(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード(103) ，カソード(102) を有する電池本体(101) に少なくとも２つの物質を供給し、上記少なくとも２つの物質をアノード(103) ，カソード(102) で電極反応させるように構成された固体高分子型燃料電池(100) と、
上記電池本体(101) との熱交換により冷媒に熱を付与するための電池側熱交換手段(206) と、
空気調和装置の室内熱交換器(257) に配置され、上記電池側熱交換手段(206) で冷媒に付与された熱を空調空気に付与するための利用側熱交換手段(256) と、
上記電池側熱交換手段(206) と利用側熱交換手段(256) との間で冷媒が循環するように閉回路に構成された冷媒回路と、
上記冷媒回路内で上記利用側熱交換手段(256) に対して並列に配置され、上記電池側熱交換手段(206) で冷媒に付与された熱を室外空気に放出するための放熱手段(203又は208)と、
暖房運転時には上記電池側熱交換手段(206) を通過した冷媒が上記利用側熱交換手段(256) に流れ、暖房を行わないときには上記電池側熱交換手段(206) を通過した冷媒が上記放熱手段(203又は208)に流れるように、上記冷媒回路における冷媒の流通経路を切り換える流通経路切換手段(290) と
を備えていることを特徴とする燃料電池駆動空調システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池駆動空調システムにおいて、
上記流通経路切換手段(290) は、上記暖房運転時に、上記電池側熱交換手段(206) を通過した冷媒が上記利用側熱交換手段(256) に流れる動作と、上記電池側熱交換手段(206) を通過した冷媒が上記利用側熱交換手段(256) と上記放熱手段(203又は208)の両方とに流れる動作とを切り換え可能に構成されていることを特徴とする燃料電池駆動空調システム。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池駆動空調システムにおいて、
上記冷媒回路は、
上記電池側熱交換手段(206) 、及び上記放熱手段(203又は208)を冷媒配管で接続して構成される閉回路の第１冷媒回路(210) と、
熱源側熱交換手段(253又は265)、及び上記利用側熱交換手段(256) を冷媒配管で接続して構成され、上記第１冷媒回路(210) とは独立した冷媒の循環が可能な閉回路の第２冷媒回路(260) と、
上記第１冷媒回路(210) の冷媒配管と上記第２冷媒回路(260) の冷媒配管とを接続する連絡配管(261,262) とにより構成されており、
上記流通経路切換手段(290) は、暖房運転時には上記第１冷媒回路(210) の電池側熱交換手段(206) を通過した冷媒が上記第２冷媒回路(260) の上記利用側熱交換手段(256) に流れる一方、冷房運転時には上記第１冷媒回路(210) と上記第２冷媒回路(260) とで互いに独立に冷媒が循環するように、上記第１，第２冷媒回路(210,260) の各冷媒配管及び上記連絡配管(261,262) の間における冷媒の流通経路を切り換えることを特徴とする燃料電池駆動空調システム。
【請求項４】
請求項１又は３に記載の燃料電池駆動空調システムにおいて、
上記冷媒回路に介設された圧縮機(201又は251)と、
上記冷媒回路に介設され、冷媒を膨張させるための膨張手段(205又は255)をさらに備えていることを特徴とする燃料電池駆動空調システム。
【請求項５】
請求項３に記載の燃料電池駆動空調システムにおいて、
上記第２冷媒回路(260) に介設された圧縮機(251)をさらに備え、
上記暖房運転時に、上記電池側熱交換手段(206) を通過した冷媒と共に上記圧縮機(251)の吐出冷媒を上記利用側熱交換手段(256) へ供給する動作が実行可能になっていることを特徴とする燃料電池駆動空調システム。
【請求項６】
請求項３又は４に記載の燃料電池駆動空調システムにおいて、
上記放熱手段(203) 及び上記熱源側熱交換手段(253) は、共通の室外熱交換器(254) 内に配置されていることを特徴とする燃料電池駆動空調システム。
【請求項７】
請求項４又は６に記載の燃料電池駆動空調システムにおいて、
上記冷媒回路は、冷媒の循環サイクルを切り換えるサイクル切換手段(202) を備え、
上記燃料電池(100) の運転開始時に、上記電池側熱交換手段(206) で冷媒を凝縮することが可能にように構成されていることを特徴とする燃料電池駆動空調システム。
【請求項８】
請求項１に記載の燃料電池駆動空調システムにおいて、
上記利用側熱交換手段(256) は上記電池側熱交換手段(206) よりも上方に設置されており、
上記冷媒回路は、自然循環式冷媒回路であることを特徴とする燃料電池駆動空調システム。
【請求項９】
請求項１に記載の燃料電池駆動空調システムにおいて、
上記冷媒は少なくとも水を含むものであり、
上記室内熱交換器(257) に配置され、上記冷媒回路を流れる冷媒の水分を空調空気に付与する機能を有する加湿手段(258) をさらに備え、
上記加湿手段(258) 及び上記利用側熱交換手段(257) により暖房・加湿を行うことが可能に構成されていることを特徴とする燃料電池駆動空調システム。
【請求項１０】
アノード(103) ，カソード(102) を有する電池本体(101) に少なくとも２つの物質を供給し、上記少なくとも２つの物質をアノード(103) ，カソード(102) で電極反応させるように構成された固体高分子型燃料電池(100) と、
上記電池本体(101) との熱交換により吸着剤を水に含ませた溶液に熱を付与するための電池側熱交換手段(302) と、
空気調和装置の室内調湿部(330) に配置され、暖房運転時に上記電池側熱交換手段(302) で溶液に付与された熱を利用して上記溶液から水分を空調空気に放出するための溶液除湿手段(331) と、
上記電池側熱交換手段(302) と上記溶液除湿手段(331) とを配管で接続して構成される閉回路の溶液循環路(310) と
を備えている燃料電池駆動空調システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の燃料電池駆動空調システムにおいて、
上記燃料電池(100) のカソード(102) から排出される水蒸気を凝縮するための凝縮器(131) と、
暖房運転時に上記凝縮器(131) から上記溶液循環路(310) に水を供給する水供給機構(305) と
をさらに備えていることを特徴とする燃料電池駆動空調システム。
【請求項１２】
アノード(103) ，カソード(102) を有する電池本体(101) に少なくとも２つの物質を供給し、上記少なくとも２つの物質をアノード(103) ，カソード(102) で電極反応させるように構成された固体高分子型燃料電池(100) と、
上記電池本体(101) との熱交換により熱を吸着剤を水に含ませた溶液に付与するための電池側熱交換手段(302) と、
空気調和装置の室外調湿部(320) に配置され、冷房運転時に上記電池側熱交換手段(302) で溶液に付与された熱を利用して上記溶液から水分を放出するための溶液除湿手段(322)  と、
空気調和装置の室内調湿部(330) に配置され、冷房運転時に空調空気から水分を上記溶液に吸収するための溶液加湿手段(331) と、
上記電池側熱交換手段(206) 、上記溶液除湿手段(322) 及び上記溶液加湿手段(331) を配管で接続して構成される閉回路の溶液循環路(310) と
を備えている燃料電池駆動空調システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載の燃料電池駆動空調システムにおいて、
上記溶液循環路(310) は、暖房運転時には溶液が上記溶液除湿手段(322) をバイパスして上記室内調湿部(320) 側に流れるように、溶液の流通経路の切換が可能に構成されており、
暖房運転時には、冷房運転時における上記溶液加湿手段(331) が上記溶液から空調空気に水分を放出するように構成されていることを特徴とする燃料電池駆動空調システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載の燃料電池駆動空調システムにおいて、
上記燃料電池(100) のカソード(102) から排出される水蒸気を凝縮するための凝縮器(131) をさらに備え、
暖房運転時に上記凝縮器(131) から上記溶液循環路(310) に水を供給する水供給機構(305) をさらに備えていることを特徴とする燃料電池駆動空調システム。
【請求項１５】
アノード(103) ，カソード(102) を有する電池本体(101) に少なくとも２つの物質を供給し、上記少なくとも２つの物質をアノード(103) ，カソード(102) で電極反応させるように構成された固体高分子型燃料電池(100) と、
上記電池本体(101) との熱交換により冷媒に熱を付与するための電池側熱交換手段(206) と、
空気調和装置内の熱交換器に配設され、上記電池側熱交換手段(206) で冷媒に付与された熱を放熱するための放熱手段と、
上記電池側熱交換手段(206) と放熱手段との間で冷媒が循環するように閉回路に構成された冷媒回路と
