JP4265067B2

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Publication number: JP4265067B2
Application number: JP2000029260A
Authority: JP
Inventors: 隆久鈴木; 俊倉田; 哲滋信田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-02-07
Filing date: 2000-02-07
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2020-02-07
Also published as: JP2001213149A

Description

Translated fromJapanese

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池を搭載する乗物、例えば燃料電池による発電電力で駆動される車両、軌道車両、船舶等に適用可能な乗物用空調装置に関するものであり、特に吸着式冷凍サイクルを用いた乗物用空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、省エネルギーと環境保護の観点からエコカーとして燃料電池（ＦＣスタック）による発電電力で駆動される燃料電池車（以下、ＦＣＥＶと呼ぶ）が将来の自動車として注目されている。燃料電池は、水素と空気中の酸素を反応させて、電気と水と反応熱を発生する。従って、ＦＣＥＶは排気ガスを全く発生しない完全にクリーンな車両である。
【０００３】
そのＦＣＥＶ用の空調装置として、従来の内燃式エンジンで駆動される車両で一般的に使われている蒸気圧縮式冷凍サイクルを用いて、コンプレッサの駆動を電動にしたものが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、蒸気圧縮式冷凍サイクルでは、コンプレッサの動力に電力を必要とすることと、冷媒としてフロンを用いることから、省エネルギーと環境保護を狙ったＦＣＥＶの空調装置に用いるにはふさわしいとは言えない。
【０００５】
本発明は、上記従来技術に鑑みて成されたものであり、省エネルギーと環境保護の観点から燃料電池を搭載するＦＣＥＶを含む乗物に対して好適な乗物用空調装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、燃料電池（２０）を搭載する乗物の空調装置（１）に吸着式冷凍サイクル（５０）を用い、燃料電池（２０）で発電する際に発生する水を、吸着式冷凍サイクル（５０）の冷却に用いたことを特徴とする。
【０００７】
これは、燃料電池が発電する際に発生する反応熱を利用して、吸着式冷凍サイクルを駆動している。吸着式冷凍サイクルは、乾燥した吸着剤に冷媒である水を吸着させ（吸着過程）、その時の水の蒸発潜熱により冷却を行うものであり、吸着剤を加熱することで水を脱離させ（脱離過程）、再び吸着を可能とする。
【０００８】
この吸着剤を加熱する熱に燃料電池での反応熱を利用することで、コンプレッサを駆動するような動力が不要となって省動力であるのに加え、冷媒が水であるため脱フロンの観点からも、省エネルギーと環境保護を狙った燃料電池搭載の乗物に適している。
【００１０】
さらに、乗物に吸着式冷凍サイクルを適用する場合、一般的に、吸着過程で発生する吸着剤の吸着熱の冷却と、脱離過程で発生する吸着剤の凝縮熱の冷却とを、室外器で外気と熱交換されるブライン（熱交換用流体）を通して行うため、外気温度が高くなるほど冷却温度が高くなり、吸着剤での吸着時と脱離時との水分吸着率の差が小さくなって、冷房能力が低下してしまうという問題がある。
【００１１】
特に外気温度が３０℃を超えるような場合には、冷房能力が著しく低下するため、車両用のエアコンに適用する上では大きな問題となる。対策として、従来捨てていた燃料電池で発電する際に発生する水を、吸着式冷凍サイクルの冷却に利用することにより、高外気温時においても水の蒸発潜熱で外気温以下に冷却できるため、冷房能力が低下するのを防止できる。
【００１２】
請求項２記載の発明では、燃料電池（２０）で発電する際に発生する水を、吸着式冷凍サイクル（５０）の室外器（４２）に水掛けして冷却を行うことを特徴とする。
【００１３】
これは具体的には、燃料電池で発電する際に発生した水をタンクに蓄えて、それをポンプで汲み上げて、ノズルから吸着式冷凍サイクルの室外器に吹き掛けている。これにより、吹き掛けた水は室外器表面で蒸発し、その蒸発潜熱で室外器の中を流れる冷却水を冷却することができる。また、この冷却方法は、特別な冷却水回路を必要とせず、上記の簡単な水掛け装置を加えるだけで実現できるため、実施容易である。
【００１４】
請求項３記載の発明では、燃料電池（２０）で発電する際に発生する水を、吸着式冷凍サイクル（５０）の吸着器（５１、５２）に水掛けして冷却を行うことを特徴とする。
【００１５】
これは前項に対して他の実施形態にあたるものであり、具体的には吸着式冷凍サイクルの吸着器本体に冷却フィン等を配置して放熱を良くして、そこへ燃料電池で発電する際に発生した水を上記の水掛け装置等で吹き掛けている。
【００１６】
これにより、吹き掛けた水は吸着器本体の表面で蒸発し、その蒸発潜熱で吸着器そのものを冷却することができる。また、この冷却方法も、特別な冷却水回路を必要とせず、上記の簡単な水掛け装置を加えるだけで実現できるため、実施容易である。
【００１７】
請求項４記載の発明では、燃料電池（２０）で発電する際の水素源として水素吸蔵合金（３０）を用いたことを特徴とする。
【００１８】
これは請求項１と同じく、高外気温時に外気以外のもので吸着式冷凍サイクルの冷却を図るものである。燃料電池で発電する際に必要となる水素の供給については幾つかの方法があるが、供給源を水素吸蔵合金とすることにより、水素を取出す際に発生する水素放出吸熱が利用できることとなる。
【００１９】
請求項５記載の発明では、水素吸蔵合金（３０）の保温水を、吸着式冷凍サイクル（５０）の冷却に用いたことを特徴とする。
【００２０】
これは、水素吸蔵合金に貯蔵されている水素を取り出すには、水素吸蔵合金に水素放出用の熱を与えて約３０℃に保温する必要がある。そのため、水素吸蔵合金の保温水回路は燃料電池の冷却回路に接続され、燃料電池の冷却温水（約８０℃）の一部を取り込んで、水素吸蔵合金で発生する水素放出吸熱での冷却とバランスさせて約３０℃を保っている。
【００２１】
この約３０℃の保温水を吸着式冷凍サイクルの冷却に利用することにより、３０℃以上の高外気温時においても外気温度に依存せず３０℃程度の冷却ができるため、冷房能力の低下を防止することができる。
【００２２】
請求項６記載の発明では、吸着式冷凍サイクル（５０）の冷却水回路に、室外器（４２）を用いた冷却水回路（４４）と、水素吸蔵合金（３０）を保温するための保温水回路（３２）との両方を接続可能として、切替えられるようにしたことを特徴とする。
【００２３】
これにより、高外気温時の水素吸蔵合金の保温冷水による吸着式冷凍サイクルの冷却が、水路の切替えだけで容易に実施可能となる。
【００２４】
請求項７記載の発明では、室外器（４２）または吸着器（５１、５２）への水掛け、または水素吸蔵合金（３０）の保温水回路（３２）への通水は、吸着式冷凍サイクル（５０）で脱離過程と吸着過程とを切替える間隔の各後期部分で行うことを特徴とする。
【００２５】
例えば図３に外気温度４０℃で、脱離・吸着切替え後の冷却水温度の変化をグラフに示す。切替え初期は脱離・吸着量とも多いため温度が高く、徐々に温度は低下して最終的にほぼ外気温度となる。
【００２６】
