JP2001030742A - 自動車用空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池を走行動力源とした自動車に適した
空気調和装置を提供すること。 【解決手段】 水素と空気とを用いる燃料電池１を走行
動力源とした自動車のための空気調和装置において、燃
料電池の空気流通路３の出口に熱交換器１５を接続す
る。この熱交換器は、空気流通路から出るガスと自動車
の車室内空気とを熱交換し、車室内の空気調和を行う。
空気流通路と熱交換器との間には、排気側放熱器１２及
び膨張器１４を通る流路１６とこれらをバイパスする流
路１７とを設け、これらの流路を流路切替手段１８にて
切り替えるようにしてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池を走行動
力源とした自動車のための空気調和装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関を走行動力源とした自動車の空
気調和装置は、通常、冷凍サイクルを用いている。その
冷凍サイクルは内燃機関で駆動されるのが一般的であ
る。

【０００３】近年、自動車の増加に伴い排気ガスによる
大気汚染や騒音の発生が問題となっている。電気自動車
はこれらの問題が少ないため、実用が促進されている。

【０００４】電気自動車の電源として、水素と酸素とを
用いる燃料電池が注目されている。この種の燃料電池
は、電解質層を挟んでその両側にアノード及びカソード
を配設し、アノードに水素を接触させるためのアノード
室と、カソードに酸素を接触させるためのカソード室と
を備えている（例えば特開昭６３−１３５７５５号公報
や特開平３−７６１３号公報参照）。なお、カソードに
対する酸素の接触は、カソード室に空気を流通させるこ
とで行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような燃料電池を
走行動力源とした自動車にあっては、冷凍サイクルを用
いた空気調和装置はそれを駆動するために電動機を必要
とするから適当でない。

【０００６】それ故に本発明の課題は、燃料電池を走行
動力源とした自動車に適した空気調和装置を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、水素と
空気とを用いる燃料電池を走行動力源とした自動車のた
めの空気調和装置において、前記燃料電池の空気流通路
の出口に接続され該空気流通路から出るガスと前記自動
車の車室内空気とを熱交換する熱交換装置を備え、前記
熱交換装置により車室内の空気調和を行うことを特徴と
する空気調和装置が得られる。

【０００８】前記燃料電池の空気流通路の入口に接続さ
れ大気から空気を前記燃料電池に供給する圧縮機を含ん
でもよい。

【０００９】前記圧縮機と前記燃料電池の空気流通路の
入口との間に接続され、前記燃料電池に供給される空気
の放熱を行う給気側放熱器を含んでもよい。

【００１０】前記熱交換装置は、前記燃料電池の空気流
通路の出口に接続され放熱を行う排気側放熱器を含み、
前記排気側放熱器の放熱により車室内の暖房を行うよう
にしてもよい。

【００１１】前記熱交換装置は、前記燃料電池の空気流
通路の出口に接続され放熱を行う排気側放熱器と、前記
排気側放熱器の出口に膨張器を介して接続され吸熱を行
う吸熱器とを含み、前記吸熱器の吸熱により車室内の冷
房を行うようにしてもよい。

【００１２】前記熱交換装置は、第１及び第２の流路
と、熱交換器と、前記第１及び第２の流路を択一的に前
記熱交換器と前記燃料電池の空気流通路の出口との間に
接続させる流路切替手段とを含み、前記第１の流路は、
前記燃料電池から排出されるガスを排気側放熱器及び膨
張器を介して前記熱交換器に導入して前記熱交換器に吸
熱を起こさせるものであり、前記第２の流路は、前記燃
料電池から排出されるガスを直接に前記熱交換器に導入
して前記熱交換器に放熱を起こさせるもであり、前記熱
交換器の吸熱又は放熱により車室内の空調を行うように
してもよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１を参照して、本発明の第１の
実施の形態に係る空気調和装置について説明する。

