(57)【要約】【課題】電気自動車やハイブリッド車、燃料電池自動車等のように、二次電池や燃料電池を搭載し、該二次電池等により車輪をモーター駆動させる自動車において、二次電池等の電力を暖房等の空調のヒーターのために消費するのを抑制して航続距離やライフの減少を防ぐとともに、効率良く空気を調和することができる空調システムを提供する。【解決手段】車輪をモーター駆動させる二次電池や燃料電池を搭載した自動車において車室内空気を調和する空調システムであって、空調システムは、触媒ヒーター、空調用ダクト、空調用ファンで構成され、触媒ヒーターは触媒に酸化性ガスと燃料を供給して熱を発生させるもので、空調用ダクトは吸気口と送風口につながれ、空調用ダクト内に空調用ファンが配設されて車室内の空気が循環可能とされ、触媒ヒーターで発生する熱を利用し、空調用ダクト内の空気を調和して車室内の空気を調和するものである空調システム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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、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ることを特徴とする空調システム。
【請求項２】
前記空調用ダクト内に、前記触媒ヒーターの触媒が挿入されており、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請求項１に記載の空調システム。
【請求項３】
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請求項１に記載の空調システム。
【請求項４】
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から請求項３のいずれか一項に記載の空調システム。
【請求項５】
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４に記載の空調システム。
【請求項６】
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５のいずれか一項に記載の空調システム。
【請求項７】
前記空調システムは、冷媒を収容する冷媒室をさらに有して前記車室内を冷房する機能を具備しており、前記空調用ダクトは前記冷媒室内を通っており、冷媒室内の冷媒が前記触媒ヒーターにより加熱され、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。
【請求項８】
前記冷媒はＨＦＯ−１２３４ｙｆ、ＨＦＯ−１２３４ｚｆ、およびそれらの異性体、二酸化炭素のいずれか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。
【請求項９】
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８のいずれか一項に記載の空調システム。
【請求項１０】
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９のいずれか一項に記載の空調システム。
【請求項１１】
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１０に記載の空調システム。
【請求項１２】
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１１のいずれか一項に記載の空調システム。
【請求項１３】
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１２のいずれか一項に記載の空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気自動車やハイブリッド車、燃料電池自動車等では、暖房用として、ＰＴＣヒーターで循環している水を温める方式や、ＰＴＣヒーターで空気を直接暖める方式のように電気を使用したヒーターを使用していた（特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、これらの自動車では、ガソリン車に比べてエンジンの廃熱が少ないため、例えば電気自動車であれば、空調の際、二次電池に充電した電力をヒーターで消費することになる。しかも、ＰＴＣヒーター等の伝熱式ヒーターは電力消費が大きい。
【０００４】
このようにヒーターに二次電池等の電力がまわされるため、その分だけ、これらの電気自動車等の航続距離が落ちるという問題があった。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。
【０００５】
また、ヒートポンプ方式を使用した暖房システムも考えられているが、外気温が低いと著しく効率が下がる。また外気から熱を汲みだして暖房するので、あまりに外気温が低いと熱交換器が凍結してしまうという問題がある。特に、ヒーターが必要な寒冷地でヒートポンプ方式ヒーターは効率が著しく低下してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１４７１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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、電気自動車やハイブリッド車、燃料電池自動車等のように、二次電池や燃料電池を搭載し、該二次電池等により車輪をモーター駆動させる自動車において、二次電池等の電力を暖房等の空調のヒーターのために消費するのを抑制して航続距離やライフの減少を防ぐとともに、効率良く空気を調和することができる空調システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、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ることを特徴とする空調システムを提供する。
【０００９】
このように、本発明の空調システムは、まず、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いる。また、車室内に形成された吸気口や送風口とつながれたその空調用ダクトや、空調用ファンによって、車室内の空気が空調用ダクトを通して循環可能となっている。そして、触媒ヒーターにより発生する熱を利用して、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、車室内の空気が調和されるものである。
【００１０】
従来の電気自動車等におけるＰＴＣヒーターを用いた空調システムとは異なり、本発明では触媒ヒーターを利用した空調システムであって、従来のようにＰＴＣヒーターに二次電池等の電力を消費する必要がなく、車室内の空気を調和することが可能である。空調のヒーターのために二次電池等の電力を消費する必要をなくすことができるため、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。
【００１１】
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。