よって、前記燃料電池から発生する水で冷却する場合において、例えば低速走行のように車両走行に必要な電力が小さく水の発生が少ない場合には、切替え初期は外気で室外器の冷却を行い、切替え後期だけ発生水を使って蒸発冷却を行うことで、少ない冷却熱量を有効に使って最終温度を下げることができる。
【００２７】
また、ＦＣＥＶではアイドルが無いため停車時には発電を行わず、水も発生しない。そのため、切替え後期だけ発生水を使って蒸発冷却を行うことにより、走行時に発生した水をタンクに貯えて、停車時に使うことができる。
【００２８】
これは、水掛けによる冷却だけではなく、水素吸蔵合金の保温冷水による冷却でも、切替え後期だけ保温水回路に切替えることにより、水素吸蔵合金での冷却熱量が少ない場合でも有効に最終温度を下げることができる。
【００２９】
請求項８記載の発明では、吸着器（５１、５２）の吸着コア（５１ａ、５２ａ）を冷却する室外器（４２）と、凝縮コア（５１ｂ、５２ｂ）を冷却する室外器（４３）とを有し、燃料電池（２０）で発生する水の水掛け、または水素吸蔵合金（３０）の保温水回路（３２）への通水は、吸着コア（５１ａ、５２ａ）側の室外器（４２）のみに行うことを特徴とする。
【００３０】
例えば図４に吸着剤の関係湿度と水分吸着率との関係をグラフに示す。関係湿度は冷却温度によって大きく変わり、水分吸着率も大きく変わるが、脱離側と吸着側では影響の度合いが異なる。
【００３１】
具体的には、脱離側の冷却水温を４０℃から３０℃にした場合、水分吸着率はｃ点からａ点となるが、吸着側の冷却水温を４０℃から３０℃にした場合、水分吸着率はｄ点からｂ点となり、吸着側を冷却した方が脱離と吸着との水分吸着率の差を容易に大きくでき、冷却性能を確保し易い。
【００３２】
よって、脱離時の凝縮熱の冷却と、吸着時の吸着熱の冷却とを別々の室外器を用いて行う場合は、燃料電池からの発生水や水素吸蔵合金の保温冷水による冷却を、両方の室外器に等しく行うより、吸着コア側の室外器のみを冷却した方が、少ない冷却熱量を有効に使って吸着量を大きくすることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を乗物として車両に用いた実施形態を、図面に基づき説明する。
【００３４】
〔第１実施形態〕
図１は本発明の第１実施形態における空調装置のシステム構成を示すものであり、２０はＦＣスタック（燃料電池と冷却手段で構成した燃料電池ユニット）であり、ＭＨユニット（水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵ユニット）３０に貯蔵された水素と、空気中の酸素とを反応させて電気を発生させて、その電気を用いて図示しない車両駆動用モータで車両を駆動する。
【００３５】
ＦＣスタック２０には、発電する際に発生する熱を冷却するための冷却水回路が設けられており、２１は冷却水回路に冷却水を循環させるＦＣ冷却ポンプである。２２はＦＣラジエータであり、電動ファン２２ａで送風される車室外空気との間で熱交換して冷却水を冷却する。２３はＦＣラジエータ２２を迂回して冷却水が流れるバイパス回路である。
【００３６】
２４はＦＣスタック２０から流出した冷却水を、ＦＣラジエータ２２に流す場合とバイパス回路２３に流す場合とを切替える周知のサーモスタットで、このサーモスタット２４内を流れる冷却水の温度に応じてＦＣラジエータ２２とバイパス回路２３とを切替えて、ＦＣスタック２０の温度が８０℃程度に保たれるようＦＣラジエータ２２への通水量を制御している。
【００３７】
ＭＨユニット３０は保温水回路３２で上記冷却水回路に接続されており、ＭＨウォータバルブ３１によりＭＨユニット３０の温度が３０℃程度に保たれるよう通水量を制御している。また、ＦＣスタック２０で発電する際に発生した水は水タンク６１に導いて溜められ、水掛け用ポンプ６２で汲み上げて水掛けノズル６３から後述する吸着式冷凍器５０の室外器４２に吹き掛けられるようになっている。
【００３８】
１は車両用空調ユニットであり、車室内計器盤下方部に搭載される。空調ユニット１の空調ケース２は、車室内に空調空気を導く空調用通路を構成しており、この空調ケース２の一端側に内気を吸入する内気吸入口４と、外気を吸入する外気吸入口５が設けられており、内外気切替ドア６により切替開閉される。
【００３９】
上記吸入口４、５に隣接して、空調ケース２内に空気を送風する送風機３が設置されており、この送風機３はモータ３ａとこのモータ３ａにより駆動される遠心ファン３ｂとにより構成されている。一方、空調ケース２の他端側には車室内へ通ずる複数の吹出用開口部７、８、９が形成されている。これらの開口部７、８、９は開口部切替ドア１０、１１、１２によりそれぞれ切替開閉される。
【００４０】
また、送風機３より空気下流側における空調ケース２内には、後述する吸着式冷凍器５０で作られた冷水と熱交換を行い、空気を冷却する室内器４１が設けられている。さらに室内器４１の空気下流側にはヒータコア１３が設けられており、ＦＣスタック２０を冷却する冷却水と空気と熱交換を行い空気を加熱するものである。
【００４１】
このヒータコア１３の空気入口部には、ヒータコア１３を通過する空気量とヒータコア１３をバイパスする空気量とを調節して、車室内へ吹き出す空気の温度を調整するためのエアミックスドア１４が回動自由に取付けられている。また、ヒータコア１３の温水入口部にはウォータバルブ１５が設置され、ヒータコア１３への冷却水の通水を制御できるようになっている。
【００４２】
次に、吸着式冷凍器５０について、図１と図２を用いて説明する。図２は第１実施形態における吸着式冷凍サイクルの構成図である。吸着式冷凍器５０は、第１、第２吸着器５１、５２、および流路切替弁５３、５４で構成される。
【００４３】
第１、第２吸着器５１、５２は密閉容器内に、周知の熱交換器形状をなし熱交換部の周囲に多数の吸着剤を付着させた第１、第２吸着コア５１ａ、５２ａと、周知の熱交換器形状をなし冷媒を蒸発・凝縮可能な第１、第２蒸発凝縮コア５１ｂ、５２ｂを備えている。また、それぞれ密閉容器内には所定量の冷媒が封入されている。ちなみに本実施例では、吸着剤としてはシリカゲル系の吸着剤を用い、冷媒には水を用いている。
【００４４】
第１、第２吸着コア５１ａ、５２ａは切替弁５３により温水用ウォータポンプ５５を通じて前記ＦＣスタック冷却水回路、および冷却用ウォータポンプ５６を通じて室外器４２の冷却水回路４４に接続可能となっている。室外器４２は電動ファン４２ａで送風される車室外空気との間で熱交換して冷却水を冷却する。また、第１、第２蒸発凝縮コア５１ｂ、５２ｂは切替弁５４により前記室外器４２、および室内用ウォータポンプ５７を通じて前記室内空調ユニット１内の室内器４１に接続可能となっている。
【００４５】
次に、上記構成による作動を説明する。まず吸着式冷凍器５０の基本的な作動について説明する。吸着式冷凍器５０は、第１吸着コア５１ａが脱離工程、第２吸着コア５２ａが吸着工程を行う第１工程と、第１吸着コア５１ａが吸着工程、第２吸着コア５２ａが脱離工程を行う第２工程とを所定時間（例えば１００秒）毎に交互に行う。
【００４６】
まず、第１工程は切替弁５３、５４を図２中の実線位置とすることにより行なわれる。この第１工程では、ＦＣスタックで発電する際に加熱されたＦＣ冷却水が温水用ウォータポンプ５５により循環され、切替弁５３を通って第１吸着コア５１ａに流入するため、第１吸着コア５１ａの吸着剤が加熱されて気体冷媒を脱着する。
【００４７】
また、冷却用ウォータポンプ５６により循環された冷却水は、切替弁５４を通り第１蒸発凝縮コア５１ｂに流入しコアを冷却する。これにより、吸着剤から脱着した気体冷媒は第１蒸発凝縮コア５１ｂで凝縮・液化する。第１蒸発凝縮コア５１ｂを出た冷却水は、室外器４２を通り外気と熱交換を行って冷却され、再び冷却用ウォータポンプ５６に戻る。
【００４８】
