JP2012153253A - 温調システム - Google Patents

Abstract

【課題】電気自動車等において、寒冷地等においても自動車としての能力の低下を防ぐことができ、快適に走行等させることができるように自動車各部の温度を効率良く調節可能なシステムを提供する。
【解決手段】少なくとも、車輪をモーターで駆動させるための二次電池または燃料電池を搭載したモーター室と車室を備えた自動車において、自動車各部の温度を調節する温調システムであって、少なくとも、触媒と燃料タンクを備えた１つ以上の触媒ヒーターを有し、該触媒ヒーターは、触媒に酸化性ガスと燃料タンクからの燃料が供給されることで熱を発生させるものであり、触媒に供給されて発生した熱によって暖められたガスのうち少なくとも一部が触媒に循環して供給されており、該触媒ヒーターにより発生する熱を利用して自動車各部の温度を調節するものである温調システム。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば電気自動車やハイブリッド（ガソリンエンジン＋電気）車、燃料電池自動車のように、二次電池や燃料電池を利用して車輪をモーターで駆動させる自動車の各部の温度を調節するシステムに関する。

近年、環境問題の一つとして二酸化炭素の増加が挙げられている。二酸化炭素は地球温暖化の要因の一つとして挙げられており、その発生、例えば自動車等から排出されるガス量を抑制しようとしている。

そこで、二酸化炭素を排出しない、あるいは、従来品に比べて二酸化炭素の発生を抑制可能な電気自動車やハイブリッド車、燃料電池自動車など（以下、電気自動車等と呼ぶ）の開発に期待が寄せられている（特許文献１参照）。

これらの電気自動車等は、上記のように環境問題への対策として有効なものであるが、一方で自動車自体の性能に関して問題点が挙げられている。

例えば、寒冷地など気温が低くなると、その電気自動車等の始動が比較的スムーズに行われなくなってしまう。また、走行自体の能力も低下してしまう。
また、寒冷地においては座席等が冷えてしまっている。
そこで、温度が低下している二次電池を温めて良好な放電温度特性を得ることでスムーズな始動や走行を図ったり、快適な環境下で走行等できるように冷えた座席等を温めることが考えられる。

しかしながら、電気自動車等においては、そのために二次電池に充電した電力をヒーター等で消費してしまうと、その分だけ、これらの電気自動車等の航続距離が落ちてしまう。そのため、二次電池であれば充電頻度も高くなり、電池自体のライフも短くなる。燃料電池においても燃料の消費が早くなる。

特開平１０−１４７１３８号公報

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、電気自動車等において、寒冷地等においても自動車としての能力の低下を防ぐことができ、快適に走行等させることができるように自動車各部の温度を効率良く調節可能なシステムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも、車輪をモーターで駆動させるための二次電池または燃料電池を搭載したモーター室と、人が乗るための車室を備えた自動車において、該自動車に組み込まれ、自動車各部の温度を調節する温調システムであって、前記温調システムは、少なくとも、触媒と該触媒に燃料を供給するための燃料タンクとを備えた１つ以上の触媒ヒーターを有しており、前記触媒ヒーターは、前記触媒に酸化性ガスと前記燃料タンクからの燃料が供給されることで熱を発生させるものであり、前記触媒に供給されて発生した熱によって暖められたガスのうち少なくとも一部が前記触媒に循環して供給されており、該触媒ヒーターにより発生する熱を利用して自動車各部の温度を調節するものであることを特徴とする温調システムを提供する。

このように、本発明の温調システムでは、まず、触媒ヒーターにおいて、燃料とともに酸化性ガスが触媒に供給され、発生した熱によって暖められたガスのうち少なくとも一部が触媒に循環して供給されるようになっている。このような仕組みを有しているため、触媒上での反応後のガスの中の、未反応の酸化性ガスや燃料を循環させて触媒に繰り返し供給することができ、そこで改めて反応させることが可能である。したがって、供給した酸化性ガスと燃料を、触媒上を一度だけ通過させて反応させる場合に比べ、未反応のまま車外へ排出等されるのを防ぐことができるため、格段に効率良く反応させることができるとともに、循環させるガスの温度をより高温化させることができ、より多くの熱を発生させることが可能である。これによりコストの低減とともに、温調システムの熱源として十分な機能を発揮することができる。

また、循環により効率良く熱を発生できる仕組みとなっているため、必要な熱量を得るのに大掛かりな仕組みで触媒ヒーター自身が大きくなるのを防ぎ、コンパクトなものとなる。そのため、触媒ヒーターをポータブルな仕組みとすることもでき、触媒が劣化した場合等における触媒ヒーターの回収・交換や、触媒のリサイクル等の作業を簡便に行うことが可能である。
また、コンパクト化のため、自動車内部における触媒ヒーターの占めるスペースの割合を小さくすることができることから、自動車のデザインの自由度を高めることができる。

そして、この触媒ヒーターにより発生する熱を利用して自動車各部の温度を調節するものであるので、ヒーター等のために二次電池等の電力を消費する必要性を極めて抑制することができる。そして、その分、従来よりも車輪の駆動に電力をまわすことができ、航続距離を伸ばすことができる。

また、車輪の駆動に電力をより多くまわすことができるため、二次電池の充電の頻度を従来に比べて減らすことができ、電池自体のライフを延ばすことができるし、燃料電池においても、車輪駆動以外のための燃料の消費を抑制することができる。

