JP2011178321A - 車両用空調システム - Google Patents

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Abstract

【課題】車両の走行性能に優れ、バッテリの取り外しが容易であり、かつ車室内の空調を効果的に行なうことが可能な車両用空調システムを提供する。
【解決手段】本発明の車両用空調システム1は、バッテリパック2と、ヒータコア5とが車内用流路によって接続されている。また、車両システム11とラジエータ13とが車外用流路によって接続されている。車内用流路と車外用流路との間には、各流路内の水を加熱又は冷却可能なペルチェ素子15が設けられている。バッテリパック2は、第1蓄熱装置3とバッテリ7とを有しており、第1蓄熱装置3は蓄熱材17を有している。第1蓄熱装置3及びバッテリ7は真空断熱材9によって覆われている。これにより、バッテリ7の長時間の保温が可能となっている。バッテリパック2内において、バッテリ7は車両の床の車外側に配置され、第1蓄熱装置3はバッテリ7上に配置されている。
【選択図】図2

Description

本発明は車両用空調システムに関する。
特許文献1に従来の車両用空調システムが開示されている。この空調システムは電動コンプレッサ、凝縮器、膨張弁及び蒸発器からなる一般的な冷凍回路を用いたものである。また、この空調システムを搭載する車両は、図3等に開示されたバッテリパックも搭載している。このバッテリパックは、車両走行用のバッテリと、バッテリの下方に設けられ、蓄熱材を有する蓄熱装置とからなる。
以上のように構成された車両では、空調システムによって車室内の空調が行われる。また、この車両では、蓄熱装置がバッテリを冷却し、バッテリの延命化を実現している。さらに、この車両では、空調システムによって冷却された空気が蓄熱装置にも供給されるため、蓄熱材を冷やすことも可能であり、これによってバッテリの冷却を長時間行うことが可能となっている。なお、バッテリ及び蓄熱装置に供給された空気は、車室外に放出される。
特開2009−193832号公報
しかし、上記従来の車両用空調システムを採用した車両では、車室内の空調を一般的な冷凍回路のみで行っているため、空調のためにバッテリの電力が常に消費される。この不具合は、車両が専らバッテリによって走行するものである場合、車両の走行距離が減少してしまうという問題に繋がる。
また、バッテリは重量物であるため、バッテリの配置位置によっては、車両の走行性能に悪影響が生じる。この観点から、車両の重心を低くすべく、バッテリを車両の床に配置することが好ましいが、上記従来の車両用空調システムでは、バッテリが蓄熱装置の上方に存在するため、そのようにした場合、バッテリの取り外しが困難になってしまう。
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、車両の走行性能に優れ、バッテリの取り外しが容易であり、かつ車室内の空調を効果的に行なうことが可能な車両用空調システムを提供することを解決すべき課題としている。
本発明の車両用空調システムは、蓄熱材を有する第1蓄熱装置と、バッテリと、該第1蓄熱装置を覆って断熱する断熱部とを備え、
前記バッテリは車両の床の車外側に配置され、前記第1蓄熱装置は該バッテリと熱的に結合した状態で該バッテリ上に配置されることを特徴とする(請求項1)。
本発明の車両用空調システムでは、第1蓄熱装置がバッテリと熱的に結合した状態でバッテリ上に配置されている。このため、第1蓄熱装置の外面の熱によりバッテリを昇温又は冷却することが可能となる。このため、バッテリを適度な温度にすることが可能であり、車両の走行性能を維持することが可能である。
また、この車両用空調システムでは、断熱部内において、第1蓄熱装置の外面と車外との間にバッテリが存在することとなるため、第1蓄熱装置の外面の熱はバッテリに遮られて外気に逃げ難い。このため、この車両用空調システムでは、車外側の断熱部を薄くすることが可能となっている。一方、この車両用空調システムの車内側は外気と触れ難いため、第1蓄熱装置の熱が必要以上に外気に逃げ難くなっている。このため、この車両用空調システムでは、車内側の断熱部も薄くすることが可能となっている。このため、この車両用空調システムでは、車両用空調システムの軽量化及び製造コストの削減も可能となっている。
そして、この車両用空調システムは、バッテリが車両の床の車外側に配置されるため、第1蓄熱装置が有する蓄熱材の輻射熱により、車両の床の下から車室内に熱を供給することが可能となっている。上記のように、車内側の断熱部が薄く構成されているため、この薄い断熱部を介することで、蓄熱材が蓄えた熱は、好適な状態で車室内に供給されこととなり、好適に車室内を空調することが可能となっている。この際、バッテリを車室の近くに配置することで、より空調効果を高くすることができる。このため、この車両用空調システムでは、一般的な冷凍回路のみで行なう場合と比較して、省エネルギーで車室内を空調可能となっている。このため、専らバッテリによって走行する車両においては、車両の走行距離を増大させることが可能となっている。
さらに、この車両用空調システムでは、バッテリの配置位置が車両の床の車外側となるため、車両の重心を低くすることが可能となっている。そして、上記のようにバッテリが配置されることで、車外からのバッテリの取り外しは容易となる。
したがって、本発明の車両用空調システムによれば、車両の走行性能に優れ、バッテリの取り外しが容易であり、かつ車室内の空調を効果的に行なうことが可能となる。
この車両用空調システムでは、第1蓄熱装置を断熱部で覆うことにより、長時間に亘ってバッテリの温度を一定に保つことが可能となる。また、この車両用空調システムでは、第一蓄熱装置の他にバッテリも断熱部で覆うことが可能である。この場合には、暑い環境下で長時間車両を駐車等した場合においても、車外の気温によってバッテリが加熱されてしまう問題が生じ難く、逆に、寒い環境下で長時間車両を駐車等した場合において、車外の気温によってバッテリが冷却されてしまう問題も生じ難くすることが可能となる。