【００１２】
さらには、従来のようなヒートポンプ方式のヒーターと異なり、寒冷地等でも外気温に左右されることなく効率良く空調を行うことが可能である。
【００１３】
このとき、前記空調用ダクト内に、前記触媒ヒーターの触媒が挿入されており、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とすることができる。
【００１４】
このようなものであれば、触媒ヒーターから発生した熱を効率良く空調用ダクト内に吸気された空気に伝えることができ、効果的に車室内を暖房することが可能である。
【００１５】
あるいは、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とすることができる。
【００１６】
このようなものであれば、車室内が暖房されるに伴って、触媒ヒーターから排出されるもの（例えば水）が、直接、空調用ダクトを通して車室内に送られることを防止することができる。
【００１７】
また、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とすることができる。
【００１８】
このようなものであれば、暖められた空調用ダクト内の空気で、さらに座席を個別に暖めることができるので好ましい。
【００１９】
また、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とすることができる。
【００２０】
このように、触媒ヒーターにより発生する熱自体で座席を暖められるものであれば、一層効率良く暖めることができる。
【００２１】
また、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とすることができる。
【００２２】
このようなものであれば、担体から輻射される遠赤外線によって人をさらに暖めることが可能となるので好ましい。
【００２３】
また、前記空調システムは、冷媒を収容する冷媒室をさらに有して前記車室内を冷房する機能を具備しており、前記空調用ダクトは前記冷媒室内を通っており、冷媒室内の冷媒が前記触媒ヒーターにより加熱され、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とすることができる。
【００２４】
このようなものであれば、触媒ヒーターにより加熱され気化した冷媒が、冷えて一旦凝結し、その後、ヒートポンプ方式で、その凝結した冷媒が空調用ダクト内の空気から熱を奪って再度気化することによって、空調用ダクト内の空気を冷やすことができる。そしてその結果、車室内を冷房することが可能である。
【００２５】
このとき、前記冷媒はＨＦＯ−１２３４ｙｆ、ＨＦＯ−１２３４ｚｆ、およびそれらの異性体、二酸化炭素のいずれかであるのが好ましい。
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。
【００２６】
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、例えば従来の触媒ヒーターを用いることができる。
【００２７】
このとき、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のが好ましい。
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。
【００２８】
空調用ファンが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れば、空調用ファンを駆動させるのに二次電池等の電力を消費する必要性をなくすことができるため、電池の充電頻度、さらには電池のライフ、航続距離の改善をより一層図ることが可能である。
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。
【００２９】
また、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とすることができる。
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。
【００３０】
さらに、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とすることができる。
【００３１】
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、走行時のラム圧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。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の空調システムであれば、二次電池や燃料電池を搭載した自動車において、触媒ヒーターにより発生した熱を利用して、効率良く車室内の空気を調和することができ、その結果、二次電池や燃料電池による電力を、ヒーターに費やすことをなくし、空調に要する消費量を極めて低減することができる。そのため、車の航続距離を伸ばしたり、電池のライフを延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の空調システムの一例を示す概略図である。
【図２】触媒ヒーターを用いた暖房の仕組みの一例を示す説明図である。
【図３】触媒ヒーターを用いた暖房の仕組みの他の例を示す説明図である。
【図４】触媒ヒーターを用いた冷房の仕組みの一例を示す説明図である。
【図５】ラム圧を利用した空調用ファンの回転の仕組みの一例を示す説明図である。
【図６】触媒ヒーターを用いた座席を暖める仕組みの一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下では、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
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。
【００３５】
そこで本発明者らは、二次電池等からの電力をＰＴＣヒーターのために使用して車室内の空調を行うのではなく、触媒ヒーターを利用して車室内の空調を行うシステムを想到した。このようなものであれば、十分に効率良く空調を行うことが可能であるとともに、電池からの電力を空調のヒーターに割く必要性をなくすことができ、車輪の駆動のためにより多くの電力を費やすことが可能になる。そのため、航続距離を伸ばすことができる。また、その結果、電池のライフも延ばすことができる。本発明者らは、これらのことを見出し、本発明を完成させた。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
そして、このような自動車２に組み込まれた本発明の空調システム１の主な構成としては、空調用ダクト８、空調用ファン９、触媒ヒーター１０が挙げられる。
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。
【００３９】
また、空調用ファン９は空調用ダクト８内に配設されており、この空調用ファン９を回転させることで、吸気口１１から車室３内の空気を吸気し、空調用ダクト８を通して送風口１２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。