このように、二次電池等の電力を消費することなく、触媒ヒーターによって効率良く熱を発生させてその熱を利用し、自動車各部の温度を簡便に調節することができる。それによって、寒冷地など外気温が低い場合においても、本システムで例えば二次電池を温めることで自動車としての能力が低下するのを防ぐことができるし、座席等を含めた車室内環境の改善を図ることが可能である。

このとき、前記温調システムは前記触媒に前記酸化性ガスを供給するための供給用ファンをさらに備えており、該供給用ファンは走行時のラム圧を利用して回転可能なものとすることができる。
このようなものであれば、走行時における酸化性ガスの供給のため、供給用ファンの回転に要する二次電池等の電力の消費を極力抑えることができる。そのため、航続距離の長距離化や、電池のライフの延長を図ることができる。

また、前記温調システムは熱電素子をさらに備えており、該熱電素子は温調システム内における温度差により発電を行うものとすることができる。
このようなものであれば、熱電素子により発電された電力を他の二次電池に蓄え、各種機器の電源として利用することが可能であり、その分、二次電池等の電力の消費を抑え、航続距離の長距離化や、電池のライフの延長を図ることができる。

また、前記燃料はメタノールとすることができる。
触媒ヒーターの燃料としてメタノールはよく用いられており、入手もしやすい。

また、前記触媒ヒーターはフィルターをさらに備えており、該フィルターを介して前記燃料が浸透気化されて前記触媒に供給されるものとすることができる。
このようなフィルターを備えることで、効率的に燃料を気化させて触媒に供給することができる。また、触媒に対して均一に燃料を供給し易くなる。

このとき、前記燃料タンクには燃料供給管が接続されており、該燃料供給管から重力により滴下された燃料が前記フィルターを介して前記触媒に供給されるものとすることができる。
このように、フィルター等に対して、燃料供給管から燃料を重力により滴下して供給するものであれば、フィルター等への燃料の供給にあたって電気モーター等を必要とせず、二次電池等の電力を消費させることがないため好ましい。

そして、前記触媒は白金および／またはパラジウムとすることができる。
触媒ヒーターの触媒として白金やパラジウムはよく用いられている。触媒反応における作用温度等に応じて使い分けたり同時に用いたりすることができる。

また、前記触媒ヒーターは前記触媒として同種または異種の複数の触媒を備えており、該複数の触媒が直列に配置されており、前記酸化性ガスと前記燃料が前記複数の触媒に対して順に供給可能なものであるか、前記複数の触媒が並列に配置されており、前記酸化性ガスと前記燃料が前記複数の触媒に対して別個に選択して供給可能なものとすることができる。

同種の触媒が直列に配置されていれば、酸化性ガスと燃料の触媒上での反応を繰り返して行うことができるため、反応しきれずに排出等されるのを防ぐことができ、効率良く熱を発生させることができる。
また、同種の触媒が並列に配置されていれば、一方の触媒が劣化した場合、他方の触媒に酸化性ガスと燃料を供給するように切り換えることができる。

異種の触媒の場合、例えば作用する温度が異なる触媒を直列に配置することで効率良く熱を発生させることができる。つまり、一方の触媒上で反応させて温度が上がった後、より作用温度の高い他方の触媒上を通過させることでさらに反応させて熱を発生させることができる。
並列に配置される場合でも、ガスの循環の際に、一方の触媒上での反応後のガスの温度等に応じて、他方のより作用温度の高い触媒上に選択的に供給することで効率良く熱を発生させることができる。ガス温度等に応じて触媒を適切に使いわけることで、触媒が劣化するのを抑えることができる。

前記温調システムは液媒体をさらに有しており、該液媒体が前記触媒ヒーターにより発生する熱を利用して加温されるとともに前記自動車各部に対して循環するものとすることができる。
このように触媒ヒーターと液媒体だけで自動車各部の温度を簡便に調節することができる。

このとき、前記触媒ヒーターにより発生する熱を前記液媒体に伝えるための熱交換器をさらに備えたものとするのが好ましい。
熱交換器を備えることで触媒ヒーターからの熱を効率良く液媒体に伝えて自動車各部の温度を調節することができる。

さらには、前記触媒に供給されて発生した熱によって暖められ、前記触媒に循環して供給されないガスが前記自動車各部に対して循環するものとすることができる。
このように触媒ヒーターからの熱によって暖められ、触媒への循環からはずれたガスを自動車各部の温度調節のために用いることができる。なお、上記の液媒体による温度調節と組み合わすことによって、液媒体で回収しきれなかったガス中の熱量を余すことなく温度調節のために用いることが可能になる。

また、前記温調システムは前記車室内を冷房する機能を具備しており、前記触媒ヒーターにより発生する熱を利用して、ヒートポンプ方式によって、前記車室内の空気が冷やされるものとすることができる。
このようにヒートポンプ方式によって、車室内の空気を冷やすこともできるため、気温の高い地域であっても車室内の環境を快適に保つことができる。しかも触媒ヒーターからの熱によるものなので、冷房のために二次電池等の電力を消費することもない。

また、前記温調システムは前記車室内を暖房する機能を具備しており、前記触媒ヒーターにより発生する熱を利用して、前記車室内の空気が暖められるものとすることができる。
このようなものであれば、車室内の暖房も行うことができ、寒冷地等であっても車室内の環境を快適に保つことができる。しかも触媒ヒーターからの熱によるものなので、暖房のために二次電池等の電力を消費することもない。

本発明の温調システムであれば、電気自動車等において、寒冷地等においても自動車等の各部の温度を簡便に、しかも効率良く調節することができ、それによって自動車等の能力の低下を防止し、快適な環境下で走行等させることができる。また、自動車各部を温めるにあたって二次電池等の電力の消費を極力抑えることができ、自動車の航続距離を伸ばしたり、電池のライフを伸ばすことができる。

