JPS5943329B2 - 自動車の内室を冷却するための方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、少なくとも部分的に水素で駆動される自動車
の内室、特に客室を、内室の空気から熱を奪うこと１こ
より冷却するための方法及び装置１こ関する。

近年、少なくとも部分的にガソリンの替りのものを利用
してオツトーサイクル内燃機関の排ガスをその組成ｔこ
おいて環境上有利にし、従って内燃機関の構造の変更を
必要としないよう１こする試みがなされて来た。

１例として、内燃機関を少なくとも部分的１こ水素ガス
で駆動する例がある（「オツトーサイクル内燃機関用の
代替燃料としての水素Ｊ（Ｈ，ＢＵＣＨＮＥＲ及びＨ，
５ＡＵＦＦＥＲＧＲ著、ドイツ自動車技術時報、１９７
６年４月版）及び「金属ハイドライドを用いる試作水素
自動車」（ビリンゲス・エネルギー・リサーチ・コーポ
レーション所属のり、Ｌ、ＨＥＮＤＲＩＫＳＥＮ、Ｄ、
Ｂ。

ＭＡＣＫＡＹ、Ｖ、Ｒ，ＡＮＤＥＲ８ＯＮ著、１９７６
年３月、マイアミ１こおける第１回世界水素エネルギー
会議予稿集７ｃｌ〜１２頁参照）。

水素タンクとしては、ハイドライドとして結合された約
５００００Ａの水素を収容することｈ３できる、２００
ｋｇのＴｉＦｅを有するチタン−鉄−ハイドライドタン
クを用いることが推奨されている。

ハイドライドから水素を遊離させるために熱が必要であ
るので、内燃機関の冷却水を供給され、通常的６０℃に
保たれているタンクが熱交換器として形成される。

又、ハイドライドタンクを加熱するために排ガスを用い
ることも推奨されている。

本発明の目的は、従来の空気調節装置１こ比ベエネルギ
ーを消費せずｆこ効率良く機能する。

この種の自動車用空気調節装置乃至冷却装置を作り出す
ことにこある。

本発明者らは、ハイドライドタンク又はその少くとも一
部を上で述べたよりも実質的に低い温度で働かせ、水素
をハイドライドから遊離させるためｔこ内室の熱エネル
ギーを用い、これ１こより熱エネルギーを内室から奪い
つつ、上記ハイドライドタンク又はその少くとも一部を
内室の冷却のために利用することｈ３できることを見い
出した。

本発明の要旨は、内室と熱伝導させて水素をハイドライ
ドから遊離させ、これに必要な熱量（△Ｈ）を少くとも
部分的に客室から奪うことを特徴とする。

通常、３０℃以下の温度に冷却することが望ましいので
、水素は、３０℃以下の温度で、好ましくは所望の室温
以下の温度である少くとも約１５℃、の温度で遊離させ
るのが好ましい。

本発明１こよる、客室、冷却室等の冷却は、従来の空気
調節装置の場合と異なり、内燃機関の効果的駆動効果を
阻害する、特別のエネルギー消費を伴なうことがすく、
それどころか遊離水素を馬力を低下させることなく十分
に駆動用１こ利用することができる。

本発明は、専ら水素のみ１こより駆動される自動車用１
こ使用されるばかりですく、他の燃料、特（こガソリン
とともに混合運転１こより駆動する自動車にも好ましく
用いられる。

そして、この際、水素は、特に空転用燃料として用いら
れるので、例えば交通渋滞及び徐行運転の場合１こも均
一な水素消費が起り、このため所望の冷却が行なわれる
。

又、空転時及び徐行運転時１こおける排ガスが清浄であ
るので、有害排ガスの蓄積を容易１こ減少させることが
できることも同時に本発明の利点となる。

可逆的貯蔵及び内室の冷却のためｌこ用いられるハイド
ライドは、その水素解離圧ｈ３、所望の冷却温度以下の
温度即ち３０℃以下の温度で約１バール（この圧力は、
コンプレッサーなしで内燃機関に導入するための最低圧
力である。

）に調節され、その際の水素の遊離化のための△Ｈ値＃
）％４こ２ｋ ｃａｌ ／ Ｍｏ ｌ Ｈ２以上となる
ようなものが好ましい。

ハイドライドの△Ｈが高くなり、１バールの解離圧に到
達する温度が低くなればなる程、ハイドライドにより強
く冷却されるようｔこなる。

既に上で述べたよう１こ、水素の遊離時の温度は、各室
ｈ５冷却されるべき温度以下である、少くとも１５℃ｔ
こするのが好ましい。

ハイドライド用金属として、ＴｉＦｅ、ＬａＮｉ５及び
希土類とＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉとの合金が好ましく、ハイド
ライド用合金の性質は、他の物を加えることにより所望
の方向に改良され得る。

