JP2013043497A - 電気自動車用エアコンシステムおよび電気自動車のエアコン用加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気自動車においてエアコンシステムを動作させる際に、バッテリの電力消費を抑えることによって航続距離の短縮を抑制する。
【解決手段】電気自動車用エアコンシステムは、燃料を貯蔵する燃料貯蔵部と、燃料を燃焼させる燃焼部と、燃料貯蔵部から燃焼部に燃料を供給する燃料供給部と、燃焼部に酸素を供給する酸素供給部と、燃焼部で生じた燃焼ガスの熱を用いて空気を昇温する昇温部と、を備え、昇温部で昇温した空気を用いて車室内の温度調節を行なう。さらに、昇温部は、燃焼ガスの流路と昇温部内を流れる被加熱流体の流路との間の温度差を利用して発電する熱電変換素子を有する熱電発電部を備え、熱電発電部で生じた電力を用いて、燃料供給部、酸素供給部、および、昇温部に含まれる複数の電動機器のうちの少なくとも一つを駆動する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気自動車用エアコンシステムおよび電気自動車のエアコン用加熱装置に関するものである。

電気自動車では、エンジンを搭載する車両のように、エンジンから排出される高温の排ガスを熱源として暖房を行なうことができない。そのため、電気自動車で暖房を行なうために、従来は、バッテリの電力によって発熱するヒータを用いて暖房を行なう方法（例えば、特許文献１参照）や、燃料を触媒燃焼させて得られる燃焼ガスを用いて暖房を行なう方法（例えば、特許文献２，３参照）が提案されてきた。

特開平１０−１４７１３８号公報 特開平６−１４３９８７号公報 特開平１０−３０９９３４号公報

しかしながら、電気自動車の駆動用電源であるバッテリの電力を用いて暖房を行なう方策は、電気自動車の航続距離の短縮を招くことになるため、採用し難い場合がある。また、燃料の燃焼反応を利用して暖房を行なう場合にも、燃焼反応に燃料を供するための燃料供給装置（燃料ポンプ）や燃焼用空気供給装置（エアポンプ）を駆動するために、駆動用電源であるバッテリの電力を消費する必要がある。このように、暖房用熱源のためにバッテリの電力を直接には用いない場合であっても、暖房の動作に伴って電力を消費する必要が生じるため、電気自動車においては、航続距離の短縮を抑制できる暖房方法が望まれていた。なお、車室に供給する空調用空気を加熱する技術は、単に暖房を行なう場合だけでなく、冷房や除湿を行なう場合にも用いられる場合がある。そのため、暖房に限らず、空調用空気を加熱する際にバッテリの消費電力を抑えることが広く望まれていた。

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、電気自動車においてエアコンシステムを動作させる際に、バッテリの電力消費を抑えることによって航続距離の短縮を抑制する技術を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実施することが可能である。

［適用例１］
燃料を貯蔵する燃料貯蔵部と、前記燃料を燃焼させる燃焼部と、前記燃料貯蔵部から前記燃焼部に前記燃料を供給する燃料供給部と、前記燃焼部に酸素を供給する酸素供給部と、前記燃焼部で生じた燃焼ガスの熱を用いて空気を昇温する昇温部と、を備え、前記昇温部で昇温した空気を用いて車室内の温度調節を行なう電気自動車用エアコンシステムにおいて、
前記昇温部は、前記燃焼ガスの流路と前記昇温部内を流れる被加熱流体の流路との間の温度差を利用して発電する熱電変換素子を有する熱電発電部を備え、
前記熱電発電部で生じた電力を用いて、前記燃料供給部、前記酸素供給部、および、前記昇温部に含まれる複数の電動機器のうちの少なくとも一つを駆動することを特徴とする
電気自動車用エアコンシステム。

適用例１に記載の電気自動車用エアコンシステムによれば、車室内の温度調節を行なうための空気を昇温させるために、燃焼部で生じた燃焼ガスの熱を用いるため、空気の加熱のために消費するバッテリの電力を抑えることができる。さらに、エアコンシステムは熱電発電部を備え、熱電発電部で生じた電力を用いて、燃料供給部、酸素供給部、および、昇温部に含まれる複数の電動機器のうちの少なくとも一つを駆動する。そのため、上記した電動機器を駆動するために要するバッテリの消費電力を削減することができる。このように、バッテリの消費電力を削減できることにより、エアコンシステムの使用に起因する車両の航続距離の短縮を抑えることができる。そのため、電気自動車に搭載するバッテリ容量を削減することが可能になる。その結果、バッテリに係るコストを削減することが可能になり、また、搭載するバッテリの小型化が可能になる。