この他、触媒ヒーターをコンパクトにすることができ、さらには自動車のデザインに影響を与えたり、整備時の作業を簡単にすることが可能である。

本発明の温調システムの一例を示す概略図である。 触媒ヒーターから発生する熱を利用して液媒体を加温する仕組みの一例を示す説明図である。 （Ａ）触媒ヒーターにおいて、複数の触媒が直列に配置されている場合の一例を示す説明図である。（Ｂ）触媒ヒーターにおいて、複数の触媒が並列に配置されている場合の一例を示す説明図である。 受け皿の配置の仕方の一例を示す説明図である。 ラム圧を利用した供給用ファンの回転の仕組みの一例を示す説明図である。 触媒ヒーターから発生する熱を利用して液媒体を加温する仕組みの他の一例を示す説明図である。 二次電池を温める仕組みの一例を示す説明図である。 座席を温める仕組みの一例を示す説明図である。 熱電素子をさらに備えた温調システムの一例を示す説明図である。 触媒ヒーターから発生する熱を利用して空調を行う仕組みの一例を示す説明図である。 触媒ヒーターから発生する熱を利用して暖房を行う仕組みの一例を示す説明図である。 触媒ヒーターから発生する熱を利用して冷房を行う仕組みの一例を示す説明図である。 実施例２における触媒体付近の温度とそれよりも下流域の温度の測定結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１に本発明の温調システム１の一例の概略を示す。なお、図１では、本発明の温調システム１が組み込まれた自動車２を合わせて図示している。
また、ここでは自動車２は二次電池を搭載した電気自動車を例に挙げて説明するが、その他ハイブリッド車（特には電気で駆動させる割合が高いもの）、燃料電池（および二次電池）を搭載した燃料電池自動車とすることもできる。

自動車２は人が乗るための車室３の他、モーター室４、車輪５を備えており、モーター室４内には二次電池６およびモーター７が搭載されている。車輪５は、二次電池６によってモーター７を回転させることで駆動させることができる。
なお、図１では、モーター室４は自動車２の下部に設けられているが、これに限定されず、他の条件に応じて適切な位置に設けることができる。

そして、このような自動車２に組み込まれた本発明の温調システム１の構成としては、送液管８、ポンプ９、触媒ヒーター１０、液媒体１１が挙げられる。
送液管８は環状になっており、温調する自動車各部（二次電池６や座席１２（図７、８参照）等）を経由して配設されている。該送液管８内には液媒体１１が収容されており、送液管８を通じて、ポンプ９によって温調される自動車各部を液媒体１１が循環可能になっている。

また、触媒ヒーター１０が配設されており、該触媒ヒーター１０によって発生する熱を利用して、送液管８内の液媒体１１が加温されるよう構成されている。そして、このように循環可能に送液管８内を流れる液媒体１１が加温されることにより、加温された液媒体１１が二次電池６や座席１２等の自動車各部を循環し、それらの温度を調節することができる。触媒ヒーター１０の個数は特に限定されず、必要に応じて複数用いることができる。

以下、本発明の温調システム１の各部についてさらに詳述する。
図２は、触媒ヒーターから発生する熱を利用して液媒体を加温する仕組みの一例を示すものである。
まず、触媒ヒーター１０についてさらに説明する。

触媒ヒーター１０は、触媒１３が担持された担体（触媒体１４）、燃料タンク１５、燃料を浸透気化するためのフィルター１６を有している。燃料タンク１５には燃料供給管１７が接続されており、該燃料供給管１７には燃料の滴下量を調節するための弁が設けられている。また、フィルター１６は受け皿１８上に載置して支持されている。

さらにダクト１９を備えており、その内部に、フィルター１６、受け皿１８、触媒体１４が配置されている。このダクト１９は酸化性ガスを内部に供給するための供給口１９ａと、燃料と酸化性ガスが触媒上で反応後のガスの一部を排出可能な排出口１９ｂを有するとともに環状部１９ｃを有している。特に環状部１９ｃを有しているため、触媒上で反応した後のガスを循環させることができ、触媒体１４へ再度供給可能になっている。循環させる流量と排出させる流量の割合は、排出口１９ｂ付近に弁等を設けることによって調節することができる。

ダクト１９は供給口１９ａや排出口１９ｂを介して例えば車外へ通じており、触媒体１４に供給する空気等の酸化性ガスは、供給口１９ａを介して例えば車外から取り入れることができる。また、触媒１３上での反応に使用されなかった燃料や酸化性ガス、反応後の一部のガス等は、排出口１９ｂから車外へ排出することができる。

触媒１３としては、例えば、プラチナ、パラジウムが挙げられるが、これらに限定されず、ロジウム、イリジウム、ニッケル、鉄、ルテニウム、モリブデン、タングステン、スズ、ニオブ系あるいはチタン系の酸化物に炭素および窒素を配合したもの、及びそれらの組合せからなるものも挙げられる。さらには、一般的に触媒ヒーターで用いられる触媒を用いることができ、特にこれらに限定されない。
また、形状も特に限定されないが、表面積を大きくし、反応効率を上げるために、例えば１〜１００ｎｍの微粒子のものを用いると好ましい。

担体としては、例えば、アルミナ、シリカ、ゼオライト等のセラミック系、アルミニウム、ステンレス等の金属系、または、硝子繊維、ポリイミド、ＰＴＦＥ、炭化珪素、カーボン等のものが挙げられるが、特にこれらに限定されない。この他、一般的に触媒ヒーターで用いられる担体を用いることができる。
また、形状も特に限定されないが、例えば、効率を考慮してハニカム状のものを用いることができる。

