JPH085190A

JPH085190A - 燃料電池駆動空気調和機

Info

Publication number: JPH085190A
Application number: JP6135676A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Fujisaki; 忠司藤崎; Toshihiko Yamanaka; 敏彦山中
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1994-06-17
Filing date: 1994-06-17
Publication date: 1996-01-12

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、燃料電池を電源とするインバータ
圧縮機を駆動して、空気調和を行う燃料電池駆動空気調
和機に関する。従来の空気調和機は、燃料電池で発電さ
れた直流電源をDC/AC 変換器で交流電源にして空気調和
機まで送電し、空気調和機付きのAC/DC 変換器で直流電
源にして、パワートランジスタ部に入力していたため、
変換器を２個余分に必要とするとともに、変換時の電力
ロスが発生し、発電効率を損うという不具合があった。【構成】本発明は、燃料電池０１で発電した直流電源
０１７を、インバータ圧縮機３０に設けたパワートラン
ジスタ部３１に直接供給し、パワートランジスタ部３１
でインバータ圧縮機３０の駆動に必要な３相交流電源３
５に変換して、インバータ圧縮機３０を駆動し、空気調
和を行うようにしたものである。これに伴い、直流−交
流変換器が２個不必要になり、製品コストを低減できる
とともに、変換時の電力ロスを回避でき、トータルの発
電効率を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、燃料電池から供給される電源で
インバータ圧縮機を駆動して、空気調和を行うようにし
た燃料電池駆動空気調和機に関する。

【０００２】

【従来の技術】水素と酸素を電解質を介し反応させて発
電を行う燃料電池から電力を供給し、機器を作動させ、
空気調和を行うようにした空気調和機がある。図２は、
燃料電池０１を電源とする空気調和機０１３を持つ空調
システムを示す図である。同図に示すように、燃料電池
０１は都市ガス０８等の炭化水素を含む燃料を燃料改質
装置０３で改質して得られる水素０９と、大気中から取
入れた空気中の酸素０１４とを電気化学的に反応させ、
電池本体０１１から直流電源０１７を取り出し、直流／
交流（以下DC/AC という) 変換器０１２により、交流電
源０１５を発生させるようにしている。

【０００３】また、燃料電池０１の発電中に発生する燃
料電池０１内の熱は、ポンプ０１８で燃料電池０１に供
給される温水０１９に吸収され、燃料電池０１から水蒸
気分離器０２へ排出される。水蒸気分離器０２では、燃
料電池０１で発生する熱を吸収し、燃料電池０１から排
出された温水０１９の気水分離を行い、取り出された蒸
気０２０は、前記都市ガス０８の改質に使用するため、
燃料改質装置０３に送られる。また、水蒸気分離器０２
で分離された温水０１９の一部は、ポンプ０２１で給湯
タンク０７に供給され、ファンコイル０１０による暖房
運転を行う場合に使用される加温媒体（温水）を加熱す
るようにしている。

【０００４】なお、特開平５−２２５９９３号で提案さ
れているように、燃料電池０１で発生する熱を吸収さ
せ、燃料電池０１から排出された温水０１９を、直接吸
収冷凍機に導入して、冷暖房運転を行うようにしたもの
もある。

【０００５】一方、燃料改質装置０３の排ガス処理とし
ては、排熱回収熱交換器０５により処理した熱を、室外
熱交換器０６により大気へ放出すると共に、凝縮した水
０１６は凝縮水タンク０４等へ回収され、水蒸気分離器
０２の補給水として使用される。