蓄熱材に熱を蓄えさせる方法としては、例えば、冷凍回路、電熱ヒータ、ペルチェ素子等により蓄熱材を加熱又は冷却し、その熱を蓄熱材に蓄えさせることが挙げられる。また、発熱したバッテリの熱によっても蓄熱材に熱を蓄えさせることが可能である。さらに、他の方法として、予め車外で正又は負の熱量を蓄えた蓄熱材をそれぞれ必要に応じて搭載する方法が挙げられる。この場合、上記の通り、バッテリの取り外しが容易であることから、第1蓄熱装置又は第1蓄熱装置内の蓄熱材の交換に対する作業負担は軽減される。
本発明において、車両の床とは、車室の床と車台との両方を含む概念である。このため、バッテリが配置される位置としては、例えば、車室の床と車台の間の位置で車外側(車台側)の他、車台の下で車外側等が挙げられる。
この車両用空調システムにおいては、熱交換媒体から車室内の空気に熱交換可能な車内用熱交換器と、第1蓄熱装置と車内用熱交換器との間で熱交換媒体を流通可能な車内用流路とを備え得る。そして、第1蓄熱装置は、蓄熱材から該熱交換媒体に熱交換可能であることが好ましい(請求項2)。
この場合には、第1蓄熱装置が蓄熱材から熱交換媒体に熱交換を行い、第1蓄熱装置と車内用熱交換器とが車内用流路によって熱交換媒体を流通させ、車内用熱交換器が熱交換媒体から車室内の空気に熱交換を行うことが可能となる。このため、この車両用空調システムでは、車内用熱交換器が熱交換媒体から熱を奪って熱交換媒体を冷却することができるため、これによって蓄熱材を冷却することも可能となっている。逆に、車内用熱交換器が熱交換媒体に熱を与えて熱交換媒体を加熱することもできるため、これによって蓄熱材を加熱することも可能となっている。このため、不必要に第1蓄熱装置内の蓄熱材の量を多くする必要もなく、長時間に亘って、省エネルギーで効果的に車室内を空調することが可能である。また、この場合には、蓄熱材の増加による車両自体の重量の増大や製造コストの高騰化という問題も生じない。
この車両用空調システムでは、車両で排熱を生じる車両システムと、熱交換媒体から車外の空気に熱交換可能な車外用熱交換器とを備え得る。また、車両システムと車外用熱交換器との間で熱交換媒体を流通可能な車外用流路と、車内用流路と車外用流路とを接続し、熱交換媒体を流通又は非流通とする切替弁を有する第1接続流路を備え得る。そして、吸熱側と放熱側とを切替可能なペルチェ素子とを備えていることが好ましい(請求項3)。
この場合、ペルチェ素子によって車内用流路又は車外用流路内の熱交換媒体を加熱又は冷却することができるため、例えば、熱交換媒体を冷却することで、バッテリ及び蓄熱材を冷却しつつ、車両システムの冷却も行うことが可能となる。
また、ペルチェ素子を採用することで、電動コンプレッサ等を備えた冷凍回路によって、熱交換媒体を冷却する場合に比べ、省エネルギーを実現できる。また、ペルチェ素子の吸熱側と放熱側とを切り替えることで、バッテリを昇温しつつ車両システムを暖気することも可能となる。このため、車両用空調システム自体の構造を簡略化しつつ、効率よく車内用流路又は車外用流路内の熱交換媒体を加熱又は冷却することもできる。
さらに、この車両用空調システムでは、第1接続流路によって、車内用流路内の熱交換媒体と車外用流路内の熱交換媒体とを互いに連通させることで、直接的に各流路内の熱交換媒体を加熱又は冷却することも可能となっている。
車両システムとしては、モータ、インバータ、コンバータ、ハイブリッドエンジン等の他、従来の内燃式のエンジン等を採用することができる。また、車両システムは、変速機(トランスミッション)等であっても良く、モータ等と変速機等を組み合わせたものでも良い。
この車両用空調システムは、蓄熱材を有し、蓄熱材から熱交換媒体に熱交換可能な第2蓄熱装置と、車両システムと第2蓄熱装置との間で熱交換媒体を流通可能な蓄熱用流路とを備え得る。そして、車外用流路と蓄熱用流路とを接続し、熱交換媒体を流通又は非流通とする切替弁を有する第2接続流路を備え得る(請求項4)。
この場合、第2蓄熱装置が有する蓄熱材に車両システムの排熱を蓄熱させることが可能となる。このため、この第2蓄熱装置に蓄えられた熱によって車室内の暖房を行うことが可能となる。この第2蓄熱装置は、車両の床の下の他、トランクルーム等に配置することが可能である。また、第2蓄熱装置は車両内に分散して配置することも可能である。
車室の床の下となる位置に第2蓄熱装置を配置した場合には、寒い環境下において、第2蓄熱装置内の蓄熱材が蓄えた熱の輻射熱により、車室の床の下からの暖房が可能となる。一方、暑い環境下において、車外用熱交換器が車外の空気と熱交換し切れなかった車両システムの排熱を一時的に第2蓄熱装置内の蓄熱材に蓄わえさせることも可能となる。これにより、車外用熱交換器の作動負担を軽減することができる。なお、この場合、蓄熱材が蓄えた排熱は、車両の駐車時等、車外用熱交換器の作動負担が軽減された際に車外用流路と蓄熱用流路とを連通させることで、車外用熱交換が車外の空気と熱交換を行って車外に放出する。
また、この車両用空調システムは、蓄熱材を有し、蓄熱材から熱交換媒体に熱交換可能な第3蓄熱装置を備え得る。そして、車内用流路と第3蓄熱装置とを接続し、熱交換媒体を流通又は非流通とする切替弁を有する第3接続流路を備え得る(請求項5)。この場合、車内用流路と第3接続流路とを連通させることで、第3蓄熱装置が有する蓄熱材に熱を蓄えさせることができる。また、この場合には、第1蓄熱装置内の蓄熱材が蓄える熱と第3蓄熱装置内の蓄熱材が蓄える熱との間で、温度差を設けることも可能となる。このため、例えば、第1蓄熱装置の蓄熱材よりも、第3蓄熱装置の蓄熱材が蓄える熱の温度を低くすれば、バッテリの冷却や車室内の冷房をより長期間効果的に行うことが可能となる。一方、第1蓄熱装置の蓄熱材よりも、第3蓄熱装置の蓄熱材が蓄える熱の温度を高くすれば、バッテリの昇温や車室内の暖房をより長期間効果的に行うことが可能となる。なお、第3蓄熱装置は、車室の床の下の他、トランクルーム等に配置することが可能である。また、この第3蓄熱装置を車両内に分散して配置することも可能である。
この車両用空調システムにおいて、蓄熱材は常温温度域で蓄熱していることが好ましい(請求項7)。この常温温度域とは、15°C〜35°Cの温度域を指す。この場合、15°C〜35°Cの温度でバッテリを保温することができる。このため、バッテリの温度変化の影響を低減し、バッテリをより好適な状態で作動させることができる。また、蓄熱材が常温温度域の熱を蓄えることで、この車両用空調システムを車室の床の下に配置した場合に、第1蓄熱装置の外面と車室との間での温度差が小さくなる。このため、車室側の断熱部をより薄くすることができる。さらに、車内用流路内の熱交換媒体を加熱又は冷却することで蓄熱材を加熱又は冷却する場合であっても、その加熱又は冷却に用いるエネルギーを低減することができる。