【００１４】この空気調和装置は、水素と酸素とを用い
る燃料電池１を走行動力源とした自動車に搭載されるも
のである。ここで使用する燃料電池１は、上述した特開
昭６３−１３５７５５号公報や特開平３−７６１３号公
報に記載されたものと同様なものであり、水素を供給さ
れるアノード室２と酸素の供給のために空気を通されカ
ソード室として働く空気流通路３とを有する。水素と空
気の供給に応じ、燃料電池１は発電し電力出力装置４よ
り電力を出力する。この電力により、自動車が駆動され
る。なお、燃料電池１を冷却するために冷却手段５を備
えている。

【００１５】燃料電池１の空気流通路３の入口には、給
気側放熱器６を介して圧縮機７が接続されている。圧縮
機７は駆動モータ８にて駆動され、大気から例えば２０
℃で１気圧の空気を取り込み、給気側放熱器６を通して
空気流通路３に給気する。給気側放熱器６ではファンモ
ータ９にて放熱を促進される。こうして、例えば７０℃
で３気圧の空気が空気流通路３に送り込まれる。なお、
駆動モータ８及びファンモータ９は、自動車に搭載され
ているバッテリー１１にて駆動される。

【００１６】燃料電池１で発電した結果、それの空気流
通路３の出口からは例えば８０℃で３気圧のガスが排気
される。このガスの温度を利用するため、空気流通路３
の出口に排気側放熱器１２が接続されている。この排気
側放熱器１２は車室内に連通し得る部屋に配される。し
たがって、排気側放熱器１２からの放熱により車室内の
暖房を行うことができる。ここで、排気側放熱器１２を
熱交換装置と呼ぶ。

【００１７】図２を参照して、本発明の第２の実施の形
態に係る空気調和装置について説明する。図１と同様な
部分には同じ符号を付して説明を省略する。

【００１８】この空気調和装置においては、排気側放熱
器１２の出口に膨張器１４を介して熱交換器１５が接続
されている。熱交換器１５は車室内に連通し得る部屋に
配される。燃料電池１の空気流通路３の出口からは例え
ば８０℃で３気圧のガスが排気される。このガスは排気
側放熱器１２に導入されて放熱し、例えば３０℃で３気
圧のガスになる。このガスは膨張器１４を経て例えば−
１０℃で１気圧のガスになる。このガスは、熱交換器１
５が吸熱器として働くことで吸熱し、例えば２０℃で１
気圧のガスとして排気される。この時、熱交換器１５で
の吸熱により車室内の冷房を行うことができる。この場
合、排気側放熱器１２、膨張器１４、及び熱交換器１５
を合わせて熱交換装置と呼ぶ。

【００１９】図３を参照して、本発明の第３の実施の形
態に係る空気調和装置について説明する。図２と同様な
部分には同じ符号を付して説明を省略する。

【００２０】この空気調和装置は、さらに、排気側放熱
器１２及び膨張器１４を含む第１の流路１６に対し並列
な第２の流路１７と、第１及び第２の流路１６，１７を
択一的に熱交換器１５と燃料電池１の空気流通路３の出
口との間に接続させる流路切替手段１８とを含んでい
る。第１の流路１６は、上述したように、燃料電池１か
ら排出されるガスを排気側放熱器１２及び膨張器１４を
介して熱交換器１５に導入してその熱交換器１５に吸熱
を起こさせるものである。第２の流路１７は、燃料電池
１から排出されるガスを直接に熱交換器１５に導入して
その熱交換器１５に放熱を起こさせるものである。なお
熱交換器１５は車室内に連通し得る部屋に配されてい
る。