一方、上記室外器４２からの冷却水は、切替弁５３を通って第２吸着コア５２ａにも循環するため、第２吸着コア５２ａの吸着剤が気体冷媒を吸着し、これにより第２吸着器５２内の液体冷媒が蒸発する。そして第２蒸発凝縮コア５２ｂでは、熱交換流体が蒸発潜熱を奪われて冷却される。
【００４９】
この冷却された熱交換流体は切替弁５４を通り、室内用ウォータポンプ５７により室内器４１に循環され、送風機３から送られた空気と熱交換を行い、空気を冷却・除湿する。室内器４１を出た熱交換流体は切替弁５４を通り第２蒸発凝縮コア５２ｂに再び流入する。
【００５０】
第２工程は、切替弁５３、５４を図２中の破線位置とすることにより行なわれる。この第２工程では、上記した第１工程の吸着と脱着、蒸発と凝縮が入れ替わるだけであるため、第２工程の作動説明は省略する。
【００５１】
上記の第１工程と第２工程とを所定時間（例えば１００秒）毎に交互に行うことにより、ＦＣスタックで発生する熱を利用して冷房を行うことができる。この吸着式冷凍サイクルを用いた冷房は、コンプレッサを駆動するような動力が不要となって省動力であるのに加え、冷媒が水であるため脱フロンの観点からも、省エネルギーと環境保護を狙った燃料電池車（ＦＣＥＶ）に適している。
【００５２】
しかし、吸着式冷凍器５０は吸着剤に水を吸着する時の水の蒸発潜熱を利用して冷房を行うため、冷房能力は脱離時と吸着時の吸着剤の水分吸着率の差に比例する。図４に吸着剤の関係湿度と水分吸着率との関係をグラフに示すが、一般的に吸着剤はその種類によらず関係湿度が大きいほど水分吸着率が大きくなる。関係湿度とは吸着剤が存在する雰囲気の水蒸気分圧Ｐ１と、吸着剤の湿度における飽和水蒸気分圧Ｐ２との比（Ｐ１／Ｐ２）である。
【００５３】
本実施形態のように密閉系の場合は、吸着器内の蒸気圧力Ｐ１と吸着剤温度における飽和水蒸気圧力Ｐ２との比となり、脱離側の吸着器５１では、吸着器内の蒸気圧力は凝縮温度、すなわち室外器４２からの冷却水温度の飽和圧力となり、吸着剤温度はＦＣスタックからの温水温度となる。また、吸着側の吸着器５２では、吸着器内の蒸気圧力は蒸発温度の飽和圧力となり、吸着剤温度は室外器４２からの冷却水温度となる。
【００５４】
ＦＣＥＶの場合、ＦＣスタックの温水温度はサーモスタット２４により例えば８０℃に制御されており、また、蒸発温度は車両用の空調装置としての冷房感から１０℃程度が必要となる。よって、関係湿度は室外器４２からの冷却水温度によって決まる。図４に示すように、冷却水温度３０℃における脱離はａ点、吸着はｂ点となり、水分吸着率の差が大きく冷房能力が大きいのに対し、冷却水温度が４０℃では、脱離はｃ点、吸着はｄ点となり、水分吸着率の差が小さく冷房能力が小さくなる。
【００５５】
次に、本実施形態の特徴を説明する。ＦＣスタックで発電する際には熱と一緒に水が発生する。その量は、理論的には電気出力１ｋｗで１時間当たり４７０ｇであり、車両走行に例えば１０ｋｗ電気が必要な場合には４．７ｋｇの水が毎時発生する。
【００５６】
その発生した水をタンク６１に蓄えて、水掛け用ポンプ６２で汲み上げて、水掛けノズル６３から前記室外器４２に掛けるようにすることで、水は室外器４２の表面で蒸発し、その蒸発潜熱で室外器４２の中を流れる冷却水を冷却する。
【００５７】
水の蒸発潜熱は、約２４００ｋＪ／ｋｇであるため３ｋｗ以上の冷却熱量となり、蒸発温度は外気温度４０℃、湿度３５％時において２７度となる。その結果、外気温度４０℃においても、室外器４２からの冷却水温度を３０℃程度とすることができ、冷房能力が低下するのを防止できる。
【００５８】
これにより、吸着式エアコンを車両用に適用する上で大きな問題となる高外気温時の著しい冷房能力の低下を、本発明ではＦＣＥＶ特有のＦＣスタック２０からの発生水を利用し、室外器４２に掛けて蒸発冷却することによって解決している。
【００５９】
この冷却方法は、特別な冷却水回路を必要とせず、上記の簡単な水掛け装置を加えるだけで実現できるため、実施容易である。ちなみに、蒸発冷却は上記のように室外器４２の表面に水掛けして行っても良いし、室外器４２の空気上流に噴霧して蒸発冷却した空気を室外器４２に送風しても良い。
【００６０】
〔第２実施形態〕
図５に本発明の第２実施形態における吸着器５１、５２の構成図を示す。ＦＣスタック２０からの発生水を利用して蒸発冷却する構造は、図５に示すように吸着式冷凍器５０の吸着器５１、５２本体に冷却フィン５１ｃ等を配置して放熱を良くして、そこへ直接ＦＣスタック２０で発生した水を前記の水掛けノズル６３から吹き掛けて蒸発冷却させても良い。
【００６１】
但しこの場合、吸着過程にある側の吸着器にだけ水掛けを行うこととなる。またこの冷却は、例えば室外器４２との間の冷却水配管の一部を放熱の良い形状として、その配管部分に水掛けを行っても良い。
【００６２】
〔第３実施形態〕
図６に本発明の第３実施形態における空調装置の全体構成図を示す。吸着式冷凍器５０の冷却水回路を除き、図１に示した第１実施形態のシステムと同じである。
【００６３】
吸着式冷凍器５０の冷却水回路は、切替弁７１〜７４により室外器４２とＭＨユニット３０とのどちらかに接続可能な構成となっている。切替弁７１〜７４を図６に示す実線位置とすることで、吸着式冷凍器５０の冷却水回路はＭＨユニット３０に接続され、室外器４２は切り離される。また、切替弁７１〜７４を図６に示す破線位置とすることで、吸着式冷凍器５０の冷却水回路は室外器４２に接続され、ＭＨユニット３０はＦＣスタック２０の冷却水回路に接続される。
【００６４】
次に、作動と効果を説明する。ＦＣスタック２０で発電する際に必要となる水素は、ＭＨユニット３０の水素吸蔵合金に貯蔵されている水素が用いられる。水素を取り出すには水素放出用の熱を水素吸蔵合金に与えて、水素吸蔵合金を約３０℃に保つ必要がある。通常この熱は、ＦＣスタック２０で発生する熱を冷却する冷却水回路から得ている。
【００６５】
その熱量は、ＦＣスタック２０での発電電力１ｋｗ当り約０．２ｋｗの熱量が必要となり、車両走行に例えば１０ｋｗの電気が必要な場合には２ｋｗの水素放出熱が必要となる。逆に言えばＭＨユニット３０に送られた冷却水は２ｋｗ冷却されることとなる。
【００６６】
本実施形態では、吸着式冷凍器５０の冷却水回路を、外気と熱交換する室外器４２ではなく、ＭＨユニット３０に接続可能とすることで、外気温度に依存せず吸着式冷凍器５０を冷却することが可能となる。
【００６７】
これにより、外気温度が４０℃であるような高外気温時においても、外気温度に依存せず吸着式冷凍器５０を３０℃程度で冷却することができるため、冷房能力の低下を防止することができる。また、本実施形態は冷却水路の切替えだけで容易に実施可能となる。
【００６８】
〔第４実施形態〕
図７に第４実施形態における吸着式冷凍サイクルの構成図を示す。前記実施形態では吸着式冷凍器５０における脱離時の凝縮熱の冷却と吸着時の吸着熱の冷却とを、同じ冷却水回路４４（同じ室外器４２）を用いて行っているが、図７に示すようにそれぞれを別々の室外器４２、４３（と別々の冷却用ウォータポンプ５６、５８）を用いて冷却を行っても良い。
【００６９】
この場合には図示していないが、前記のＦＣスタック２０からの発生水やＭＨユニット３０の保温冷水による冷却を、両方の室外器４２、４３に等しく行うより、吸着コア５１ａ、５２ａを冷却する側の室外器４２に用いた方が良い。
【００７０】
図４に吸着剤の関係湿度と水分吸着率との関係をグラフに示すが、理由はこの図に示すように脱離側の冷却よりも吸着側の冷却の方が水分吸着率の差に大きく影響するためである。
【００７１】
具体的には、脱離側の冷却水温を４０℃から３０℃にした場合、水分吸着率はｃ点からａ点となるが、吸着側の冷却水温を４０℃から３０℃にした場合、水分吸着率はｄ点からｂ点となり、吸着側を冷却した方が脱離と吸着との水分吸着率の差を容易に大きくでき、冷却性能を確保し易い。