これらの触媒１３、担体は、使用する燃料等に応じて適宜決定することができる。条件に応じて、触媒１３、担体を選択し、例えば触媒１３を担体に均一にコーティングすることにより、適切な触媒体１４を用意することができる。

また、触媒体１４を複数配置することもできる。図３（Ａ）に複数の触媒が直列に配置されている場合、図３（Ｂ）に並列に配置されている場合を示す。
まず、図３（Ａ）に示すように直列に配置されている場合、触媒体１４ａ、１４ｂが同種のものであれば、循環による効果に加えて、さらに酸化性ガスと燃料の触媒上での反応を一循環中に繰り返して行うことができるため、未反応の酸化性ガスと燃料の割合をさらに減少させることができる。したがって、一層効率良く、酸化性ガスと燃料を反応させ、熱を発生させることが可能である。

また、触媒体１４ａ、１４ｂが異種のものであれば、例えば作用する温度が異なる触媒を配置することでさらに効率良く熱を発生させることができる。このとき、上流側に作用温度の低い触媒体１４ａを配置し、下流側に作用温度の高い触媒体１４ｂを配置すると良い。このような配置であれば、触媒体１４ａ上で反応した後のガスは熱により暖められて温度が上昇する。そして次に、作用温度の高い触媒体１４ｂに供給することができるため、効率的に反応させることが可能である。

一方、図３（Ｂ）に示すように並列に配置されている場合、触媒体１４ａ、１４ｂが同種のものであれば、そのうちの一つを予備として配置しておくことができる。すなわち、まず一方の触媒体１４ａ側にのみ酸化性ガスと燃料を供給し、その触媒体１４ａが劣化した場合に弁等により切り替えて触媒体１４ｂに供給をすることができる。

また、触媒体１４ａ、１４ｂが異種のものであれば、例えば作用する温度が異なる触媒を配置し、供給されるガスの温度に応じて、適切な作用温度を有するほうの触媒側に弁等により切り替えることで、より効率的に反応させ、熱を発生させることが可能である。ガスの温度に対応して適切な触媒を選択することで、触媒の劣化を防ぎ、長持ちさせることができる。

また、燃料タンク１５は使用する燃料を適切に貯蔵することができるものであれば良い。大きさや形状等は、自動車２の内部のスペースに応じて適宜決定することができる。

そして、燃料タンク１５に接続されている燃料供給管１７の形状、数等は特に限定されない。適切に燃料をフィルター１６や受け皿１８に滴下することができるものであれば良い。
このような燃料供給管１７を備え、弁等を用いて滴下量を調節しつつ、重力により燃料の滴下を行うものであれば、燃料供給にあたって電気モーター等を用いる必要性をなくすことができ、二次電池等の電力を使用することもなく好ましい。

次に、フィルター１６としては、例えば、プリーツ状に加工されたメッシュのＳＵＳ等にコットン等を巻きつけたものとすることができるが、ガスの温度等を考慮し、より耐熱性の優れた材料を用いることができる。ＳＵＳそのものを用いることもでき、加工して毛管現象等により燃料を吸い上げて表面上に浸透させるものとすることもできる。あるいはシランカップリング剤等で表面処理を施しても良い。
このように滴下された燃料を浸透させやすく、通風により気化させやすいものであれば好ましく、その材料、形状、数等は特に限定されない。

また、受け皿１８は、フィルター１６を適切に載せて支持することができ、滴下された燃料を貯めることができるものであれば良く、その材料、形状、数等は特に限定されない。例えばＳＵＳを用いることができる。

受け皿１８の配置の仕方も特に限定されないが、例えば受け皿１８の下方に空間ができるようにダクト１９内に配置するのが好ましい。ダクト１９が円管で、受け皿１８の底が平らであるならば簡単にこのような空間を設けることができる。図４に受け皿１８を下方に空間を設けて配置した場合の一例を示す。
そして、図４のような配置であれば、暖められて循環するガスが受け皿１８の上方のみならず下方も通過することができ、それによって受け皿１８の下方からも受け皿１８中の燃料を温めることができ、燃料がより一層気化しやすくなり効率的である。
もちろん、燃料の供給方式、気化方式はこれらに限定されない。燃料タンクから触媒に燃料を供給して反応させることができれば、どのような方式でも採用することができる。

そして、燃料は、例えば、水素やメタノール、エタノール等のアルコール類、プロパン、ブタン等の炭化水素類などが挙げられるが、これらに限定されず、その都度、適切なものを用意することができる。特にはメタノールであれば、触媒ヒーターの燃料としてよく用いられているので好ましい。

触媒１３上での酸化性ガスと燃料との反応において水等が発生するのであれば、ダクト１９にそれを捕集するためのトラップ２０を設けておくと良い。このように、触媒１３上での反応に不要なものを取り除くと効率的である。

なお、酸化性ガスをダクト１９内に効率良く導入するために、温調システム１として供給用ファン２１をさらに備えることができる。この供給用ファン２１はダクト１９内に設けられている。例えば車外から、防塵フィルター等を通して、酸化性ガスをダクト１９内に供給することができるものであれば良く、その種類、数等は特に限定されない