を備えている燃料電池駆動空調システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載の燃料電池駆動空調システムにおいて、
上記燃料電池(100) の単独運転時に、上記放熱手段により、上記電池側熱交換手段(206) で付与された熱を上記空気調和装置の熱交換器で放出するように構成されていることを特徴とする燃料電池駆動空調システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体高分子型燃料電池システムと空気調和装置とを一体的に組み込んでなる空調システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、炭水化物やアルコール類などの燃料がもっている化学エネルギーを燃やして熱に変換することなしに、電池内で、燃料，酸化剤（空気，酸素など）をそれぞれカソード，アノードにおける電子をやりとりする電極反応を行わせ、全体として燃料の燃焼反応と同じ形の反応を行わせるようにした燃料電池は、高い熱交換効率を発揮することができるので、病院，学校，ビル等の施設の電力源として応用されつつある。かかる燃料電池の中でも、ポリスチレン系等からなるイオン交換樹膜を電解質として用いた固体高分子型燃料電池がある。
【０００３】
図７は、従来の固体高分子型燃料電池システム(100) の構成を概略的に示す配管系統図である。同図において、(101) は電池本体を示し、該電池本体(101) の内部には、カソード(102) と、アノード(103) と、加湿器(104) とが設けられている。また、(120) は取り入れた外気を圧縮して燃料電池(101) 等に送り込むための空気圧縮機、(121) は都市ガス中の硫黄成分を取り除くための脱硫器、(122) は脱硫された都市ガスを圧縮して高圧にするためのガス圧縮機、(124) はポンプ(123) 等を介して送られる水を貯留するタンク、(126) はガス圧縮機(122) から送られる都市ガスと、ポンプ(125) を介してタンク(124) から送られる水とを反応させるための改質器、(127) は改質器(126) で発生した一酸化炭素を変成するための変成器、(128) は変成器(127) から出る一酸化炭素をさらに酸化させた後、電池本体(101) に送るための酸化反応器、(1000)は電池本体(101) を循環水で冷却するためのチラーをそれぞれ示す。また、(131) はカソード(102) で発生する蒸気を凝縮するための凝縮器、(132) は上記改質器(126) で生じる水蒸気を凝縮するための凝縮器をそれぞれ示す。そして、各凝縮器(131,132) で生成された水分は上記タンク(124) に戻される一方、気体は外部に排出されるように構成されている。
【０００４】
次に、上記燃料電池システム(100) におけるエネルギーの流れを概略的に説明する。改質器(126) においては、脱硫され高圧状態になった都市ガスが水分の存在下でガスバーナーで加熱され、高温状態で酸素及び水と反応して、主として二酸化炭素と水素とが発生する。ただし、この反応生成物中には一酸化炭素も含まれているので、変成器(127) でこの一酸化炭素を二酸化炭素に変える。さらに、固体高分子型燃料電池システムにおいては、効率の低下を招く一酸化炭素の量を極度に減らすために、酸化反応器(128) を設け、この酸化反応器(128) において、変成器(127) から出る二酸化炭素に空気圧縮機(120) から送られる空気を混合させて一酸化炭素をさらに酸化させている。このようにして、一酸化炭素の含有量が極めて少ない二酸化炭素と水素の混合ガスが電池本体(101) に送られる。そして、電池本体(101) で、酸化反応器(128) から送られる水素と、空気圧縮機(120) から送られる空気中の酸素とを結合させて、そのときに生じるイオンをカソード(102) ，アノード(103) の電荷に変えることで、電力が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の固体高分子型燃料電池システム(100) においては、電池本体(101) の温度が１００℃を越えるとその機能が損なわれるおそれがあることから、チラー(1000)で電池本体(101) が１００℃まで加熱されないように冷却している。
【０００６】
言い換えると、電池本体(101) から熱が排出されるのであるが、このような低温の熱を空調のために積極的に利用しようとする試みはなされていなかった。その原因は、このような比較的低温の排熱を暖房等に利用しようとすると、その利用系を構築するのにコストが必要となるのに対して、利用可能な熱量が小さいので、結局、採算に合わないとの固定観念が支配していたためと思われる。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、固体高分子型燃料電池の電池本体から発生する比較的低温の熱を空調に利用しうる手段や、燃料電池の放熱手段として空調冷媒系統を利用することにより、施設等に設置される燃料電池を利用して施設等の空調システム全体の総合的な効率の向上と、省スペース及び省コストとを図ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明が講じた手段は、固体高分子型燃料電池の電池本体から排出される比較的低温の排熱を空気調和装置や調湿装置の熱源として利用しうる、あるいは空気調和装置を利用して電池本体を冷却しうる空調システムを構成することにある。
【０００９】
具体的には、請求項１〜８に記載されている燃料電池の排熱を温度調節のために利用しうるようにした第１の燃料電池駆動空調システムに関する手段と、請求項９に記載されている燃料電池の排熱を暖房・加湿のために利用しうるようにした第２の燃料電池駆動空調システムに関する手段と、請求項１０，１１に記載されている燃料電池の排熱を暖房時における湿度の調節のために利用しうるようにした第３の燃料電池駆動空調システムに関する手段と、請求項１２〜１４に記載されている燃料電池の排熱を冷房時の除湿のために利用しうるようにした第４の燃料電池駆動空調システムに関する手段と、請求項１５，１６に記載されている燃料電池の冷却のために空気調和装置を利用するようにした第５の燃料電池駆動空調システムに関する手段とを講じている。
【００１０】
本発明の第１の燃料電池駆動空調システムは、請求項１に記載されているように、アノード(103) ，カソード(102) を有する電池本体(101) に少なくとも２つの物質を供給し、上記少なくとも２つの物質をアノード(103) ，カソード(102) で電極反応させるように構成された固体高分子型燃料電池(100) と、上記電池本体(101) との熱交換により冷媒に熱を付与するための電池側熱交換手段(206) と、空気調和装置の室内熱交換器(257) に配置され、上記電池側熱交換手段(206) で冷媒に付与された熱を空調空気に付与するための利用側熱交換手段(256) と、上記電池側熱交換手段(206) と利用側熱交換手段(256) との間で冷媒が循環するように閉回路に構成された冷媒回路と、上記冷媒回路内で上記利用側熱交換手段(256) に対して並列に配置され、上記電池側熱交換手段(206) で冷媒に付与された熱を室外空気に放出するための放熱手段(203又は208)と、暖房運転時には上記電池側熱交換手段(206) を通過した冷媒が上記利用側熱交換手段(256) に流れ、暖房を行わないときには上記電池側熱交換手段(206) を通過した冷媒が上記放熱手段(203又は208)に流れるように、上記冷媒回路における冷媒の流通経路を切り換える流通経路切換手段(290) とを備えている。
【００１１】
この発明特定事項は、図１〜図４及び図６に開示されている。これにより、固体高分子型燃料電池(100) の電池本体(101) から排出される比較的低温の排熱を利用した室内の暖房が可能になる。また、暖房運転時、冷房運転時、暖房・冷房の停止時に固体高分子型燃料電池(100) の温度が過上昇してその機能が害されるのが確実に防止される。
【００１２】
さらに、上記の作用に加えて、暖房を行わないときには、燃料電池(100) で発生した熱を第１冷媒回路(210) の放熱手段(203又は208)を利用して放熱することが可能になる。
【００１３】
請求項２に記載されているように、請求項１に記載の燃料電池駆動空調システムにおいて、上記流通経路切換手段(290) は、上記暖房運転時に、上記電池側熱交換手段(206) を通過した冷媒が上記利用側熱交換手段(256) に流れる動作と、上記電池側熱交換手段(206) を通過した冷媒が上記利用側熱交換手段(256) と上記放熱手段(203又は208)の両方とに流れる動作とを切り換え可能に構成することができる。
【００１４】
請求項３に記載されているように、請求項１に記載の燃料電池駆動空調システムにおいて、上記冷媒回路を、上記電池側熱交換手段(206) 、及び上記放熱手段(203又は208)を冷媒配管で接続して構成される閉回路の第１冷媒回路(210) と、熱源側熱交換手段(253又は265)、及び上記利用側熱交換手段(256) を冷媒配管で接続して構成され、上記第１冷媒回路(210) とは独立した冷媒の循環が可能な閉回路の第２冷媒回路(260) と、上記第１冷媒回路(210) の冷媒配管と上記第２冷媒回路(260) の冷媒配管とを接続する連絡配管(261,262) とにより構成し、上記流通経路切換手段(290) を、暖房運転時には上記第１冷媒回路(210) の電池側熱交換手段(206) を通過した冷媒が上記第２冷媒回路(260) の上記利用側熱交換手段(256) に流れる一方、冷房運転時には上記第１冷媒回路(210) と上記第２冷媒回路(260) とで互いに独立に冷媒が循環するように、上記第１，第２冷媒回路(210,260) の各冷媒配管及び上記連絡配管(261,262) の間における冷媒の流通経路を切り換えるものとすることができる。
