(57)【要約】【課題】  燃料電池の排熱により駆動可能で、さらに比較的構造も簡単で小型・軽量化が可能なエジェクタ式冷凍システムを用いた移動体用空調装置を提供する。【解決手段】  燃料電池１を搭載した移動体において、前記燃料電池１からの排熱により駆動されるエジェクタ式冷凍システム２を備え、このエジェクタ式冷凍システム２により生成される冷熱および前記燃料電池１からの排熱により移動体の室内を空調する。さらに、エジェクタ式冷凍システム２に加えて燃料電池１で発電した電力で駆動される機械圧縮式冷凍機２０を併設する。【選択図】        図１
2005172352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を搭載した移動体において、前記燃料電池からの排熱により駆動されるエジェクタ式冷凍システムを備え、このエジェクタ式冷凍システムにより生成される冷熱および前記燃料電池からの排熱により移動体の室内を空調することを特徴とする移動体用空調装置。
【請求項２】
前記燃料電池で発電した電力により駆動される機械圧縮式冷凍機をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の移動体用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を搭載した移動体の空調装置に関し、特に燃料電池の排熱で駆動されるエジェクタ式冷凍システムを用いた移動体用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池を搭載した移動体の一つとして燃料電池自動車がある。燃料電池自動車は燃料電池で発電する電力で駆動される。この燃料電池自動車の空調装置として、従来の内燃機関の軸動力で駆動する機械圧縮式冷凍機を電動モータで駆動するものが開示されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
また、燃料電池での反応熱による排熱で駆動される空調装置として、吸着式冷凍機を用いたものが開示されている（例えば、特許文献４参照）。
また、同じく燃料電池の排熱で駆動される空調装置として、吸収式冷凍機を用いたものが開示されている（例えば、特許文献５参照）。
【特許文献１】特開２００２−２８３８３８号公報
【特許文献２】特開２００２−２８３８４１号公報
【特許文献３】特開２００３−１４６０６０号公報
【特許文献４】特開２００１−２１３１４９公報
【特許文献５】特開平５−３４０６３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
燃料電池自動車の空調装置において、特許文献１乃至３に開示されるように機械圧縮式冷凍機を電動モータで駆動する場合、駆動動力として燃料電池で発電した電力を使用するため、燃費の低下、移動体の駆動能力の低下をきたす。
吸着式冷凍機を用いる場合は燃料電池での反応熱による排熱を利用するため、燃費や駆動能力に対して直接的な影響は与えない。しかし、吸着式冷凍機は特許文献４にも開示されているように、吸着剤の吸着・脱離工程がバッチ式となるため、吸着・脱離機構を少なくとも２セット装備しなければならない。また、吸着には空隙率を大きくとった吸着剤を必要とする。吸着剤としては特許文献４を始め、一般的には粒状のシリカゲルを用いることが多い。そのため、容積、重量ともに機械圧縮式冷凍機に比較して極端に大きくなるため、移動体に搭載する用途には適さない。
また、特許文献５のように吸収式冷凍機を用いる場合も燃料電池の排熱を利用するため、燃費や駆動能力に対して直接的な影響は与えない。しかし、吸収式冷凍機は液体の吸収液で冷媒を吸収することにより冷媒を蒸発させ、冷凍効果を得ている。この吸収を行わせる機構は吸収液を保有する必要があり、またある程度の空間を必要とするため、容積、重量の面で大きくなる。また、この吸収液に冷凍を吸収させる機構は振動に弱く移動体に適さない。さらに、現在一般的な吸収式冷凍機は臭化リチウムを吸収液、水を冷媒とするものであるが、８０℃以下の駆動熱源ではその効率が著しく低下するため、固体高分子型燃料電池のようにその排熱温度が８０℃以下の場合には適用できない。
【０００４】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、燃料電池の排熱により駆動可能で、さらに比較的構造も簡単で小型・軽量化が可能なエジェクタ式冷凍システムを用いた移動体用空調装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る移動体用空調装置は、燃料電池を搭載した移動体において、前記燃料電池からの排熱により駆動されるエジェクタ式冷凍システムを備え、このエジェクタ式冷凍システムにより生成される冷熱および前記燃料電池からの排熱により移動体の室内を空調することを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の移動体用空調装置は、前記燃料電池で発電した電力により駆動される機械圧縮式冷凍機をさらに備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の移動体用空調装置によれば、無駄に捨てていた燃料電池の排熱を有効利用することにより、その排熱でエジェクタ式冷凍システムを駆動し移動体の室内の空調を行うこととしたので、燃料電池で発電した電力をそのまま移動体の駆動動力として利用することができ、燃費や移動体の駆動能力への影響はない。また、燃料電池の排熱で駆動される冷凍機をエジェクタを用いたエジェクタ式冷凍システムとしたものであるため、吸着式冷凍機や吸収式冷凍機に比べて構造が比較的簡単で小型・軽量化が可能である。