特には、走行時のラム圧を利用して回転可能なものとすることができる。図５に、ラム圧を利用した供給用ファンの回転の仕組みの一例を示す。
図５に示す回転の仕組みは、供給用ファン２１の他、外気用ファン２２と、該外気用ファン２２が内部に配設された外気用ダクト２３を有している。外気用ダクト２３は車外につながっており、外気が内部を通過可能になっている。また、外気用ファン２２は、傘歯車等を用いて自身の回転を供給用ファン２１に伝達する機構を有している。
すなわち、走行時には外気が外気用ダクト２３内に入り込み、外気用ダクト２３内を通過し、内部の外気用ファン２２がラム圧によって回転し、この外気用ファン２２の回転が伝達機構で伝達されることで、供給用ファン２１が回転する仕組みになっている。

外気用ファン２２の、供給用ファン２１に回転を伝達する機構は特に限定されず、供給用ファン２１に回転を伝達できるものであれば良い。
例えば、図５では単純に傘歯車を用いて外気用ファン２２の回転を供給用ファン２１に伝達している。また、供給用ファン２１および外気用ファン２２は共に水車状のファンであり、互いに軸心を共有した同軸とすることもできる。すなわち、外気用ファン２２がラム圧で回転することで、同軸の供給用ファン２１が回転可能な機構である。

あるいは、別個に蓄電池が配設され、該蓄電池に外気用ファン２２が接続されており、外気用ファン２２がラム圧で回転することにより蓄電池に蓄電され、これを用いて供給用ファン２１を回転させるような機構とすることも可能である。
当然、これらに限定されず、その都度、適切な回転機構を用意することができる。

次に、液媒体１１について説明する。
液媒体１１は、例えば、シリコーンオイル、フッ素系オイル、エチレングリコール等が挙げられるが、これらに限定されない。凝固等しにくく、効率良く、触媒ヒーター１０により発生する熱を受け取り、自動車各部に伝えることができるものであれば良い。

また、ポンプ９も特に限定されず、例えば従来からある一般的なものを用いることができる。液媒体１１を適切に自動車各部に送液することができればよく、配置位置、数等に関しても限定されず、その都度決定することが可能である。

次に、送液管８について述べる。
送液管８は、温度調節が必要な自動車各部に配設されていれば良く、その形状、本数等は特に限定されない。どこに送液管８を配設するかは、適宜決定することができる。

ここで、このような温調システム１を用いて、触媒ヒーター１０から発生する熱を利用して液媒体を加温する仕組み（熱交換器２４）について述べる。触媒ヒーター１０から液媒体１１へ効率良く熱を伝えることができれば良く、特に限定されない。例えば一般的な熱交換器を用いることができる。
図２に示す形態では、送液管８は、ダクト１９の環状部１９ｃのうち触媒体１４の下流付近を巻回するように設けられている。あるいは逆に、送液管８に対してダクト１９を巻回することもできる。

そして、自動車各部を温めるとき、ダクト１９内を通る空気が、触媒体１４中の触媒１３上へ供給されて、燃料タンク１５から供給された燃料と反応する。これによって熱が発生する。そして、触媒ヒーター１０から発生した熱や、それによって温められたダクト１９内の空気からの熱により、巻回された送液管８を通して液媒体１１が加温される。
このようにして加温された液媒体１１が自動車各部へと送液されることにより、自動車各部を温め、温度調節することができる。

このとき、空気と燃料は触媒１３上を一度通過するだけでは全て反応しきるのは難しく、実際には一部が未反応の状態でいる。また、一度だけの通過では、反応後のガス温度を熱交換するのに十分な高温に達しないこともある。
そこで、本発明の温調システム１における触媒ヒーター１０では、上述したように、ダクト１９が環状部１９ｃを有しているため、発生した熱によって暖められた空気のうち少なくとも一部を触媒１３に循環して供給することができる。そのため、触媒１３上での反応後のガスの中の、未反応の空気や燃料を循環させて触媒１３に繰り返して供給することができ、そこで改めて反応させることが可能である。

したがって、供給した空気と燃料を、触媒１３上を一度だけ通過させて反応させる場合に比べて格段に効率良く反応させることができ、より多くの熱を発生させることが可能である。また、一度暖められたガスを再度反応させるため、反応後のガスをより高温化させることができる。すなわち、効率良くより多くの熱エネルギーを得ることができ、ガス温度と液媒体等との温度差をより大きく保つことができ、効率良く熱交換できるとともに、自動車各部の温度調節を温度幅広く行うことができる。また燃料等を十分に利用することができ、コストの低減を図ることも可能である。

また、図６に、熱交換器の他の一例を示す。図６に示すように、この熱交換機２４の形態では、触媒ヒーター１０はさらに熱伝導体２５を有している。該熱伝導体２５は触媒１３を有する触媒体１４に接続されており、送液管８内に挿入されている。この熱伝導体２５は材質や形状等、特に限定されず、触媒１３上で発生した熱を効率良く送液管８内の液媒体１１に伝えることができるものを用いれば良い。

自動車各部を温めるとき、燃料タンク１５から燃料を、ダクト１９から空気等を触媒体１４に供給して反応させ、熱を発生させる。この発生した熱が熱伝導体２５に伝熱され、この熱伝導体２５を介して送液管８内の液媒体１１が温められ、それによって自動車各部が温められる。
このとき、同様に暖められた未反応の空気や燃料を循環させることができるので、熱伝導体をより効率良く高温にすることが可能である。

なお、温度を調節する自動車各部は特に限定されず、必要に応じて箇所を決定することができる。例えば、二次電池６や座席１２等が挙げられる。
図７に二次電池を温める仕組みの一例を示す。また、図８に座席を温める仕組みの一例を示す。いずれも液媒体１１が収容された送液管８が配設されており、加温された液媒体１１によって二次電池６や座席１２を温めることが可能である。