【００７２】
よって、脱離時の凝縮熱の冷却と、吸着時の吸着熱の冷却とを別々の室外器を用いて行う場合は、ＦＣスタック２０からの発生水やＭＨユニット３０の保温冷水による冷却は吸着コア側の室外器のみにした方が、少ない冷却熱量を有効に使って吸着量を大きくすることができる。これは、吸着器５１、５２や冷却水配管に水掛けして冷却する場合も吸着コア側（吸着過程側）を行うのが良い。
【００７３】
上述下各実施形態では乗物として車両に燃料電池を搭載した例を説明したが、燃料電池を動力源とする乗物であって空調装置を組合せるものであれば、軌道車両、船舶等の他の乗物にも本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における空調装置の全体構成図である。
【図２】第１実施形態における吸着式冷凍サイクルの構成図である。
【図３】外気温度４０℃で、脱離・吸着切替え後の冷却水温度の変化を示すグラフである。
【図４】吸着剤の関係湿度と水分吸着率との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第２実施形態における吸着器の構成図である。
【図６】本発明の第３実施形態における空調装置の全体構成図である。
【図７】第４実施形態における吸着式冷凍サイクルの構成図である。
【符号の説明】
１空調装置
２０ＦＣスタック（燃料電池）
３０ＭＨユニット（水素吸蔵合金）
３２保温水回路
４２、４３室外器
４４冷却水回路
５０吸着式冷凍サイクル
５１、５２吸着器
５１ａ、５２ａ吸着コア
５１ｂ、５２ｂ凝縮コア[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle air conditioner that can be applied to a vehicle equipped with a fuel cell, for example, a vehicle driven by power generated by the fuel cell, a rail vehicle, a ship, and the like, and particularly a vehicle using an adsorption refrigeration cycle. The present invention relates to an air conditioner for automobiles.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a fuel cell vehicle (hereinafter referred to as FCEV) driven by electric power generated by a fuel cell (FC stack) as an eco car has attracted attention as a future automobile from the viewpoint of energy saving and environmental protection. A fuel cell reacts hydrogen and oxygen in the air to generate electricity, water, and reaction heat. Therefore, FCEV is a completely clean vehicle that does not generate any exhaust gas.
[0003]
As an air conditioner for FCEV, an apparatus in which a compressor is electrically driven using a vapor compression refrigeration cycle generally used in a vehicle driven by a conventional internal combustion engine has been proposed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the vapor compression refrigeration cycle requires electric power for the compressor power and uses chlorofluorocarbon as a refrigerant. Therefore, it cannot be said that the vapor compression refrigeration cycle is suitable for use in an FCEV air conditioner aiming at energy saving and environmental protection.
[0005]
The present invention has been made in view of the above prior art, and an object thereof is to provide a vehicle air conditioner suitable for a vehicle including an FCEV equipped with a fuel cell from the viewpoint of energy saving and environmental protection. .
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, when an adsorption refrigeration cycle (50) is usedin a vehicle air conditioner (1) on which a fuel cell (20) is mountedand the fuel cell (20) generates power. The water generated in is used for cooling the adsorption refrigeration cycle (50) .
[0007]
This uses the reaction heat generated when the fuel cell generates power to drive the adsorption refrigeration cycle. In the adsorption refrigeration cycle, water as a refrigerant is adsorbed to a dried adsorbent (adsorption process), and cooling is performed by the latent heat of vaporization of the water at that time. Water is desorbed by heating the adsorbent ( Desorption process), allowing adsorption again.
[0008]
By using reaction heat in the fuel cell to heat the adsorbent, power to drive the compressor is unnecessary and power is saved. Therefore, it is suitable for vehicles equipped with fuel cells for energy saving and environmental protection.