【００１５】
この発明特定事項は図１〜図４に開示されている。これにより、個別に閉回路を形成する第１冷媒回路(210) と第２冷媒回路(260) の双方に電池側熱交換手段(206) で冷媒に付与された熱を放出するための部材が配置されることになる。したがって、請求項１の作用に加えて、冷房運転時には、燃料電池(100) で発生した熱を第１冷媒回路(210) の放熱手段(203又は208)を利用して放熱することが可能になる。すなわち、電池本体(101) の排熱を利用した暖房を行いながら、冷房運転時には、第２冷媒回路(260) における冷房運転に悪影響を及ぼすことなく、電池本体(101) を冷却することが可能になる。
【００１６】
請求項４に記載されているように、請求項１又は３に記載の燃料電池駆動空調システムにおいて、上記冷媒回路に介設された圧縮機(201又は251)と、上記冷媒回路に介設され、冷媒を膨張させるための膨張手段(205又は255)をさらに備えることができる。
【００１７】
請求項４の発明特定事項は、図１に記載されている。これにより、フロンガス等の冷媒の圧縮，凝縮，膨張，蒸発を利用した排熱の利用が可能になる。したがって、冷媒配管の圧力損失も水を冷媒とする場合に比べて小さくなり、運転効率が向上するとともに、空調システム全体が小型化されることになる。
【００１８】
請求項５に記載されているように、請求項３に記載の燃料電池駆動空調システムにおいて、上記第２冷媒回路(260) に介設された圧縮機(251)をさらに備え、上記暖房運転時に、上記電池側熱交換手段(206) を通過した冷媒と共に上記圧縮機(251)の吐出冷媒を上記利用側熱交換手段(256) へ供給する動作が実行可能にすることができる。
【００１９】
請求項６に記載されているように、請求項３又は４に記載の燃料電池駆動空調システムにおいて、上記放熱手段(203) 及び上記熱源側熱交換手段(253) を、共通の室外熱交換器(254) 内に配置することが好ましい。
【００２０】
請求項６の発明特定事項は、図１に記載されている。これにより、冷房運転時に、空気調和装置の室外熱交換器(254) を利用して電池本体(101) を冷却することが可能になり、空調システム全体をさらに小型にできる。
【００２１】
請求項７に記載されているように、請求項４又は６に記載の燃料電池駆動空調システムにおいて、上記冷媒回路に冷媒の循環サイクルを切り換えるサイクル切換手段(202) を設け、上記燃料電池(100) の運転開始時に、上記電池側熱交換手段(206) で冷媒を凝縮することが可能に構成することが好ましい。
【００２２】
請求項７の発明特定事項は、図１に記載されている。これにより、燃料電池(100) の運転時とは逆のサイクルで冷媒を循環させることにより電池本体(101) を暖めて燃料電池(100) の起動を円滑に行うことが可能になる。
【００２３】
請求項８に記載されているように、請求項１に記載の燃料電池駆動空調システムにおいて、上記利用側熱交換手段(256) を上記電池側熱交換手段(206) よりも上方に設置して、上記冷媒回路を自然循環式冷媒回路とすることができる。
【００２４】
この発明特定事項は、図２に記載されている。これにより、冷媒回路に圧縮機が不要な構造となるので、消費電力が低減される。
【００２５】
本発明の第２の燃料電池駆動空調システムは、請求項９に記載されているように、請求項１に記載の燃料電池駆動空調システムにおいて、上記冷媒を少なくとも水を含むものとし、上記室内熱交換器(257) に配置され、上記冷媒回路を流れる冷媒の水分を空調空気に付与する機能を有する加湿手段(258) をさらに設け、上記加湿手段(258) 及び上記利用側熱交換手段(257) により暖房・加湿を行うことが可能に構成されているものである。
【００２６】
請求項９の発明特定事項は、図６，図３及び図４に記載されている。これにより、暖房だけでなく加湿機能をも有するので、より快適な空調を行いながら空調システム全体の運転効率も向上する。
【００２７】
本発明の第３の燃料電池駆動空調システムは、請求項１０に記載されているように、アノード(103) ，カソード(102) を有する電池本体(101) に少なくとも２つの物質を供給し、上記少なくとも２つの物質をアノード(103) ，カソード(102) で電極反応させるように構成された固体高分子型燃料電池(100) と、上記電池本体(101) との熱交換により吸着剤を水に含ませた溶液に熱を付与するための電池側熱交換手段(302) と、空気調和装置の室内調湿部(330) に配置され、暖房運転時に上記電池側熱交換手段(302) で溶液に付与された熱を利用して上記溶液から水分を空調空気に放出するための溶液除湿手段(331) と、上記電池側熱交換手段(302) と上記溶液除湿手段(331) とを配管で接続して構成される閉回路の溶液循環路(310) とを備えている。
【００２８】
請求項１０の発明特定事項は、図５に記載されている。これにより、暖房運転時に、燃料電池(100) の排熱を利用して暖房運転時における室内の空調空気の加湿を行いながら、その加湿によって溶液から失われた水分を溶液除湿手段(305) により補うことができる。
【００２９】
請求項１１に記載されているように、請求項１０に記載の燃料電池駆動空調システムにおいて、上記燃料電池(100) のカソード(102) から排出される水蒸気を凝縮するための凝縮器(131) と、暖房運転時に上記凝縮器(131) から上記溶液循環路(310) に水を供給する水供給機構(305) をさらに備えることができる。
【００３０】
請求項１１の発明特定事項は、図５に記載されている。これにより、暖房運転時に、燃料電池(100) の排熱を利用して暖房運転時における室内の空調空気の加湿を行いながら、空調システム内で発生する水分だけで、溶液循環路(310) 内における水分のバランスを保持することができる。
【００３１】
本発明の第４の燃料電池駆動空調システムは、請求項１２に記載されているように、アノード(103) ，カソード(102) を有する電池本体(101) に少なくとも２つの物質を供給し、上記少なくとも２つの物質をアノード(103) ，カソード(102) で電極反応させるように構成された固体高分子型燃料電池(100) と、上記電池本体(101) との熱交換により熱を吸着剤を水に含ませた溶液に付与するための電池側熱交換手段(302) と、空気調和装置の室外調湿部(320) に配置され、冷房運転時に上記電池側熱交換手段(302) で溶液に付与された熱を利用して上記溶液から水分を放出するための溶液除湿手段(322) と、空気調和装置の室内調湿部(330) に配置され、冷房運転時に空調空気から水分を上記溶液に吸収するための溶液加湿手段(331) と、上記電池側熱交換手段(206) 、上記溶液除湿手段(322) 及び上記溶液加湿手段(331) を配管で接続して構成される閉回路の溶液循環路(310) とを備えている。
【００３２】
請求項１２の発明特定事項は、図５に記載されている。これにより、室内調湿部(330) で冷房運転時における除湿を行いながら、室外調湿部(330) の溶液除湿手段(322) により、電池側熱交換手段(206) で付与された熱を利用して、除湿により溶液に吸収された水分を溶液から放出して溶液内の水分をバランスを保つことが可能になる。
【００３３】
請求項１３に記載されているように、請求項１２に記載の燃料電池駆動空調システムにおいて、上記溶液循環路(310) を、暖房運転時には溶液が上記溶液除湿手段(322) をバイパスして上記室内調湿部(320) 側に流れるように、溶液の流通経路の切換が可能に構成して、暖房運転時には、冷房運転時における上記溶液加湿手段(331) により溶液から空調空気に水分を放出するように構成することが好ましい。
【００３４】
請求項１３の発明特定事項は、図５に記載されている。これにより、室内調節部(330) において、冷房運転時における除湿に加えて暖房運転時における加湿をも行うことが可能になる。
【００３５】
請求項１４に記載されているように、請求項１３に記載の燃料電池駆動空調システムにおいて、上記燃料電池(100) のカソード(102) から排出される水蒸気を凝縮するための凝縮器(131) をさらに設け、暖房運転時に上記凝縮器(131) から上記溶液循環路(310) に水を供給する水供給機構(305) をさらに備えることができる。
【００３６】
請求項１４の発明特定事項は、図５に記載されている。これにより、冷房運転時における除湿及び暖房運転時における加湿のいずれの際にも、空調システム内で水分のバランスを適正に維持することが可能になる。
【００３７】