［適用例２］
適用例１記載の電気自動車用エアコンシステムであって、前記昇温部は、前記燃焼部で生じた前記燃焼ガスと前記被加熱流体としての循環液とが熱交換する第１の熱交換器と、前記循環液と空気とが熱交換する第２の熱交換器と、前記第２の熱交換器に空気を供給する空気供給部と、前記循環液を前記第１の熱交換器と前記第２の熱交換器との間で循環させる循環ポンプと、を備え、前記熱電発電部は、前記第１の熱交換器に設けられて、前記燃焼ガスの流路と前記循環液の流路との間の温度差を利用して発電し、前記昇温部に含まれる前記電動機器は、前記空気供給部と前記循環ポンプとを含むことを特徴とする電気自動車用エアコンシステム。適用例２に記載の電気自動車用エアコンシステムによれば、燃焼ガスと熱交換することで昇温した循環液を用いて空気を昇温させ、昇温させた空気を用いて車室内の温度調節をすることができる。また、熱電発電部で生じた電力を利用することで、空気供給部あるいは循環ポンプを駆動するためにバッテリが消費する電力を削減することが可能になる。

［適用例３］
適用例２記載の電気自動車用エアコンシステムにおいて、前記熱電発電部は、複数の前記電動機器のうちの、前記循環ポンプとのみ電気的に接続されている電気自動車用エアコンシステム。適用例３に記載の電気自動車用エアコンシステムによれば、熱電発電部で生じた起電力に応じた駆動力にて、循環ポンプを駆動することができる。

［適用例４］
適用例１記載の電気自動車用エアコンシステムであって、前記昇温部は、前記燃焼部で生じた前記燃焼ガスと前記被加熱流体としての空気とが熱交換する熱交換器と、前記熱交換器に空気を供給する空気供給部と、を備え、前記熱電発電部は、前記熱交換器に設けられて、前記燃焼ガスの流路と前記空気の流路との間の温度差を利用して発電し、前記昇温部に含まれる前記電動機器は、前記空気供給部を含むことを特徴とする電気自動車用エアコンシステム。適用例４に記載の電気自動車用エアコンシステムによれば、燃焼ガスと熱交換することで昇温した空気によって、車室内の温度調節をすることができる。また、熱電発電部で生じた電力を利用することで、空気供給部を駆動するためにバッテリが消費する電力を削減することが可能になる。

［適用例５］
燃焼反応により得られる燃焼ガスの流路と、車室内の温度調節に用いる被加熱流体の流路とが、互いに熱交換可能に配置された電気自動車のエアコン用加熱装置において、前記燃焼ガスの流路と前記被加熱流体の流路の間には、前記燃焼ガスの流路と前記被加熱流体の流路の間の温度差を利用して発電する熱電変換素子を有する熱電発電部が設けられていることを特徴とする電気自動車のエアコン用加熱装置。適用例５に記載の電気自動車のエアコン用加熱装置によれば、車室内の温度調節に用いる被加熱流体を燃焼ガスにて加熱する際に、熱電変換部によって発電を行ない、得られた電力を利用することが可能になる。このように、熱電発電部を用いて得られた電力を利用することで、車室内の温度調節を行なう際にバッテリが消費する電力を削減することが可能になる。

［適用例６］
適用例５記載の電気自動車のエアコン用加熱装置であって、前記エアコン用加熱装置は、電気自動車内に組み付ける際の単位となる加熱ユニットを構成し、前記加熱ユニット内に、燃料を燃焼させて、前記燃焼ガスの流路に供給するための燃焼ガスを発生する燃焼部を備えることを特徴とする電気自動車のエアコン用加熱装置。適用例６に記載の電気自動車のエアコン用加熱装置によれば、加熱装置の組み付けの動作を簡素化することができる。