本発明の装置は、燃料として用いられる水素を供給する
ためのハイドライド貯蔵器を少くとも部分的ｆこ自動車
の内室と熱伝導させて配置させることを特徴とする。

ハイドライド貯蔵器内の水素圧は、例えば自動車への太
陽の照射による加熱ｔこより６０℃の温度１こ上昇され
て１０バール以下の状態１こある（ ＴｉＦｅの場合）
ので、貯蔵器をタンクの破裂を防止するための特別の装
置を必要とすることなく、直接冷却される室内に配置し
ても良い。

単一の金属管であっても上記の如き高操作圧力の数倍を
も保持する。

冷却する室の外部に貯蔵器を配置すること及び熱伝導の
ため冷却する室の空気を直接用いたり又は他の媒体（例
えば耐寒剤を加えた水）を用いることも又可能である。

貯蔵器は、常に冷却されるべきではないので、貯蔵器を
付加的「熱源」（例えば排ガスを用いて又は内燃機関で
生じた熱１こより予熱された新規空気、排ガス及び／又
は冷却水）と連結させることができる。

新規空気は、貯蔵器を充填している（この間に貯霧器は
熱を放出する。

）際ｆこ貯蔵器の冷却のためｔこも用いられ得ることも
新規供給の空気の有する大きな利点である。

以下図面Ｉこ基づいて本発明の具体例を述べる。

第１図（こ示された本発明の具体例１こよれば、容易に
腐敗しやすい生鮮品用の配達自動車は、ガソリン／水素
混合駆動用ｌこ調整された内燃機関を備えているので、
配達自動車の冷却する積載室に水素貯蔵器１が配置され
ている。

水素貯蔵器１は、冷却フィン（Ｋｉ １ｈｌｒｉｐｐｅ
ｎ ） ２を備え互いｔこ平行に配置され、且つ互いに
連通ずるジェットパイプ３を所有し、このジェットパイ
プ３は、粒径５闘以下の種々の粒径範囲のチタン／鉄で
満たされている。

パイプ３は、空気導入部５及び空気導出部６を備え、内
部１こ送風機７（例えばパイプ３に平行して配置された
横流送風機）を据え付けた容器４中に存在する。

空気導入部５は、分岐しており、冷却する循環空気の吸
入のため、積載室で導出分岐部８が終端されており、新
規供給空気の吸入のため配達自動車の屋根１０を貫いて
新規空気吸入分岐部９が取り付けられている。

同様に空気導出部６も冷却された空気を積載室に吹き込
むための通路１１及び直接大気に排出する分岐部１２１
こ分岐している。

この分岐部ｌこは、切換弁１３が取り付けられており、
これにより、循環と新規空気の供給とが無段的ｌこ切り
換えられる。

水素導管は、水素貯蔵器１から適当な弁を介して水素充
填用液管（Ｗａｓｓｅｒｓ ｔｏｆｆ ｂｅ ｔａｎｋ
ｕｎｇｓｓｔｕｔｚｃｎ）及び内燃機関に水素−空気混
合物（通常は、空運転の維持のためにのみ規定される。

）を供給する内燃機関のガス混合器に連絡されている（
なお、これらの部分は、図示されていない。

）水素貯蔵器１は、配達自動車の停止状態においては、
周囲の温度と同一の温度下ｔこあるが、水素ｈ３奪い去
られると、貯蔵器内の温度は、単位時間当りに奪い去ら
れる水素量ｆこ依存して、水素をＴｉＦｅ−ハイドライ
ドから遊離させるためｌこ△Ｈ７、５ｋ ｍ／Ｍｏｌ
Ｈ２が消費された結果として、低下する。

水素の除去及び熱の供給１こより、貯蔵器内の温度は、
最高−２０６Ｃ〜−２５℃、即ちＴｉＦｅ ”イドラ
イドの解離圧が１バールｔこ低下する温度に低下し得る
。

この水素の遊離に消費された熱△Ｈは、送風機の使用下
に貯蔵器及び積載室を循環する空気流１こより完全又は
部分的にハイドライド貯蔵器ｔこ供給される。

積載室から熱を均一に奪い去ることを可能にするため、
遊離水素、６ｉ燃料として配達自動車の空運転用に用い
られ、これ−こ対してガソリンが主として運行用に用い
られる。