本発明の第５の燃料電池駆動空調システムは、請求項１５に記載されているように、アノード(103) ，カソード(102) を有する電池本体(101) に少なくとも２つの物質を供給し、上記少なくとも２つの物質をアノード(103) ，カソード(102) で電極反応させるように構成された固体高分子型燃料電池(100) と、上記電池本体(101) との熱交換により冷媒に熱を付与するための電池側熱交換手段(206) と、空気調和装置内の熱交換器に配設され、上記電池側熱交換手段(206) で冷媒に付与された熱を放熱するための放熱手段と、上記電池側熱交換手段(206) と放熱手段との間で冷媒が循環するように閉回路に構成された冷媒回路とを備えている。
【００３８】
請求項１６に記載されているように、請求項１５に記載の燃料電池駆動空調システムにおいて、上記燃料電池(100) の単独運転時には、上記放熱手段により、上記電池側熱交換手段(206) で付与された熱を上記空気調和装置内の熱交換器で放出するように構成することができる。
【００３９】
請求項１５又は１６の発明特定事項は、図１〜図６に記載されている。請求項１５又は１６により、燃料電池(100) の電池本体(101) で発生する熱を空気調和装置の熱交換器たとえば室外熱交換器や室内熱交換器を利用して放出することが可能になる。したがって、燃料電池の電池本体を冷却するための放熱器を省くことができ、システム全体としてのコストが低減されることになる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る固体高分子型燃料電池システム(100) と空気調和装置(200A)とを組み込んだ空調システム全体の構成を概略的に示す配管系統図である。同図に示す固体高分子型燃料電池システム(100) において、(101) は電池本体を示し、該電池本体(101) の内部には、カソード(102) と、アノード(103) と、加湿器(104) とが設けられている。また、(120) は取り入れた外気を圧縮して燃料電池(101) 等に送り込むための空気圧縮機、(121) は都市ガス中の硫黄成分を取り除くための脱硫器、(122) は脱硫された都市ガスを圧縮して高圧にするためのガス圧縮機、(124) はポンプ(123) を介して送られる水を貯留するタンク、(125) はタンク(124) の水を送るためのポンプ、(126) はガス圧縮機(122) から送られる都市ガスとポンプ(125) から送られる水とを反応させるための改質器、(127) は改質器(126) で発生した一酸化炭素を変成するための変成器、(128) は変成器(127) から出る一酸化炭素をさらに酸化させた後、電池本体(101) に送るための酸化反応器をそれぞれ示す。また、(131) はカソード(102) で発生する蒸気を凝縮するための凝縮器、(132) は上記改質器(126) で生じる水蒸気を凝縮するための凝縮器をそれぞれ示す。そして、各凝縮器(131,132) で生成された水分は上記タンク(124) に戻される一方、気体は外部に排出されるように構成されている。
【００４１】
次に、上記燃料電池システム(100) におけるエネルギーの流れを概略的に説明する。改質器(126) においては、脱硫され高圧状態になった都市ガスが水分の存在下でガスバーナーで燃やされ、高温状態で酸素及び水と反応して、主として二酸化炭素と水素とが発生する。また、電池本体(101) のアノード(103) で反応しきれなかった水素も改質器(126) に戻される。ただし、この反応生成物中には一酸化炭素も含まれているので、変成器(127) でこの一酸化炭素を二酸化炭素に変える。さらに、固体高分子型燃料電池システムにおいては、効率の低下を招く一酸化炭素の量を極度に減らすために、酸化反応器(128) を設け、この酸化反応器(128) において、変成器(127) から出る二酸化炭素に空気圧縮機(120) から送られる空気を混合させて一酸化炭素をさらに酸化させている。このようにして、一酸化炭素の含有量が極めて少ない二酸化炭素と水素の混合ガスが電池本体(101) に送られる。そして、電池本体(101) で、酸化反応器(128) から送られる水素と、空気圧縮機(120) から送られる空気中の酸素とを結合させて、そのときに生じるイオンをカソード(102) ，アノード(103) の電荷に変えることで、電力が得られる。
【００４２】
そして、本実施形態に係る空調システムの特徴は、空気調和装置(200A)が上記燃料電池システム(100) と一体的に組み込まれている点である。
【００４３】
上記空気調和装置(200A)は、フロン系ガス等の冷媒の循環によって熱移動を生ぜしめるための第１冷媒回路(210A)と第２冷媒回路(260A)とを備えている。この第１冷媒回路(210A)には、吸入した冷媒を圧縮して吐出する第１圧縮機(201) と、通常運転時には図中実線に示す接続状態に、燃料電池システム(100) の運転開始時には図中点線に示す接続状態になって冷媒の循環サイクルを切り換えるサイクル切換手段としての第１四路切換弁(202) と、冷房運転時に冷媒を凝縮させる放熱手段としての機能を有する第１室外コイル(203) と、冷媒を膨張させる膨張手段である第１膨張弁(205) と、通常運転時に冷媒を蒸発させる機能と燃料電池システム(100) の運転開始時に冷媒を凝縮させる機能とを有する電池側熱交換手段としての電池側コイル(206) とが主要機器として配置されている。上記電池側コイル(206) は、燃料電池システム(100) の電池本体(101) 内に収納されて、電池本体(101) との熱交換を行うように構成されている。また、第１冷媒回路(210A)における第１膨張弁(205) −第１室外コイル(203) 間には、第１開閉弁(207) が介設されている。
【００４４】
一方、第２冷媒回路(260A)には、吸入した冷媒を圧縮して吐出する第２圧縮機(251) と、暖房運転時には図中実線に示す接続状態に、冷房運転時には図中点線に示す接続状態になって冷媒の循環サイクルを切り換える第２四路切換弁(252) と、暖房運転時に冷媒を蒸発させる機能と冷房運転時に冷媒を凝縮させる機能とを有する第２室外コイル(253) と、冷媒を膨張させるための第２膨張弁(255) と、暖房運転時に冷媒を凝縮させる機能と冷房運転時に冷媒を蒸発させる機能とを有する室内コイル(256) とが主要機器として配置されている。上記室内コイル(256) は、室内ファン(257a)を付設した室内熱交換器(257) 内に収納されて、室内空気との熱交換を行うように構成されている。
【００４５】
一方、上記第１室外コイル(203) 及び第２室外コイル(253) は、共に室外熱交換器(254) 内に配置されていて、室外ファン(253a,253b) によって送風される室外空気との熱交換を行うように構成されている。
【００４６】
また、第２冷媒回路(260A)における第２膨張弁(255) −室内コイル(256) 間の冷媒配管と、第１冷媒回路(210A)における第１膨張弁(205) −第１開閉弁(207) 間の冷媒配管とを接続する第１連絡配管(261) が設けられており、この第１連絡配管(261) には第２開閉弁(262) が介設されている。さらに、第２冷媒回路(260A)における第２四路切換弁(252) の１つのポート−室内コイル(256) 間の冷媒配管と、第１冷媒回路(210A)における第１四路切換弁(202) の１つのポート−第１室外コイル(203) 間の冷媒配管との間には第２連絡配管(263) が設けられている。このように、第１開閉弁(207) 及び第２開閉弁(262) の開閉状態によって、第１冷媒回路(210A)と第２冷媒回路(260A)との間で冷媒が流通しあうモードと、各冷媒回路(210A,260A) で互いに独立に冷媒が循環するモードとを切り換えるように構成されている。言い換えると、電池側コイル(206) で加熱された冷媒が室内コイル(256) に流れる経路と、電池側コイル(206) で加熱された冷媒が第２室外コイル(203) に流れる経路とに切り換える。すなわち、上記第１，第２開閉弁(207,262) により、流通経路切換手段(290A)が構成されている。
【００４７】
次に、空気調和装置(200A)の作動について説明する。
【００４８】
暖房運転時、通常状態では第１冷媒回路(210A)の第１開閉弁(207) が閉じ、第１連絡配管(261) の第２開閉弁(262) が開いて、第１冷媒回路(210A)と第２冷媒回路(260A)との間で冷媒が流通し合う状態になる。そして、第１冷媒回路(210A)において第１四路切換弁(202) が図中実線に示す接続状態になり、図１の実線矢印に示すように冷媒が流れる。すなわち、第１圧縮機(201) から吐出された冷媒が第２連絡配管(263) を介して第２冷媒回路(260A)に流入し、室内コイル(256) で凝縮された冷媒が第１連絡配管(261) を介して第１冷媒回路(210A)に戻り、第１膨張弁(205) で膨張して電池側コイル(206) で蒸発した後、第１圧縮機(201) に吸入される。このとき、第２圧縮機(251) は停止させていてもよいが、室内の暖房負荷が大きいときには、第２圧縮機(251) も運転させることができる。その際、第２冷媒回路(260A)において第２四路切換弁(252) が図中実線状態に示す接続状態となり、第２圧縮機(251) から吐出された冷媒が室内コイル(256) で凝縮され、第２膨張弁(255) で膨張されて第２室外コイル(253) で蒸発した後、第２圧縮機(251) に吸入されるように循環する。一方、原則として第１開閉弁(207) が閉じているので、第１室外コイル(203) 側には冷媒は流入しない。ただし、室内負荷が極めて小さい場合には、第１開閉弁(207) を開いて、第１室外コイル(203) を凝縮器として使用することもできる。このように、電池側コイル(206) で発生する熱を利用して第２冷媒回路(200A)で暖房運転を行うようにしている。