［適用例７］
適用例５または６記載の電気自動車のエアコン用加熱装置であって、前記被加熱流体は、車室に供給する空気を加熱するための循環液である電気自動車のエアコン用加熱装置。適用例７に記載の電気自動車のエアコン用加熱装置によれば、燃焼ガスと熱交換することで昇温した循環液を用いて昇温させた空気によって、車室内の温度調節をすることが可能になる。

［適用例８］
適用例５または６記載の電気自動車のエアコン用加熱装置であって、前記被加熱流体は、車室に供給するための空気である電気自動車のエアコン用加熱装置。適用例８に記載の電気自動車のエアコン用加熱装置によれば、燃焼ガスと熱交換することで昇温した空気を車室に供給することによって、車室内の温度調節をすることが可能になる。

本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、電気自動車用エアコンシステムを搭載する電気自動車や、電気自動車の暖房方法などの形態で実現することが可能である。

エアコンシステム４０の概略構成を表わす説明図である。 カーヒーターシステム１０の概略構成を表わす説明図である。 カークーラーシステム３０の概略構成を表わす説明図である。 加熱装置５０の概略構成を表わす斜視図である。 加熱部５３の内部構成の概要を表わす説明図である。 熱電発電部５２における発電の様子を概念的に表わす説明図である。 第１の熱交換器１５９の概略構成を表わす斜視図である。

Ａ．第１の実施形態：
図１は、本発明の第１の実施形態としてのエアコンシステム４０の概略構成を表わす説明図である。エアコンシステム４０は、電気自動車に搭載されて、電気自動車の車室内の温度や湿度等を調節するための空気調和装置である。エアコンシステム４０は、空気を加熱するためのヒータコア１２を備えるカーヒーターシステム１０と、空気を冷却するためのエバポレータ３３を備えるカークーラーシステム３０とを備えている。図１では、ヒータコア１２以外のカーヒーターシステム１０の構成要素、および、エバポレータ３３以外のカークーラーシステム３０の構成要素については、記載を省略している。以下、エアコンシステム４０全体の説明に先立って、カーヒーターシステム１０およびカークーラーシステム３０について、説明する。

図２は、カーヒーターシステム１０の概略構成を表わす説明図である。カーヒーターシステム１０は、加熱装置５０と、ヒータコア１２と、循環液流路２０と、制御部７０と、を備えている。循環液流路２０は、加熱装置５０とヒータコア１２との間で、循環液を循環させる流路である。循環液流路２０には、循環液を循環させるための循環ポンプ２１が設けられている。本実施形態では、循環液として、水と不凍液の混合液を用いている。

加熱装置５０は、循環液を加熱するための装置である。加熱装置５０は、燃料を燃焼させる燃焼部５５と、燃焼部５５で発生させた燃焼ガスと循環液とを熱交換させて循環液を加熱する第１の熱交換器５９と、を備えている。加熱装置５０の詳しい構成については、後に詳述する。

また、加熱装置５０には、燃焼部５５に燃料を供給するための燃料供給部１７と、燃焼部５５に燃焼に要する酸素を供給するための酸素供給部１９と、が併設されている。なお、加熱装置５０内で生じた燃焼ガスは、燃焼排ガス路２６を介して、車両外部に排出される。

燃料供給部１７は、燃料貯蔵部１６と、燃料ポンプ２３と、気化器１８と、燃料供給路２２と、を備えている。燃料貯蔵部１６は、燃料を貯蔵する装置であり、燃料貯蔵部１６と燃焼部５５とは、燃料供給路２２によって接続されている。本実施形態では、燃料として、灯油、ガソリン、軽油等の液体炭化水素燃料を用いており、燃料貯蔵部１６は、液体炭化水素燃料を貯蔵するタンクである。なお、燃料として、アルコール等の液体燃料を用いても良い。燃料ポンプ２３は、燃料供給路２２に設けられており、燃料貯蔵部１６から燃焼部５５に供給する燃料の量を調節する。気化器１８は、燃料供給路２２において、燃料ポンプ２３よりも下流側に設けられている。気化器１８は、図示しないヒータおよび温度センサを備えており、気化器１８内を適切な温度に昇温させることによって、燃料を気化させる。なお、気化器を設ける構成に代えて、予熱した空気内に液体燃料を噴霧することとしても良く、十分に気化した燃料を、燃焼部５５に供給できればよい。