また、上記エジェクタ式冷凍システムに加えて燃料電池で発電した電力により駆動される機械圧縮式冷凍機を併設することにより、移動体の起動時など短い時間だけ機械圧縮式冷凍機を運転することができ、空調開始を早く立ち上げることができるとともに、燃料電池で発電した電力の冷凍機消費量を節減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【０００９】
図１は本発明の実施の形態１による移動体用空調装置の概要を示す構成図である。
この移動体用空調装置は、移動体（図示せず）に搭載された燃料電池１と、燃料電池１の排熱により冷熱を生成するエジェクタ式冷凍システム２を備えている。エジェクタ式冷凍システム２は、エジェクタ３、加熱装置４、蒸発器５、凝縮器６、膨張弁７、および冷媒ポンプ８により冷凍回路が構成されている。加熱装置４内には排熱回収熱交換器９が設けられ、この排熱回収熱交換器９に燃料電池１の排熱を導くようになっている。また、移動体室内へ送風する送風ダクト１１内には送風機１２と、暖房用熱交換器１３および冷房用熱交換器１４が設けられており、燃料電池１の排熱の一部を暖房用熱交換器１３に、また蒸発器５内の冷熱熱交換器１０による冷水を冷水ポンプ１５により冷房用熱交換器１４に、それぞれ導くようになっている。図中、１６、１７は燃料電池１の排熱供給配管に設けられた電磁弁である。
【００１０】
次に、上記のように構成された移動体用空調装置の動作について説明する。エジェクタ式冷凍システム２内には冷媒（温度・圧力条件に応じて気相および液相の状態）で満たされている。燃料電池１からの排熱を排熱回収熱交換器９に導き、排熱回収熱交換器９により加熱装置４内で蒸発して高温・高圧となった冷媒蒸気Ａをエジェクタ３のノズル（図示せず）より高速で噴出させる。ノズルから噴出した冷媒蒸気Ａは圧力エネルギーが運動エネルギーに変換されるために圧力が低下し、低圧領域を生成する。この生成された低圧とノズルからの冷媒蒸気Ａの噴流流体力により蒸発器５から低温・低圧の冷媒蒸気Ｂを吸引する。この吸引効果により蒸発器５内で冷媒蒸気が蒸発し、その気化熱で冷凍効果が発生する。冷媒蒸気Ａと冷媒蒸気Ｂはエジェクタ３内で混合し、さらに運動エネルギーを圧力に回復して昇圧した後、凝縮器６に入り、凝縮器６において冷却され凝縮する。凝縮した冷媒液の一部は膨張弁７を介して蒸発器５に戻り、残りの冷媒液は冷媒ポンプ８で加熱装置４に戻る。
【００１１】
移動体の室内に温湿度の調節された空気を送る送風ダクト１１には送風機１２と暖房用熱交換器１３および冷房用熱交換器１４が設置されている。したがって、送風温度を上げたいときには、電磁弁１６、１７の開度を調節して燃料電池１の排熱の一部を暖房用熱交換器１３に供給し、送風機１２からの空気を加熱する。逆に、送風温度を下げたい場合には、エジェクタ式冷凍システム２の蒸発器５における冷凍効果で冷却された冷水を冷水ポンプ１５により冷房用熱交換器１４に供給し、送風機１２からの空気を冷却する。
【００１２】
このように、エジェクタ式冷凍システム２は、吸着式冷凍機のようにバッチ運転を必要とせず、連続運転が可能であるため、同一機能の機構を複数セット装備する必要はない。また、吸着機構や吸収機構が不要で、冷媒以外には吸着剤を必要としない。そのため、吸着式冷凍機や吸収式冷凍機に比較して小型・軽量化が可能となる。さらに、冷媒として水やアンモニア、アルコール、炭化水素などの自然冷媒や、フロン、代替フロンなど、燃料電池の排熱温度や使用環境に合わせて任意の媒体が適用できる。例えば、固体高分子燃料電池の排熱温度は８０℃以下であり、一般的な吸収式冷凍機（臭化リチウム−水系）は作動が困難であるが、エジェクタ式冷凍システムでは適宜冷媒を選択することにより問題なく作動させることが可能である。
【００１３】
なお、凝縮器６での冷却は、外気や水、海水など、適用する移動体の周囲に存在する媒体による。図１では蒸発器５における冷凍効果で冷却した冷水を冷房用熱交換器１４に循環させているが、冷媒を直接冷房用熱交換器に循環させても良い。
【００１４】
図２は本発明の実施の形態２による移動体用空調装置の概要を示す構成図である。
この実施の形態は、上記エジェクタ式冷凍システム２と機械圧縮式冷凍機２０とを併設するハイブリッド式の移動体用空調装置である。エジェクタ式冷凍システム２は、図１に示したものと同一の構成であり、機械圧縮式冷凍機２０は燃料電池１で発電した電力により電動モータ２１を駆動し、この電動モータ２１によって機械圧縮式冷凍機２０のコンプレッサ（図示せず）を駆動する構成である。
このハイブリッド式の移動体用空調装置では、移動体の起動時など、燃料電池１の排熱が十分に利用できるようになるまでの間、機械圧縮式冷凍機２０を燃料電池１で発電した電力により駆動し、移動体室内の空調を行うものである。その後、燃料電池１の排熱が十分に利用できるようになった時点からエジェクタ式冷凍システム２の方へ運転を切り替え空調を行う。上記の期間はタイマーで時間設定をすることができる。
したがって、機械圧縮式冷凍機２０の運転は、移動体の起動時など短い期間に限られているため、空調開始を早く立ち上げることができ、かつ燃料電池１で発電した電力の冷凍機消費量を節減でき、燃費や移動体の駆動能力に与える影響は極めて少ないものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１による移動体用空調装置の概要を示す構成図。
【図２】本発明の実施の形態２による移動体用空調装置の概要を示す構成図。
【符号の説明】
【００１６】
１  燃料電池、２  エジェクタ式冷凍システム、３  エジェクタ、４  加熱装置、５  蒸発器、６  凝縮器、７  膨張弁、８  冷媒ポンプ、９  排熱回収熱交換器、１０  冷熱熱交換器、１１  送風ダクト、１２  送風機、１３  暖房用熱交換器、１４  冷房用熱交換器、１５  冷水ポンプ、１６、１７  電磁弁、２０  機械圧縮式冷凍機、２１  電動モータ。
【図１】
2005172352.tif 000003
【図２】
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