【００４９】
冷房運転時には、第１冷媒回路(210A)の第１開閉弁(207) が開く一方、第１連絡配管(261) の第２開閉弁(262) が閉じ、第１冷媒回路(210A)と第２冷媒回路(260A)との間で冷媒が相互に流入することがなく、図１の点線矢印に示すように、互いに孤立した状態で冷媒が循環する。すなわち、第１冷媒回路(210A)においては、第１四路切換弁(202) が図中実線に示す接続状態になり、第１圧縮機(201) から吐出された冷媒が第１室外コイル(203) で凝縮され、第１膨張弁(205) で膨張されて電池側コイル(206) で蒸発してから第１圧縮機(201) に吸入されるように循環し、第１冷媒回路(210A)内における冷媒の循環だけで燃料電池システム(100) の電池本体(101) が冷却される。第２冷媒回路(260A)においては、第２四路切換弁(252) が図中破線に示す接続状態になり、第２圧縮機(251) から吐出された冷媒が第２室外コイル(253) で凝縮され、第２膨張弁(255) で膨張されて室内コイル(256) で蒸発した後、第２圧縮機(251) に吸入されるように循環する。
【００５０】
このように、冷房運転時には、燃料電池システム(100) で発生する熱を冷房運転に利用することができないので、第１冷媒回路(210A)内における冷媒の循環だけでこの熱を室外空気に放出するようにしている。
【００５１】
また、燃料電池システム(100) の運転開始時には、第１開閉弁(207) が開き第２開閉弁(262) が閉じて、第１四路切換弁(202) が図中破線に示す接続状態になる。そして、図１の一点鎖線矢印に示すように、第１圧縮機(201) から吐出された冷媒が電池側コイル(102) で凝縮され、第１膨張弁(205) で膨張されて第１室外コイル(203) で蒸発した後第１圧縮機(201) に吸入されるように循環する。すなわち、電池本体(101) を暖めて、燃料電池システム(100) の運転を円滑に開始できるようにしている。
【００５２】
以上のような本実施形態に係る空調システムによって、以下の効果を発揮することができる。
【００５３】
第１に、燃料電池システム(100) の電池本体(101) で発生する熱を利用して、空気調和装置(200A)で暖房運転を行うことができる。特に、固体高分子型の燃料電池システム(100) においては、構造上電池本体(101) を１００℃以下に冷却する必要があり、電池本体(101) から排出される熱は１００℃以下の低温の熱であるが、このように暖房運転用の熱源として利用することにより、空気調和装置の運転効率の向上を図ることができる。
【００５４】
第２に、図７に示す従来の燃料電池システムにおけるごとく、水の循環によって排熱するようにしたチラー(1000)を用いた場合、水を循環させる際の配管中の抵抗が大きく圧力損失が大きいために消費電力が大きくならざるを得なかったが、本実施形態のごとく、フロン等の冷媒の循環を利用した冷媒回路(210A,260A) においては、冷媒の循環のための抵抗が小さいので、システム全体の運転効率も向上する。
【００５５】
第３に、燃料電池システム(100) の運転を開始する際には、円滑な起動を確保するために電池本体(101) を暖める必要があるが、本実施形態のように冷媒回路(210A,260A) を利用した冷却システムを構成した場合、冷凍サイクルの切換によって容易に電池側コイル(206) を凝縮コイルとして機能させることができるので、電池本体(101) の昇温を迅速にかつ過昇温しない範囲で正確に行うことができる。
【００５６】
第４に、フロンガス等の冷媒を熱交換媒体として電池本体(101) の冷却を行うことにより、水の循環を利用する場合よりも配管等の部材を小さくできるので、空調システム全体を小型化することができるとともに、温度制御も容易かつ正確に行うことができるという利点がある。
【００５７】
なお、図１に示す空調システムの構造では、第１，第２冷媒回路(210A,260A) のいずれにも四路切換弁(202,252) を設けたが、この四路切換弁(202,252) は必ずしもなくてもよい。すなわち、各冷媒回路(210A,260A) がヒートポンプ回路でなくても、冷房運転時には、第１冷媒回路(210A)において第１室外コイル(203) で凝縮された冷媒が電池側コイル(206) で蒸発し、第２冷媒回路(260A)において第２室外コイル(253) で凝縮された冷媒が室内熱交換器(257) で蒸発するように冷媒が流れる一方、暖房運転時には、室内コイル(256) で凝縮された冷媒が電池側コイル(206) で蒸発するように冷媒を流せばよい。
【００５８】
また、第１，第２冷媒回路が共通部分を有する構造とし、その共通部分に圧縮機を１台のみ配置して、暖房運転時のみ電池側コイル(206) で加熱された冷媒を室内コイルに流し、暖房運転を行わないときには電池側コイル(206) で加熱された冷媒を室外コイルに流すようにしてもよい。この場合、空気調和装置は暖房専用機となるが、その場合にも電池本体(101) の排熱を利用した暖房と、暖房を行わないときの電池本体(101) の冷却とを行うことができる。
【００５９】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る空調システムについて説明する。
【００６０】
本実施形態においても、フロン等の冷媒の循環を利用した第１冷媒回路(210B)及び第２冷媒回路(260B)を有する空気調和装置(200B)を備えている。ただし、本実施形態においては、第２冷媒回路(260B)の構造は上記第１の実施形態における第２冷媒回路(260A)の構造と同じであるものの、第１冷媒回路(210B)は、自然循環式冷媒回路の構造を有する点で上記第１の実施形態の第１冷媒回路(210A)の構造とは異なる構造を有している。
【００６１】
すなわち、第１冷媒回路(210B)には、冷媒を強制循環させるためのポンプ(215) と、第１室外コイル(203) と、電池側コイル(206) と、第１膨張弁(205) と、第１開閉弁(207) とが配設されているが、圧縮機は設けられていない。また、本実施形態では、室外熱交換器(254) 内の第１室外コイル(203) 及び室内コイル(256) は、電池側コイル(206) よりも高い位置に設置されている。そして、第１開閉弁(207) が開き第２開閉弁(262) が閉じているときには、ポンプ(215) で強制循環される冷媒が第１膨張弁(205) で膨張されて、電池側コイル(206) で電池本体(101) との熱交換によって蒸発した後、上方の第１室外コイル(203) で凝縮され、下方に流れて電池側コイル(206) に戻るようにつまり自然循環するように構成されている。ただし、第１開閉弁(207) が閉じて第２開閉弁(262) が開いているときには、電池側コイル(206) で蒸発した冷媒が第２連絡配管(263) を介して第２冷媒回路(260B)に流入し、室内コイル(256) で凝縮された後、第１連絡配管(261) を介して第１冷媒回路(210B)に戻るように循環する。すなわち、上記第１，第２開閉弁(207,262) により、流通経路切換手段(290B)が構成されている。
【００６２】
本実施形態においても、室内の冷房運転及び暖房運転時における第１冷媒回路(210B)，第２冷媒回路(260B)における冷媒の流通経路は上記第１の実施形態と同様である。
【００６３】
なお、本実施形態においても、燃料電池システム(100) の運転開始時には、第２冷媒回路(260B)の第２四路切換弁(252) を冷房サイクル側に切り換えて電池側コイル(206) に第２圧縮機(251) からのホットガスを導入することにより、空気調和装置(200B)を利用して燃料電池の円滑な起動を確保することが可能である。
【００６４】
したがって、本実施形態においても、上記第１の実施形態で述べた第１〜第４の効果を発揮することができる。特に、本実施形態では、第１冷媒回路(210B)側に圧縮機が不要となるので、上記第１の実施形態に比べてより消費電力が少なくて済む利点がある。
【００６５】
なお、本実施形態において、第２冷媒回路(210B)は図２に示される構成に限定されるものではなく、第２圧縮機(252) の不要な自然循環式冷媒回路としてもよい。
【００６６】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る空調システムについて説明する。
【００６７】
図３は、本実施形態に係る空調システムの構成を概略的に示す配管系統図である。本実施形態においては、冷媒としての水の循環を利用した第１冷媒回路(210C)と第２冷媒回路(260C)とが設けられている。本実施形態の特徴は、空気調和装置(200C)が吸収式冷凍装置である点である。
【００６８】
吸収式冷凍装置は、溶質側の冷媒が溶媒側の冷媒に吸収，排出される吸収式冷凍サイクルによる循環を行う際の熱移動を利用したものであり、例えば溶質側冷媒として水が、溶媒側冷媒として臭化リチウム水溶液が使用される。一般に、吸収式冷凍装置は、１次側冷媒回路と２次側冷媒回路とにより構成されるが、まず、１次側冷媒回路(220A)について説明する。