強度の初期冷却を行なうためｔこは、運行用１こ少くと
も部分的に水素を用いて内燃機関を駆動させることも又
可能である。

切換は、圧力及び／又は温度により制御される弁１こよ
り簡単に行なわれる。

このことは、貯蔵器内部の水素圧は、専ら温度の関数で
あるので、貯蔵器ｈＳ末だ十分（こ水素を負載している
場合１こは、容易ｔこ可能である。

水素のハイドライドからの遊離速度は、水素消費よりも
実質的ｌこ高いので、流体の運動１こよって生ずる問題
は起らない。

充填即ちハイドライドの可逆的再生の際に水素貯蔵器は
、実質的に周囲の温度以上の温度１こなっているので、
貯蔵器１は、送風機７１こより冷却される。

この冷却の際１こは、冷却用空気として新規供給空気が
用いられ、加熱された空気は、再び直接大気に排出され
る。

例えば冬期における如く、積載室の冷却を必要としない
場合ｔこは、新規空気又は内燃機関乃至排ガスｔこより
予熱された空気により必要な熱エネルギーを貯蔵器１に
供給しても良い。

水素貯蔵器１は、又、客室用冷却装置として用いても良
い。

積載室の空気と客室の空気との混合を避けねばならない
場合ｌこは、貯蔵器を沢囲している容器を区画し、２つ
の送風機を装備することができる。

この場合１こは、各室をどの程度に冷却すべきか１こ応
じて、貯蔵器の区画された各地点を異なった温度水準ｔ
こ保つことも可能である。

ハイドライド貯蔵器の冷却電力は、１００馬力内燃機関
の空運転の場合には、約３ＫＷである。

部分負荷乃至全負荷駆動に切換えられると、貯蔵器の冷
却電力は、１００馬力内燃機関の場合ｆこ１０〜３０Ｋ
Ｗに上昇され、冷却用に十分供せられる。

ハイドライド貯蔵器に含まれているＴｉＦｅの量は、水
素１ｋｇを貯蔵する場合ｌこは５０ｋｇである。

所望の冷却電力及び冷却時間ｆこ応じて、この量を上記
値よりも多く又は少く保つことができるので、従来の如
何なる空気調節装置ｌこも置換できる。

第２図に示された本発明の他の具体例１こよれば、例え
ばタクシ−の如き乗用車か完全に水素駆動ｔこ適応され
る。

即ち、座席１６の下に２００ｋｇのＴｉＦｅを積んだハ
イドライド貯蔵器１７が装備され、この貯蔵器１７は、
４ｋｇのＨ２（約５００００１に相当する。

）を収容することができる。客室の冷却の際に得られる
熱は、一般１こ、完全負荷駆動に必要な量の水素をハイ
ドライドから遊離させるために十分でないので、ハイド
ライド貯蔵器は、区画されている。

この際貯蔵器容量の約１／４が冷却用に利用される。

容管１８は、客室の空気との熱交換のため、冷却フィン
１９を備えており、これに対して他の管２０は、断熱さ
れた水槽２１内に況埋されており、更ｆここの水槽２１
１こは、内燃機関の冷却水ｈｉ供給される。

上記の具体例１こおいても、図示されていないが、好ま
しい位置に水素の充填用導管及び除去用導管が装備され
る。

冷却する空気の導管及び送風機以外に貯蔵器及び水槽２
１、更ｆこ内燃機関の冷却水用の導入管及び導出管が装
備されている。

冷却水の循環は、水ポンプ１こより行なわれ、対応する
弁により調節され得る。

冷却水で況囲された貯蔵器２０は、乗用車の、駆動の際
ｔこ高温度水準、例えば５０℃ｌこ保たれるので、・こ
の管内の水素圧は、冷却用に用いられる管１８における
よりも実質的に高い。

従って、２つの貯蔵部１８及び２０を出た水素導管の結
合位置と冷却水で加熱された貯蔵部２０との間に、駆動
時Ｅこ貯蔵部間の圧力をバランスさせるため、減圧バル
ブを取り付は減圧する。

