JP2024013907A - Temperature adjustment system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、温度調節システムに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to temperature regulation systems.
従来、室内の冷房除湿運転あるいは暖房加湿運転を高効率に行う温度調節システムが知られている(例えば、特許文献1)。特許文献1には、室内の空気を外部に排気する第1通路、外気を室内に給気する第2通路、第1通路に配置された凝縮器と加熱手段、第2通路に配置された蒸発器、第1通路と第2通路とに亘って配置された除湿ロータ、第1通路と第2通路の外部に配置された圧縮機、及び凝縮器と蒸発器との間に配置された膨張弁を備えた温度調節システム(特許文献1においてはデシカント空調システム)が開示されている。該温度調節システムにおいては、第2通路を流通する外気に含有される水分を除湿ロータに吸着させて除去することにより外気は乾燥空気となり、該乾燥空気を蒸発器により冷却して室内に給気する。また、室内から排出された空気は第1通路において凝縮器と加熱手段とにより加熱されて排気空気となり、該排気空気が除湿ロータに吸着された水分を除去して除湿ロータを再生(脱着、乾燥)させる。凝縮器、蒸発器、圧縮機、及び膨張弁により圧縮式空調機が構成されている。加熱手段は固体高分子燃料電池の冷却水の廃熱である。除湿ロータは、内部にシリカゲル、活性炭などの吸着材が充填されており、低速で回転して第1通路と第2通路とに交互に対向する。
BACKGROUND ART Temperature control systems that efficiently perform indoor cooling/dehumidifying operation or heating/humidifying operation have been known (for example, Patent Document 1).
特許文献1に開示されたデシカント空調システムを燃料電池車のような車両に搭載する場合、凝縮器を車両の前方に配置する必要があり、大型化や圧損増加のおそれがある。また、特許文献1に開示されたデシカント空調システムでは、外気を湿潤する手段を有していないので、相対湿度の低い外気の場合は、除湿ロータに水分を吸着させて加温された乾燥空気を生成することができないおそれがあった。さらに、除湿ロータの吸着材再生のために室内の空気を加熱する手段として、固体高分子燃料電池の冷却水の廃熱を用いたり、金属壁などから構成される凝縮器を用いたりするため、伝熱性能が低く、吸着材を効率的に再生できないおそれがあった。
When the desiccant air conditioning system disclosed in
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両に搭載可能であり、外気の相対湿度が低い場合であっても、外気を湿潤して吸着材に効率的に水分を吸着させることができる温度調節システムを提供する点にある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to be able to be mounted on a vehicle, and to humidify the outside air and efficiently apply it to an adsorbent even when the relative humidity of the outside air is low. The object of the present invention is to provide a temperature control system capable of adsorbing moisture.
本発明に係る温度調節システムの一つの実施形態は、燃料電池の発電により生成される生成水を貯留すると共に、外部から導入された外気を前記生成水により湿潤させて水分含有空気を生成する貯水部と、外部から前記外気を導入して前記貯水部に送り込むブロアと、前記貯水部から排出された前記水分含有空気が供給されることにより、前記水分含有空気に含有される水分を吸着して加温乾燥空気を生成する吸着部と、を備えている。 One embodiment of the temperature control system according to the present invention is a water storage system that stores water generated by power generation by a fuel cell and moistens outside air introduced from the outside with the generated water to generate moisture-containing air. a blower that introduces the outside air from the outside and sends it into the water storage section; and a blower that adsorbs moisture contained in the moisture-containing air by supplying the moisture-containing air discharged from the water storage section. It is equipped with an adsorption section that generates heated dry air.
本実施形態によると、燃料電池の発電による化学反応により生成した生成水を有効活用して外気を湿潤させるので、例えば相対湿度が低い外気を導入したときであっても、特別な装置等を用いることなく湿度の高い水分含有空気を生成して吸着部に供給することができる。これにより、吸着部で水分含有空気に含有される水分を吸着することにより吸着熱を発生させて、加温乾燥空気を生成することができる。しかも、従来のように冷却水の廃熱(温水の顕熱)と空気とを熱交換する場合に比べて、燃料電池の発電により発生した生成水により湿潤させた水分含有空気と吸着部とを直接的に接触させた吸着熱により加温乾燥空気を生成するため、伝熱性能が良い。したがって、車両に搭載可能であり、外気の相対湿度が低い場合であっても、外気を湿潤して吸着材に効率的に水分を吸着させることができる温度調節システムを提供することができた。 According to this embodiment, the outside air is moistened by effectively utilizing the water generated by the chemical reaction generated by the power generation of the fuel cell, so even when outside air with low relative humidity is introduced, a special device etc. is required. It is possible to generate highly humid water-containing air and supply it to the adsorption section without any problems. Thereby, by adsorbing the moisture contained in the moisture-containing air in the adsorption section, heat of adsorption can be generated and heated dry air can be generated. Moreover, compared to the conventional case of exchanging heat between cooling water waste heat (sensible heat of hot water) and air, the adsorption unit is able to exchange water with moisture-containing air moistened by water produced by fuel cell power generation. Heat transfer performance is good because heated dry air is generated by the adsorption heat of direct contact. Therefore, it was possible to provide a temperature control system that can be mounted on a vehicle and that can humidify the outside air and cause the adsorbent to efficiently adsorb moisture even when the relative humidity of the outside air is low.
