JP2009090793A - Cooling apparatus for moving body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車、列車、あるいは船舶等移動体の室内冷房に適合した水の気化冷却を利用した冷房装置に関する。 The present invention relates to a cooling device using evaporative cooling of water suitable for indoor cooling of a moving body such as an automobile, a train, or a ship.
従来の冷房方法には、コンプレッサーを用いたヒートポンプによる方法、ペルチェ効果を用いた方法、吸着剤を用いた方法、あるいは水の気化熱を用いた方法等種々の方法がある。 Conventional cooling methods include various methods such as a method using a heat pump using a compressor, a method using a Peltier effect, a method using an adsorbent, and a method using the heat of vaporization of water.
中でも水の気化冷却を利用した方法は、その構成の簡易さおよび省エネルギー性から、住宅用として(特許文献1、特許文献4)あるいは炎天下に駐車中の車両用として(特許文献2、特許文献3)古くから注目を集めている。
しかし、特に冷房を必要とする夏季においては大気の湿度が高く水の蒸発によって必要とする冷却力が得にくいこと、室内で使用する場合は必要以上に湿度が増してしまう恐れがあること、等の問題から広く普及するに至っていないのが現状である。
Among them, the method using vaporization cooling of water is for residential use (
However, especially in the summer when cooling is required, the atmospheric humidity is high and it is difficult to obtain the cooling power required by water evaporation, and the humidity may increase more than necessary when used indoors, etc. Due to this problem, it has not been widely spread.
本発明は、自動車、列車、あるいは船舶等移動体の特性を生かして移動体室内の冷房を行う冷房装置を実現しようとするものである。 The present invention seeks to realize a cooling device that cools the interior of a moving body by utilizing the characteristics of a moving body such as an automobile, a train, or a ship.
本発明は、移動体の移動による生じる空気の流れを利用して効率的・効果的に水の気化冷却を促進して移動体室内の冷房を行おうとするものであって、装置は気化冷却機能と移動体室内冷房機能から構成する。 The present invention aims to cool the interior of a mobile body by efficiently and effectively promoting the evaporative cooling of water using the air flow generated by the movement of the mobile body. And mobile room indoor cooling function.
気化冷却機能は、貯水装置、貯水装置から供給される水分を気化されやすい状態に変換する霧化装置、霧化装置によって霧化された後気化されずに残った水分を回収する回収装置、前記霧化装置および回収装置を内蔵し、開口部から取り込んだ空気の熱エネルギーによって前記霧化装置で霧化された水分を気化して前記取り込んだ空気を冷却する空気管、から構成する。 The evaporative cooling function is a water storage device, an atomization device that converts water supplied from the water storage device into a state that is easily vaporized, a recovery device that recovers water remaining after being atomized by the atomization device, An atomizing device and a recovery device are built in, and an air pipe that cools the taken-in air by evaporating the water atomized by the atomizing device by the thermal energy of the air taken in from the opening.
また移動体室内冷房機能は前記気化冷却機能によって冷却された空気を流す空気管に接続した移動体室内冷房機能中の空気管と、前記移動体室内冷房機能中の空気管に移動体室内の風を吹きつけて熱交換することによって移動体の室内を冷房する送風装置から構成する。 The moving body indoor cooling function includes an air pipe in the moving body indoor cooling function connected to an air pipe through which air cooled by the evaporative cooling function flows, and an air pipe in the moving body room cooling function connected to the air pipe in the moving body indoor cooling function. It is comprised from the air blower which cools the room | chamber interior of a moving body by blowing and heat-exchanging.
ここで、貯水装置への水の補給は、移動体停止中の外部からの給水の他に、移動体の駆動動作あるいは移動補助動作に際して発生する水分、たとえば移動体が燃料電池車の場合、燃料電池で電気エネルギーを生成する際に生じる水分、あるいは前記回収装置で回収される水分等、によって行われる。 Here, in addition to water supply from the outside while the moving body is stopped, water supply to the water storage device is not limited to water generated during the driving operation or movement assisting operation of the moving body, for example, when the moving body is a fuel cell vehicle, This is performed by moisture generated when generating electric energy in the battery, moisture collected by the collecting device, or the like.
気化冷却機能への外気の取り込みは、移動体の移動によって生じる外気の流れをもっとも効率的に取り込みやすい形状・取り付け形態とする。
例えば空気管の吸気用開口部を移動体の移動の向きに設け、さらに空気管は移動体の移動方向に平行に設置する。
但し、前記空気管を含む気化冷却機能全体は、移動体としての機能・性能に悪影響を及ぼさず且つデザイン的に違和感のない形状・状態とする。
The intake of the outside air into the evaporative cooling function is made into a shape / attachment form in which the flow of the outside air generated by the movement of the moving body is most easily taken up.