酸素供給部１９は、エアポンプ２５と、空気供給路２４とを備えており、燃焼反応に要する酸素を供給するために、燃焼部５５へと空気（外気）を供給する。エアポンプ２５によって取り込まれた外気は、空気供給路２４を介して燃焼部５５に供給される。

ヒータコア１２は、加熱装置５０で昇温した循環液と空気とを熱交換させて、加熱空気を生じる装置である。具体的には、ヒータコア１２は、循環液が流れる扁平チューブと、波板状のコルゲートフィンとを交互に積層した構造を有している（図示せず）。そして、ヒータコア１２には、ブロワファン１４が併設されており、ブロワファン１４から供給された空気がコルゲートフィンの間に形成される空間を通過することにより、循環液によって加熱されたコルゲートフィンと空気とが熱交換して、空気の加熱が行なわれる。図２では、ヒータコア１２で加熱空気１５が生じる様子を、矢印で示している。この加熱空気１５が、エアコンシステム４０において、車室温度制御のために用いられる。なお、ブロワファン１４は、特許請求の範囲の「空気供給部」に相当し、ヒータコア１２は、特許請求の範囲の「第２の熱交換器」に相当する。また、ヒータコア１２と、後述する熱電発電部５２を備える第１の熱交換器５９と、ブロワファン１４と、循環ポンプ２１とは、特許請求の範囲の「昇温部」の構成要素となっている。

本実施形態では、カーヒーターシステム１０が備える電動機器のうち、燃料ポンプ２３と、エアポンプ２５と、ブロワファン１４と、気化器１８のヒータとは、電気自動車の駆動用電源であるバッテリ（図示せず）から電力が供給されている。循環ポンプ２１を駆動するための電源については、後に詳述する。

図３は、カークーラーシステム３０の概略構成を表わす説明図である。カークーラーシステム３０は、コンプレッサ（圧縮機）３４、コンデンサ（凝縮器）３１、エキスパンションバルブ（膨張弁）３２、エバポレータ（蒸発器）３３と、制御部７０を備える。カークーラーシステム３０では、コンデンサ３１で冷却されることにより、半液体状態の冷媒が液化される。そして、液化された冷媒は、エキスパンションバルブ３２で断熱膨張することにより、霧化すると共にさらに降温する。低温になった霧状の冷媒は、エバポレータ３３において、エバポレータ３３に併設されたブロワファン３６から供給される空気と熱交換する。これにより、冷媒自身は気化して等温膨張すると共に、ブロワファン３６からの空気を冷却する。図３では、エバポレータ３３で冷却空気３７が生じる様子を、矢印で示している。この冷却空気３７が、エアコンシステム４０において、車室温度等を制御するために用いられる。空気を冷却した後の冷媒は、コンプレッサ３４において断熱圧縮し、高温高圧の半液体状態となる。その後、冷媒は再びコンデンサ３１に到達し、上記したサイクルを繰り返す。このように、カークーラーシステム３０は、周知の単段蒸気圧縮冷凍サイクル冷房装置であり、さらに詳しい説明は省略する。なお、本実施形態では、コンプレッサ３４は電動コンプレッサであり、電気自動車の駆動用電源であるバッテリ（図示せず）からコンプレッサ３４へと電力が供給されている。

図１に戻り、エアコンシステム４０について説明する。エアコンシステム４０は、既述したように、カーヒーターシステム１０とカークーラーシステム３０とを備えており、ヒータコア１２やエバポレータ３３を通過して車室内に導かれる空気の流路を形成している。なお、エアコンシステム４０が備える制御部７０は、カーヒーターシステム１０が備える制御部７０（図２参照）、および、カークーラーシステム３０が備える制御部７０（図３参照）と共通するものである。

エアコンシステム４０が形成する空気の流路の上流側には、外気を取り入れるための外気吸入路４１と、車室内の空気を取り入れるための内気吸入路４２とが接続されている。外気吸入路４１および内気吸入路４２の接続部には、内外気切り替えダンパ４３が設けられており、外気導入と内気循環とを切り替え可能になっている。内外気切り替えダンパ４３の下流には、取り入れる外気や内気の量を調節するためのブロワファン４４が設けられている。既述した説明では、カーヒーターシステム１０のブロワファン１４（図２参照）とカークーラーシステム３０のブロワファン３６（図３参照）とを別々に記載したが、エアコンシステム４０においては、これらのブロワファンは、共通のブロワファン４４として設けられている。