本発明に係る温度調節システムの他の一つの実施形態は、前記燃料電池の発電のために外部から導入された前記外気を圧縮するコンプレッサの下流側と前記吸着部とに接続された第一乾燥流路を更に備え、前記コンプレッサにより圧縮された高温圧縮空気を前記第一乾燥流路に流通させて前記吸着部に供給することにより、前記吸着部に吸着した水分を脱着させる。 Another embodiment of the temperature control system according to the present invention is a first dryer connected to the adsorption section and a downstream side of a compressor that compresses the outside air introduced from the outside for power generation of the fuel cell. The drying device further includes a flow path, and the high-temperature compressed air compressed by the compressor is passed through the first drying flow path and supplied to the adsorption section, thereby desorbing the moisture adsorbed on the adsorption section.
本実施形態によると、燃料電池の発電のために外部から導入された外気を圧縮するコンプレッサの下流側の高温圧縮空気により吸着部の水分の脱着(蒸発)を行うので、特別な装置等を用いることなく、吸着部を再生(乾燥)することができる。 According to this embodiment, moisture in the adsorption section is desorbed (evaporated) by high-temperature compressed air downstream of a compressor that compresses outside air introduced from the outside for power generation by the fuel cell, so a special device or the like is used. It is possible to regenerate (dry) the adsorption part without any drying.
本発明に係る温度調節システムの他の一つの実施形態は、前記燃料電池の発電のために外部から導入された前記外気を圧縮するコンプレッサの上流側と前記吸着部とに接続された第二乾燥流路を更に備え、前記コンプレッサを作動させることにより前記吸着部内の空気を吸引して前記第二乾燥流路に流通させることにより、前記吸着部に吸着した水分を脱着させる。 Another embodiment of the temperature control system according to the present invention is a second dryer connected to the adsorption section and an upstream side of a compressor that compresses the outside air introduced from the outside for power generation by the fuel cell. The drying method further includes a flow path, and by operating the compressor, air in the adsorption section is sucked and passed through the second drying flow path, thereby desorbing moisture adsorbed in the adsorption section.
本実施形態によると、燃料電池の発電のために外部から導入された外気を圧縮するコンプレッサの上流側に第二乾燥流路を配置して、コンプレッサに吸引される外気の負圧により吸着部の水分の脱着(蒸発)を行うので、特別な装置等を用いることなく、吸着部を再生(乾燥)することができる。 According to this embodiment, the second drying flow path is arranged upstream of the compressor that compresses outside air introduced from the outside for power generation by the fuel cell, and the adsorption section is heated by the negative pressure of the outside air sucked into the compressor. Since moisture is desorbed (evaporated), the adsorption section can be regenerated (dryed) without using any special equipment.
本発明に係る温度調節システムの他の一つの実施形態は、前記燃料電池の発電のために外部から導入されコンプレッサで圧縮された外気を冷却するインタークーラの下流側と前記吸着部とに接続された第三乾燥流路と、前記インタークーラの下流側且つ前記第三乾燥流路の分岐位置に配置された吸引部材とを更に備え、前記コンプレッサを作動させて前記吸引部材内で低圧になった外気の圧力により前記吸着部内の空気を吸引して前記第三乾燥流路に流通させることにより、前記吸着部に吸着した水分を脱着させる。 Another embodiment of the temperature control system according to the present invention is that the adsorption unit is connected to the downstream side of an intercooler that cools outside air introduced from the outside and compressed by a compressor for power generation by the fuel cell. and a suction member disposed downstream of the intercooler and at a branch position of the third drying flow path, the compressor is operated to create a low pressure in the suction member. By sucking the air in the adsorption part by the pressure of outside air and letting it flow through the third drying channel, the moisture adsorbed in the adsorption part is desorbed.
本実施形態によると、燃料電池の発電のために外部から導入されコンプレッサで圧縮された外気を冷却するインタークーラの下流側に第三乾燥流路と吸引部材とを配置して、吸引部材内の負圧により吸着部の水分の(蒸発)を行うので、特別な装置等を用いることなく、吸着部を再生(乾燥)することができる。 According to this embodiment, the third drying flow path and the suction member are arranged downstream of the intercooler that cools the outside air introduced from the outside and compressed by the compressor for power generation by the fuel cell, Since the moisture in the adsorption section is evaporated using negative pressure, the adsorption section can be regenerated (dryed) without using any special equipment.