【０００６】このような、燃料電池０１では、使用でき
る電源として直流電源をDC/AC 変換器０１２により変換
した交流電源であるため、空気調和機０１３に、図３に
示すインバータ圧縮機０３０を用いたものにおいては、
供給される交流電源０３３から、交流／直流（以下AC/D
C という）変換器０３２を介して、直流電源０３４に変
換し、さらに、パワートランジスタ部０３１により、３
相の交流電源０３５に変換してインバータ圧縮機０３０
に供給する必要がある。このため、燃料電池０１からの
直流電源０１７を交流電源に変換する燃料電池０１のDC
/AC 変換器０１２と、空気調和機０１３内のAC/DC 変換
器０３２が必要となる。従って、製品コストが高くなる
と共に、DC/AC 交換器０１２およびAC/DC変換器０３２
での変換ロスの発生に伴い、トータルの発電効率が悪く
なる等の問題点があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の問題
点を解消するため、燃料電池のDC/AC 変換器と空気調和
機のAC/DC 変換器を取り除き、燃料電池からの直流電源
を空気調和機のパワートランジスタ部に直接入力し、途
中のDC/AC およびAC/DC 変換器の除去によるコストダウ
ンを計ると共に、変換ロスをなくし、トータルの発電効
率を向上できる燃料電池駆動空気調和機を提供すること
を課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の燃料
電池駆動空気調和機は次の手段とした。（１）燃料電池で発電された直流の電源を交流に変換す
ることなく、パワートランジスタ部に直接供給し、パワ
ートランジスタ部で交流の電源に変換してインバータ圧
縮機を駆動するようにした。

【０００９】また、他の本発明の燃料電池駆動空気調和
機は、上記（１）の手段に加え、次の手段とした。（２）冷媒の熱交換を行うための燃料電池駆動空気調和
機の室外側熱交換器を、並列に配置した水熱交換器と空
気熱交換器で構成し、水熱交換器における冷媒の熱交換
を、燃料電池の発電時に発生し、燃料電池から排出され
た熱エネルギで加熱された温水で行うようにした。な
お、冷媒とは調和空気を冷却する冷却媒体だけではな
く、加熱を行う加熱媒体をも、本明細書では意味するも
のとする。

【００１０】また、他の本発明の燃料電池駆動空気調和
機は、上記（１），（２）の手段に加え、次の手段とし
た。（３）燃料電池からの排熱で加熱した温水を、切換弁を
介して、水熱交換器と並列に循環させるようにしたファ
ンコイルユニットを設けた。

【００１１】また、他の本発明の燃料電池駆動空気調和
機は、上記（１），（２）の手段に加え、次の手段とし
た。（４）外気温度を検知する外気温センサを設け、外気温
センサからの信号により、室外側熱交換器として使用す
る熱交換器を、水熱交換器、又は空気熱交換器の一方を
選択するコントローラを設けた。

【００１２】

【作用】上述（１）の手段を具える、本発明の燃料電池
駆動空気調和機によれば、（１）インバータ圧縮機を駆動して空気調和を行う空気
調和機に、必要な電源は直流電源であり、燃料電池から
の直流電源を、空気調和機のインバータ圧縮機の駆動の
為に設けた、パワートランジスタ部に直接に供給する事
により、燃料電池で得られる直流電源を、わざわざ交流
電源化する必要がなくなる。これにより、燃料電池のDC
/AC 変換器、および空気調和機のAC/DC 変換器をなくす
ことができ、製品コストを低減できる。また、DC/AC 変
換器およびAC/DC 変換器による電源の交・直流変換に伴
う電力ロスがなくなりトータルの発電効率を向上でき
る。

【００１３】また、上述（１），（２）の手段を具え
る、本発明の燃料電池駆動空気調和機によれば、上記
（１）に加え、（２）水熱交換器と空気熱交換器とを並列に配置し、室
外側熱交換器としたので、空気熱交換器を使用して冷房
運転、および冷凍サイクル効率の良い、負荷の低いとき
の暖房運転ができるばかりでなく、室外温度が低くなり
高暖房能力が必要になったときには、燃料電池からの排
熱で加熱した温水を、室外側熱交換器を構成する水熱交
換器に入れる事によって、ヒートポンプの冷凍サイクル
機能を使用し、室内の暖房ができる。従来の空気式熱交
換器を用いたヒートポンプ式冷凍サイクルでは、外気温
度が低くなり高暖房運転をすると熱交換器に霜がつき、
熱交換能力が低下し、効率が落ちると共に、必要な暖房
能力が得られなくなることが生じていたが、これを解消
できる。また、燃料電池の排熱が暖房の熱エネルギとし
て利用されることに伴い、燃料電池を含めた空調システ
ム全体としての熱効率を向上させることができる。