For example, the intake opening of the air pipe is provided in the direction of movement of the moving body, and the air pipe is installed parallel to the moving direction of the moving body.
However, the entire evaporative cooling function including the air pipe has a shape / state that does not adversely affect the function / performance of the moving body and does not give a sense of incongruity in design.
また気化冷却機能における水の気化に関しては、前記貯水機能中の水を、簡易な構成で気化が効率的の行われるような状態とする。
例えば水分を含みやすく且つ水分を多量に含んだ状態での空気との接触面積が大きくなる多孔質セラミック材料あるいはフェルト状含繊維材料に水分を含浸せしめる、あるいは噴霧機により霧化して噴射する、ことによって水分による空気の熱エネルギー吸収を効率化する。
Regarding the water vaporization in the evaporative cooling function, the water in the water storage function is brought into a state where vaporization is performed efficiently with a simple configuration.
For example, impregnating a porous ceramic material or felt-like fiber-containing material that easily contains water and has a large contact area with air in a state containing a large amount of water, or atomizes and sprays it with a sprayer. This makes it possible to efficiently absorb the heat energy of air by moisture.
また、本移動体用冷房装置における外気温、移動体の移動速度等の移動体室内温度変動要因に対応しての温度調節は、設定温度に対して気化させるべき水量、即ち前記多孔質セラミック材料等に含浸させる水量あるいは霧化水量、あるいは空気管への外気取り込み量、のフィードバック制御によって行う。 In addition, the temperature adjustment corresponding to the temperature fluctuation factors in the moving body such as the outside air temperature and the moving speed of the moving body in the cooling apparatus for the moving body is the amount of water to be vaporized with respect to the set temperature, that is, the porous ceramic material. This is performed by feedback control of the amount of water to be impregnated or the like, the amount of atomized water, or the amount of outside air taken into the air pipe.
上記の如く水の気化冷却を利用した移動体の冷房装置を構成・動作させることは、
移動体の移動によって外気の取り込みが効果的・効率的に行われること、
気化される水分の補給は移動体停止時での給水の他に、移動体の駆動用エネルギー生成あるいは移動体移動の補助動作、例えば本発明による冷房動作を含む空調動作、によって発生する水分の有効利用により移動体停止時における給水頻度・給水量を低減できること、
移動体内の種々の冷房温度変動要因に対応しての温度調節も比較的簡易に行うことができること、
等有効である。
As described above, configuring and operating a cooling system for a moving body using vaporization cooling of water
Taking in outside air effectively and efficiently by moving the moving body,
In addition to water supply when the moving body is stopped, the supply of water to be vaporized is effective for the generation of driving energy for the moving body or the auxiliary operation for moving the moving body, for example, the air conditioning operation including the cooling operation according to the present invention. The use can reduce the frequency and amount of water supply when the moving body is stopped,
Temperature adjustment corresponding to various cooling temperature fluctuation factors in the moving body can be performed relatively easily,
Etc. are effective.
特に移動体が燃料電池の生成する電気エネルギーを駆動元とする燃料電池車等の場合、電気エネルギー生成の結果として得られる水分の有効活用を図ることができる。 In particular, in the case of a fuel cell vehicle or the like in which the moving body is driven by electric energy generated by the fuel cell, it is possible to effectively use moisture obtained as a result of electric energy generation.
以上の如く本発明による冷房装置は、移動体における冷房装置に水の気化冷却を利用することに際しての問題点を解決しつつ冷房装置としての簡易化、エネルギー消費の削減が可能となることから将来の移動体用冷房装置あるいは移動体用冷房装置の補助装置として有効である。 As described above, the cooling device according to the present invention can simplify the cooling device and reduce energy consumption while solving the problems in using vaporization cooling of water for the cooling device in the moving body. It is effective as a cooling device for moving bodies or an auxiliary device for a cooling device for moving bodies.
上記の如く本発明による冷房装置を適用する移動体としては、移動のためのエネルギー消費あるいは移動の補助動作の結果として多量の水分が得られる、例えば燃料電池を動力エネルギー源とする自動車等の、移動体が有効である。 As described above, as a moving body to which the cooling device according to the present invention is applied, a large amount of water can be obtained as a result of energy consumption for movement or auxiliary operation for movement, such as an automobile using a fuel cell as a motive energy source, The moving object is effective.