本発明に係る温度調節システムの他の一つの実施形態は、前記ブロアと前記貯水部とに接続され、前記外気が流通する第一流路と、前記貯水部と前記吸着部とに接続され、前記水分含有空気が流通する第二流路と、前記第一流路から分岐して前記貯水部を通らずに前記第二流路に接続される第三流路と、前記第一流路における前記第三流路との分岐位置より下流側で分岐して前記貯水部に接続される第四流路と、前記第一流路と前記第四流路との分岐位置に配置され、前記外気の流通を前記第一流路と前記第四流路とに切り替える第一弁と、前記第三流路を開閉する第二弁と、を更に備え、前記第一流路は、前記貯水部のうち、前記生成水が貯留されていない上方位置に接続され、前記第四流路は、前記貯水部のうち、前記生成水が貯留されている下方位置に接続され、前記外気の水分含有量に基づいて、前記外気は前記第一流路と前記第三流路と前記第四流路のいずれかを流通する。 Another embodiment of the temperature control system according to the present invention is a first flow path connected to the blower and the water storage section, through which the outside air flows, and connected to the water storage section and the adsorption section; a second flow path through which moisture-containing air flows; a third flow path that branches from the first flow path and is connected to the second flow path without passing through the water storage section; and a third flow path in the first flow path. A fourth flow path is arranged at a branch position between the first flow path and the fourth flow path, and is connected to the water storage part by branching downstream from the branch position with the flow path, and is arranged at the branch position of the first flow path and the fourth flow path, and It further includes a first valve that switches between the first flow path and the fourth flow path, and a second valve that opens and closes the third flow path, and the first flow path is configured such that the generated water in the water storage section is The fourth flow path is connected to an upper position where the generated water is not stored, and the fourth flow path is connected to a lower position of the water storage section where the generated water is stored, and the outside air is controlled based on the moisture content of the outside air. The liquid flows through any one of the first flow path, the third flow path, and the fourth flow path.
本実施形態によると、相対湿度が比較的高い外気の場合は第一流路、湿度が比較的低い外気の場合は第四流路を用いるといった外気の水分含有量に基づいて流路を選択することにより、吸着部に供給される水分含有空気に含有される水分量を制御することができる。また、吸着部に水分が吸着しているときには、相対湿度の低い外気を第三流路を介して吸着部に導入することにより、吸着部に吸着された水分を脱着することができる。 According to the present embodiment, the flow path is selected based on the moisture content of the outside air, such as using the first flow path when the outside air has relatively high relative humidity and the fourth flow path when the outside air has relatively low humidity. Accordingly, the amount of moisture contained in the moisture-containing air supplied to the adsorption section can be controlled. Moreover, when moisture is adsorbed in the adsorption part, the moisture adsorbed in the adsorption part can be desorbed by introducing outside air with low relative humidity into the adsorption part through the third flow path.
本発明に係る温度調節システムの他の一つの実施形態は、前記貯水部と前記吸着部とに接続され、前記水分含有空気が流通する湿潤流路と、前記吸着部に接続され、前記加温乾燥空気が流通する加温乾燥流路と、を更に備え、前記湿潤流路又は前記加温乾燥流路の少なくとも一方に逆流防止弁を備えている。 Another embodiment of the temperature control system according to the present invention provides a humidification channel connected to the water storage section and the adsorption section, through which the moisture-containing air flows, and a humidification channel connected to the adsorption section, and connected to the heating section. The apparatus further includes a heating drying channel through which dry air flows, and a backflow prevention valve is provided in at least one of the humidifying channel or the heating drying channel.