【００６９】
図３に示すように、１次側冷媒回路(220A)には、ポンプ(221a)により水が循環するように構成された蒸発器(221) と、臭化リチウム等の溶液が貯留された吸収器(222) と、バーナー(223x)が付設されかつ臭化リチウム等の溶液が貯留された再生器(223) と、ファン(224a)が付設された凝縮器(224) とが主要機器として配設されている。
【００７０】
上記蒸発器(221) の上部と吸収器(222) の上部との間は配管(225) を介して連通接しているので、蒸発器(221) の水蒸気が吸収器(222) の臭化リチウム溶液に吸収されて、蒸発器(221) の水分の蒸発作用が促進される。すなわち、蒸発器(221) では、潜熱が奪われて冷熱が生じる。
【００７１】
一方、吸収器(222) 内の臭化リチウム溶液は水分の混入により低濃度となってくる。この低濃度の臭化リチウム溶液はポンプ(226) によって強制的に再生器(223) に送られる。
【００７２】
この再生器(223) において、臭化リチウム溶液がバーナー(223x)等により加熱されるので、臭化リチウム溶液中の水分が追い出され、高濃度の臭化リチウム溶液として再生される。この再生された高濃度の臭化リチウム溶液は再び吸収器(222) に戻されて、蒸発器(221) の水分を吸収する作用を続ける。なお、(227) は再生器(223) に供給される低濃度の臭化リチウム溶液と、吸収器(222) に戻される高濃度の臭化リチウム溶液との熱交換を行うことにより、再生器(223) にはより高温の臭化リチウム溶液を供給する一方、吸収器(222) にはより低温の臭化リチウム溶液を戻すための熱交換器である。
【００７３】
また、再生器(223) において臭化リチウム溶液中から追い出された水蒸気は、配管(228) を経て凝縮器(224) に流入し、凝縮器(224) において、ファン(224a)によって送風される空気との熱交換により凝縮，液化される。
【００７４】
そして、凝縮器(224) で液化された水は、蒸発器(221) に流れ、その後、上述のような循環を繰り返す。
【００７５】
次に、２次側冷媒回路について説明する。
【００７６】
本実施形態では、第１冷媒回路(210C)及び第２冷媒回路(260C)が吸収式冷凍装置の２次側冷媒回路として機能する。第１冷媒回路(210C)は、冷媒である水を強制循環させるためのポンプ(215) と、上記１次側冷媒回路(220) の再生器(223) 内の臭化リチウム溶液中に浸漬された利用側コイル(208) と、燃料電池の電池本体(101) 内に配設された電池側コイル(206) と、第１開閉弁(207) とが配設されているが、圧縮機は設けられていない。そして、ポンプ(215) で強制循環される冷媒（水）が電池側コイル(206) で電池本体(101) との熱交換によって暖められた後、利用側コイル(208) に流入して、再生器(223) 内の臭化リチウム溶液の加熱用熱源として利用されるように構成されている。
【００７７】
上記第２冷媒回路(260C)には、冷媒（水）を循環させるためのポンプ(270) と、第４開閉弁(271) と、上記１次側冷媒回路(220A)の蒸発器(221) 内に配設される熱源側コイル(265) と、室内の冷暖房を行うための室内コイル(256) とが主要機器として順に配置されている。上記室内コイル(256) は、室内ファン(257a)を付設した室内熱交換器(257) 内に収納されて、室内空気との熱交換を行うように構成されている。
【００７８】
また、第２冷媒回路(260C)におけるポンプ(270) −第４開閉弁(271) 間の冷媒配管と、第１冷媒回路(210C)における電池側コイル(206) −利用側コイル(208) 間の冷媒配管とを接続する第１連絡配管(261) が設けられており、この第１連絡配管(261) には第２開閉弁(262) が介設されている。さらに、第２冷媒回路(260C)における室内コイル(256) −熱源側コイル(265) 間の冷媒配管と、第１冷媒回路(210C)におけるポンプ(215) −第１開閉弁(207) 間の冷媒配管との間には第２連絡配管(263) が設けられており、この第２連絡配管(263) には第３開閉弁(264) が介設されている。このように、第１〜第４開閉弁(207,262,264,271) の開閉状態によって、第１冷媒回路(210C)と第２冷媒回路(260C)との間で冷媒が流通し合うモードと、各冷媒回路(210C,260C) において互いに独立に冷媒が循環するモードとを切り換えるように構成されている。すなわち、上記第１〜第４開閉弁(207,262,264,271) により、流通経路切換手段(290C)が構成されている。
【００７９】
次に、空気調和装置(200C)の動作について説明する。
【００８０】
暖房運転を行うときには、第１開閉弁(207) 及び第４開閉弁(271) を閉じ、第２開閉弁(262) 及び第３開閉弁(264) を開くことにより、電池側コイル(206) で加熱された冷媒（水）が第２連絡配管(263) を介して第２冷媒回路(260C)に流入し、室内コイル(256) で冷却された後、第１連絡配管(261) を介して第１冷媒回路(210C)に戻るように循環する（図中の実線矢印参照）。すなわち、燃料電池システム(100) の電池本体(101) からの排熱を利用して室内の暖房を行うことができる。なお、室内の暖房負荷が小さいときには、第１開閉弁(207) をも開いて冷媒の一部を第１冷媒回路(210C)内で循環させて、電池本体(101) からの排熱を、１次側冷媒回路(220A)の再生器(223) の臭化リチウム溶液中の水分を追い出すための熱源として利用することもできる。
【００８１】
冷房運転を行うときには、第１開閉弁(207) 及び第４開閉弁(271) を開き、第２開閉弁(262) 及び第３開閉弁(264) を閉じることにより、第１冷媒回路(210C)及び第２冷媒回路(260C)において冷媒が個別に循環する（図中の点線矢印参照））。すなわち、第１冷媒回路(210C)においては電池本体(101) との熱交換によって得た暖熱を利用して、再生器(223) の臭化リチウム溶液を暖めることができ、電池本体(101) からの排熱を臭化リチウム溶液中の水分を追い出すための熱源の一部とできる。第２冷媒回路(260C)においては、１次側冷媒回路(220A)の蒸発器(221) における水の蒸発作用から得られた冷熱を利用して、室内熱交換器(257) における冷房運転を行うことができる。
【００８２】
なお、燃料電池システム(100) の運転開始時には、再生器(223) におけるバーナー(223x)の加熱量を大きくすることなどにより、容易に暖熱源を作り出せるので、この空気調和装置(200C)を利用して電池本体(101) を加熱することができる。
【００８３】
したがって、本実施形態においても、電池本体(101) の排熱を利用して室内の暖房を行うことができる。特に、冷房運転時にも、電池本体(101) の排熱をただ捨てるのではなく、吸収式冷凍装置における冷凍サイクル中の熱源として利用できるので、運転効率も向上する。
【００８４】
なお、本実施形態における冷媒は、水に限定されるものではなく、ブライン等の他の冷媒を利用することができる。また、溶質側冷媒，溶媒側冷媒も本実施例にける物質に限定されるものではない。
【００８５】
さらに、吸収式冷凍装置の１次側冷媒回路の構造も本実施形態の構造に限定されるものではないことはいうまでもない。
【００８６】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。
【００８７】
図４は、本実施形態に係る空調システムの構成を概略的に示す配管系統図である。本実施形態に係る空調システム中の空気調和装置(200D)は、二重効用吸収式冷凍装置である点が特徴である。
【００８８】
本実施形態における１次側冷媒回路(220B)には、上記第３の実施形態における１次側冷媒回路(220A)とほぼ同様の構造を有する蒸発器(221) ，吸収器(222) ，再生器(223) ，凝縮器(224) 等が配設されている。ただし、本実施形態における再生器(223) は高温側再生器(223a)と低温側再生器(223b)とからなっている。つまり、バーナー(223x)が付設された高温側再生器(223a)と吸収器(222) との間に低温側再生器(223b)が配設されており、低温側再生器(223b)にはバーナーは付設されていない。低温側再生器(223b)内の臭化リチウム溶液中には、高温側再生器(223a)から戻される水蒸気を冷却するための冷却コイル(231) が浸漬されている。また、(232) は、吸収器(222) から高温側再生器(223a)に送られる臭化リチウム溶液と、高温側再生器(223a)から低温側再生器(223b)に送られる臭化リチウム溶液との熱交換を行うための熱交換器である。すなわち、蒸発器(222) からポンプ(226) によって高温側再生器(223a)に臭化リチウム溶液を送り、バーナー(223x)で加熱することにより水分を追い出した後、高濃度になった臭化リチウム溶液を低温側再生器(223b)に送ってさらに加熱することにより、臭化リチウム溶液の濃度を高めてから蒸発器(222) に戻すように構成されている。また、低温側再生器(223b)の上部から配管(228) を介して水蒸気が凝縮器(224) に送られて、凝縮器(224) で凝縮，液化されるとともに、高温側再生器(223a)の上部から配管(232) を介して送られる水蒸気が低温側再生器(223b)内の冷却コイル(231) で冷却されて凝縮器(224) に戻るように構成されている。１次側冷媒回路(220B)の他の構造は、上記第３の実施形態と同じである。