[0010]
Furthermore , when an adsorption refrigeration cycle is applied to a vehicle, generally the cooling of the adsorption heat of the adsorbent generated during the adsorption process and the cooling of the condensation heat of the adsorbent generated during the desorption process are performed in an outdoor unit. Since it is conducted through brine (heat exchange fluid) that exchanges heat with the outside air, the higher the outside air temperature, the higher the cooling temperature, and the difference in moisture adsorption rate between adsorption and desorption with the adsorbent becomes small. There is a problem that the cooling capacity is lowered.
[0011]
In particular, when the outside air temperature exceeds 30 ° C., the cooling capacity is remarkably lowered, which is a serious problem when applied to a vehicle air conditioner. As a countermeasure, by using the water generated when generating electricity with a previously discarded fuel cell for cooling the adsorption refrigeration cycle, it can be cooled below the outside temperature with the latent heat of water evaporation even at high outside temperatures, It is possible to prevent the cooling capacity from being lowered.
[0012]
The invention according toclaim2 is characterized in that the water generated when generating electricity in the fuel cell (20) is poured into the outdoor unit (42) of the adsorption refrigeration cycle (50) for cooling.
[0013]
Specifically, water generated when generating electricity with the fuel cell is stored in a tank, pumped up by a pump, and sprayed from the nozzle to the outdoor unit of the adsorption refrigeration cycle. Thereby, the sprayed water evaporates on the outdoor unit surface, and the cooling water flowing through the outdoor unit can be cooled by the latent heat of evaporation. In addition, this cooling method is easy to implement because it does not require a special cooling water circuit and can be realized only by adding the above simple watering device.
[0014]
The invention according to claim3 is characterized in that the water generated when generating electricity in the fuel cell (20) is cooled by watering the adsorbers (51, 52) of the adsorption refrigeration cycle (50). To do.
[0015]
This corresponds to another embodiment with respect to the previous section. Specifically, when a cooling fin or the like is arranged in the adsorber body of the adsorption refrigeration cycle to improve heat dissipation, and when power is generated by the fuel cell there The generated water is sprayed with the above-mentioned watering device or the like.
[0016]
Thereby, the sprayed water evaporates on the surface of the adsorber body, and the adsorber itself can be cooled by the latent heat of evaporation. Also, this cooling method is easy to implement because it does not require a special cooling water circuit and can be realized simply by adding the above-described simple watering device.
[0017]
The invention according to claim4 is characterized in that a hydrogen storage alloy (30) is used as a hydrogen source when generating power in the fuel cell (20).
[0018]
As in thefirst aspect, the adsorption refrigeration cycle is cooled by something other than outside air at high outside air temperature. There are several methods for supplying hydrogen required when generating power with a fuel cell. However, by using a hydrogen storage alloy as the supply source, the hydrogen release endotherm generated when hydrogen is taken out can be used.
[0019]
The invention according to claim5 is characterized in that the hot water of the hydrogen storage alloy (30) is used for cooling the adsorption refrigeration cycle (50).
[0020]
In order to take out the hydrogen stored in the hydrogen storage alloy, it is necessary to give the hydrogen storage heat to the hydrogen storage alloy and keep it at about 30 ° C. Therefore, the hydrogen storage alloy thermal insulation water circuit is connected to the fuel cell cooling circuit, and a portion of the fuel cell cooling hot water (approximately 80 ° C.) is taken in and balanced with the cooling by the hydrogen release endotherm generated by the hydrogen storage alloy. And kept at about 30 ° C.
[0021]
By using this heat retaining water of about 30 ° C. for cooling of the adsorption refrigeration cycle, it is possible to cool about 30 ° C. without depending on the outside air temperature even at a high outside air temperature of 30 ° C. or more. Can be prevented.
[0022]
In invention of Claim6, the cooling water circuit (44) which used the outdoor unit (42) for the cooling water circuit of an adsorption-type refrigeration cycle (50), and the heat retention water for heat-retaining a hydrogen storage alloy (30) It is characterized in that both the circuit (32) and the circuit (32) can be connected and switched.
[0023]
As a result, the adsorption refrigeration cycle can be easily cooled only by switching the water channel with the cold storage water of the hydrogen storage alloy at a high outside air temperature.
[0024]
According to theseventh aspect of the present invention, the watering to the outdoor unit (42) or the adsorber (51, 52) or thewater passing through the heat storage water circuit (32) of the hydrogen storage alloy (30) is performed by an adsorption refrigeration cycle. (50), characterized in that it is performed at each latter part of the interval for switching between the desorption process and the adsorption process.
[0025]
For example, FIG. 3 is a graph showing changes in cooling water temperature after desorption / adsorption switching at an outside air temperature of 40 ° C. Since the amount of desorption / adsorption is large at the initial stage of switching, the temperature is high, the temperature gradually decreases, and finally becomes almost the outside temperature.
[0026]
Therefore, in the case of cooling with water generated from the fuel cell, for example, when the power required for vehicle travel is small and the generation of water is low, such as at low speeds, the outdoor unit is cooled with outside air at the beginning of switching, By performing evaporative cooling using the generated water only in the latter half of the switching, the final temperature can be lowered by effectively using a small amount of cooling heat.
[0027]
In addition, since there is no idle in FCEV, no power is generated when the vehicle is stopped, and no water is generated. Therefore, by performing evaporative cooling using the generated water only in the late stage of switching, the water generated during traveling can be stored in the tank and used when the vehicle is stopped.
[0028]
This is not only by cooling by watering, but also by cooling the hydrogen storage alloy with cold insulation water, by switching to the heat insulation water circuit only during the latter period of switching, the final temperature can be effectively lowered even when the amount of cooling heat in the hydrogen storage alloy is small. Can do.
[0029]
In the invention according toclaim8, the outdoor unit (42) for cooling the adsorption core (51a, 52a) of the adsorber (51, 52) and the outdoor unit (43) for cooling the condensation core (51b, 52b) are provided.a water seat of water generated by the fuel cell (20), or a hydrogen absorbing alloy (30) kept water circuit (32)passing water into the suction core (51a, 52a) side of the outdoor unit (42) It is characterized by being performed only.
[0030]
For example, FIG. 4 is a graph showing the relationship between the relative humidity of the adsorbent and the moisture adsorption rate. The relative humidity varies greatly depending on the cooling temperature, and the moisture adsorption rate also varies greatly. However, the degree of influence differs between the desorption side and the adsorption side.
[0031]
Specifically, when the cooling water temperature on the desorption side is changed from 40 ° C. to 30 ° C., the moisture adsorption rate is changed from the point c to the point a, but when the cooling water temperature on the adsorption side is changed from 40 ° C. to 30 ° C. The adsorption rate is changed from point d to point b, and cooling the adsorption side can easily increase the difference in moisture adsorption rate between desorption and adsorption, so that the cooling performance can be easily ensured.