本実施形態によると、吸着部内の空気が湿潤流路に逆流したり、乾燥流路内の空気が吸着部に逆流したりすることを防止することができる。 According to this embodiment, it is possible to prevent the air in the adsorption section from flowing back into the wet channel and the air in the drying channel from flowing back into the adsorption section.
以下、本発明に係る温度調節システムの実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に記載される実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a temperature control system according to the present invention will be described in detail using the drawings. Note that the embodiments described below are illustrative for explaining the present invention, and the present invention is not limited only to these embodiments. Therefore, the present invention can be implemented in various forms without departing from the gist thereof.
〔第一実施形態:燃料電池システムの構成〕
図1に示されるように、第一実施形態に係る温度調節システムBは、燃料電池システムAに接続されて構成されている。燃料電池システムAは、FCスタック1(燃料電池の一例)と、FCスタック1にアノードガス(水素ガス)を供給する水素回路10と、FCスタック1に冷却水を供給する冷却回路20と、FCスタック1に空気を供給する空気回路30とを含んで構成されている。
[First embodiment: Configuration of fuel cell system]
As shown in FIG. 1, a temperature control system B according to the first embodiment is connected to a fuel cell system A. The fuel cell system A includes an FC stack 1 (an example of a fuel cell), a
水素回路10は、水素ボンベ11、アノードガス供給路12、アノード弁12a、アノードオフガス排出路13、気液分離器14、排水弁14a、アノードオフガス還元路15、ポンプ16、及び排水路17を備えている。水素ボンベ11は、水素ガス(アノードガス、燃料ガス)を貯留する。アノードガス供給路12は、水素ボンベ11に接続され、FCスタック1に供給する水素ガスを流通させる。アノード弁12aは、アノードガス供給路12の途中に配置され、アノードガス供給路12を流通する水素ガスの流量を調節する。アノードオフガス排出路13は、FCスタック1で発電された後でFCスタック1から排出されるアノードオフガスを流通させる。気液分離器14は、アノードオフガス排出路13に接続され、発電時の化学反応により生成した水(生成水の一例)により水分を含んで加湿されたアノードオフガスから水を分離する。排水弁14aはアノードオフガスから分離された水の貯留と排出とを切り換える。アノードオフガス還元路15は、気液分離器14とアノードガス供給路12とを繋いでおり、気液分離器14で水が分離されたアノードガスをアノードガス供給路12に還流させる。ポンプ16は、アノードオフガス還元路15の途中に配置され、水が分離されたアノードガスを圧送する。排水路17は、排水弁14aの下流側に接続され、後述するカソードオフガス排出路36に繋がっている。排水路17は、気液分離器14で分離された水を流通させてカソードオフガス排出路36を流通するカソードオフガスを加湿する。
The
冷却回路20は、冷却水供給路21、分岐供給路21a、冷却水排出路22、分岐排出路22a、ラジエータ23、ラジエータファン24、及びポンプ25を備えている。冷却水供給路21、冷却水排出路22、及びラジエータ23は繋がっており、冷却水が環流する。ラジエータ23とラジエータファン24は、冷却水を冷却する。冷却水供給路21は、ラジエータ23で冷却された冷却水を流通させてFCスタック1に供給する。冷却水排出路22は、FCスタック1で暖められた冷却水をラジエータ23まで流通させる。ポンプ25は、冷却水供給路21の途中に配置され、冷却水を圧送する。分岐供給路21aと分岐排出路22aは、それぞれ冷却水供給路21、冷却水排出路22から分岐しており、冷却水により後述するインタークーラ34を冷却する。分岐供給路21aと冷却水排出路22の少なくとも一方には、必要に応じて不図示の開閉弁が配置される。
The
空気回路30は、カソードガス供給路31、カソード弁31a、エアクリーナ32、エアコンプレッサ33(コンプレッサの一例)、インタークーラ34、加湿器35、カソードオフガス排出路36、バイパス路37、及びバイパス弁37aを備えている。カソードガス供給路31は、外部から取り込んだ空気をFCスタック1まで流通させる。カソード弁31aは、カソードガス供給路31の途中に配置され、カソードガス供給路31を流通する空気の流量を調節する。エアクリーナ32は、カソードガス供給路31の途中に配置され、外部から取り込んだ空気に含まれる粉塵等を除去する。エアコンプレッサ33は、カソードガス供給路31の途中且つエアクリーナ32の下流に配置され、空気を圧縮して、高温圧縮空気を生成する。インタークーラ34は、カソードガス供給路31の途中且つエアコンプレッサ33の下流に配置され、高温圧縮空気の温度を低下させる。インタークーラ34で温度が低下した空気は、エアコンプレッサ33で生成された高温圧縮空気よりも温度が低いものの、依然として常温よりは高温である。