【００８９】
一方、２次側冷媒回路である第１冷媒回路(210D)及び第２冷媒回路(260D)の構成は、上記第３の実施形態における第１冷媒回路(210C)及び第２冷媒回路(260C)の構成と同じである。ただし、本実施形態では、第１冷媒回路(210D)の利用側コイル(208) は、低温側再生器(223b)内に配設されている。第１〜第４開閉弁(207,262,264,271) により、流通経路切換手段(290D)が構成されている点も、第３の実施形態と同じである。
【００９０】
本実施形態に係る空気調和装置(100D)の動作は、基本的には上記第３の実施形態における空気調和装置(200C)の動作と同じである。すなわち、暖房運転時には電池本体(101) の排熱を暖房用の熱源として利用することができ、冷房運転時には電池本体(101) の排熱を低温側再生器(223b)の臭化リチウム溶液の濃度を高めるための熱源として利用することが可能である。
【００９１】
したがって、本実施形態では、上記第３の実施形態と同様の効果を発揮することができるとともに、特に低温側再生器(223b)に利用側コイル(208) を配置したことにより、６０〜９０℃というように比較的低温である電池本体(101) の排熱の利用性が向上する。
【００９２】
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。
【００９３】
図５は、第５の実施形態に係る調湿装置(300) を備えた空調システムの構成を概略的に示す配管系統図である。
【００９４】
本実施形態における空調システムの特徴は、調湿装置(300) が塩化リチウム等の液体吸着剤を含む水などの溶液を冷媒として循環させる溶液循環路(310) を備えていわゆる吸着式の暖房・加湿と冷房・除湿とを行う機能を有する点と、燃料電池システム(100) の凝縮器(131) から溶液循環路(310) に水を供給して、電池本体(101) を冷却するための水供給管や液量調整弁（図示せず）を含む水供給機構(305) を備えている点である。
【００９５】
上記溶液循環路(310) の室外側配管(311) には、溶液を強制循環させるための溶液ポンプ(301) と、電池本体(101) 内に配置された電池側熱交換手段としての電池側コイル(302) と、第１開閉弁(321) と、第１室外熱交換コイル(C1)と、溶液除湿器(322) と、第２開閉弁(323) とが配設されている。上記第１開閉弁(321) ，溶液除湿器(322) 及び第２開閉弁(323) は、空気調和装置（図示せず）のファン(320a)を付設した室外熱交換器(320) 内の室外調湿部に収納されている。ここで、溶液除湿器(322) は、電池側コイル(302) で付与された熱を利用して蒸発することにより溶液から室外空気に水分を付与するように、つまり液循環路(310) の溶液を除湿し、室外空気を加湿するように構成されている。ただし、温度を適正に保持するために２つの室外熱交換コイル(C1,C2) を設けている。
【００９６】
また、上記溶液除湿器(322) −第２開閉弁(323) 間の点(P) と、第２開閉弁(323) −溶液ポンプ(301) 間の点(Q) との間には、室内側に延びる室内側配管(312) が設けられていて、この室内側配管(312) に、第３開閉弁(324) と、第２室外熱交換コイル(C2)と、第４開閉弁(303) と、溶液調湿器(331) とが介設されている。上記溶液調湿器(331) は空気調和装置（図示せず）の室内熱交換器のファン(330a)を付設した室内調湿部(330) 内に収納されており、空気と塩化リチウム等との間で水蒸気の授受を行うことにより、冷房運転時には溶液循環路(310) の溶液を加湿し室内空気を除湿する一方、暖房運転時には溶液循環路(310) の溶液を除湿し室内空気を加湿するように構成されている。ただし、上記第１，第２室外熱交換コイル(C1,C2) は必ずしもなくてもよい。
【００９７】
また、室内側配管(312) の第４開閉弁(303) −第３開閉弁(324) 間の点(R) と室外側配管(311) の電池側コイル(302) −第１開閉弁(321) 間の点(S) との間には、溶液をバイパスするためのバイパス管(313) が設けられている。
【００９８】
次に、以上のように構成された空調システムの動作について説明する。
【００９９】
暖房運転時には、第１開閉弁(321) ，第２開閉弁(323) 及び第３開閉弁(324) が閉じられ、第４開閉弁(303) が開かれる。したがって、溶液循環路(310) において、図中点線矢印で示すように溶液が循環し、電池側コイル(302) で電池本体(101) との熱交換により液温が上昇するとともに、水供給機構(305) から水が供給されるので、溶液が加湿される。そして、溶液はバイパス管(313) を経て室内側配管(312) に流れ、室内熱交換器の溶液調湿器(331) において、暖められた溶液が室内の空調空気流にさらされると水分が蒸発して室内空気に水蒸気が付与される。つまり、溶液は冷却されるとともに除湿される。その後、溶液は点(Q) から室外側配管(311) に戻り、溶液ポンプ(301) を通って電池側コイル(302) に戻る。
【０１００】
冷房運転時には、第２開閉弁(323) のみが閉じられ、他の開閉弁(321,324,303) が開かれる。したがって、溶液循環路(310) において溶液が図中実線矢印で示すように循環し、電池側コイル(302) で電池本体(101) との熱交換により液温が上昇する。ただし、冷房運転時には、水供給機構(305) からの水の供給はなされない。そして、室外熱交換器(320) 内の溶液除湿器(322) において、室外空気に水蒸気が付与され、溶液は冷却されかつ加湿される。その後、溶液は点(P) から室内側配管(312) に流れ、室内熱交換器の溶液調湿器(331) において、室内空気が冷却されかつ除湿される。そして、溶液は点(Q) から室外側配管(311) に戻り、電池側コイル(302) で再び加熱される。
【０１０１】
本実施形態では、吸着式加湿除湿装置である調湿装置(300) を燃料電池システム(100) と組み込むことにより、電池本体(101) の排熱を利用して、暖房運転時における空調空気の加湿と冷房運転時における空調空気の除湿とを行うことができる。
【０１０２】
（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態について説明する。
【０１０３】
図６は、本実施形態に係る空調システムの構成を概略的に示す配管系統図である。本実施形態に係る空調システムの特徴は、空気調和装置(200E)が、互いに共通部分を有し冷媒である水の循環によって熱移動を生ぜしめるための閉回路の第１冷媒回路(210E)及び第２冷媒回路(260E)を備えている点と、暖房加湿運転とを行う点である。
【０１０４】
上記第１冷媒回路(210E)には、通常運転時に電池本体との熱交換により電池本体を冷却する電池側熱交換手段としての電池側コイル(206) と、ポンプ(215) と、第１開閉弁(207) と、電池側コイル(206) で冷媒（水）に付与された熱を放出する放熱手段としての室外コイル(203) とが主要機器として配置されている。上記電池側コイル(206) は、燃料電池システム(100) の電池本体(101) 内に収納されて、電池本体(101) との熱交換を行うように構成されている。また、上記室外コイル(203) は、室外ファン(254a)を付設した室外熱交換器(254) 内に配置され、室外空気との熱交換を行うように構成されている。
【０１０５】
一方、第２冷媒回路(260E)は、冷媒を強制循環させるためのポンプ(215) を第１冷媒回路(210E)と共有しており、第２開閉弁(262) と、暖房運転時に空調空気を加熱するための室内コイル(256) と、コイル側開閉弁(265) とが主要機器として配置されている。上記室内コイル(256) は、ファン（図示せず）を付設した室内熱交換器(257) 内に収納されて、空調空気との熱交換を行うように構成されている。さらに、室内熱交換器(257) 内には、室内コイル(256) とは加湿通路開閉弁(259) を介して配管により並列に接続される加湿器(258) が設けられている。また、そして、第１開閉弁(207) 及び第２開閉弁(262) の開閉状態によって、電池側コイル(206) で熱を付与された冷媒（水）が室内コイル(256) や加湿器(258) に流れる経路と、電池側コイル(206) で熱を付与された冷媒（水）が放熱コイル(203) に流れる経路とに切り換えるように構成されている。すなわち、上記第１，第２開閉弁(207,262) により、流通経路切換手段(290E)が構成されている。
【０１０６】
なお、空気調和装置(200E)に、フロンガス等の冷媒の圧縮，凝縮，蒸発によって冷房を行う第３の冷媒回路が付設されていてもよく、その場合、上記室外コイル(103) がこの第３の冷媒回路の室外熱交換器に配置されていてもよいものとする。