他方、冷却用ｌこ装備された貯蔵管を再び充填させるた
めに、上記水素圧差ｈ３利用される。

このことは、冷却が最早必要でない時（例えば駆動終了
後）に特１こ行なわれる。

このようｔこして、冷却゛用貯蔵器は比較的小さくても
犬きｆ、ｆｈ冷却力を保有し、その際この小さい貯蔵器
は、早期１こは空ｔこはならない。

貯蔵器の冷却水で況囲された部分１こ他の可逆性ハイド
ライド、例えばＭｇ／Ｎｉ−ハイドライド（重量的にＴ
ｉＦｅと実質的（こ同等の価値を有する。

）を充填しても良い。

１バールの解離圧は、Ｍｇ／Ｎｉ−ハイドライドの場合
、ＴｉＦｅ−ハイドライド１こ比べ、２５０℃以上の高
温でのみしか達成されないｈＳ１排ガスを５００〜６０
０°Ｃという駆動温度１こ保つことかでき、且つＴｉＦ
ｅ−ハイライドをコールドスタート（冷寒時始動）に供
することができるので、都合の悪いことではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、配達自動車の積載室用冷却装置の概略図を示
す。 第２図は、乗用自動車の内室用冷却装置の概略図を示す
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内室と熱伝導させて水素をハイドライドから遊離さ
   せ、これ１こ必要な熱量（ΔＨ）を少くとも部分的に客
   室から奪うために△Ｈ値が２ＫｍΔ４１Ｈ２より犬で、
   水素解離圧６Ｓ＋３０°Ｃ〜−２５°Ｃの温度で約１バ
   ールｔこ調節されるハイドライドを用いることを特徴と
   する、少くとも部分的に水素で駆動される自動車の内室
   、特に客室を内室の空気力）ら熱を奪うことにより冷却
   するための方法。 ２３０℃以下の温度、特に所望の室温以下の温度である
   少くとも約１５°Ｃ以下の温度で水素を遊離させる、特
   許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 水素解離圧が２０°Ｃ以下の温度、特ｌこ０℃以下
   の温度で約１バールｔこ調節されるハイドライドを用い
   る、特許請求の範囲第１項又は第２項記載の方法。 ４ 低効率の内燃機関及び他の燃料とともｌこ混合運転
   により駆動する内燃機関用に、△Ｈ値が約７ｋ （ＩＩ
   Ｉ−／ Ｍｏ ｌ Ｈ２、好ましくは１０ ｋｃａｌ／
   Ｍｏｌ Ｈ２のハイドライドを用いる、特許請求の範囲
   第１項〜第３項の何れか一つに記載の方法。 ５ 水素担体として、基礎合金ＴｉＦｅ （△Ｈ＝７．
   ５１／Ｍｏ１Ｈ２）又は上記基礎合金に他の物を加えて
   変性した合金を用いる、特許請求の範囲第１項〜第４項
   の何れか一つｌこ記載の方法。 ６ 水素担体として、式ＡＢ５（ここにＡは、希土類金
   属を示し、Ｂは、鉄、コバルト又はニッケルを示す。 ）の合金又は上記合金に他の物を加えて変性した合金を
   用いる、特許請求の範囲第１項〜第４項の何れか一つに
   記載の方法。 Ｉ 水素担体として、ＬａＮ１３を用いる、特許請求の
   範囲第６項記載の方法。 ８ 燃料として用いらｉｚろ水素を供給するためのハイ
   ドライド貯蔵器（１：１７）を自動車の内室と連絡する
   熱伝導路（５，６）に配置することを特徴とする、少く
   とも部分的ｔこ水素で駆動される自動車の内室、特に客
   室を内室の空気から熱を奪うことｌこより冷却するため
   の装置。 ９ ハイドライド貯蔵器（１：１７）を直接、室内ｔこ
   配置し、付加的に熱を伝導させながら、排出系及び／又
   は内燃機関の冷却器と連結せしめる、特許請求の範囲第
   ８項記載の装置。 １０ハイドライド貯蔵器１を容器４で沢囲し、空気路５
   ，６を介して内室と連結せしめる、特許請求の範囲第８
   項記載の装置。 １１ ハイドライド貯蔵器１と内室との間の熱伝導路５
   ，６を分離させるために弁１３を備えた、特許請求の範
   囲第８項〜第１０項の何れか一つｔこ記載の装置。 １２ハイドライド貯蔵器を区分し、各区分の駆動のため
   異なる温度１こ調節する、特許請求の範囲第９項〜第１
   １項の何れか一つ１こ記載の装置。 １３ハイドライド貯蔵器を区分し、少くとも一つの区分
   が他の区分と異なる構成の金属ハイドライドを特徴する
   特許請求の範囲第９項〜第１２項の何ζしか一つに記載
   の装置。 １４ハイドライド貯蔵器を区分し、少くとも１つの区分
   がＴｉＦｅ−ハイドライドを含有し、旦夕くとも１つの
   他の区分がＭｇＮｉ−ハイドライドを特徴する特許請求
   の範囲第９項〜第１３項の何れか一つ１こ記載の装置。