以後、エアコンプレッサ33で生成された高温圧縮空気、及びインタークーラ34で高温圧縮空気よりも温度が低下したが依然として常温よりも高温の空気を、高温圧縮空気と総称する。インタークーラ34が高温になると冷却効率が低下するため、前述の分岐供給路21aから供給される冷却水により冷却される。インタークーラ34により暖められた冷却水は、分岐排出路22aを通ってラジエータ23に還流される。加湿器35は、カソードガス供給路31の途中且つインタークーラ34の下流に配置され、カソードオフガス排出路36を流通する加湿されたカソードオフガスによりカソードガスを加湿する。加湿器35により加湿されたカソードガスは、カソードガス供給路31を流通し、FCスタック1に供給される。カソードオフガス排出路36は、FCスタック1で発電された後でFCスタック1から排出されるカソードオフガスを流通させる。カソードオフガス排出路36を流通するカソードオフガスは発電による化学反応により生成した水(生成水の一例)により水分を含んで加湿されており、排水路17から供給される水により更に加湿されて加湿器35に入る。カソードオフガスは、加湿器35内でカソードガスを加湿する。これによりカソードオフガスの含有水分量は減少するが、依然として水分を含んでいる。加湿器35から排出されたカソードオフガスはカソードオフガス排出路36を通り、外部に排出される。
The
バイパス路37は、カソードガス供給路31とカソードオフガス排出路36とを繋いでおり、途中にバイパス弁37aが配置されている。通常バイパス弁37aは閉じられているが、急にFCスタック1の出力を下げる必要が生じたときに、バイパス弁37aを開いてカソードガス供給路31を流通する空気をカソードオフガス排出路36に流通させて外部に排出する。
The
図1に示す燃料電池システムAはFCV(燃料電池自動車)に備えられるものである。この燃料電池システムAにおいて、FCスタック1は複数のセルを積層した構造を有している。このFCスタック1に対し、水素ボンベ11に貯留された水素ガスをアノードガス供給路12を介して供給し、エアコンプレッサ33で圧縮された空気(酸化剤)を、カソードガス供給路31を介して供給することによりFCスタック1で発電が行われる。発電が行われる際には、ポンプ16とアノード弁12aとにより水素ガスの供給量を制御し、エアコンプレッサ33とカソード弁31aとにより空気の供給量を制御することで発電量が決まる。
A fuel cell system A shown in FIG. 1 is installed in an FCV (fuel cell vehicle). In this fuel cell system A, the
〔温度調節システムの構成〕
本実施形態に係る温度調節システムBは、ブロア51、第一流路52、第一弁52a、第二流路53(湿潤流路の一例)、第三弁53a(逆流防止弁の一例)、貯水部54、第三流路55、第二弁55a、第四流路56、吸着部57、第五流路58(加温乾燥流路の一例)、第一乾燥流路61、及び生成水供給路64を備えている。ブロア51は、外部から導入された外気を第一流路52に流通させる。第一流路52は、ブロア51と貯水部54とに接続されており、外気を貯水部54に供給して湿潤させる。
[Temperature control system configuration]
The temperature control system B according to the present embodiment includes a
貯水部54は湿潤のための水を貯留しておく箇所であり、貯水部54には上述した燃料電池システムAの排水路17及びカソードオフガス排出路36を流通する水が供給される。カソードオフガス排出路36を流通するカソードオフガスの一部は、加湿器35の下流側に接続されたカソードオフガス排出路36から分岐した生成水供給路64を流通して貯水部54に供給される。すなわち、生成水供給路64は、カソードオフガス排出路36と貯水部54とに接続されている。生成水供給路64の途中には生成水供給弁64aが配置されており、生成水供給路64を開閉する。これにより、貯水部54へのカソードオフガス及び水の供給と遮断が切り換えられる。貯水部54は、カソードオフガス排出路36を流通する水及びカソードオフガスから分離された水分を貯留する。
The
第一流路52は、途中で第四流路56が分岐しており、第四流路56も貯水部54に接続されている。第一流路52は、貯水部54のうち水が貯留されている水面の高さよりも高い位置に接続され、第四流路56は、貯水部54のうち水が貯留されている水面の高さよりも低い位置に接続されている。これにより、第一流路52を流通して貯水部54に供給された外気よりも第四流路56を流通して貯水部54に供給された外気の方が、水中を流通する分多く湿潤されるので、貯水部54中では水分含有量が多くなる。第一流路52と第四流路56とは、分岐位置に配置された三方弁である第一弁52aにより切り換えられる。
A
第二流路53は、貯水部54と吸着部57とに接続され、貯水部54のうち水が貯留されている高さよりも高い位置で接続されている。第二流路53は、貯水部54で湿潤した外気である水分含有空気が流通し、吸着部57に供給される。
The
温度調節システムBは、貯水部54よりも外気側の第一流路52と第二流路53とを直接接続した第三流路55を有している。すなわち、第三流路55は、第一流路52における第四流路56の分岐位置より上流側で分岐して貯水部54を通らずに第二流路53に接続されている。第三流路55の途中には第二弁55aが配置され、第三流路55を開閉する。第一弁52aと第二弁55aとを適切に切り換えることにより、外部から導入された外気は第一流路52、第三流路55、及び第四流路56のいずれかを流通する。どの流路を流通するかは、外部から導入される外気の水分含有量に基づいて決定される。外気の水分含有量は、不図示の湿度センサにより計測される。水分含有量が多い外気は、第三流路55を流通して貯水部54を経由せずに第二流路53に供給される。また、水分含有量が少ない外気は、最も多く外気を湿潤させることができる第四流路56を流通して貯水部54に供給された後に第二流路53に供給される。上記二種類の外気の中間程度の水分含有量の外気は、第一流路52を流通して貯水部54に供給された後に第二流路53に供給される。このように、外気の水分含有量に基づいて流路を選択することにより、吸着部57に供給される水分含有空気に含有される水分量を制御することができる。
The temperature control system B has a
吸着部57は、ゼオライトや活性炭等の吸着材を有している。吸着部57に水分が吸着していない状態で第二流路53から水分含有空気が供給されると、吸着部57は水分含有空気中の水分を吸着して水分含有空気の湿度を低下させると共に水分の吸着時に発する吸着熱(凝縮熱に相当)により水分含有空気の温度を高くする。これにより、吸着部57に供給された水分含有空気は、吸着部57で昇温、除湿された加温乾燥空気になって排出される。吸着部57で生成された加温乾燥空気は、吸着部57に接続された第五流路58の内部を流通し、被温調機器70に供給される。被温調機器70の例としては空調機があり、加温乾燥空気は空調機を介してガラスの曇り止めや車内の暖房に利用される。また、外気温が低いときには、FCスタック1や併用される不図示の二次電池(リチウムイオン電池等)の暖気に利用することも可能である。これにより、FCスタック1や二次電池を適温まで早く暖めることができる。