この車両用空調システムにおいて、第1蓄熱装置及びバッテリには、互いに連通しつつ車室内に連通する空気路が形成されていることが好ましい(請求項8)。この場合には、第1蓄熱装置の内部の熱及びバッテリの熱で車室内を直接空調することが可能となる。
実施例1〜3及び変形例の車両用空調システムにおける車両への搭載状態を示す摸式構造図である。 実施例1の車両用空調システム全体を示す摸式構造図である。 実施例1のバッテリパックにおけるA−A’方向の模式矢視断面図である。 実施例1の車両用空調システムに係り、暑い環境下での車両の走行時における摸式構造図である。 実施例1の車両用空調システムに係り、寒い環境下での車両の走行時における摸式構造図である。 実施例2の車両用空調システムに係り、車両の走行時における摸式構造図である。 実施例3の車両用空調システムに係り、車両の走行時における摸式構造図である。 実施例4の車両用空調システムにおける車両への搭載状態を示す摸式構造図である。 変形例の車両用空調システム全体を示す摸式構造図である。 変形例のバッテリパックにおけるA−A’方向の模式矢視断面図である。 バッテリパックの車両への搭載例を示す摸式構造図である。
以下、本発明を具体化した実施例1〜4及び変形例を図面を参照しつつ説明する。図1に示すように、実施例1〜3及び変形例の車両用空調システム1、10、100、101は、ハイブリッド自動車、電気自動車等に搭載されている(図1では、車両用空調システム1、10、100、101の一部を省略して図示している。)。
(実施例1)
実施例1の車両用空調システム1は、図2に示すように、第1蓄熱装置3と、ヒータコア5と、バッテリ7と、断熱部としての真空断熱材9と、車両システム11と、ラジエータ13と、ペルチェ素子15とを備えている。
図1に示すように、第1蓄熱装置3は、車両の床の下、より詳細には、車室CRの床の下と車台CHとの間の位置に配置されている(以下、実施例において車両の床とは、車室CRの床を指すものとする。)。また、図3に示すように、第1蓄熱装置3は、内部に蓄熱材17を有しており、第1蓄熱装置1の外周は、真空断熱材9によって覆われている。この蓄熱材17は、バッテリ7が発熱した状態において、15°C〜35°Cの温度域で保温可能な熱が蓄えられている。なお、この蓄熱材17はパラフィン等で構成されている。また、第1蓄熱装置3内には、熱交換媒体としての水が流通可能な流路19が複数形成されており、蓄熱材17は、複数の流路19を流通する水から熱を効率よく蓄えることが可能となっている。また、図2に示すように、第1蓄熱装置3には、後述する空気ダクト23、24が挿通される挿通口3a〜3dが形成されている。
図1に示すように、バッテリ7は、車両の床の下の車外側に配置されており、第1蓄熱装置3が車両の車室CR側でバッテリ7の上に配置される関係となっている。図3に示すように、バッテリ7は、第1蓄熱装置3内に複数配置されており、各バッテリ7の周囲は、蓄熱材17によって覆われている。なお、図1及び図2に示すように、各バッテリ7の車外側には突出片が形成されており、第1蓄熱装置3の外面が車外の空気に触れることを防止している。このバッテリ7は図示しない制御装置と電気的に接続されており、制御装置を介して車両を駆動するモータの他、各装置に電力を供給する。バッテリ7の他の構成は周知のバッテリと同様であり、詳細な説明を省略する。また、バッテリ7は単体のバッテリ7で構成されても良い。さらに、バッテリ7の周囲を蓄熱材17が覆う構成に替えて、バッテリ7の上に蓄熱材17を配置させるのみの構成であっても良い。
図3に示すように、真空断熱材9には、第1蓄熱装置3内の流路19と連通する第1流出口9aと第1流入口9bとが形成されている。また、図2に示すように、真空断熱材9には、空気ダクト23、24が挿通され、第1蓄熱装置3に形成された挿通口3a〜3dにそれぞれ連通する挿通口9c〜9fが形成されている。これら第1蓄熱装置3、バッテリ7及び真空断熱材9によってバッテリパック2が形成されている。
バッテリパック2には、互いに連通しつつ車室CR内に連通する空気路としての空気ダクト21が挿通されている。空気ダクト21は、一端側が車外に開かれ、他端側が複数に分岐した空気ダクト22と、空気ダクト22から分岐し、挿通口3a、3c、9c、9eに挿通される空気ダクト23と、空気ダクト22から分岐し、挿通口3b、3d、9d、9fに挿通される空気ダクト24と、空気ダクト23、24が合流され、他端側が後述する電動ブロワ71h周りに開かれたダクト25とからなる。
ヒータコア5には、水を流出させる第2流出口5aと、水を流入させる第2流入口5bとが形成されている。また、このヒータコア5は、空冷フィン5cを一体に有しており、空冷フィン5cの近傍には電動ブロワ5dが設けられている。この電動ブロワ5dは、図示しない制御装置に電気的に接続されている。この電動ブロワ5dを駆動すれば、空冷フィン5cの周りの空気が車室CR内に供給される。なお、このヒータコア5が車内用熱交換器に相当する。
バッテリパック2とヒータコア5とは、配管31〜38によって接続されている。また、配管32〜38の間には、一方の配管を他方の複数の配管に分岐可能な分岐弁としての三方弁30a〜30fが設けられている。三方弁30a〜30fは、それぞれ図示しない制御装置に電気的に接続されている。
各配管31〜38の接続について、より詳細に説明すると、第1流出口9aと第2流入口5bとは、配管31によって接続されている。一端側が第2流出口5aと接続された配管32は、他端側で三方弁30aを介して配管33と接続している。配管33は、三方弁30bを介して配管34と接続している。配管34は、三方弁30cを介して配管35と接続している。配管35は、三方弁30dを介して配管36と接続している。配管36は、三方弁30eを介して配管37と接続している。配管37は三方弁30fを介して配管38と接続している。配管38は、第1流入口9bと接続している。