以下では、本発明の温調システムの他の例について述べる。
図９に示すように、例えば熱電素子をさらに備えたものとすることができる。なお、この熱電素子２６自体は特に限定されず、従来のもの等を使用することができる。
熱電素子２６は、温調システムのうち、例えば触媒ヒーター１０のダクト１９において、触媒体１４付近と、環状部１９ｃのそれより下流の位置（すなわち、暖められたガスが流れる箇所）に接続することができる。メタノールを燃料とし、白金やパラジウム等の触媒を用いた場合を例に挙げると、それら２点間の温度差は２００℃程度とすることができる（触媒体付近が２００℃程度、下流の位置（ガス温度）で４００℃以上）。このように本発明では大きな温度差を生じることができるため、熱電素子２６によって発電を行うことが可能である。

このようにして熱電素子２６によって発電された電力を別個の蓄電池等に蓄電することができる。そして、例えば、自動車始動前における供給用ファン２１の回転駆動等に用いることができる。走行時には上述したラム圧を用いた機構等により供給用ファン２１を回転させることができるため、二次電池６の電力を全く使わずに触媒ヒーター１０を作動させることが可能になる。また各種機器の電源とすることもできる。

また、図２に示す例では、触媒ヒーター１０において、触媒１３上に循環されないガスは車外へと排出されているが、排出口１９ｂ側を自動車各部にまで配設されている温調用ダクト２７に接続することができる（図８参照）。このようにすれば、熱交換器２４によって熱を液媒体１１に伝えたものの、ガス中に残っている熱量を、温調用ダクト２７を介して自動車各部にまで伝えることができる。廃熱まで利用することができ、触媒ヒーター１０により発生した熱を余すことなく利用できて効率的である。
図８に示す座席１２内には、送液管８の他、上記温調用ダクト２７が配設されている様子の一例が示されている。

また、車室３内と通じる空調用ダクトをさらに設け、触媒ヒーター１０により発生する熱を利用して車室３内を暖房、冷房することができる。
図１０に、触媒ヒーターから発生する熱を利用して空調を行う仕組みの一例を示す
自動車２内に空調用ダクト２８と空調用ファン２９が配設されている。車室３には、車室３内の空気を吸気するための吸気口３０や、車室３内に空気を送風するための送風口３１が形成されており、これらの吸気口３０や送風口３１は空調用ダクト２８とつながっている。

また、空調用ファン２９は空調用ダクト２８内に配設されており、この空調用ファン２９を回転させることで、吸気口３０から車室３内の空気を吸気し、空調用ダクト２８を通して送風口３１から車室３内に空気を送風可能になっている。
このような仕組みにより、車室３内の空気を循環することができる。

また、触媒ヒーター１０によって発生する熱を利用して、空調用ダクト２８内の空気が調和されるよう構成されている。そして、このように循環可能に空調用ダクト２８内を流れる空気が調和されることにより、車室３内の空気を調和することができる。

まず、触媒ヒーター１０を用いた車室３内の暖房の仕組みについて例を挙げて説明する。なお、当然、本発明はこれに限定されず、触媒ヒーター１０を用いた他の車室３内の暖房の仕組みとすることができる。
図１１に、触媒ヒーターを用いた車室内の暖房の仕組みの一例を示す。
図１１に示すように、この例では、触媒ヒーター１０はさらに熱伝導体２５’を有しており、空調用ダクト２８内に挿入されている。上記熱伝導体２５’は材質や形状等、特に限定されず、触媒１３上で発生した熱を効率良く空調用ダクト２８内の空気に伝えることができるものを用いれば良い。

暖房の際には、燃料タンク１５から燃料を、ダクト１９から空気等を触媒体１４に供給して反応させ、熱を発生させる。この発生した熱が熱伝導体２５’に伝熱され、この熱伝導体２５’を介して空調用ダクト２８内の空気が暖められ、それによって車室３内を暖房することができる。

次に、図１２に触媒ヒーターを用いた車室内の冷房の仕組みの一例を示す。
図１２に示すように、自動車２には、冷媒３２を収容する冷媒室３３がさらに配設されており、該冷媒室３３内を空調用ダクト２８が挿通している。また、触媒ヒーター１０が、冷媒室３３の近傍に配置されている。

冷媒３２としては、地球温暖化係数の低いフッ素系冷媒ＨＦＯ−１２３４ｙｆやＨＦＯ−１２３４ｚｆ、およびそれらの異性体、Ｒ−１３４ａなどのフッ素系冷媒、二酸化炭素、アンモニア、炭化水素系などが挙げられる。この他、一般的に使用される冷媒を用いることができる。
また、冷媒室３３の大きさや形状、冷媒室３３を挿通する空調用ダクト２８の配置等は特に限定されないが、後述するように、ヒートポンプ方式によって空調用ダクト２８内の空気が冷やされるように適宜決定することができる。
さらには、触媒ヒーター１０の配置も特に限定されないが、例えば、冷媒３２が溜まっている冷媒室３３の底付近に配置することができる。このような位置であれば、触媒ヒーター１０によって効率良く冷媒３２を加熱し、気化させることができる。