The
吸着部57により加温乾燥空気を生成し続けると、吸着部57に吸着された水分量が多くなり、吸着効率が低下する。そのため、定期的に、吸着部57に吸着された水分を脱着(蒸発)させて吸着部57を再生(乾燥)させる必要がある。
If the
本実施形態においては、水分含有空気よりも相対湿度が低い空気を吸着部57に供給して吸着部57を再生する。具体的には、燃料電池システムAの空気回路30のカソードガス供給路31において、エアコンプレッサ33より下流にあるインタークーラ34と加湿器35との間から第一乾燥流路61を分岐させ、第一乾燥流路61を吸着部57に接続する。これにより、インタークーラ34で冷却されたものの依然として高温である高温圧縮空気を第一乾燥流路61に流通させて吸着部57に供給することができる。高温圧縮空気を水分が吸着された吸着部57に供給すると、吸着部57は吸着している水分を脱着して再生される。この脱着された水分により高温圧縮空気を加湿すると共に水分の脱着時に高温圧縮空気から吸収する脱着熱(蒸発熱に相当)により高温圧縮空気の温度を低くする。これにより、吸着部57に供給された高温圧縮空気は、吸着部57で降温、加湿された低温湿潤空気になって第六流路59から外部に排出される。これにより、吸着部57を再生して、再び水分含有空気から効率よく加温乾燥空気を生成することができる。なお、吸着部57内に供給された水分含有空気と、吸着部57内で生成された加温乾燥空気が第六流路59を流通しないように、第六流路59には開閉弁である第六弁59aが配置されている。また、吸着部57や第一乾燥流路61、後述する第一乾燥弁61a等が耐熱性、耐圧性に問題なければ、エアコンプレッサ33とインタークーラ34との間から第一乾燥流路61を分岐させるように構成してもよい。
In this embodiment, the
第一乾燥流路61の途中には第一乾燥弁61aが配置されており、吸着部57を再生するとき以外は閉じられて高温圧縮空気が吸着部57に供給されないように構成されている。また、吸着部57内の高温圧縮空気や低温湿潤空気が第二流路53を流通(逆流)しないように、第二流路53における第二流路53と第三流路55との合流点よりも吸着部57に近い側に、逆止弁である第三弁53aが配置されている。さらに、吸着部57内に供給された高温圧縮空気が第五流路58を流通しないように、第五流路58には開閉弁である第四弁58aが配置されている。
A
上述したように、吸着部57を再生するためには、水分含有空気よりも相対湿度が低い空気を吸着部57に供給すればよい。そこで、第一乾燥流路61から高温空気を供給する代わりに、例えば、日中の相対湿度が低い時間帯に、外気を第三流路55と第二流路53とを経由して吸着部57に供給してもよい。これにより、水分含有空気より相対湿度の低い外気を吸着部57に供給することができるので、吸着部57に吸着された水分を脱着して吸着部57を再生することができる。このとき、吸着部57において外気よりも降温、加湿された低温湿潤空気が生成されるので、この低温湿潤空気を第五流路58に流通させることにより、低温湿潤空気を被温調機器70に供給することができる。被温調機器70の例としては、FCスタック1と併用される不図示の二次電池を適温に冷却したり、熱交換器を介して間接的に車室冷房に利用したり、ラジエータ23に噴霧して冷却性能を向上させるのに利用する等が考えられる。
As described above, in order to regenerate the
本実施形態に係る温度調節システムBにおいては、FCスタック1の発電による化学反応により生成した水を用いて外気を湿潤させるので、例えば相対湿度が低い外気を導入したときであっても、特別な装置等を用いることなく湿度の高い水分含有空気を生成して吸着部57に供給することができる。これにより、吸着部57で水分含有空気に含有される水分を吸着して加温乾燥空気を生成することができる。
In the temperature control system B according to the present embodiment, the outside air is moistened using water generated by a chemical reaction caused by the power generation of the
また、FCスタック1の発電のために外部から導入された外気を圧縮するエアコンプレッサ33の下流側の高温圧縮空気により吸着部57の水分の脱着を行うので、特別な装置等を用いることなく、吸着部57を再生することができる。
In addition, since the moisture in the
本実施形態に係る温度調節システムBにおいては、吸着部57に水分を吸着させたり、吸着部57から水分を脱着させたりする際には、潜熱を利用して行う。そのため、特許文献1に記載の技術のように、冷却水の廃熱(温水の顕熱)を利用して除湿ロータの吸着、脱着を行う場合と比較して、伝熱性能が格段に優れているので、効率よく吸着部57における水分の脱着ができる。
In the temperature control system B according to the present embodiment, latent heat is used to adsorb moisture to the
〔第二実施形態:温度調節システムの構成〕
次に、第二実施形態に係る温度調節システムBについて、図面を用いて詳細に説明する。本実施形態に係る温度調節システムBが接続された燃料電池システムAの構成は第一実施形態と同様なので、詳細な説明を省略する。また、温度調節システムBを用いて外気から加温乾燥空気や低温湿潤空気を生成して被温調機器70に供給する構成も第一実施形態と同様なので、詳細な説明を省略する。本実施形態の温度調節システムBにおいては、吸着部57を再生する構成が第一実施形態と異なっている。
[Second embodiment: Configuration of temperature control system]
Next, the temperature control system B according to the second embodiment will be described in detail using the drawings. The configuration of the fuel cell system A to which the temperature control system B according to the present embodiment is connected is the same as that of the first embodiment, so detailed explanation will be omitted. Furthermore, the configuration of generating heated dry air and low-temperature humid air from outside air using the temperature control system B and supplying them to the temperature-controlled