[0032]
Therefore, when cooling the condensation heat at the time of desorption and cooling of the adsorption heat at the time of adsorption using separate outdoor units, both cooling with the water generated from the fuel cell and the cold storage water of the hydrogen storage alloy is required. It is possible to increase the amount of adsorption by effectively using a small amount of cooling heat when only the outdoor unit on the adsorption core side is cooled rather than performing the same on the outdoor unit.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment in which the present invention is used for a vehicle as a vehicle will be described with reference to the drawings.
[0034]
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a system configuration of an air conditioner according to a first embodiment of the present invention.Reference numeral 20 denotes an FC stack (a fuel cell unit composed of a fuel cell and a cooling means), which uses an MH unit (a hydrogen storage alloy). The hydrogen stored in thehydrogen storage unit 30 is reacted with oxygen in the air to generate electricity, and the vehicle is driven by a vehicle driving motor (not shown) using the electricity.
[0035]
TheFC stack 20 is provided with a cooling water circuit for cooling the heat generated during power generation, and 21 is an FC cooling pump for circulating cooling water through the cooling water circuit.Reference numeral 22 denotes an FC radiator, which cools the cooling water by exchanging heat with outside air that is blown by theelectric fan 22a.Reference numeral 23 denotes a bypass circuit in which cooling water flows around theFC radiator 22.
[0036]
Reference numeral 24 is a known thermostat that switches between flowing the cooling water flowing out from theFC stack 20 to theFC radiator 22 and flowing it to thebypass circuit 23. By switching to thebypass circuit 23, the water flow rate to theFC radiator 22 is controlled so that the temperature of theFC stack 20 is maintained at about 80 ° C.
[0037]
TheMH unit 30 is connected to the cooling water circuit by a heat retainingwater circuit 32, and the water flow rate is controlled by theMH water valve 31 so that the temperature of theMH unit 30 is maintained at about 30 ° C. Further, water generated when generating electricity in theFC stack 20 is guided and stored in thewater tank 61, pumped up by the wateringpump 62, and sprayed from the watering nozzle 63 to theoutdoor unit 42 of theadsorption refrigeration unit 50 described later. It is supposed to be.
[0038]
Reference numeral 1 denotes a vehicle air-conditioning unit, which is mounted in the lower part of the vehicle interior instrument panel. Theair conditioning case 2 of theair conditioning unit 1 constitutes an air conditioning passage that guides conditioned air into the vehicle interior, and an inside air inlet 4 that sucks inside air into one end of theair conditioning case 2 and an outside air inlet that sucks outside air 5 is provided and is opened and closed by the inside / outside air switching door 6.
[0039]
A blower 3 for blowing air is installed in theair conditioning case 2 adjacent to the suction ports 4 and 5, and this blower 3 is constituted by amotor 3 a and acentrifugal fan 3 b driven by themotor 3 a. Yes. On the other hand, on the other end side of the air-conditioning case 2, a plurality of blowingopenings 7, 8, 9 leading to the vehicle interior are formed. Theseopenings 7, 8, 9 are switched and opened by openingswitching doors 10, 11, 12, respectively.
[0040]
Further, anindoor unit 41 is provided in theair conditioning case 2 on the downstream side of the air from the blower 3 to cool the air by exchanging heat with cold water produced by an adsorption-type refrigerator 50 described later. Further, aheater core 13 is provided on the air downstream side of theindoor unit 41, and heat is exchanged between the cooling water for cooling theFC stack 20 and air to heat the air.
[0041]
Anair mix door 14 for adjusting the temperature of air blown into the passenger compartment by adjusting the amount of air passing through theheater core 13 and the amount of air bypassing theheater core 13 is rotated at the air inlet portion of theheater core 13. Freely installed. Further, awater valve 15 is installed at the hot water inlet of theheater core 13 so that the flow of cooling water to theheater core 13 can be controlled.
[0042]
Next, theadsorption refrigerator 50 will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 2 is a configuration diagram of the adsorption refrigeration cycle in the first embodiment. The adsorption-type refrigerator 50 includes first andsecond adsorbers 51 and 52 and flowpath switching valves 53 and 54.
[0043]
The first andsecond adsorbers 51, 52 have a well-known heat exchanger shape in a sealed container, and afirst adsorbing core 51a, 52a in which a large number of adsorbents are attached around the heat exchanging part, The first and second evaporative condensingcores 51b and 52b, which have a known heat exchanger shape and can evaporate and condense the refrigerant, are provided. A predetermined amount of refrigerant is sealed in each sealed container. Incidentally, in this embodiment, a silica gel type adsorbent is used as the adsorbent, and water is used as the refrigerant.
[0044]
The first andsecond adsorption cores 51 a and 52 a can be connected to the FC stack cooling water circuit through the warmwater water pump 55 and the coolingwater circuit 44 of theoutdoor unit 42 through the coolingwater pump 56 by the switchingvalve 53. . Theoutdoor unit 42 cools the cooling water by exchanging heat with outdoor air blown by theelectric fan 42a. The first and secondevaporative condensation cores 51 b and 52 b can be connected to theindoor unit 41 in the indoorair conditioning unit 1 through theoutdoor unit 42 and theindoor water pump 57 by the switchingvalve 54.
[0045]
Next, the operation according to the above configuration will be described. First, the basic operation of theadsorption refrigerator 50 will be described. In theadsorption refrigerator 50, thefirst adsorption core 51a performs the desorption process, thesecond adsorption core 52a performs the adsorption process, thefirst adsorption core 51a performs the adsorption process, and thesecond adsorption core 52a performs the desorption process. The second step is performed alternately every predetermined time (for example, 100 seconds).
[0046]
First, the first step is performed by setting the switchingvalves 53 and 54 to the positions indicated by solid lines in FIG. In this first step, the FC cooling water heated when generating power in the FC stack is circulated by the hotwater water pump 55 and flows into thefirst adsorption core 51a through the switchingvalve 53, so thefirst adsorption core 51a. The adsorbent is heated to desorb the gaseous refrigerant.
[0047]
The cooling water circulated by the coolingwater pump 56 passes through the switchingvalve 54 and flows into the firstevaporative condensation core 51b to cool the core. Thereby, the gaseous refrigerant desorbed from the adsorbent is condensed and liquefied by the firstevaporative condensation core 51b. The cooling water exiting the firstevaporative condensation core 51 b passes through theoutdoor unit 42 and is cooled by exchanging heat with the outside air, and then returns to the coolingwater pump 56 again.
[0048]
On the other hand, since the cooling water from theoutdoor unit 42 circulates also through the switchingvalve 53 to thesecond adsorption core 52a, the adsorbent of thesecond adsorption core 52a adsorbs the gaseous refrigerant, thereby the second adsorber. The liquid refrigerant in 52 evaporates. In the secondevaporative condensation core 52b, the heat exchange fluid is deprived of latent heat of evaporation and cooled.
[0049]
The cooled heat exchange fluid passes through the switchingvalve 54, is circulated to theindoor unit 41 by theindoor water pump 57, exchanges heat with the air sent from the blower 3, and cools and dehumidifies the air. The heat exchange fluid exiting theindoor unit 41 passes through the switchingvalve 54 and flows into the secondevaporative condensation core 52b again.