冷房の際には、触媒ヒーター１０の触媒体１４に燃料および酸化性ガスが供給され、反応により熱が発生する。この熱によって冷媒室３３内の冷媒３２が気化する。気化した冷媒３２は、その後冷えて、例えば冷媒室３３内上方に配置された空調用ダクト２８付近で凝結するものの、空調用ダクト２８内の空気から熱を奪い、再度気化する。このようなヒートポンプ方式によって、空調用ダクト２８内の空気を冷やして車室３内を冷房することができる。
なお、当然この例に限定されず、触媒ヒーター１０を用いた他の冷房の仕組みとすることができる。

なお、暖房および冷房の空調に使用する触媒ヒーター１０は、全体で複数の触媒ヒーター１０を、暖房用あるいは冷房用として、それぞれ別個独立して配設することができる。
また、逆に、１つ（あるいは複数）の触媒ヒーター１０を用意し、暖房用および冷房用として兼用して配設することも可能である。例えば、図１１、１２に示す例を組み合わせ、１つの触媒ヒーター１０を、熱伝導体２５’を介して空調用ダクト２８内の空気を暖めるのに使用することができる一方で、冷媒３２を加熱し、ヒートポンプ方式によって空調用ダクト２８内の空気を冷やすのに使用することもできる。この場合、暖房とするか冷房とするかは、空調用ダクト２８を分岐しておき、いずれのダクトを流通するかを切り換えるようにすれば良い。
さらには、触媒ヒーター１０は、液媒体１１を加温するのにも、空調用と兼用することも、別個独立して有するようにすることもできる。

このような空調機構をさらに備えていれば、触媒ヒーター１０によって発生する熱を利用することによって、車室３内の空気を調和（暖房および冷房）することも可能である。
触媒ヒーター１０を用いるので、従来の電気自動車等のＰＴＣヒーターのように二次電池６の電力を空調に消費させることを防ぎ、航続距離を従来に比べて格段に伸ばすことが可能である。したがって、二次電池の充電頻度を低減させることができ、電池自体のライフも延ばすことができる。
燃料電池自動車であれば、空調に費やす電力をなくすことができるので、車輪駆動以外のために燃料電池の燃料が減少するのを防ぎ、航続距離を伸ばすことができる。

また、外気から熱をくみ上げるヒートポンプ方式の空調システムでは、例えば寒冷地での暖房は効率が著しく低い。しかし、上記空調機構を備えた触媒ヒーター１０を用いた本発明の温調システム１であれば、外気温に左右されず、効率良く、安定して車室３内の暖房等の空調も行うことができる。

以上のように、本発明の温調システム１であれば、特には、触媒ヒーター１０において酸化性ガスや燃料が循環可能な仕組みとなっているため、効率良く、触媒１３上で反応させて熱を発生させることができる。しかも触媒ヒーター１０がコンパクトであり、ポータブル化や交換等の簡便化を図ることができるし、自動車のデザインの自由度が高くなる。

そして、発生させた熱により、二次電池６等の電力を消費することなく自動車各部の温度の調節に利用することができ、航続距離を延ばすことができる。また、二次電池６のライフの延長にもつなげることができる。

また、液媒体１１や暖められた空気で自動車各部の温度を調節可能なだけでなく、車室３の冷暖房の機能を備えることができる。さらには熱電素子２６を備えることによって発電することも可能である。従来のように二次電池６等の電力を使用することがないどころか、本発明の温調システム１では温水、温風、冷風、電気を得ることができる。

（実施例１）
図２に示すような触媒ヒーター１０を有する本発明の温調システム１を用意し（なお、図８のように、別個に用意した座席１２内に送液管８を通した）、このような本発明の温調システムを用い、外気０℃の環境下で、触媒ヒーター１０において、空気と燃料を触媒１３上で反応させるとともにそれらの一部を循環させ、熱を発生させて、送液管８や温調用ダクト２７を介して二次電池６および座席１２を温めるとともに、空調用ダクト２８を介して車室と同程度の空間を所定時間暖房して一定温度（２０℃）に保つ実験を行った（図１０のようなシステム）。

なお、外気温が２０℃のときと同じ温度になるように二次電池や座席を温めた。
また、触媒ヒーターの燃料としてメタノールを用い、重力によりフィルターに滴下して気化させて触媒に供給した。触媒として白金およびパラジウムを直列に配置した。

この結果、二次電池も座席も十分に温めることができた。さらには、空調用ファンの回転駆動のため二次電池の電力を少量使用したが、上記空間を２０℃の一定温度に５４時間保つことができた。

（比較例１）
本発明の温調システムとは異なる温調システムを用意した。具体的には、図２に示すような触媒ヒーター１０とは異なり、循環させるための環状部１９ｃを有しておらず、触媒体の下流でそのまま温調用ダクトに接続されており、触媒体を一度通過したガスが触媒体に循環供給されることのない触媒ヒーターを用意した。
燃料の総量等は実施例１と同様にして、送液管、温調ダクト、空調用ダクトを介して二次電池、座席の温度調節、車室と同程度の空間の暖房を行った。

この結果、上記空間を２０℃の一定温度に３２時間しか保つことができなかった。実施例１に比べると二次電池や座席を温めるのに時間がかかり、また、温度を保持できる時間も短かった。また、ガスを十分高温化できないため、２０℃以上の温度に各部を保つのは困難であった。また、外気温が０℃以下だと、車室を２０℃にするのが困難であった。

本発明を実施した実施例１ではガスを循環させて触媒体に繰り返し供給可能になっていることにより、空気と燃料の未反応などの無駄をできるだけなくし、空気と燃料を効率良く反応させて熱を十分に発生させることができたため、比較例１よりも二次電池や座席、空間を長時間温めることができた。
また、次の実施例２に示すように、実施例１の温調システムの触媒ヒーターでは、より高温のガスを得ることができるため、比較例１よりもすみやかに自動車各部、空調の温調を行うことができる。また、必要とあらば車室内や二次電池をさらに高温にできるし、外気温が０℃以下であっても十分に対応することができた。