本実施形態においては、図2に示されるように、燃料電池システムAの空気回路30のカソードガス供給路31において、エアクリーナ32とエアコンプレッサ33との間から第二乾燥流路62を分岐させ、第二乾燥流路62を吸着部57に接続する。この状態でエアコンプレッサ33を作動させると、吸着部57内の空気は負圧によりエアコンプレッサ33に吸引される。このとき、吸着部57に吸着された水分が脱着されて空気と共に吸引される。これにより、吸着部57が再生され、再び水分含有空気から効率よく加温乾燥空気を生成することができる。
In this embodiment, as shown in FIG. 2, in the cathode
第二乾燥流路62の途中には第二乾燥弁62aが配置されており、吸着部57を再生するとき以外は閉じられて吸着部57内の空気が吸引されないように構成されている。また、第二乾燥弁62aと吸着部57との間には、エアコンプレッサ33に異物が入り込むのを防ぐフィルタ62bが配置されている。さらに、吸着部57内の空気を吸引するときに、第二流路53の水分含有空気が吸引されるのを防止するために、第二流路53における第二流路53と第三流路55との合流点よりも吸着部57に近い側に、開閉弁である第三弁53bが配置されている。併せて、第五流路58の加温乾燥空気が吸着部57に向かって吸引される(逆流する)のを防止するために、第五流路58に、逆止弁である第五弁58b(逆流防止弁の一例)が配置されている。
A
このように、FCスタック1の発電のために外部から導入された外気を圧縮するエアコンプレッサ33の上流側に第二乾燥流路62を配置して、エアコンプレッサ33に吸引される外気の負圧により吸着部57の水分の脱着を行うので、特別な装置等を用いることなく、吸着部57を再生することができる。
In this way, the second
〔第三実施形態:温度調節システムの構成〕
次に、第三実施形態に係る温度調節システムBについて、図面を用いて詳細に説明する。本実施形態に係る温度調節システムBが接続された燃料電池システムAの構成は第一実施形態と同様なので、詳細な説明を省略する。また、温度調節システムBを用いて外気から加温乾燥空気や低温湿潤空気を生成して被温調機器70に供給する構成も第一実施形態と同様なので、詳細な説明を省略する。本実施形態の温度調節システムBにおいては、吸着部57を再生する構成が第一実施形態及び第二実施形態と異なっている。
[Third embodiment: Configuration of temperature control system]
Next, a temperature control system B according to a third embodiment will be described in detail using the drawings. The configuration of the fuel cell system A to which the temperature control system B according to the present embodiment is connected is the same as that of the first embodiment, so detailed explanation will be omitted. Furthermore, the configuration of generating heated dry air and low-temperature humid air from outside air using the temperature control system B and supplying them to the temperature-controlled
本実施形態においては、図3に示されるように、燃料電池システムAの空気回路30のカソードガス供給路31において、エアコンプレッサ33より下流にあるインタークーラ34と加湿器35との間から第三乾燥流路63を分岐させ、第三乾燥流路63を吸着部57に接続する。また、カソードガス供給路31における第三乾燥流路63の分岐位置にベンチュリやエゼクタのような吸引部材38を配置する。この状態で空気回路30を作動させると、カソードガス供給路31内を外部から取り込んだ空気が流通する。この空気は、吸引部材38内で高速になるため、その上流側では低圧になる。この低圧になった空気により吸着部57内の空気が吸引され、吸着部57に吸着された水分が脱着されて空気と共に吸引される。これにより、吸着部57が再生され、再び水分含有空気から効率よく加温乾燥空気を生成することができる。
In this embodiment, as shown in FIG. 3, in the cathode
第三乾燥流路63の途中には第三乾燥弁63aが配置されており、吸着部57を再生するとき以外は閉じられて吸着部57内の空気が吸引されないように構成されている。また、第三乾燥弁63aと吸着部57との間には、吸引部材38に異物が入り込むのを防ぐフィルタ63bが配置されている。第二実施形態と同様に、吸着部57内の空気を吸引するときに、第二流路53の水分含有空気が吸引されるのを防止するために、第二流路53における第二流路53と第三流路55との合流点よりも吸着部57に近い側に、開閉弁である第三弁53bが配置されている。併せて、第五流路58の加温乾燥空気が吸着部57に向かって吸引される(逆流する)のを防止するために、第五流路58に、逆止弁である第五弁58bが配置されている。
A
〔他の実施形態〕
(1)上記実施形態において、排水路17を流れる水は、カソードオフガス排出路36に合流する構成であったが、排水路17が生成水供給路64に直接接続されるように構成されてもよい。
[Other embodiments]
(1) In the above embodiment, the water flowing through the
(2)上記第一実施形態において、第一乾燥流路61はインタークーラ34と加湿器35との間に接続される構成であったが、エアコンプレッサ33とインタークーラ34との間に接続される構成であってもよい。
(2) In the first embodiment, the first
本発明は、温度調節システムに利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICATION This invention can be utilized for a temperature regulation system.