【００４０】
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、空調用ダクト８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８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。
【００４１】
以下、本発明の空調システム１の各部についてさらに詳述する。
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。
【００４２】
触媒ヒーター１０は、触媒１３が担持された担体（触媒体１４）と燃料タンク１５を有している。触媒体１４と燃料タンク１５の間には、燃料供給管１６と、燃料の他に酸化性ガス（例えば空気）が透過可能な燃料透過膜１７が配設されており、これらを通して燃料タンク１５内の燃料を触媒１３を有する触媒体１４へ供給可能になっている。
【００４３】
触媒１３としては、例えば、プラチナ、パラジウム、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触媒を用いることができる。
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。
【００４４】
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。
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
また、燃料供給管１６の形状、数等は特に限定されない。適切に燃料を触媒体１４に供給することができれば良い。
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。
【００４９】
ここで、触媒ヒーター１０を用いた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を用いた他の暖房の仕組みとすることができる。
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。
【００５０】
図３に、触媒ヒーターを用いた暖房の仕組みの他の一例を示す。図３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１８を有している。該熱伝導体１８は触媒１３を有する触媒体１４に接続されており、空調用ダクト８内に挿入されている。この熱伝導体１８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８内の空気に伝えることができるものを用いれば良い。
【００５１】
一方、触媒体１４は空調用ダクト８の外に配設されており、触媒体１４に空気等の酸化性ガスを供給するための酸化性ガス供給管１９が別個に設けられている。なお、酸化性ガス供給管１９は触媒体１４の上流および下流で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、別個に配設したファン等を用いて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酸化性ガスや、反応で生成された水（発生した熱により水蒸気となっている）は車外へ排出される。
【００５２】
暖房の際には、燃料タンク１５から燃料を、酸化性ガス供給管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１８に伝熱され、この熱伝導体１８を介して空調用ダクト８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。
【００５３】
また、例えば、図２に示すような場合に担体をセラミックスまたはステンレス製等のものとし、触媒ヒーター１０を送風口１２の近傍に配置することによって、暖房時に、触媒ヒーター１０により発生した熱で空調用ダクト８内の空気を暖めるとともに、上記担体から送風口１２を通して輻射される遠赤外線によって、車室３内の人をさらに暖めることが可能である。
【００５４】
次に、触媒ヒーター１０を用いた冷房の仕組みについて一例を挙げて説明する。
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。
【００５５】
冷媒２０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。
【００５６】
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２１内の冷媒２０が気化する。気化した冷媒２０は、その後冷えて、例えば冷媒室２１内上方に配置された空調用ダクト８付近で凝結するものの、空調用ダクト８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８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。
【００５７】
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。
【００５８】
次に、空調用ダクト８についてさらに説明する。
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。
【００５９】
例えば、暖房のための空調用ダクトと冷房のための空調用ダクトを別個に用意し、吸気口１１や送風口１２の付近でこれらが合流するよう配設することができる。弁等を用いて、暖房時あるいは冷房時に適切な方向へ空気が流れるようにすることができる。
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。
【００６０】
さらには、空調用ダクト８を座席内に通すことができる。図６に、触媒ヒーターを用いた座席を暖める仕組みの一例を示す。
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。
【００６１】
また、触媒ヒーター１０を上記座席２６内に配設することで、その触媒ヒーター１０により発生した熱自体により座席を暖めることも可能である。例えば、小型化した触媒ヒーター１０を座席２６内に複数配設することで、座席２６の各位置をより効率的に暖めることができる。座席２６内に配設する触媒ヒーター１０の数、大きさ等は特に限定されない。
【００６２】
次に、空調用ファンについてさらに説明する。
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。
【００６３】
この空調用ファン９を回転駆動させる手段は特に限定されず、二次電池６を用いることもできるが、好ましくは、例えば以下に示す例のような別個の手段を具備することにより、二次電池６の電力を空調のために消費させることを防ぐことができる。すなわち、二次電池６の電力を、車輪５の駆動のためにより多く費やすことができ、走行距離を一層伸ばすことが可能になる。
【００６４】
まず、図１に示すように、例えば自動車２の車室３の屋根に太陽電池２２を配設し、該太陽電池２２から空調用ファン９に電力を供給することができる。この太陽電池２２の大きさ、配置等は必要な電力に応じて適宜決定することができる。