また、配管33、34は、三方弁30bを介して配管41と接続しており、配管34、35は、三方弁30cを介して配管42と接続している。さらに、配管35〜37は、三方弁30d、30eを介して配管43と接続している。配管31〜38内及び配管41〜43内には水が流通している。また、配管38には、配管31〜38内及び配管41〜43内の水を流通させる第1ポンプP1が設けられている。この第1ポンプP1は、図示しない制御装置に電気的に接続されている。これらの配管31〜38及び配管41〜43が車内用流路に相当する。
車両システム11は、ハイブリッドエンジン、インバータ、モータ、コンバータ、変速機等の発熱部品によって構成されている。この車両システム11には図示しないウォータジャケットが形成されており、ウォータジャケットには水を流出させる第3流出口11aと、水を流入させる第3流入口11bとが形成されている。
ラジエータ13には、水を流出させる第4流出口13aと、水を流入させる第4流入口13bとが形成されている。また、ラジエータ13の近傍には、電動ブロワ13cが設けられている。この電動ブロワ13cは、図示しない制御装置に電気的に接続されている。この電動ブロワ13cを駆動することにより、ラジエータ13の周りの空気が車室CR外に放出される他、車室CR外の熱との熱交換によりラジエータ13内の水を加熱または冷却することができる。なお、ラジエータ13が車外用熱交換に相当する。
車両システム11とラジエータ13とは、配管51〜58によって接続されている。また、配管52〜58の間には、三方弁50a〜50fが設けられている。三方弁50a〜50fは、それぞれ図示しない制御装置に電気的に接続されている。なお、三方弁30a〜30f、50a〜50fが切替弁に相当する。
各配管51〜58の接続について、より詳細に説明すると、第3流出口11aと第4流入口13bとは、配管51によって接続されている。一端側が第4流出口13aと接続された配管52は、他端側で三方弁50aを介して配管53と接続している。配管53は、三方弁50bを介して配管54と接続している。配管54は、三方弁50cを介して配管55と接続している。配管55は、三方弁50dを介して配管56と接続している。配管56は、三方弁50eを介して配管57と接続している。配管57は三方弁50fを介して配管58と接続している。配管38は、第3流入口11bと接続している。
また、配管53、54は、三方弁50bを介して配管61と接続しており、配管54、55は、三方弁50cを介して配管62と接続している。さらに、配管55〜57は、三方弁50d、50eを介して配管63と接続している。配管51〜58内及び配管61〜63内には水が流通している。また、配管51には、配管51〜58内及び配管61〜63内の水を流通させる第2ポンプP2が設けられている。この第2ポンプP2は、図示しない制御装置に電気的に接続されている。これらの配管51〜58及び配管61〜63が車外用流路に相当する。
配管52、53は、三方弁50aを介して配管64の一端側と接続している。また、配管64の他端側は、三方弁30fに接続しており、この三方弁30fを介して配管64の他端側は、配管37、38と接続している。また、配管57、58は、三方弁50fを介して配管65の一端側と接続している。また、配管65の他端側は、三方弁30aに接続しており、この三方弁30aを介して配管64の他端側は、配管32、33と接続している。これらの配管64、65が第1接続流路に相当する。
ペルチェ素子15は、図示しない制御装置に電気的に接続されており、制御装置による制御により吸熱側と放熱側とを切替可能となっている。ペルチェ素子15の一面側には一面側熱交換器71が設けられている。また、ペルチェ素子15の他面側には他面側熱交換器73が設けられている。
一面側熱交換器71内には水が充填されている。一面側熱交換器71には、水を流出させる第5流出口71aと、水を流入させる第5流入口71bとが形成されている。第5流入口71bには配管41が接続されており、第5流出口71aには配管42が接続されている。また、一面側熱交換器71には、配管63、65が挿通される挿通口71c〜71fが形成されている。この挿通口71cに挿通された配管63は、一面側熱交換器71内で折り返される状態で屈曲し、挿通口71dに挿通される形状となっており、配管63内の水が一面側熱交換器71内の水と混合されることはない。また、配管65は、一面側熱交換器71内を貫通する状態で挿通口71e、71fに挿通されており、配管65内の水が一面側熱交換器71内の水と混合されることはない。
一面側熱交換器71は、空冷フィン71gを一体に有しており、空冷フィン71gの近傍には電動ブロワ71hが設けられている。この電動ブロワ71hは、図示しない制御装置に電気的に接続されている。この電動ブロワ71hを駆動すれば、空気ダクト21によって供給された車外の空気が車室CR内に供給される。
他面側熱交換器73内にも水が充填されている。他面側熱交換器73には、水を流出させる第6流出口73aと、水を流入させる第6流入口73bとが形成されている。第6流入口73bには配管61が接続されており、第6流出口73aには配管62が接続されている。また、他面側熱交換器73には、配管43、64が挿通される挿通口73c〜73fが形成されている。この挿通口73cに挿通された配管43は、他面側熱交換器73内で折り返される状態で屈曲し、挿通口73dに挿通される形状となっており、配管43内の水が他面側熱交換器73内の水と混合されることはない。また、配管64は他面側熱交換器73内を貫通する状態で挿通口73e、73fに挿通されており、配管64内の水が他面側熱交換器73内の水と混合されることはない。
以上のように構成された車両用空調システム1では、暑い環境下又は寒い環境下において、以下のようにバッテリ7の保温と車室CR内の空調とを行う。図4は、暑い環境下での走行時における車両用空調システム1の状態を示している。図5は、寒い環境下での走行時における車両用空調システム1の状態を示している。なお、図4、5中において、実線の矢印は水の流通方向を示しており、破線の矢印は空気の流通方向を示している。後述の図6、7も同様である。
(暑い環境下)
図4に示すように、暑い環境下において、制御装置はペルチェ素子15を制御し、一面側熱交換器71側を吸熱側とし、他面側熱交換器73側を放熱側とする。この際、バッテリ7が使用により発熱した状態で15°C〜35°Cの温度域で保温されるように、ペルチェ素子15の吸熱側の温度を7°C〜15°C程度に設定する。この際、蓄熱材17に蓄えられた熱の一部が車両の床の下から車室CR内に供給される。