【００１４】また、上述（１），（２），（３）の手段
を具える、本発明の燃料電池駆動空気調和機によれば上
記（１），（２）に加え、（３）燃料電池の排熱が水熱交換器により暖房に利用さ
れるほか、ファンコイルによる暖房運転にも利用される
ので、より高い高暖房能力が得られると共に、空調シス
テム全体としての熱効率を一層向上できる。

【００１５】また、上述（１），（２），（４）の手段
を具える、本発明の燃料電池駆動空気調和機によれば、
上記（１），（２）に加え、（４）外気温、および空気調和機の運転状態に応じて、
水熱交換器又は空気熱交換器を選択して暖房運転を行
い、効率の良い空気調和が自動的に実現できる。また、
空調システムを効率の良いものとすることができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の燃料電池駆動空気調和機の実
施例を、図面に基づき説明する。図１は、本発明の燃料
電池駆動空気調和機の一実施例を示すための、空調シス
テム図である。なお、図２に示す符号と同一のものは、
図２について説明したものと同一のものであり、本実施
例の説明上必要のない限り、説明は省略する。電池本体
０１１からの直流電源０１７は、空気調和機１のパワー
トランジスタ部３１に直接接続されている。パワートラ
ンジスタ部３１では、直流電源から３相のAC電源３５を
作り、これをインバータ圧縮機３０に駆動用として供給
する。冷房運転には、電磁弁４７，４５を開状態にして
圧縮機３０を駆動して行う。これにより、圧縮機３０で
圧縮された冷媒は、四方弁４９、室外側熱交換器として
の空気熱交換器４１、温度式膨張弁４３、室内熱交換器
４０、四方弁４９、圧縮機３０の順の閉サイクルを形成
して循環し、冷房運転が行われる。

【００１７】また、暖房運転は、（１）電磁弁４７，４
５を開状態にして圧縮機３０を駆動し、圧縮された冷媒
を、四方弁４９、室内熱交換器４０、温度式膨張弁４
３、室外熱交換器としての空気熱交換器４１、四方弁４
９、圧縮機３０の順で循環させるサイクルと、（２）電
磁弁４６，４８を開状態にして圧縮機３０を駆動し、圧
縮された冷媒を、四方弁４９、室内熱交換器４０、温度
式膨張弁４４、室外熱交換器としての水熱交換器４２、
四方弁４９、圧縮機３０の順で循環させるサイクル、と
の２つのサイクルで行われる。また、それぞれの温度式
膨張弁４３，４４には、必要な冷媒流量を流せるので、
冷凍サイクルを成立させることができる。

【００１８】暖房運転時のモードとして、外気温度がお
おむね１０℃以上時には、冷凍サイクルの効率が良いの
で、空気熱交換器４１のみを使用する前記（１）のサイ
クルが使用される。また、外気温度が０〜１０℃程度の
時には、空気熱交換器４１と水熱交換器４２を用い、立
ち上がり時の高暖房能力が必要な場合には、水熱交換器
４２を用いる前記（２）のサイクルを、暖房負荷が減少
した時の空気熱交換器４１を使用する前記（１）のサイ
クルが併用される。さらに、外気温度が０℃以下の時に
は、高暖房能力が要求されるので、水熱交換器４２のみ
を使用する前記（２）のサイクルの運転モードで行われ
る。この運転モードの選択、言葉を代えて言えば、室外
熱交換器として、空気熱交換器４１を使用するか、水熱
交換器４２を使用するかは、外気温センサ５３で検知し
た外気温度信号をコントローラ５２に入力し、コントロ
ーラ５２で外気温度信号と圧縮機３０の運転開始からの
経過時間信号等によって運転モードを選択し、選択した
運転モードに必要な作動信号を、電磁弁４５〜４８、３
方弁５０，５１および空気熱交換器４１の冷却ファンに
信号線で出力して行う。

