気と混合さ
れて送られる。熱交換器(6)から出るやや予熱された
空気は、燃料電池(1)に接続された電気ヒータ(5)
により、所望の温度に加熱される。
(10)の送出/圧縮装置(2)が、燃料電池(1)に
より駆動され、客室の温度を調節するのに必要な冷却電
力が、エバポレータ(12)に供給される。
例えば、いわゆる再加熱処理を行ったり、燃料電池
(1)または自動車の他の電力ユニットの温度を調節す
る廃熱交換器(8)に蓄えられる。本実施例において、
廃熱交換器(8)は熱蓄積器の機能も備えており、燃料
電池(1)が過熱すると、周囲の空気に熱を発散するよ
うになっている。
て用いた自動車用の独立型空調装置の第2の実施例を示
すブロック図である。燃料電池(1)は、図1に示した
第1の実施例と同様に、熱サイクル回路(10)の送出
/圧縮装置(2)を駆動するように接続されている。
ル回路(10)は、可逆的となっている。そのため、熱
サイクル回路(10)を、通常の冷却回路として、ま
た、加熱作業では熱ポンプとして用いることができる。
/流体/空気熱交換器(15)が設けられ、冷却処理で
は、熱サイクル回路(10)からの熱を吸収し、加熱処
理では、燃料電池(1)の冷却回路からの熱を熱サイク
ル回路(10)に送ることができるようになっている。
(1)は、熱蓄積器である廃熱交換器(8)と、再加熱
器であるPTC型の電気ヒータ(5)とを動作させる。
また、燃料電池(1)により、熱サイクル回路(10)
の送出/圧縮装置(2)、及びPTC型の電気ヒータ
(5)と相互接続して動作させ、かつ、電子または電気
部、例えばファン(3)(4)を、燃料電池(1)で動
作させることができる。
た燃料電池(1)は、送出/圧縮装置(2)を駆動し、
熱サイクル回路(10)を熱ポンプとして動作させる。
熱サイクル回路(10)の温度を下げるには、流体/流
体/空気熱交換器(15)に、燃料電池(1)から冷却
剤を供給する。
より、エバポレータ(12)を通過する空気は高温に加
熱され、その後、PTC型の電気ヒータ(5)により所
望に加熱される。
(15)は、燃料電池(1)により駆動されないが、熱
サイクル回路(10)からの廃熱を、従来と同じように
して、周辺空気中に発散させる。過熱防止のために、ま
た、冷却モードにおいて、燃料電池(1)からの廃熱を
利用するために、熱蓄積器である廃熱交換器(8)が、
図1の場合と同様に設けられている。廃熱交換器(8)
は、冷却モードにおいて、熱を蓄積したり、または、所
望の場合には、熱を周辺空気中に発散することができ
る。
3の実施例を示すブロック図であり、加熱モードと冷却
モードとを選択的に切り換えることができるようにする
ために、上述した図1及び図2の実施例を組み合わせ、
かつ、熱サイクル回路(10)を分割したものである。
体/空気熱交換器の代わりに、流体/流体熱交換器(1
7)が設けられている。図3の実施例では、一体化され
た熱交換器/エバポレータ(20)により、客室への空
気温度は調節される。熱サイクル回路(10)を、冷却
モードと加熱モードとに切り換えるために、所望の温度
設定に従って切り換わることができる2つの三方制御バ
ルブ(18)(19)が設けられている。
は、三方制御バルブ(18)(19)を切り換え、熱サ
イクル回路(10)の流体が、流体/流体熱交換器(1
7)及び熱交換器/エバポレータ(20)のみを流れ、
一方、冷却の場合には、流体は、熱交換器/エバポレー
タ(20)及び熱交換器(14)のみを流れるようにす
る。
には、燃料電池(1)が発生した廃熱は、熱交換器/エ
バポレータ(20)に直接送られ、熱ポンプとして用い
られる熱サイクル回路(10)で加熱された空気は、P
TC型の電気ヒータ(5)により、さらに加熱される。
冷却モードでは、図1に関連して説明したように動作す
る。
とは無関係の独立型空調装置を提供するものである。本
発明による独立型空調装置は、自動車の冷却回路と任意
に一体化できるので、必要最低限の熱交換器を用いるだ
けでよい。燃料電池が発生する電気と熱とを用いること
により、効率を大幅に改善できる。燃料電池からの超過
した熱、または不必要な熱を蓄積して、燃料電池、及び
自動車の始動レスポンスを、再加熱処理により最適化す
ることができる。
例をあげて説明したが、当業者であれば、本発明の特許
請求の範囲内において、種々の変形が可能であることに
気付くはずである。特に、各実施例の特徴を、他の実施
例の特徴と組み合わせることが可能であることに注目す
るべきである。
示すブロック図である。
同様の第2の実施例を示す独立型空調装置のブロック図
である。
切り換え可能となっている、図1及び図2と同様な第3
の実施例を示す独立型空調装置のブロック図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 電源及び熱源として使用される燃料電池
(1)を備え、かつこの燃料電池(1)は、燃料電池
(1)のための冷却回路と、少なくとも1つの熱交換器
(6、8)(8、15)(8、17、20)に流体を供
給するための少なくとも1つの流体回路とを有する熱サ
イクル回路(10)における送出/圧縮装置(2)に接
続されている、自動車用の独立型空調装置。 - 【請求項2】 所望に応じて、少なくとも1つの流体を
供給しうるようになっている熱交換器(8、14)
(8、15)を有する、請求項1記載の独立型空調装
置。 - 【請求項3】 熱交換器(6、8)(8、15)(8、
17、20)は、熱蓄積器となっている、請求項1また
は2記載の独立型空調装置。 - 【請求項4】 熱交換器(6、8)(8、15)(8、
17、20)は、加熱用の放熱器となっている、請求項
1〜3のいずれかに記載の独立型空調装置。 - 【請求項5】 熱交換器(6、8)(8、15)(8、
17、20)は、流体/流体熱交換器または流体/流体/
空気熱交換器となっている、請求項1〜4のいずれかに
記載の独立型空調装置。 - 【請求項6】 熱サイクル回路(10)は、可逆式とな
っている、請求項5記載の独立型空調装置。 - 【請求項7】 燃料電池(1)は、抵抗発熱体、特にP
TC型の電気ヒータ(5)に接続されている、請求項1
〜6のいずれかに記載の独立型空調装置。 - 【請求項8】 燃料電池(1)は、さらに電気ユニッ
ト、特にファン(3)(4)に接続されている、請求項
1〜7のいずれかに記載の独立型空調装置。
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