【００６５】
また、図１に示すように、ダイレクトメタノール型燃料電池２３をさらに配設し、これを用いて空調用ファン９を回転駆動させることができる。この場合、触媒ヒーター１０の燃料としてメタノールを用いるのであれば、ダイレクトメタノール型燃料電池２３のメタノールの供給源として、触媒ヒーター１０の燃料タンク１５を共用させることも可能である。ダイレクトメタノール型燃料電池２３と触媒ヒーター１０とで燃料タンク１５を共用することで、新たな燃料タンクを用意する必要がなくなり、その分、重量を軽くすることができるし、省スペースとすることが可能である。
【００６６】
さらには、走行時（特に高速走行時）には外気のラム圧を利用して空調用ファン９を回転駆動させる方法が挙げられる。図５に、ラム圧を利用した空調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、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。
【００６７】
外気用ファン２４の、空調用ファン８に回転を伝達する機構は特に限定されず、空調用ファン８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。
【００６８】
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２４が接続されており、外気用ファン２４がラム圧で回転することにより蓄電池に蓄電され、これを用いて空調用ファン８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。
【００６９】
本発明においては、停車時や低速走行時には、太陽電池２２やダイレクトメタノール型燃料電池２３を用いて空調用ファン８を回転駆動させ、高速走行時には外気用ファン２４等からなる上記仕組みを用いて空調用ファン８を回転駆動させることができる。また、これらを適宜組み合わせて同時に用いることで、より安定的に空調用ファン８を回転駆動させることも可能である。
【００７０】
以上のように、本発明の空調システム１であれば、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）することが可能である。
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。
【００７１】
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、触媒ヒーター１０を用いた本発明の空調システム１であれば、外気温に左右されず、効率良く、安定して暖房等の空調を行うことができる。
【実施例】
【００７２】
以下、実施例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（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。
【００７３】
なお、触媒ヒーター１０の燃料としてはメタノールを用いた。また、空調用ファンの回転駆動には、二次電池６を用いた。
【００７４】
この結果、別個に用意した二次電池６の電力を少量使用するだけで、本発明の空調システム１で２３℃の一定温度に３０時間保つことができた。
【００７５】
（比較例）
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。
【００７６】
このように、実施例のように本発明の空調システム１を用いて空調を行えば、従来法による比較例とは異なり、二次電池６の電力を使用するとしても少量で済むし、長時間にわたって空調を行うことができる。したがって、本発明の空調システム１によって、二次電池６の電力を、従来よりもより多く（上記実施例および比較例の場合は３割以上の電力）自動車の走行に費やすことができ、より長い航続距離を得ることが可能である。
【００７７】
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。
【符号の説明】
【００７８】
１…本発明の空調システム、  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…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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年10月4日(2010.10.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項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、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、冷媒を収容する冷媒室をさらに有して前記車室内を冷房する機能を具備しており、前記空調用ダクトは前記冷媒室内を通っており、冷媒室内の冷媒が前記触媒ヒーターにより加熱され、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ることを特徴とする空調システム。
【請求項２】
前記空調用ダクト内に、前記触媒ヒーターの触媒が挿入されており、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請求項１に記載の空調システム。
【請求項３】
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請求項１に記載の空調システム。
【請求項４】
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から請求項３のいずれか一項に記載の空調システム。
【請求項５】
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４に記載の空調システム。
【請求項６】
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５のいずれか一項に記載の空調システム。
【請求項７】
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６のいずれか一項に記載の空調システム。
【請求項８】
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７のいずれか一項に記載の空調システム。
【請求項９】
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８のいずれか一項に記載の空調システム。
【請求項１０】
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９に記載の空調システム。
【請求項１１】
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１０のいずれか一項に記載の空調システム。
【請求項１２】
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１１のいずれか一項に記載の空調システム。