JP5162561B2 - 空調システム - Google Patents
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Description
冷媒がこのようなものであれば、地球温暖化係数が低く環境にやさしい。
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、例えば従来の触媒ヒーターを用いることができる。
さらには、前記ダイレクトメタノール型燃料電池は、メタノールの供給源として、前記触媒ヒーターの前記燃料タンクを共用するものとすることができる。
さらにメタノールの供給源として、触媒ヒーターの燃料タンクを共用するのであれば、効率良く空調システムを作動させることができるし、ダイレクトメタノール型燃料電池のための新たな燃料タンクも設ける必要がないため、重量やスペースの面でより優れたものとなる。
このようなものであれば、空調用ファンを駆動させるための二次電池等の電力を必要とせず、太陽電池により空調用ファンを駆動させることができ、二次電池の充電頻度・ライフ、航続距離を改善することができる。
従来の電気自動車や燃料電池自動車等で用いられている空調システムでは、二次電池や燃料電池からの電力をPTCヒーターで消費してしまうため、その分、車輪の駆動にまわす分が減り、航続距離、充電頻度に悪い影響を及ぼしていた。
図1に本発明の空調システム1の一例の概略を示す。なお、図1では、本発明の空調システム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)、二次電池の代わりに燃料電池を搭載した燃料電池自動車とすることもできる。
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、車室3には、車室3内の空気を吸気するための吸気口11や、車室3内に空気を送風するための送風口12が形成されており、これらの吸気口11や送風口12は空調用ダクト8とつながっている。
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。
まず、触媒ヒーター10についてさらに説明する。
図2は、触媒ヒーターを用いた暖房の仕組みの一例を示すものであり、触媒ヒーターの一例が図示されている。
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。
なお、特には、例えばアルミナ系やジルコニア系のファインセラミックス、ステンレス、炭化珪素、カーボン等を担体とすることで、後述するような遠赤外線を輻射するものとすることができる。
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。
燃料透過膜17としては、触媒ヒーター10の温度が高温になるため、例えば、耐熱温度の高いセラミックフィルターやグラスウール、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリベンゾイミダゾール(PBI)、シリコーンゴム、ゴムなどが挙げられる。これ以外にも、その都度適切なものを用意することができる。このような燃料透過膜17を配設すれば、燃料は燃料透過膜17を浸透して拡散するため、触媒体14に均一に燃料を供給することができる。
図1、2に示すように、この例では、触媒ヒーター10の触媒13を有する触媒体14は空調用ダクト8内に配設されている。この場合、酸化性ガスは空調用ダクト8内を流れる車室3内からの空気である。
車室3内を暖房する場合、空調用ファン9によって吸気口11から吸気され、空調用ダクト8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、発生した熱により、空調用ダクト8内の空気が暖められ、送風口12から送風されて車室3内が暖房される。
本発明の空調システム1は、さらに車室3内を冷房する機能を具備することができる。この場合、図4に示すように、冷媒20を収容する冷媒室21がさらに配設されており、該冷媒室21内を空調用ダクト8が挿通している。また、触媒ヒーター10(特に触媒体14)が、冷媒室21の近傍に配置されている。
また、冷媒室21の大きさや形状、冷媒室21を挿通する空調用ダクト8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8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20が溜まっている冷媒室21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20を加熱し、気化させることができる。
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。
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3、4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18を介して空調用ダクト8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20を加熱し、ヒートポンプ方式によって空調用ダクト8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8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。
空調用ダクト8は、吸気口11と送風口12とつながれて、車室3内の空気が循環可能となっており、触媒ヒーター10により、内部の空気が調和されるように配設されていれば良い。
吸気口11や送風口12の数や配置は特に限定されない。空調用ダクト8の形状や本数等も特に限定されず、車室3内の空気の循環・調和が効率良く行われるように、条件に応じて適宜決定することができる。
あるいは、暖房用と冷房用とで1本の空調用ダクトを共有することもできる。この場合、省スペースとすることができる。
また、さらに車外とつなげて、外気と車室3内とで空気のやり取りを行うことも可能である。
座席各々の座席26内に空調用ダクト8が通っていることで、例えば暖房時に、触媒ヒーター10により暖められた空気が座席内の空調用ダクト8を通過し、それによって座席26を暖めることができる。弁等を適切に設けることで、各々の座席26を個別に暖めることが可能である。
車室3内の空気が、吸気口11から吸気され、空調用ダクト8を通して送風口12から送風されるように、他の各部の条件に応じて、適切な形状、数の空調用ファン9を空調用ダクト8内の適切な位置に配設することができる。例えば、従来と同様の形状のものを用いることができる。