（実施例２）
実施例１と同様の設備に加え、さらに熱電素子２６を配置した。
なお、熱電素子２６は、図９に示すように触媒体１４付近やその下流のダクト１９に対して接続した。燃料であるメタノールを少量だけ供給し、システム稼働中での上記箇所の温度差によるゼーベック効果によって発電を試みた。

このときの触媒体付近の温度（触媒体の温度とする）とそれよりも下流域の温度（反応後のガスの温度とする）を測定したところ、図１３のようなグラフが得られた。
図１３から分かるように、触媒体自体は２００℃程度まで上昇した。一方、ガス温度は４３０℃程度まで上昇した。そして、これらの２００℃以上もの温度差によって、熱電素子を介して蓄電池に効率良く蓄電することができ、供給用ファン等を回転駆動させるのに十分な蓄電量であった。
このように、熱電素子を配置することで、本発明により、自動車各部の温度調節、車室の空調に加えて発電も可能であることが分かった。

（比較例２）
比較例１と同様の設備に加え、さらに熱電素子を配置した。それ以外は実施例２と同様にして発電を試みた。

このとき、触媒体の温度は１００℃程度であり、また、反応後のガスの温度も１３０℃程度であった。
このように実施例２に比べて発生する熱量は小さかった。また温度差も小さく、熱電素子で効率的に発電を行うには不十分である。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１…本発明の温調システム、 ２…自動車、 ３…車室、 ４…モーター室、
５…車輪、 ６…二次電池、 ７…モーター、 ８…送液管、
９…ポンプ、 １０…触媒ヒーター、 １１…液媒体、 １２…座席、
１３…触媒、 １４、１４ａ、１４ｂ…触媒体、 １５…燃料タンク、
１６…フィルター、 １７…燃料供給管、 １８…受け皿、
１９…ダクト、 １９ａ…供給口、 １９ｂ…排出口、 １９ｃ…環状部、
２０…トラップ、 ２１…供給用ファン、 ２２…外気用ファン、
２３…外気用ダクト、 ２４…熱交換器、 ２５、２５’…熱伝導体、
２６…熱電素子、 ２７…温調用ダクト、 ２８…空調用ダクト、
２９…空調用ファン、 ３０…吸気口、 ３１…送風口、
３２…冷媒、 ３３…冷媒室。

Claims (13)

1. 少なくとも、車輪をモーターで駆動させるための二次電池または燃料電池を搭載したモーター室と、人が乗るための車室を備えた自動車において、該自動車に組み込まれ、自動車各部の温度を調節する温調システムであって、
   前記温調システムは、少なくとも、触媒と該触媒に燃料を供給するための燃料タンクとを備えた１つ以上の触媒ヒーターを有しており、
   前記触媒ヒーターは、前記触媒に酸化性ガスと前記燃料タンクからの燃料が供給されることで熱を発生させるものであり、前記触媒に供給されて発生した熱によって暖められたガスのうち少なくとも一部が前記触媒に循環して供給されており、
   該触媒ヒーターにより発生する熱を利用して自動車各部の温度を調節するものであることを特徴とする温調システム。
2. 前記温調システムは前記触媒に前記酸化性ガスを供給するための供給用ファンをさらに備えており、該供給用ファンは走行時のラム圧を利用して回転可能なものであることを特徴とする請求項１に記載の温調システム。
3. 前記温調システムは熱電素子をさらに備えており、該熱電素子は温調システム内における温度差により発電を行うものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の温調システム。
4. 前記燃料はメタノールであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の温調システム。
5. 前記触媒ヒーターはフィルターをさらに備えており、該フィルターを介して前記燃料が浸透気化されて前記触媒に供給されるものであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の温調システム。
6. 前記燃料タンクには燃料供給管が接続されており、該燃料供給管から重力により滴下された燃料が前記フィルターを介して前記触媒に供給されるものであることを特徴とする請求項５に記載の温調システム。
7. 前記触媒は白金および／またはパラジウムであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の温調システム。
8. 前記触媒ヒーターは前記触媒として同種または異種の複数の触媒を備えており、
   該複数の触媒が直列に配置されており、前記酸化性ガスと前記燃料が前記複数の触媒に対して順に供給可能なものであるか、
   前記複数の触媒が並列に配置されており、前記酸化性ガスと前記燃料が前記複数の触媒に対して別個に選択して供給可能なものであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の温調システム。
9. 前記温調システムは液媒体をさらに有しており、該液媒体が前記触媒ヒーターにより発生する熱を利用して加温されるとともに前記自動車各部に対して循環するものであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の温調システム。
10. 前記触媒ヒーターにより発生する熱を前記液媒体に伝えるための熱交換器をさらに備えたものであることを特徴とする請求項９に記載の温調システム。
11. 前記触媒に供給されて発生した熱によって暖められ、前記触媒に循環して供給されないガスが前記自動車各部に対して循環するものであることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の温調システム。
12. 前記温調システムは前記車室内を冷房する機能を具備しており、前記触媒ヒーターにより発生する熱を利用して、ヒートポンプ方式によって、前記車室内の空気が冷やされるものであることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の温調システム。
13. 前記温調システムは前記車室内を暖房する機能を具備しており、前記触媒ヒーターにより発生する熱を利用して、前記車室内の空気が暖められるものであることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の温調システム。

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