[0050]
The second step is performed by setting the switchingvalves 53 and 54 to the positions indicated by broken lines in FIG. In the second step, only the adsorption and desorption, evaporation, and condensation in the first step described above are interchanged, and therefore the description of the operation in the second step is omitted.
[0051]
By alternately performing the first step and the second step every predetermined time (for example, 100 seconds), cooling can be performed using the heat generated in the FC stack. Cooling using this adsorption refrigeration cycle not only requires power to drive the compressor, but also saves power. In addition, since the refrigerant is water, it aims to save energy and protect the environment from the standpoint of removing chlorofluorocarbons. Suitable for fuel cell vehicles (FCEV).
[0052]
However, since theadsorption refrigerator 50 performs cooling by using the latent heat of vaporization when water is adsorbed to the adsorbent, the cooling capacity is proportional to the difference in the moisture adsorption rate of the adsorbent during desorption and adsorption. To do. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the relative humidity of the adsorbent and the moisture adsorption rate. Generally, regardless of the type of adsorbent, the moisture adsorption rate increases as the relative humidity increases. The relative humidity is the ratio (P1 / P2) between the water vapor partial pressure P1 in the atmosphere where the adsorbent exists and the saturated water vapor partial pressure P2 in the humidity of the adsorbent.
[0053]
In the case of a closed system as in this embodiment, the ratio is the ratio of the vapor pressure P1 in the adsorber to the saturated water vapor pressure P2 at the adsorbent temperature. In thedesorption side adsorber 51, the vapor pressure in the adsorber is condensed. The temperature, that is, the saturation pressure of the cooling water temperature from theoutdoor unit 42, and the adsorbent temperature becomes the hot water temperature from the FC stack. Further, in theadsorber 52 on the adsorption side, the vapor pressure in the adsorber becomes the saturation pressure of the evaporation temperature, and the adsorbent temperature becomes the cooling water temperature from theoutdoor unit 42.
[0054]
In the case of FCEV, the hot water temperature of the FC stack is controlled to, for example, 80 ° C. by thethermostat 24, and the evaporation temperature needs to be about 10 ° C. from the cooling feeling as an air conditioner for vehicles. Therefore, the relative humidity is determined by the temperature of the cooling water from theoutdoor unit 42. As shown in FIG. 4, desorption at a cooling water temperature of 30 ° C. is point a and adsorption is at point b. The difference in moisture adsorption rate is large and the cooling capacity is large, whereas desorption at a cooling water temperature of 40 ° C. Is the c point and the adsorption is the d point, and the difference in moisture adsorption rate is small and the cooling capacity is small.
[0055]
Next, features of the present embodiment will be described. When generating electricity with the FC stack, water is generated along with heat. The amount is theoretically 470 g per hour at an electrical output of 1 kw, and 4.7 kg of water is generated every hour when, for example, 10 kw electricity is required for vehicle travel.
[0056]
The generated water is stored in thetank 61, pumped up by the wateringpump 62, and applied to theoutdoor unit 42 from the watering nozzle 63, so that the water evaporates on the surface of theoutdoor unit 42 and the evaporation Cooling water flowing through theoutdoor unit 42 is cooled by latent heat.
[0057]
Since the latent heat of vaporization of water is about 2400 kJ / kg, the amount of cooling heat is 3 kw or more, and the evaporation temperature is 27 degrees at an outside air temperature of 40 ° C. and a humidity of 35%. As a result, even at an outside air temperature of 40 ° C., the temperature of the cooling water from theoutdoor unit 42 can be set to about 30 ° C., and the cooling capacity can be prevented from decreasing.
[0058]
As a result, in the present invention, by using the water generated from the FC stack 20 unique to the FCEV, a significant decrease in cooling capacity at a high outside air temperature, which is a major problem in applying the adsorption type air conditioner for vehicles, theoutdoor unit 42 is used. It is solved by evaporating and cooling it.
[0059]
This cooling method is easy to implement because it does not require a special cooling water circuit and can be realized simply by adding the above-described simple watering device. Incidentally, the evaporative cooling may be performed by watering the surface of theoutdoor unit 42 as described above, or air that has been sprayed and evaporated and cooled upstream of the air in theoutdoor unit 42 may be sent to theoutdoor unit 42.
[0060]
[Second Embodiment]
FIG. 5 shows a configuration diagram of theadsorbers 51 and 52 in the second embodiment of the present invention. The structure for evaporating and cooling using the water generated from theFC stack 20 improves the heat dissipation by arrangingcooling fins 51c and the like in the main body of theadsorber 51, 52 of the adsorption-type refrigerator 50 as shown in FIG. The water generated in theFC stack 20 may be directly sprayed from the water nozzle 63 and evaporated and cooled.
[0061]
However, in this case, only the adsorber on the side in the adsorption process is watered. In addition, for this cooling, for example, a part of the cooling water pipe between theoutdoor unit 42 may be shaped to have good heat dissipation, and the pipe part may be watered.
[0062]
[Third Embodiment]
FIG. 6 shows an overall configuration diagram of an air conditioner according to a third embodiment of the present invention. Except for the cooling water circuit of theadsorption refrigerator 50, the system is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
[0063]
The cooling water circuit of theadsorption refrigerator 50 is configured to be connected to either theoutdoor unit 42 or theMH unit 30 by switchingvalves 71 to 74. By setting the switchingvalves 71 to 74 to the solid line positions shown in FIG. 6, the cooling water circuit of theadsorption refrigeration unit 50 is connected to theMH unit 30 and theoutdoor unit 42 is disconnected. Further, by setting the switchingvalves 71 to 74 to the positions indicated by broken lines in FIG. 6, the cooling water circuit of theadsorption refrigeration unit 50 is connected to theoutdoor unit 42, and theMH unit 30 is connected to the cooling water circuit of theFC stack 20. The
[0064]
Next, the operation and effect will be described. Hydrogen stored in the hydrogen storage alloy of theMH unit 30 is used as hydrogen necessary for power generation in theFC stack 20. In order to take out hydrogen, it is necessary to apply heat for releasing hydrogen to the hydrogen storage alloy and keep the hydrogen storage alloy at about 30 ° C. Usually, this heat is obtained from a cooling water circuit that cools the heat generated in theFC stack 20.
[0065]
The amount of heat required is about 0.2 kW per 1 kW of power generated by theFC stack 20, and 2 kW of hydrogen release heat is required when, for example, 10 kW of electricity is required for vehicle travel. Conversely, the cooling water sent to theMH unit 30 is cooled by 2 kW.
[0066]
In the present embodiment, the cooling water circuit of theadsorption refrigeration unit 50 can be connected to theMH unit 30 instead of theoutdoor unit 42 that exchanges heat with the outside air. It becomes possible to cool.
[0067]
Thereby, even at the time of a high outside air temperature where the outside air temperature is 40 ° C., theadsorption refrigerator 50 can be cooled at about 30 ° C. without depending on the outside air temperature, thereby preventing the cooling capacity from being lowered. Can do. Moreover, this embodiment can be easily implemented only by switching the cooling water channel.