図5に示す回転の仕組みは、空調用ファン9の他、外気用ファン24と、該外気用ファン24が内部に配設された外気用ダクト25を有している。外気用ダクト25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24は、傘歯車等を用いて自身の回転を空調用ファン8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25内に入り込み、外気用ダクト内を通過し、内部の外気用ファン24がラム圧によって回転し、この外気用ファン24の回転が伝達機構で伝達されることで、空調用ファン8が回転する仕組みになっている。
例えば、図5では単純に傘歯車を用いて外気用ファン24の回転を空調用ファン9に伝達している。また、空調用ファン8および外気用ファン24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24がラム圧で回転することで、同軸の空調用ファン9が回転可能な機構である。
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。
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。
(実施例)
図1に示す触媒ヒーター10を有する本発明の空調システム1を用意し、外気5℃の環境下で、本発明の空調システム1を用いて車室と同程度の空間を所定時間暖房して一定温度(23℃)に保つ実験を行った。また、本発明の空調システム1とは別個に二次電池6も用意した。
実施例と同様の二次電池6を用意し、本発明の空調システム1を使用せず、従来法のように二次電池6を利用したPTCヒーターを用いる以外は、実施例と同様にして暖房を行った。
この結果、23℃一定に5時間保つことができたが、暖房するにあたってPTCヒーターに二次電池6の電力が3割程度使用された。
5…車輪、 6…二次電池、 7…モーター、 8…空調用ダクト、
9…空調用ファン、 10…触媒ヒーター、 11…吸気口、 12…送風口、
13…触媒、 14…触媒体、 15…燃料タンク、 16…燃料供給管、
17…燃料透過膜、 18…熱伝導体、 19…酸化性ガス供給管、
20…冷媒、 21…冷媒室、 22…太陽電池、
23…ダイレクトメタノール型燃料電池、 24…外気用ファン、
25…外気用ダクト、 26…座席。
Claims (10)
- 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、前記車室内の空気を調和するための空調システムであって、
前記空調システムは、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と、空調用ダクトと、空調用ファンで構成されており、
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を供給することで熱を発生させるものであり、
前記空調用ダクトは、車室に形成された、車室内の空気を吸気するための吸気口と車室内に空気を送風するための送風口につながれており、該空調用ダクト内に前記空調用ファンが配設されており、車室内の空気が空調用ファンにより前記吸気口から吸気されて、空調用ダクトを通して前記送風口から送風されて循環可能とされ、
前記触媒ヒーターにより発生する熱を利用して、前記空調用ダクト内に吸気された空気を調和して車室内に送風することにより前記車室内の空気を調和するものであり、
前記空調システムは、冷媒を用いて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加熱された冷媒で、ヒートポンプ方式によって、前記空調用ダクト内に吸気された空気が冷やされて車室内に送風され、車室内が冷房されるものであり、
前記触媒ヒーターは、前記触媒に接続された熱伝導体をさらに有し、前記空調用ダクト内に、前記触媒ヒーターの熱伝導体が挿入されており、前記触媒ヒーターにより発生する熱によって、前記熱伝導体を介して、前記空調用ダクト内に吸気された空気が暖められて車室内に送風され、車室内が暖房されるものであることを特徴とする空調システム。 - 前記空調用ダクトは、人が座る座席内に通されており、前記触媒ヒーターにより発生する熱によって、前記空調用ダクト内に吸気された空気が暖められることで、さらに前記座席が個別に暖められるものであることを特徴とする請求項1に記載の空調システム。
- 前記触媒ヒーターは、前記座席内に小型化されて配置されており、触媒ヒーターにより発生する熱によって、さらに前記座席が暖められるものであることを特徴とする請求項2に記載の空調システム。
- 前記触媒ヒーターは、前記触媒を担持するセラミックスまたはステンレス製の担体をさらに有し、前記送風口を通して、前記担体から遠赤外線が輻射されることで人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3のいずれか一項に記載の空調システム。
- 前記冷媒はHFO−1234yf、HFO−1234zf、およびそれらの異性体、二酸化炭素、炭化水素系のいずれか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空調システム。
- 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5のいずれか一項に記載の空調システム。
- 前記空調システムは、ダイレクトメタノール型燃料電池をさらに備えており、前記空調用ファンは、前記ダイレクトメタノール型燃料電池で駆動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6のいずれか一項に記載の空調システム。
- 前記ダイレクトメタノール型燃料電池は、メタノールの供給源として、前記触媒ヒーターの前記燃料タンクを共用するものであることを特徴とする請求項7に記載の空調システム。
- 前記車室の屋根には、太陽電池をさらに備えており、前記空調用ファンは、前記太陽電池で駆動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8のいずれか一項に記載の空調システム。
- 前記空調システムは、前記空調用ファンに回転を伝達する機構を有する外気用ファンと、外気が通過可能な外気用ダクトをさらに備えており、該外気用ダクト内に前記外気用ファンは配設されており、
前記外気用ダクトを走行時に通過する外気によって前記外気用ファンが回転されて、該外気用ファンの回転が伝達されることで前記空調用ファンが回転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9のいずれか一項に記載の空調システム。
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