また、制御装置は、三方弁30a〜30fをそれぞれ制御し、配管32〜38及び配管41〜43の連通、非連通の切替を行う。具体的には、三方弁30aを制御して、配管32と配管33とを連通させ、配管32、33と配管65とを非連通とさせる。同様に、三方弁30bを制御して、配管33と配管41とを連通させ、配管33、41と配管34とを非連通とさせる。また、三方弁30cを制御して配管35と配管42とを連通させ、配管35、42と配管34とを非連通とさせる。さらに、三方弁30d、30eを制御して配管35〜37を連通させ、配管35〜37と配管43とを非連通とさせる。そして、三方弁30fを制御して配管37と配管38とを連通させ、配管37、38と配管64とを非連通とさせる。
また、制御装置は、三方弁50a〜50fをそれぞれ制御し、配管52〜58及び配管61〜63の連通、非連通の切替を行う。具体的には、三方弁50aを制御して、配管52と配管53とを連通させ、配管52、53と配管64とを非連通とさせる。同様に、三方弁50bを制御して、配管53と配管54とを連通させ、配管53、54と配管61とを非連通とさせる。また、三方弁50cを制御して配管54と配管55とを連通させ、配管54、55と配管62とを非連通とさせる。さらに、三方弁50d、50eを制御して配管55、57と配管63とを連通させ、配管55、57と配管56とを非連通とさせる。そして、三方弁50fを制御して配管57と配管58とを連通させ、配管57、58と配管65とを非連通とさせる。
さらに、制御装置は、第1、2ポンプP1、P2を作動させるとともに、電動ブロワ5d、13c、71hを作動させる。これらにより、この車両用空調システム1では、一面側熱交換器71内の冷却された水が配管42を介して第5流出口71aから流出し、第1流入口9bへ至ることとなる。この冷却された水の熱を蓄えることで、第1蓄熱装置3内の蓄熱材17は、使用により発熱したバッテリ7の冷却を行うとともに、バッテリ7を15°C〜35°Cに保温することができる。第1流出口9aから流出した水は、第2流入口5bからヒータコア5内でヒータコア5周りの空気と熱交換を行い、ヒータコア5周りの空気は冷却され、水は加熱される。この際、ヒータコア5周りの冷却された空気が車室CR内に供給されることで、車室CR内の空調も行われる。その後、ヒータコア5内の水は、配管41を介して一面側熱交換器71内に至り、一面側熱交換器71内で再び冷却されることとなる。
また、この車両用空調システム1では、電動ブロワ71hを作動させているため、車外の空気が空気ダクト22〜25を流通して一面側熱交換器71周りに至ることとなる。この空気は、バッテリパック2内を通過していることからバッテリパック2内の温度と同程度の温度となっているが、一面側熱交換器内71の冷却された水によって一面側熱交換器71周りが冷却されているため、さらに冷却された状態で車室CR内に供給される。こうして車室CR内の冷房を行うことができる。なお、車室CR内が所定の温度まで冷房された状態で、制御装置が電動ブロワ5dを作動させることで、ヒータコア5周りの空気が車室CR内に供給され、車室CR内の空調の維持を行うことも可能となる。
一方、車両システム11内で生じた排熱は、第3流出口11から流出した水により第4流入口13bからラジエータ13内に至る。ラジエータ13において排熱が車外に放出され、これにより冷却された水は第4流出口から流出し、配管63を流通する過程において、一面側熱交換器71内でさらに冷却される。こうして第3流入口3bから車両システム11内に至ることとなる。これにより、車両システム11の冷却も行うことができる。なお、他面側熱交換器73内に放熱された熱は、図示しない電動ブロワ等で車外に放出される。
(寒い環境下)
図5に示すように、寒い環境下において、制御装置はペルチェ素子15を制御し、一面側熱交換器71側を放熱側とし、他面側熱交換器73側を吸熱側とする。この際、放熱側の温度を40°C〜60°C程度に設定することで、吸熱側の温度を7°C〜15°C程度にすることができる。
また、制御装置は、三方弁30a〜30fをそれぞれ制御し、配管32〜38及び配管41〜43の連通、非連通の切替を行う。具体的には、三方弁30aを制御して、配管32と配管33とを連通させ、配管32、33と配管65とを非連通とさせる。同様に、三方弁30bを制御して、配管33と配管34とを連通させ、配管33、34と配管41とを非連通とさせる。また、三方弁30cを制御して配管34と配管35とを連通させ、配管34、35と配管42とを非連通とさせる。さらに、三方弁30d、30eを制御して配管35、37と配管43とを連通し、配管35、37と配管36とを非連通とさせる。そして、三方弁30fを制御して配管37と配管38とを連通させ、配管37、38と配管64とを非連通とさせる。
また、制御装置は、三方弁50a〜50fをそれぞれ制御し、配管52〜58及び配管61〜63の連通、非連通の切替を行う。具体的には、三方弁50aを制御して、配管52と配管53とを連通させ、配管52、53と配管64とを非連通とさせる。同様に、三方弁50bを制御して、配管53と配管61とを連通させ、配管53、61と配管54とを非連通とさせる。また、三方弁50cを制御して配管55と配管62とを連通させ、配管55、62と配管54とを非連通とさせる。さらに、三方弁50d、50eを制御して配管55〜57を連通させ、配管55、57と配管63とを非連通とさせる。そして、三方弁50fを制御して配管57と配管58とを連通させ、配管57、58と配管65とを非連通とさせる。
さらに、暑い環境下と同様に制御装置は、第1、2ポンプP1、P2を作動させるとともに、電動ブロワ5d、13c、71hを作動させる。これらにより、この車両用空調システム1では、配管43内の水が他面側熱交換器73内の水によって冷却され、第1流入口9bへ至ることとなる。このため、寒い環境下においてもバッテリを15°C〜35°Cに保温することができる。また、空気ダクト22〜25を流通した空気は、一面側熱交換器71周りの暖かい空気によって、さらに加熱された状態で車室CR内に供給される。こうして車室CR内の暖房を行うことができる。なお、ヒータコア5周りの空気を車室CR内に供給することで冷房の場合と同様、車室CR内の空調の維持が可能となるとともに、ヒータコア5内の水を加熱することができる。