[0068]
[Fourth Embodiment]
FIG. 7 shows a configuration diagram of an adsorption refrigeration cycle in the fourth embodiment. In the above embodiment, the cooling of the condensation heat at the time of desorption and the cooling of the adsorption heat at the time of adsorption in theadsorption refrigerator 50 are performed using the same cooling water circuit 44 (the same outdoor unit 42). As shown in FIG. 4, the cooling may be performed using separateoutdoor units 42 and 43 (and separate cooling water pumps 56 and 58).
[0069]
In this case, although not shown, theadsorption cores 51a and 52a are cooled by cooling the generated water from theFC stack 20 and theMH unit 30 with the insulated cold water equally for both theoutdoor units 42 and 43. It is better to use it for theoutdoor unit 42 on the side.
[0070]
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the relative humidity of the adsorbent and the moisture adsorption rate. The reason is that the adsorption side cooling is larger in the moisture adsorption rate difference than the desorption side cooling as shown in FIG. It is because it affects.
[0071]
Specifically, when the cooling water temperature on the desorption side is changed from 40 ° C. to 30 ° C., the moisture adsorption rate is changed from the point c to the point a, but when the cooling water temperature on the adsorption side is changed from 40 ° C. to 30 ° C. The adsorption rate is changed from the point d to the point b, and cooling the adsorption side can easily increase the difference in moisture adsorption rate between desorption and adsorption, so that the cooling performance can be easily ensured.
[0072]
Therefore, when cooling of the condensation heat at the time of desorption and cooling of the adsorption heat at the time of adsorption are performed using separate outdoor units, the cooling by the generated water from theFC stack 20 or the heat retaining cold water of theMH unit 30 is absorbed. If only the outdoor unit on the core side is used, the amount of adsorption can be increased by effectively using a small amount of cooling heat. It is preferable to perform the adsorption core side (adsorption process side) even when theadsorbers 51 and 52 and the cooling water pipe are cooled.
[0073]
In each of the embodiments described above, an example in which a fuel cell is mounted on a vehicle as a vehicle has been described. However, as long as the vehicle uses a fuel cell as a power source and is combined with an air conditioner, other vehicles such as track vehicles and ships The present invention can also be applied to vehicles.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an air conditioner according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of an adsorption refrigeration cycle in the first embodiment.
FIG. 3 is a graph showing changes in cooling water temperature after desorption / adsorption switching at an outside air temperature of 40 ° C.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the relative humidity of the adsorbent and the moisture adsorption rate.
FIG. 5 is a configuration diagram of an adsorber according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an overall configuration diagram of an air conditioner according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a configuration diagram of an adsorption refrigeration cycle in a fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
1Air conditioner 20 FC stack (fuel cell)
30 MH unit (hydrogen storage alloy)
32 Thermalinsulation water circuits 42, 43Outdoor unit 44Cooling water circuit 50Adsorption refrigeration cycle 51, 52Adsorbers 51a,52a Adsorption cores 51b, 52b Condensation cores

Claims

Translated fromJapanese

燃料電池（２０）を搭載する乗物の空調装置（１）に吸着式冷凍サイクル（５０）を用い、前記燃料電池（２０）で発電する際に発生する水を、前記吸着式冷凍サイクル（５０）の冷却に用いたことを特徴とする乗物用空調装置。An adsorption refrigeration cycle (50) is usedin a vehicle air conditioner (1) on which a fuel cell (20) is mounted, and water generated when power is generated by the fuel cell (20) is converted into the adsorption refrigeration cycle (50). A vehicle air conditioner characterized bybeing used for cooling a vehicle.

前記燃料電池（２０）で発電する際に発生する水を、前記吸着式冷凍サイクル（５０）の室外器（４２）に水掛けして冷却を行うことを特徴とする請求項１に記載の乗物用空調装置。2. The vehicle according to claim 1, wherein water generated when power is generated by the fuel cell (20) iscooled by watering theoutdoor unit (42) of the adsorption refrigeration cycle (50). Air conditioner.

前記燃料電池（２０）で発電する際に発生する水を、前記吸着式冷凍サイクル（５０）の吸着器（５１、５２）に水掛けして冷却を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の乗物用空調装置。The water generated when generating electricity in the fuel cell (20) is cooled by watering theadsorber (51, 52) of theadsorption refrigeration cycle (50). Item 2. The vehicle air conditioner according to Item 2.

前記燃料電池（２０）で発電する際の水素源に、水素吸蔵合金（３０）を用いたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の乗物用空調装置。Whereinthe hydrogen source when power generation by the fuel cell(20), the vehicle air-conditioning apparatus according toany oneof claims 1, characterized inthat using a hydrogen storage alloy (30) according to claim3.

前記燃水素吸蔵合金（３０）を保温している保温水を、前記吸着式冷凍サイクル（５０）の冷却に用いたことを特徴とする請求項４に記載の乗物用空調装置。Thewarmth water that was kept retardanthydrogen absorbing alloy (30), the vehicle air-conditioning apparatus according to claim4, characterized inthat said usedto cool the adsorption refrigeration cycle (50).

前記吸着式冷凍サイクル（５０）の冷却水回路に、前記室外器（４２）を用いた冷却水回路（４４）と、前記水素吸蔵合金（３０）を保温している保温水回路（３２）との両方を接続可能として切替えられるようにしたことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の乗物用空調装置。Inthe cooling water circuit of the adsorption refrigeration cycle (50), a cooling water circuit (44) using the outdoor unit (42), and a heat retaining water circuit (32) for retaining the hydrogen storage alloy (30). The vehicle air conditioner according to claim4 or 5, whereinboth of them can be switched to be connectable .

前記室外器（４２）または前記吸着器（５１、５２）への水掛け、または前記水素吸蔵合金（３０）の保温水回路（３２）への通水は、前記吸着式冷凍サイクル（５０）で脱離過程と吸着過程とを切替える間隔の各後期部分で行うことを特徴とする請求項６に記載の乗物用空調装置。Watering the outdoor unit (42) or the adsorber (51, 52) or passing the hydrogen storage alloy (30) to the warm water circuit (32) is performed by the adsorption refrigeration cycle (50). 7. The vehicle air conditioner according to claim6 , wherein the vehicle air conditioneris performed at each latter part of the interval for switching between the desorption process and the adsorption process .

前記吸着器（５１、５２）の吸着コア（５１ａ、５２ａ）を冷却する室外器（４２）と、凝縮コア（５１ｂ、５２ｂ）を冷却する室外器（４３）とを有し、前記燃料電池（２０）で発生する水の水掛け、または前記水素吸蔵合金（３０）の保温水回路（３２）への通水は、前記吸着コア（５１ａ、５２ａ）側の前記室外器（４２）のみに行うことを特徴とする請求項６または７に記載の乗物用空調装置。An outdoor unit (42) for cooling the adsorption cores (51a, 52a) of the adsorber (51, 52), and an outdoor unit (43) for cooling the condensation cores (51b, 52b). 20) Sprinkling water generated in 20) or passing the hydrogen storage alloy (30) to the heat insulation water circuit (32) is performedonly to the outdoor unit (42) on the adsorption core (51a, 52a) side. The vehicle air conditioner according to claim6 or 7 , characterized in that