ブロワファン４４の下流には、ブロワファン４４によって取り込まれた外気や内気が通過するように、カークーラーシステム３０のエバポレータ３３が設けられている。エバポレータ３３を通過させることにより、取り込んだ空気を冷却すると共に、取り込んだ空気中の水分量を低下させることができる。エバポレータ３３の下流には、エアミックスドア４５が設けられており、エアミックスドア４５のさらに下流には、カーヒーターシステム１０のヒータコア１２が配置されている。エアミックスドア４５の開度によって、エバポレータ３３を通過した空気のうち、ヒータコア１２をさらに通過する空気量と、ヒータコア１２をバイパスする空気量とを変更することができる。ヒータコア１２の下流において、ヒータコア１２を通過した空気とヒータコア１２をバイパスした空気とが混合されるため、エアミックスドア４５によって、冷却空気３７と加熱空気１５の混合割合を変化させ、車室に供給する空気の温度を調節することができる。ヒータコア１２よりも下流には、複数のモード切り替えダンパ４６〜４８が設けられている。これらのモード切り替えダンパの各々は、車室内に設けられた吹き出し口に連通しており、各々のモード切り替えダンパの開度を調節することにより、適切な吹き出し口から車室内に吹き出しを行なうことができる。これにより、車室内の温度調節や湿度調節、あるいは、フロントガラスやサイドガラスの霜取りや曇り取りが可能になる。

制御部７０は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、エアコンシステム４０の各部を制御する。具体的には、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行するＣＰＵと、ＣＰＵで各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭと、同じくＣＰＵで各種演算処理をするのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭと、各種信号を入出力する入出力ポート等を備える。制御部７０は、カーヒーターシステム１０においては、ブロワファン１４の他、燃料ポンプ２３、エアポンプ２５、気化器１８のヒータ等に駆動信号を出力し、気化器１８の温度センサから検出信号を取得する（図２参照）。制御部７０が燃料ポンプ２３およびエアポンプ２５の駆動量を調節することにより、燃焼部５５における燃焼状態が適切に制御される。また、制御部７０は、カークーラーシステム３０においては、コンプレッサ３４に駆動信号を出力し、取り入れた空気の冷却状態を制御する（図３参照）。また、制御部７０は、エアコンシステム４０における内外気切り替えダンパ４３、エアミックスドア４５、モード切り替えダンパ４６〜４８に駆動信号を出力する（図１参照）。

図４は、カーヒーターシステム１０が備える加熱装置５０の概略構成を表わす斜視図である。加熱装置５０は、加熱部５３と、加熱部５３を挟持するように配置された一対の循環液流路部５１と、各々の循環液流路部５１と加熱部５３との間に配置された熱電発電部５２と、を備えている。加熱装置５０は、加熱部５３内で生じる燃焼ガスと、循環液流路部５１内を流れる循環液とを熱交換させて、循環液を加熱する。そのため、加熱部５３および循環液流路部５１の外壁を構成する部材や、加熱部５３および循環液流路部５１内に配置される後述するコルゲートフィンは、熱伝導性に優れた金属部材、例えばステンレス鋼やアルミニウム合金によって形成されている。

図５は、加熱部５３の内部構成の概要を表わす説明図である。図５（Ａ）は、図４と同様の斜視図であり、図５（Ｂ）は、側面図（後述する循環液流路部５１から循環液が流出する側から見た図）である。図５においては、加熱装置５０における加熱部５３以外の部分については破線で示している。加熱部５３には、燃料供給路２２と空気供給路２４とが接続されており（図４参照）、気化した燃料と空気とが供給される。図５に示すように、加熱部５３内には、燃焼部５５と、燃焼ガス流路部５７とが設けられており、燃焼部５５よりも上流側には、予混合部５４となる空間が形成されている。そのため、加熱部５３に供給された気化燃料と空気とは、予混合部５４で混合されて燃焼部５５に導入される。