【００１９】一方、燃料電池０１の発電中に燃料電池０
１内に発生した熱により加熱された温水０１９により、
給湯タンク７で加熱された加温媒体としての温水２９
は、３方弁５０，５１の切り替えにより、ポンプ２８を
介して、水熱交換器４２とファンコイル１０に供給され
る。この３方弁５０，５１の切り替え操作も、前述した
コントローラ５２により、外気温度、および空気調和機
の運転状態に対応して行われる。

【００２０】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
燃料電池駆動空気調和機によれば、請求項１に示す構成
により、燃料電池で得られる直流電源を、パワートラン
ジスタ部に接続する事により、わざわざ交流電源化する
必要がなくなる。これにより、燃料電池のDC/AC 変換
器、および空気調和機のAC/DC 変換器をなくすることが
でき、製品コストを低減できると共に、DC/AC およびAC
/DC 変換に伴う電力ロスがなくなり、トータルの発電効
率を向上できる。

【００２１】また、請求項２に示す構成により、空気熱
交換器を使用した冷房運転、および冷凍サイクル効率の
良い、負荷の低いときの暖房運転ができるばかりでな
く、室外温度が低くなり高暖房を必要とするときは、燃
料電池からの排熱で加熱する水熱交換器を使用した、霜
の付着による熱交換能力を低下させることのない、効率
の良い高暖房運転ができる。

【００２２】また、請求項３に示す構成により、空調シ
ステム全体としての熱効率を一層向上できる。また燃料
電池の熱効率を一層向上できる。

【００２３】また、請求項４に示す構成により、外気温
および空気調和機の運転状態に応じて、水熱交換器又は
空気熱交換器を選択して暖房運転を行い、効率の良い空
気調和を自動的に行うことができ、空調システムを効率
の良いものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料電池駆動空気調和機の一実施例を
示すための空調システム図。

【図２】従来の燃料電池駆動空気調和機の一例を示すた
めの空調システム図。

【図３】従来の燃料電池駆動空気調和機の駆動電源部を
示す図である。

【符号の説明】

１空気調和機０１燃料電池０１１電池本体０１７直流電源１０ファンコイルユニット２９温水３０インバータ圧縮機３１パワートランジスタ３５（３相）交流電源４０室内熱交換器４１空気熱交換器４２水熱交換器４３，４４温度式膨張弁４５，４６，４７，４８電磁弁４９四方弁５０，５１３方弁５２コントローラ５３外気温センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料電池から供給される電力でインバー
タ圧縮機を駆動して空気調和を行うようにした燃料電池
駆動空気調和機において、前記燃料電池で発電した直流
電源を、前記インバータ圧縮機に設けたパワートランジ
スタ部に直接供給し、前記インバータ圧縮機を駆動する
ことを特徴とする燃料電池駆動空気調和機。
【請求項２】前記燃料電池駆動空気調和機の冷媒の熱
交換を行う室外側熱交換器が、並列に配置された水熱交
換器と、空気熱交換器で構成され、前記水熱交換器の熱
交換を前記燃料電池の排気熱で加熱した温水で行うよう
にしたことを特徴とする請求項１の燃料電池駆動空気調
和機。
【請求項３】前記水熱交換器と並列に配置され、前記
温水を切換弁を介して循環させるファンコイルユニット
を設けたことを特徴とする請求項２の燃料電池駆動空気
調和機。
【請求項４】外気温度を検知する外気温センサからの
信号により、前記室外側熱交換器として使用する水熱交
換器、又は空気熱交換器を選択するコントローラを設け
たことを特徴とする請求項２の燃料電池駆動空気調和
機。