一方、他面側熱交換器73内の冷却された水が配管62を介して第6流出口73aから流出し、車両システム11の第3流入口11bへ至ることとなる。このため、車両システム11の冷却も行うことができる。
また、この状態の車両用空調システム1において、制御装置が三方弁30b〜30f、50b〜50fbを制御して、図4に示す状態で各配管32〜38、41〜43、52〜58、61〜63を連通又は非連通とさせる。これにより、寒い環境下において長時間屋外に駐車した後の再始動時に、バッテリ7を昇温するとともに、車両システム7の暖気を行うことができる。これによりバッテリ7及び車両システム11を好適に作動させることが可能となる。
また、この車両用空調システム1では、三方弁30f、50fを制御することで、配管37、38と配管52、53とを連通させることができる。同様に、三方弁30a、50aを制御することで、配管32、33と配管57、58とを連通させることができる。これにより、車内用流路と車外用流路内とを連通させて水の加熱又は冷却を行うこともできる。
これらのように、この車両用空調システム1では、第1蓄熱装置3が熱的に結合した状態でバッテリ7上に配置されているため、第1蓄熱装置3の外面の熱によりバッテリ7を昇温又は冷却することが可能となる。このため、寒い環境下でバッテリ7を適度な温度にすることも可能であり、車両の走行性能を維持することが可能である。
また、この車両用空調システム1では、バッテリパック2内において、第1蓄熱装置3の外面と車外との間にバッテリ7が存在しているため、第1蓄熱装置3の外面の熱はバッテリ7に遮られて外気に逃げ難い。このため、車外側の真空断熱材9を薄くすることができる。一方、この車両用空調システム1の車内(車室CR)側は外気と触れ難いため、第1蓄熱装置3の熱は不必要に外気に逃げ難くなっている。このため、この車両用空調システム1では、車内側の真空断熱材9も薄くすることが可能となっている。このため、車両用空調システム1の軽量化及び製造コストの削減が可能となっている。
そして、この車両用空調システム1は、バッテリパック2において、バッテリ7が車両の床の車外側に配置されるため、第1蓄熱装置3が有する蓄熱材17の輻射熱により、車両の床の下から車室CR内に熱を供給することが可能となっている。また、上記のように、車内側の真空断熱材9が薄く構成されているため、この薄い真空断熱材9を介することで、蓄熱材17が蓄えた熱は、好適な状態で車室CR内に供給されこととなる。このため、この車両用空調システム1では、好適に車室CR内を空調することが可能となっている。
さらに、この車両用空調システム1では、ヒータコア5が蓄熱材17から水に熱交換を行い、第1蓄熱装置3(バッテリパック2)とヒータコア5とが配管31〜35、41〜43によって水を流通させ、ヒータコア5が水から車室CR内の空気に熱交換を行ことができる。このため、この車両用空調システム1では、ヒータコア5が水から熱を奪って水を冷却することができるため、これによって蓄熱材17を冷却することも可能となっている。逆に、ヒータコア5が水に熱を与えて水を加熱することもできるため、これによって蓄熱材17を加熱することも可能となっている。これらのため、この車両用空調システム1では、一般的な冷凍回路のみで行なう場合と比較して、省エネルギーで車室CR内を空調可能となっている。このため、専らバッテリによって走行する車両においては、車両の走行距離を増大させることが可能となっている。
また、図1に示すように、車両の床の下にバッテリパック2を配置することで、この車両用空調システム1では、バッテリ7の配置位置が車両の床の車外側、すなわち、車台CH側となるため、車両の重心を低くすることが可能となっている。そして、上記のようにバッテリ7を配置させることで、車外側からのバッテリ7の取り外しは容易となっている。
したがって、本発明の車両用空調システム1によれば、車両の走行性能に優れ、バッテリ7の取り外しが容易であり、かつ車室CR内の空調を効果的に行なうことが可能となる。
また、この車両用空調システム1では、第1蓄熱装置3とバッテリ7とが真空断熱材9によって覆われているため、長時間に亘ってバッテリ7の温度を一定に保つことも可能となっている。このため、暑い環境下で長時間車両を駐車等した場合においても、車外の気温によってバッテリ7が加熱されてしまう問題が生じ難い。逆に、寒い環境下で長時間車両を駐車等した場合において、車外の気温によってバッテリ7が冷却されてしまう問題も生じ難い。そして、これらの作用のために不必要に第1蓄熱装置3内の蓄熱材17の量を多くする必要もないことから、車両自体の重量の増大や製造コストの高騰化という問題も生じない。
また、この車両用空調システムにおいては、蓄熱材17が蓄えた熱によって、15°C〜35°Cの温度でバッテリ7を保温している。このため、バッテリ7の温度変化の影響を低減し、バッテリ7をより好適な状態で作動させることができる。また、蓄熱材17が上記の温度域の熱を蓄えることで、第1蓄熱装置3の外面と車室CRとの間での温度差が小さくなる。このため、車室CR側の真空断熱材9をさらに薄くすることができる。また、車両の床の下から供給される熱やヒータコア5から車室CR内に供給される空気によって車室CR内の空調を維持することも可能となっている。
さらに、この車両用空調システム1では、水を加熱又は冷却する手段として、ペルチェ素子15を採用しているため、省エネルギーを実現している。また、バッテリ7を15°C〜35°Cに保温できる程度にペルチェ素子15を作動させれば足りるため、一層の省エネルギーを実現している。さらに、ペルチェ素子15の吸熱側と放熱側とを切り替えの他、上記のような吸熱側と放熱側との温度制御も容易に行うことができため、車両用空調システム1の自体の構造を簡略化することもできる。
(実施例2)
図6に示すように、実施例2の車両用空調システム10は、実施例1の車両用空調システム1の構成に加えて、第2蓄熱装置75を備えている。また、車両システム11のウォータジャケットには、水を流出させる第7流出口11cと、水を流入させる第7流入口11dが新たに形成されている。
第2蓄熱装置75は、図示しない蓄熱材を有している。第2蓄熱装置75には、水を流出させる第8流出口75aと、水を流入させる第8流入口75bとが形成されている。なお、車両用空調システム10において、第2蓄熱装置75は、複数備えられ、車両内に分散されても良い。また、第2蓄熱装置75は、車両の床の下の他、トランクルーム等に配置することができる。この際、配置される場所に応じて第2蓄熱装置75の周りを真空断熱材によって覆うこともできる。