また、空気管中への気化のための水分の供給方法としては、気化に使用できる位置、スペース等から考えて最も効果的に気化冷却を行える方式として噴霧による方式が有効である。 In addition, as a method for supplying moisture for vaporization into the air pipe, a spray method is effective as a method for performing vaporization cooling most effectively in consideration of a position, a space, and the like that can be used for vaporization.
また、外気の取り込みに際し移動体の走行による外気の流れだけでは空気管内への空気取り込み量あるいは空気流速が不十分の場合は外気の強制取り込み用ファンの利用、即ち吸気および排気に際してのファンの活用、も有効である。
この場合、移動体内の冷房温度の調整は、上記気化水量の調整に加えて上記外気取り込み用ファンによる外気取り込み量の調整によっても行うことができる。
In addition, when taking in the outside air, if the amount of air taken into the air pipe or the air flow velocity is insufficient only by the flow of the outside air due to the traveling of the moving body, use of a fan for forcibly taking in outside air, that is, use of the fan for intake and exhaust Is also effective.
In this case, the cooling temperature in the moving body can be adjusted not only by adjusting the amount of vaporized water but also by adjusting the amount of outside air taken in by the outside air intake fan.
また、空気管内において気化を効率的に行うため、あるいは高湿度状態での空気管からの外部への排気を防止するため、空気管の吸・排気開口部周辺にシリカゲルあるいは無機塩類等の吸湿財を装着して除湿を行うことも有効である。 In addition, in order to efficiently vaporize in the air pipe or to prevent exhaust from the air pipe to the outside in a high humidity state, moisture absorbing goods such as silica gel or inorganic salts are provided around the suction and exhaust openings of the air pipe. It is also effective to dehumidify by wearing
図1に本発明による水の気化冷却を利用した移動体用冷房装置の機能構成例を示す。
図1において、
1は、移動体であり、本例においては燃料電池車を想定する。
2は、移動体1の移動の妨げとならない部分、例えば自動車の底部、に装着された気化冷却部であり、貯水装置3、空気管4、霧化装置5、および回収装置6で構成される。
FIG. 1 shows an example of the functional configuration of a moving body cooling apparatus using evaporative cooling of water according to the present invention.
In FIG.
3は、移動体の停止中に外部から給水されて貯水する、
燃料電池による電気エネルギー生成の結果発生する水分あるいはその他の移動体の駆動エネルギー生成動作・移動補助動作によって発生する水分を貯水する、
あるいは後述の回収装置6によって回収した水分を貯水する、
貯水装置、
3, the water is supplied from outside while the moving body is stopped,
Stores water generated as a result of electric energy generation by the fuel cell or water generated by the driving energy generation operation / movement assist operation of other moving objects,
Or the water | moisture content collect | recovered with the collection | recovery apparatus 6 mentioned later is stored.
Water reservoir,
4は、移動体の移動の向きに吸気用開口部を持ち、移動体の移動方向に平行に設置された空気管であり、本空気管4は外部との断熱を行うため断熱材によって構成される。 Reference numeral 4 denotes an air pipe that has an intake opening in the moving direction of the moving body and is installed in parallel to the moving direction of the moving body. The air pipe 4 is made of a heat insulating material to insulate from the outside. The
5は、空気管4に取り付けられ、貯水装置2に蓄えられている水を霧化して空気管内部に噴射する霧化装置であって、本霧化装置5によって噴霧された水分が空気管4中を後述の接続管7経由空気管8方向に通過する空気の熱エネルギーを気化エネルギーとして吸収して水分を気化し空気管4中の空気は冷却される。
6は、霧化装置5によって霧化された水分中吸気管4を通過する空気によって気化されずに残った水分を回収する回収装置であって、本回収装置6による前記気化されずに残った水分の回収効率を上げるため、回収装置6周辺から回収装置6までの間に水分回収用スリットを設ける、あるいは空気管4は回収装置6に対して水分が回収されやすいような勾配を持った取り付け関係とする、等の配慮が必要である。
6 is a recovery device that recovers the water remaining without being evaporated by the air passing through the moisture intake pipe 4 atomized by the
7は、空気管4の冷却された空気を空気管8に供給する接続管であり、本接続管7は空気管4同様断熱材で構成される。ただし本接続管7は空気管4から空気管8への接続を容易にするため可橈性を有することが望ましい。
7 is a connection pipe for supplying the air cooled by the air pipe 4 to the
8は、熱の良導体によって構成された空気管であり、空気管4において冷却された空気が本空気管8を通過する際には空気管8外部からファン(図示せず)を用いての移動体室内の空気を吹きつけることによって熱交換し移動体室内を冷房する。
9は、移動体室内に設けられ、空気管8、および空気管8に熱交換のため室内の空気を吹きつけるファン(図示せず)で構成される室内冷房部、
である。
9 is an indoor air-conditioning unit that is provided in the moving body room and includes an
It is.