1 :FCスタック(燃料電池)
33 :エアコンプレッサ(コンプレッサ)
34 :インタークーラ
38 :吸引部材
51 :ブロア
52 :第一流路
52a :第一弁
53 :第二流路(湿潤流路)
53a :第三弁(逆流防止弁)
54 :貯水部
55 :第三流路
55a :第二弁
56 :第四流路
57 :吸着部
58 :第五流路(加温乾燥流路)
58b :第五弁(逆流防止弁)
61 :第一乾燥流路
62 :第二乾燥流路
63 :第三乾燥流路
B :温度調節システム
1: FC stack (fuel cell)
33: Air compressor (compressor)
34: Intercooler 38: Suction member 51: Blower 52: First flow
53a: Third valve (backflow prevention valve)
54: Water storage section 55:
58b: Fifth valve (backflow prevention valve)
61: First drying channel 62: Second drying channel 63: Third drying channel B: Temperature control system
Claims (6)
外部から前記外気を導入して前記貯水部に送り込むブロアと、
前記貯水部から排出された前記水分含有空気が供給されることにより、前記水分含有空気に含有される水分を吸着して加温乾燥空気を生成する吸着部と、を備えた温度調節システム。 a water storage unit that stores generated water generated by power generation by the fuel cell, and moistens outside air introduced from the outside with the generated water to generate moisture-containing air;
a blower that introduces the outside air from the outside and sends it into the water storage section;
A temperature control system comprising: an adsorption section that adsorbs moisture contained in the moisture-containing air and generates heated dry air by being supplied with the moisture-containing air discharged from the water storage section.
前記コンプレッサにより圧縮された高温圧縮空気を前記第一乾燥流路に流通させて前記吸着部に供給することにより、前記吸着部に吸着した水分を脱着させる請求項1に記載の温度調節システム。 further comprising a first drying flow path connected to the adsorption section and a downstream side of a compressor that compresses the outside air introduced from the outside for power generation by the fuel cell,
The temperature control system according to claim 1, wherein the high temperature compressed air compressed by the compressor is passed through the first drying flow path and supplied to the adsorption section, thereby desorbing the moisture adsorbed in the adsorption section.
前記コンプレッサを作動させることにより前記吸着部内の空気を吸引して前記第二乾燥流路に流通させることにより、前記吸着部に吸着した水分を脱着させる請求項1に記載の温度調節システム。 further comprising a second drying flow path connected to the adsorption section and an upstream side of a compressor that compresses the outside air introduced from the outside for power generation by the fuel cell,
The temperature control system according to claim 1, wherein the moisture adsorbed in the adsorption section is desorbed by operating the compressor to suck air in the adsorption section and flow it through the second drying channel.
前記コンプレッサを作動させて前記吸引部材内で低圧になった外気の圧力により前記吸着部内の空気を吸引して前記第三乾燥流路に流通させることにより、前記吸着部に吸着した水分を脱着させる請求項1に記載の温度調節システム。 a third drying flow path connected to the adsorption section and a downstream side of an intercooler that cools outside air introduced from the outside and compressed by a compressor for power generation by the fuel cell; further comprising a suction member disposed at a branch position of the third drying channel,
The moisture adsorbed in the adsorption part is desorbed by activating the compressor and sucking the air in the adsorption part by the pressure of the outside air that has become low pressure in the suction member and causing it to flow through the third drying channel. The temperature regulation system according to claim 1.
前記貯水部と前記吸着部とに接続され、前記水分含有空気が流通する第二流路と、
前記第一流路から分岐して前記貯水部を通らずに前記第二流路に接続される第三流路と、
前記第一流路における前記第三流路との分岐位置より下流側で分岐して前記貯水部に接続される第四流路と、
前記第一流路と前記第四流路との分岐位置に配置され、前記外気の流通を前記第一流路と前記第四流路とに切り替える第一弁と、
前記第三流路を開閉する第二弁と、を更に備え、
前記第一流路は、前記貯水部のうち、前記生成水が貯留されていない上方位置に接続され、
前記第四流路は、前記貯水部のうち、前記生成水が貯留されている下方位置に接続され、
前記外気の水分含有量に基づいて、前記外気は前記第一流路と前記第三流路と前記第四流路のいずれかを流通する請求項1から4のいずれか一項に記載の温度調節システム。 a first flow path connected to the blower and the water storage section, through which the outside air flows;
a second flow path connected to the water storage section and the adsorption section, through which the moisture-containing air flows;
a third flow path that branches from the first flow path and is connected to the second flow path without passing through the water storage section;
a fourth flow path that branches downstream from a branch position with the third flow path in the first flow path and is connected to the water storage section;
a first valve disposed at a branching position between the first flow path and the fourth flow path, and switching the flow of the outside air between the first flow path and the fourth flow path;
further comprising a second valve that opens and closes the third flow path,
The first flow path is connected to an upper position of the water storage section where the generated water is not stored,
The fourth flow path is connected to a lower position of the water storage section where the generated water is stored,
The temperature adjustment according to any one of claims 1 to 4, wherein the outside air flows through any one of the first flow path, the third flow path, and the fourth flow path based on the moisture content of the outside air. system.
前記吸着部に接続され、前記加温乾燥空気が流通する加温乾燥流路と、を更に備え、
前記湿潤流路又は前記加温乾燥流路の少なくとも一方に逆流防止弁を備えた請求項1に記載の温度調節システム。 a humid flow path connected to the water storage section and the adsorption section, through which the moisture-containing air flows;
further comprising a heated drying channel connected to the adsorption section and through which the heated drying air flows,
The temperature control system according to claim 1, further comprising a check valve in at least one of the wet channel and the heated dry channel.
Priority Applications (1)
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