車両システム11と第2蓄熱装置75とは、配管81、82によって接続されている。より詳細には、第7流出口11cと第8流入口75bとが配管81によって接続されており、第8流出口75aと第7流入口11dとが配管82によって接続されている。配管81、82内には水が流通している。配管81には、水を流通させる第3ポンプP3が設けられている。この第3ポンプP3は、図示しない制御装置に電気的に接続されている。なお、第3ポンプP3は、配管82側に設けられても良い。これらの配管81、82が蓄熱用流路に相当する。
配管81には、配管83の一端側が接続されており、配管83の他端側は配管58に接続されている。配管83には、配管81と配管58との連通、非連通を切替可能な開閉弁80aが設けられている。また、配管82には、配管84の一端側が接続されており、配管84の他端側は配管51に接続されている。配管84には、配管82と配管51との連通、非連通を切替可能な開閉弁80bが設けられている。開閉弁80a、80bは図示しない制御装置に電気的に接続されている。これらの配管83、84が第2接続流路に相当する。また、開閉弁80a、80bが切替弁に相当する。他の構成は実施例1と同様であり、同一の構成については同一符号を付して構成の詳細な説明は省略する。
この車両用空調システム10では、制御装置が開閉弁80a、80bを閉じた状態で第3ポンプP3を作動させる制御を行うことで、第2蓄熱装置75が有する蓄熱材に車両システム11の排熱を蓄わえさせることが可能となる。このため、この第2蓄熱装置75を車両の床の下に配置した場合には、寒い環境下において、第2蓄熱装置75に蓄えられた熱の輻射熱により、車両の床の下からの暖房が可能となる。
一方、暑い環境下において、ラジエータ13が車外に放出し切れなかった車両システム11の排熱を一時的に第2蓄熱装置75内の蓄熱材に蓄熱させることも可能となる。これにより、ラジエータ13の作動負担を軽減することができる。なお、この場合、第2蓄熱装置75内の蓄熱材が蓄えた排熱は、車両の駐車時等、ラジエータ13の作動負担が軽減された際、制御装置が開閉弁80a、80bを開き、車外用流路と蓄熱用流路とを連通させることで、ラジエータ13が車外の空気と熱交換を行って車外に放出する。他の作用効果は実施例1と同様である。
(実施例3)
図7に示すように、実施例3の車両用空調システム100は、実施例1の車両用空調システム1の構成に加えて、第3蓄熱装置77を備えている。
第3蓄熱装置77は、図示しない蓄熱材を有している。第3蓄熱装置77には、水を流出させる第9流出口77aと、水を流入させる第9流入口77bとが形成されている。なお、車両用空調システム100において、第3蓄熱装置77は、複数備えられ、車両内に分散されても良い。また、第3蓄熱装置77は、車両の床の下の他、トランクルーム等に配置することができる。この際、配置される場所に応じて第3蓄熱装置77の周りを真空断熱材によって覆うこともできる。
第9流入口77bには配管91の一端側が接続されており、配管91の他端側は三方弁90aを介して配管38と接続している。また、第9流出口77aには配管92の一端側が接続されており、配管92の他端側は配管38と接続している。配管91、92内には水が流通している。配管91には、水を流通させる第4ポンプP4が設けられている。この第4ポンプP4及び三方弁90aは、図示しない制御装置に電気的に接続されている。なお、第4ポンプP4は、配管92側に設けられても良い。これらの配管91、92が第3接続流路に相当する。また、三方弁90aが切替弁に相当する。他の構成は実施例1と同様であり、同一の構成については同一符号を付して構成の詳細な説明は省略する。
この車両用空調システム100では、制御装置が三方弁90aを制御することで、配管38と配管91、92が連通する。つまり、配管38の一部が配管91、92にバイパスされる。また、この際、制御装置は、第4ポンプP4を作動させる。このため、配管38内の水第3蓄熱装置77内に至ることとなる。このため、一面側熱交換器71内又は他面側熱交換器73内で加熱又は冷却された水が第9流入口77bから第3蓄熱装置77内に流入する。このため、第3蓄熱装置77内の蓄熱材は、加熱又は冷却された水の熱を蓄えることができる。第9流出口77aから流出した水は、第1流入口9bから第1蓄熱装置3内へ至る。
この車両用空調システム100では、第3蓄熱装置77が第1蓄熱装置3(バッテリパック2)よりも上流に位置している。また、第3蓄熱装置77は、バッテリ7の発熱の影響を受けない。このため、第3蓄熱装置77内に冷却された水が流入した場合には、第3蓄熱装置77内の蓄熱材は、第1蓄熱装置3内の蓄熱材17よりも低い温度の熱を蓄えることができる。このため、第3蓄熱装置77内蓄熱材が蓄えた熱を利用することで、バッテリ7の冷却や車室CR内の冷房をより長期間効果的に行うことが可能となる。また、第3蓄熱装置77内の蓄熱材が加熱された水の熱を蓄えることで、寒い環境下において車両の始動前にバッテリ7を昇温することも可能となる。他の作用効果は実施例1と同様である。
(実施例4)
図8に示すように、実施例4の車両用空調システム110は、上記のバッテリパック2のみで構成されている。この車両用空調システム110では、第1蓄熱装置3が有する蓄熱材17の輻射熱により、車両の床の下から車室CR内に熱を供給することが可能となっている。上記のように、車内側の真空断熱材9が薄く構成されているため、この薄い真空断熱材9を介することで、蓄熱材17が蓄えた熱は、好適な状態で車室CR内に供給されこととなるため、好適に車室CR内を空調することが可能となっている。
このため、この車両用空調システム110では、一般的な冷凍回路のみで行なう場合と比較して、より省エネルギーで車室CR内を空調可能となっている。このため、専らバッテリによって走行する車両においては、車両の走行距離をより増大させることが可能となっている。なお、この車両用空調システム110においては、空気ダクト21(図2参照)は必須ではないが、空気ダクト21及び空気ダクト21内の空気を車室CRに供給する電動ブロワを設けた場合には、空気ダクト21内の空気によって、一層効果的に車室CR内を空調し得る。