ここで空気管4の開口部は、外気が効率的に空気管に導入されるように、移動体の移動の向きに開口している。
また空気管4は、開口部で導入された外気が効率的に霧化装置から発生した霧化水分を気化できるよう移動体1の移動方法に平行に設置される。
Here, the opening of the air pipe 4 opens in the direction of movement of the moving body so that the outside air is efficiently introduced into the air pipe.
Moreover, the air pipe 4 is installed in parallel with the moving method of the
さらに空気管4における吸気および空気管8からの排気を効果的に行うため、空気管4の開口部に吸気用ファンを、また空気管8の排気用開口部に排気用ファンを、各々設けて吸気および排気を効率的に行うことも効果がある。
また前記吸気用ファン、排気用ファンの吸気量、排気量をそれらファンの回転数を制御することによって制御し、気化量の制御、最終的には移動体室内温度を制御することもできる。
Further, in order to effectively perform intake air in the air pipe 4 and exhaust from the
Further, the intake air amount and the exhaust air amount of the intake fan and the exhaust fan can be controlled by controlling the rotation speed of the fans, and the vaporization amount, and finally the moving body indoor temperature can be controlled.
実施例1においては空気管の断面形状は円形と想定しているが、必ずしも円形である必要はない。
例えば、実施例1における空気管4の断面形状を長辺に比べ短辺が極短い矩形とし、空気管の外気取り込み用開口部付近に給水口を長辺に沿って設け、開口部から取り込む外気の流れによって水分の拡散と気化を合わせて行う方法もある。
In the first embodiment, it is assumed that the cross-sectional shape of the air pipe is circular, but it is not necessarily circular.
For example, the cross-sectional shape of the air pipe 4 in the first embodiment is a rectangle whose short side is extremely short compared to the long side, and a water supply port is provided along the long side in the vicinity of the outside air intake opening of the air pipe. There is also a method in which moisture is diffused and vaporized by the flow of water.
実施例1においては、気化冷却部2と室内冷房部9は分離しているが、気化冷却部2を冷房を行うべき室内に設置し、気化冷却部2を構成する空気管4に室内の空気を吹きつけて熱交換を行い室内を冷房する方法もある。
In the first embodiment, the
上記の如く本発明による水の気化熱を利用した移動体用冷房装置は、簡易な構成で安価に且つエネルギー消費の少ない冷房の実現を可能にするものであり、例えば燃料電池車のごとき移動体の移動エネルギー生成時に水分を発生する移動体に応用する場合においては、前記エネルギー生成時付加的に発生した水分を効果的に活用することができ特に有効である。 As described above, the cooling device for moving bodies using the heat of vaporization of water according to the present invention enables realization of cooling with a simple configuration at low cost and low energy consumption. For example, a moving body such as a fuel cell vehicle In the case of application to a mobile body that generates moisture during the generation of kinetic energy, it is particularly effective because the moisture generated during the generation of energy can be effectively utilized.
また、本冷房装置を単独で使用するだけでなく、例えば自動車におけるカーエアコンのごとき従来方式の冷房装置あるいは空調装置の補助装置として併用することによってトータル的に効率化・省エネルギー化を図ることもできる。 In addition to using this cooling device alone, it is possible to achieve total efficiency and energy saving by using it as a conventional cooling device such as a car air conditioner in an automobile or an auxiliary device for an air conditioning device. .
図1において、
1:移動体、
2:気化冷却部、
3:貯水装置、
4:空気管、
5:霧化装置、
6:回収装置、
7:接続管、
8:空気管、
9:室内冷房部、
である。
In FIG.
1: moving object,
2: Evaporative cooling section,
3: Water storage device,
4: Air pipe,
5: Atomizing device,
6: Collection device,
7: Connecting pipe,
8: Air pipe
9: Indoor cooling section,
It is.
Claims (4)
The cooling apparatus for moving bodies is characterized in that the adjustment of the cooling temperature is performed by controlling the amount of moisture supplied into the air pipe to be vaporized and / or the amount of outside air taken in the opening of the air pipe.
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