【０１０７】
次に、第１，第２冷媒回路(210E,260E) の作動について説明する。暖房運転時、通常状態では第１冷媒回路(210E)の第１開閉弁(207) が閉じ、第２冷媒回路(260E)の第２開閉弁(262) が開いて、第２冷媒回路(260E)に冷媒が流れる状態になる（図６の実線矢印参照）。すなわち、電池側コイル(206) で加熱された冷媒（水）が第２冷媒回路(260E)に流れ、室内コイル(256) で空調空気との熱交換により冷却された冷媒が電池側コイル(206) で蒸発するように循環する。一方、暖房負荷が小さいときには、第１開閉弁(207) を開いて、冷媒の一部を室外コイル(203) に流し、室外空気に熱を放出する。また、暖房を全く行わないときには、第１開閉弁(207)  を開き第２開閉弁(262) を閉じて、全ての冷媒を室外コイル(203) に流す（図６の点線矢印参照）。
【０１０８】
なお、コイル開閉弁(265) 又は加湿通路開閉弁(259) の開閉によって暖房のみあるいは加湿のみの運転を行うこともできる。
【０１０９】
本実施形態では、電池本体(101) の排熱を利用して暖房運転，暖房加湿運転、加湿運転を行うことができ、簡素な構造でありながら、運転効率の高い空調システムを構成することができる。
【０１１０】
（その他の実施形態）
なお、吸着式調湿装置(300) における吸収剤や溶液の種類は本実施形態の物質に限定されるものではない。また、溶液調湿器(331) や溶液除湿器(322) の構造は、高分子膜を利用する形式など各種のものがあり、いずれの構造であってもよいものとする。
【０１１１】
なお、上記各実施形態では、１つの室内熱交換器だけが示されているが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、多数の室内熱交換器を備えたいわゆるマルチ型空気調和装置にも適用することができることはいうまでもない。
【０１１２】
また、上記各実施形態では、電池側コイル(206) の配置場所がアノード(103) の付近であるが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、電池側コイル(206) をカソード(102) の付近に配置してもよいし、あるいは双方に配置してもよい。ただし、一般的にはアノード(103) の排熱量はカソード(102) の排熱量よりも大きいので、アノード(103) の近くに電池側コイル(206) を配置することで、より大きな排熱量の利用が可能となる。
【０１１３】
また、上記各実施形態では、空気調和装置において燃料電池の排熱を暖房，冷房又は除湿運転に利用するようにしているが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではない。空気調和装置が空調を行っておらず、燃料電池システム(100) の単独運転時にも、空気調和装置の室外コイル，室内コイル等を利用して燃料電池システム(100) の電池本体(101) の冷却を行うことにより、電池本体(101) を冷却するための放熱器等を省略することができ、システム全体のコストを低減することができるからである。特に、圧縮機で冷媒の圧縮，凝縮，蒸発を利用した冷凍サイクルを有する空気調和装置の場合には、配管系統が小型化でき、かつ温度制御も容易であるという利点を有する。
【０１１４】
【発明の効果】
請求項１〜８によれば、固体高分子型燃料電池の電池本体との熱交換を行う電池側熱交換手段と、空気調和装置の利用側熱交換手段とを冷媒配管で接続して冷媒回路を構成したので、固体高分子型燃料電池の電池本体を適正温度になるように冷却しながら、固体高分子型燃料電池の電池本体で排出される比較的低温の熱を利用して室内の暖房を行うことができ、運転効率の高い空調システムの提供を図ることができる。
【０１１５】
特に、請求項４，６〜８によれば、冷媒の蒸発，凝縮を利用した冷媒回路内に電池側熱交換手段を介設する構造としたので、配管内における圧力損失を小さく抑えることができ、よって、運転効率のさらなる向上に加えて、空調システム全体の小型化を図ることができる。
【０１１６】
請求項９によれば、固体高分子型燃料電池の電池本体との熱交換を行う電池側熱交換手段と空気調和装置の利用側熱交換手段とを冷媒配管で接続して冷媒回路を構成するとともに、空調空気の加湿を行う手段をさらに冷媒回路内に設けたので、運転効率の高い暖房・除湿機能を有する空調システムの提供を図ることができる。
【０１１７】
請求項１０，１１によれば、固体高分子型燃料電池の電池本体との熱交換を行う電池側熱交換手段と、室内調湿部の溶液除湿手段とを配管で接続して溶液循環路を構成し、溶液除湿手段により暖房時における空調空気の加湿を行うようにしたので、電池本体の排熱を利用して空調の快適性と運転効率の高い空調システムの提供を図ることができる。
【０１１８】
請求項１２〜１４によれば、固体高分子型燃料電池の電池本体との熱交換を行う電池側熱交換手段と、室内調節部の溶液加湿手段と、室外調節部の溶液除湿手段とを配管で接続して溶液循環路を構成し、除湿により溶液循環路から失われた水分を溶液除湿手段により補うようにしたので、電池本体の排熱を利用して空調の快適性と運転効率の高い空調システムの提供を図ることができる。
【０１１９】
請求項１５，１６によれば、固体高分子型燃料電池の電池本体との熱交換を行う電池側熱交換手段と、空気調和装置内に配置される放熱手段とを共通の冷媒回路に配置したので、燃料電池に放熱器を配置することなく電池本体を冷却することができ、よって、システム全体のコストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の実施形態に係る上記圧縮式空気調和装置と固体高分子型燃料電池とを一体化した空調システムの配管系統図である。
【図２】  第２の実施形態に係る自然循環式空気調和装置と固体高分子型燃料電池とを一体化した空調システムの配管系統図である。
【図３】  第３の実施形態に係る吸収式冷凍装置と固体高分子型燃料電池とを一体化した空調システムの配管系統図である。
【図４】  第４の実施形態に係る二重効用吸収式冷凍装置と固体高分子型燃料電池とを一体化した空調システムの配管系統図である。
【図５】  第５の実施形態に係る吸着式調湿装置と固体高分子型燃料電池とを一体化した空調システムの配管系統図である。
【図６】  第６の実施形態に係る水循環式暖房・加湿装置と固体高分子型燃料電池とを一体化した空調システムの配管系統図である。
【図７】  従来の燃料電池システムの配管系統図である。
【符号の簡単な説明】
100   燃料電池システム
101   電池本体
102   カソード
103   アノード
104   加湿器
120   空気圧縮機
121   脱硫器
122   ガス圧縮機
123   ポンプ
124   タンク
125   ポンプ
126   改質器
127   変成器
128   酸化反応器
131   凝縮器
132   凝縮器
200   空気調和装置
201   第１圧縮機
202   第１四路切換弁（サイクル切換手段）
203   第１室外コイル（放熱手段）
205   第１膨張弁（膨張手段）
206   電池側コイル（電池側熱交換手段）
207   第１開閉弁
208   放熱用コイル（放熱手段）
210   第１冷媒回路
215   ポンプ
221   蒸発器
221a  ポンプ
222   吸収器
223   再生器
223a  高温再生器
223b  低温再生器
223x  バーナー
224   凝縮器
224a  ファン
225   配管
226   ポンプ
227   熱交換器
228   配管
231   冷却コイル
232   熱交換器
251   第２圧縮機
252   第２四路切換弁
253   第２室外コイル
254   室外熱交換器
254a  室外ファン
254b  室外ファン
255   第２膨張弁
256   室内コイル（放熱手段）
257   室内熱交換器
257a  室内ファン
258   加湿器
259   加湿通路開閉弁
260   第２冷媒回路
261   第１連絡配管
262   第２開閉弁
263   第２連絡配管
264   第３開閉弁
265   コイル開閉弁
270   ポンプ
271   第４開閉弁
290   流通経路切換手段
300   調湿装置
301   ポンプ
302   電池側コイル（電池側熱交換手段）
303   第４開閉弁
305   水供給機構（溶液加湿手段）
310   溶液循環路
311   室外側配管
312   室内側配管
320   室外熱交換器（室外調湿部）
320a  室外ファン
321   第１開閉弁
322   溶液除湿器（溶液除湿手段）
323   第２開閉弁
324   第３開閉弁
330   室内調湿部
330a  ファン
331   溶液調湿器（溶液除湿手段，溶液加湿手段）
C1    第１室外熱交換コイル
C2    第２室外熱交換コイル
【図１】
0003826485.tif 000002
【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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【図７】
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