特に、この車両用空調システム110では、上記の車両用空調システム1、10、100と比較して、その構成が単純化されている。このため、車両用空調システム110の小型化が可能となり、車両に複数の車両用空調システム110を搭載することも可能である。
(変形例)
図9に示すように、変形例の車両用空調システム101は、実施例1の車両用空調システム1におけるバッテリパック2に替えてバッテリパック20を備えている。また、空気ダクト21に替えて空気ダクト26を備えている。
図10に示すように、バッテリパック20を形成する第1蓄熱装置3e内において、蓄熱材17aとバッテリ7とが交互に配置されている。そして、蓄熱材17aとバッテリ7との間に流路19aが形成されている。真空断熱材9gには、流路19aに連通する第1流出口9h及び第1流入口9iが形成されている。また、図9に示すように、第1蓄熱装置3eには、空気ダクト26が挿通される挿通口3f、3gが形成されている。また、真空断熱材9gには、挿通口3f、3gにそれぞれ連通する挿通口9j、9kが形成されている。他の構成はバッテリパック2と同様である。
空気ダクト26は、挿通口9h、3fから第1蓄熱装置3e内に挿通され、第1蓄熱装置3e内を蛇行しながら一面側熱交換器71周りに向かって延びる構成となっている。他の構成は実施例1と同様であり、同一の構成については同一符号を付して構成の詳細な説明は省略する。
変形例の車両用空調システム101も実施例1と同様の効果を有する。なお、バッテリパック20及び空気ダクト26を実施例2〜4の車両用空調システム10、100、110に採用することもできる。また、バッテリパック20と空気ダクト26とは、それぞれ別々に採用することもできる。
以上において、本発明を実施例1〜4及び変形例に即して説明したが、本発明は上記実施例1〜4及び変形例に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施例1〜4及び変形例の車両用空調システム1、10、100、101、110において、バッテリパック2、20は、図11の(A)、(B)に示すように配置しても良い。すなわち、図11の(A)に示すように、第1熱交換器3、3eと、真空断熱材9、9gを車室CRの床の下に配置し、バッテリ7を車台CHの下に配置することも可能であり、図11の(B)に示すように、バッテリパック2、20を車台CHの下に配置することも可能である。なお、これらのようにバッテリパック2、20を配置した場合、バッテリ7又はバッテリパック2、20を車外の衝撃から保護する保護部材をバッテリ7又はバッテリパック2、20の周囲に設けることが好ましい。
また、実施例2の車両用空調システム10に、第3蓄熱装置77、配管91、92及び三方弁90aを備えることが可能である。
また、配管31、52、空気ダクト21等に温度センサを設けて配管31、52内の水の温度、空気ダクト21内の空気の温度を検知することもよい。この場合、各温度センサが検知する水又は空気の温度に基づいて、制御装置がペルチェ素子15の温度制御を行うことが可能となり、より好適にバッテリ7の保温や車両システム11の冷却等が可能となる。
また、空気ダクト21、26に除湿装置を設けることもできる。この場合、除湿された空気によって、より好適に車室CR内の空調を行うことが可能となる。
本発明の車両用空調システムは、ハイブリッド車、電気自動車等の車両の他、内燃式のエンジンを用いた車両に利用可能である。
17、17a…蓄熱材
3、3e…第1蓄熱装置
7…バッテリ
9、9g…真空断熱材(断熱部)
1、10、100、101、110…車両用空調システム
CR…車室
5…ヒータコア(車内用熱交換器)
31〜38、41〜43…配管(車内用流路)
11…車両システム
13…ラジエータ(車外用熱交換器)
51〜58、61〜63…配管(車外用流路)
30a〜30f、50a〜50f、90a…三方弁(切替弁)
64、65…配管(第1接続流路)
15…ペルチェ素子
75…第2蓄熱装置
81、82…配管(蓄熱用流路)
80a、80b…開閉弁(切替弁)
83、84…配管(第2接続流路)
77…第3蓄熱装置
91、92…配管(第3接続流路)
21〜26…空気ダクト(空気路)

Claims (7)

  1. 蓄熱材を有する第1蓄熱装置と、バッテリと、該第1蓄熱装置を覆って断熱する断熱部とを備え、
    前記バッテリは車両の床の車外側に配置され、前記第1蓄熱装置は該バッテリと熱的に結合した状態で該バッテリ上に配置されることを特徴とする車両用空調システム。
  2. 熱交換媒体から車室内の空気に熱交換可能な車内用熱交換器と、前記第1蓄熱装置と該車内用熱交換器との間で該熱交換媒体を流通可能な車内用流路とを備え、
    該第1蓄熱装置は、前記蓄熱材から該熱交換媒体に熱交換可能である請求項1記載の車両用空調システム。
  3. 前記車両で排熱を生じる車両システムと、
    前記熱交換媒体から車外の空気に熱交換可能な車外用熱交換器と、
    該車両システムと該車外用熱交換器との間で該熱交換媒体を流通可能な車外用流路と、
    前記車内用流路と該車外用流路とを接続し、該熱交換媒体を流通又は非流通とする切替弁を有する第1接続流路と、
    吸熱側と放熱側とを切替可能なペルチェ素子とを備えている請求項2記載の車両用空調システム。
  4. 蓄熱材を有し、該蓄熱材から前記熱交換媒体に熱交換可能な第2蓄熱装置と、
    前記車両システムと該第2蓄熱装置との間で該熱交換媒体を流通可能な蓄熱用流路と、
    前記車外用流路と該蓄熱用流路とを接続し、該熱交換媒体を流通又は非流通とする切替弁を有する第2接続流路とを備えている請求項3記載の車両用空調システム。
  5. 蓄熱材を有し、該蓄熱材から前記熱交換媒体に熱交換可能な第3蓄熱装置と、
    前記車内用流路と該第3蓄熱装置とを接続し、該熱交換媒体を流通又は非流通とする切替弁を有する第3接続流路とを備えている請求項3又は4記載の車両用空調システム。
  6. 前記蓄熱材は常温温度域で蓄熱している請求項1乃至5のいずれか1項記載の車両用空調システム。
  7. 前記第1蓄熱装置及び前記バッテリには、互いに連通しつつ前記車室内に連通する空気路が形成されている請求項1乃至6のいずれか1項記載の車両用空調システム。
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