【００２１】この空気調和装置においては、流路切替手
段１８が燃料電池１の空気流通路３を第１の流路１６に
接続させているときには、熱交換器１５が吸熱器として
働き車室内を冷房することができる。この場合、熱交換
器１５からは例えば２０℃で１気圧のガスが排出され
る。また、流路切替手段１８が燃料電池１の空気流通路
３を第２の流路１７に接続させているときには、熱交換
器１５が放熱器として働き車室内を暖房することができ
る。この場合、熱交換器１５からは例えば２０℃で３気
圧のガスが排出される。ここでは、排気側放熱器１２、
膨張器１４、熱交換器１５、第２の流路１７、及び流路
切替手段１８を合わせて熱交換装置と呼ぶ。

【００２２】なお膨張器１４で仕事を外部に取り出すよ
うに構成することもできる。

【００２３】その他、燃料電池１で発電しない場合、つ
まり、燃料電池１を使わないで、搭載しているバッテリ
ーのみで自動車が走行するような場合には、給気側放熱
器６から７０℃で３気圧の空気を燃料電池１の空気流通
路３を通さず流路切替手段１８に直に接続するようにバ
イパス通路手段を設けておけば、上記本発明の第３の実
施の形態と同様に流路切替手段１８を第１の流路１６に
接続させているときには熱交換器１５が吸熱器として働
き、車室内を冷房することができる。同様に、流路切替
手段１８が第２の流路１７に接続されているときには、
車室内を暖房することができる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
燃料電池を走行動力源とした自動車に適した空気調和装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る空気調和装置
の概略説明図。

【図２】本発明の第２の実施の形態に係る空気調和装置
の概略説明図。

【図３】本発明の第３の実施の形態に係る空気調和装置
の概略説明図。

【符号の説明】

１ 燃料電池 ２ アノード室 ３ 空気流通路 ６ 給気側放熱器 ７ 圧縮機 １２ 排気側放熱器 １４ 膨張器 １５ 熱交換器 １６ 第１の流路 １７ 第２の流路 １８ 流路切替手段

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水素と空気とを用いる燃料電池を走行動
   力源とした自動車のための空気調和装置において、前記
   燃料電池の空気流通路の出口に接続され該空気流通路か
   ら出るガスと前記自動車の車室内空気とを熱交換する熱
   交換装置を備え、前記熱交換装置により車室内の空気調
   和を行うことを特徴とする空気調和装置。
2. 【請求項２】 前記燃料電池の空気流通路の入口に接続
   され大気から空気を前記燃料電池に供給する圧縮機を含
   む請求項１記載の空気調和装置。
3. 【請求項３】 前記圧縮機と前記燃料電池の空気流通路
   の入口との間に接続され、前記燃料電池に供給される空
   気の放熱を行う給気側放熱器を含む請求項２記載の空気
   調和装置。
4. 【請求項４】 前記熱交換装置は、前記燃料電池の空気
   流通路の出口に接続され放熱を行う排気側放熱器を含
   み、前記排気側放熱器の放熱により車室内の暖房を行う
   請求項１〜３のいずれかに記載の空気調和装置。
5. 【請求項５】 前記熱交換装置は、前記燃料電池の空気
   流通路の出口に接続され放熱を行う排気側放熱器と、前
   記排気側放熱器の出口に膨張器を介して接続され吸熱を
   行う吸熱器とを含み、前記吸熱器の吸熱により車室内の
   冷房を行う請求項１〜３のいずれかに記載の空気調和装
   置。
6. 【請求項６】 前記熱交換装置は、第１及び第２の流路
   と、熱交換器と、前記第１及び第２の流路を択一的に前
   記熱交換器と前記燃料電池の空気流通路の出口との間に
   接続させる流路切替手段とを含み、前記第１の流路は、
   前記燃料電池から排出されるガスを排気側放熱器及び膨
   張器を介して前記熱交換器に導入して前記熱交換器に吸
   熱を起こさせるものであり、前記第２の流路は、前記燃
   料電池から排出されるガスを直接に前記熱交換器に導入
   して前記熱交換器に放熱を起こさせるものであり、前記
   熱交換器の吸熱又は放熱により車室内の空調を行う請求
   項１〜３のいずれかに記載の空気調和装置。