燃焼部５５は、燃焼触媒と、燃焼触媒を表面に担持する担体であるセラミックハニカムとを備える。燃焼触媒としては、白金やパラジウム等の貴金属を含有する触媒を用いることができる。燃焼部５５は、例えば、セラミックハニカムの表面をアルミナで被覆し、被覆したアルミナ上に、さらに上記した燃焼触媒を担持させることにより作製することができる。燃焼部５５に空気と混合された燃料が供給されると、燃焼触媒上で燃焼反応が進行し、高温の燃焼ガスが生じる。また、本実施形態では、燃焼部５５において、図示しないヒータが設けられている。このヒータは、電気自動車の起動時に、電気自動車の駆動用電源であるバッテリから電力供給を受け、自立的に燃焼反応が進行し得る温度に燃焼触媒が昇温するまで燃焼触媒の加熱を行なう。なお、燃焼部５５は、燃焼触媒を備えて触媒燃焼を行なう構成とする他に、火炎を伴う燃焼反応を行なう構成とすることも可能である。この場合には、燃焼部５５には、燃焼反応を開始させるための着火装置を設けておけばよい。

燃焼部５５と燃焼ガス流路部５７との間には、分配部５６が形成されている。分配部５６は、燃焼部５５を通過した燃焼ガスが一旦集合して、燃焼ガス流路部５７へと分配される空間である。

燃焼ガス流路部５７は、燃焼ガスが流れる流路を形成している。燃焼ガス流路部５７の内部には、波板状のコルゲートフィンが配置されており、燃焼ガスから循環液流路部５１側への伝熱性が高められている。燃焼ガス流路部５７から排出された燃焼ガスは、燃焼ガス流路部５７の下流に形成された空間である集合部５８に集合して、燃焼排ガス路２６へと排出される（図４参照）。

循環液流路部５１は、循環液が流れる流路を形成している。循環液流路部５１の内部には、燃焼ガス流路部５７と同様の図示しない波板状のコルゲートフィンが配置されており、燃焼ガス流路部５７側からの熱によって循環液を昇温させるための伝熱性が高められている。循環液流路部５１は、循環液流路２０に接続されており（図４参照）、循環液流路部５１とヒータコア１２との間で循環液が循環する。加熱装置５０において、循環液流路部５１は一対設けられているため、循環液流路部５１と循環液流路２０との接続部の近傍では、循環液流路２０が２本に分岐して各々の循環液流路部５１に接続している（図示せず）。本実施形態では、燃焼ガス流路部５７内での燃焼ガスの流れ方向と、循環液流路部５１内での循環液の流れ方向とは直交しているが、燃焼ガスおよび循環液の流れ方向は、異なる態様としても良い。なお、燃焼ガス流路部５７と、循環液流路部５１と、熱電発電部５２とは、既述した第１の熱交換器５９を構成している（図２、図５（Ｂ）参照）。

熱電発電部５２は、燃焼ガス流路部５７と循環液流路部５１との間の温度差を利用して、ゼーベック効果により熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電変換素子６０を備えている。すなわち、燃焼ガスの有する熱エネルギの一部は、循環液を加熱するために用いられ、燃焼ガスの有する熱エネルギの他の一部は、熱電発電部５２における発電のために用いられる。図６は、熱電発電部５２における発電の様子を概念的に表わす説明図である。熱電変換素子６０は、ｎ型半導体材料とｐ型半導体材料とを直列に接続し、且つ、温度差が生じている方向に対して平行に上記半導体材料を配置することにより構成されている。熱電変換素子６０は、配線２８を介して循環ポンプ２１に電気的に接続されており、燃焼ガスを高温側熱源とし、循環液を低温側熱源とすることで、図６中に矢印で示す向きに電流が流れ、循環ポンプ２１が駆動される。図６では単一の熱電変換素子６０を表わしているが、熱電発電部５２においては、多数の熱電変換素子６０が直列や並列に接続されて、より大きな起電力を生じることができる。具体的には、熱電発電部５２においては、熱電変換素子６０が、燃焼ガス流路部５７と循環液流路部５１との接触面全体に広く設けられており、燃焼ガスの熱を効率よく利用して発電可能となっている。熱電発電部５２と循環ポンプ２１とは配線２８によって直接接続されているため、循環ポンプ２１は、熱電発電部５２で生じた起電力に応じた駆動力にて駆動される。

本実施形態の加熱装置５０は、図４に示すように、電気自動車内に組み付ける際の単位となる加熱ユニット８０として製造され、電気自動車への組み付け動作が容易化されている。加熱ユニット８０の加熱部５３には、予混合部５４に連通する第１の接続部８１および第２の接続部８２と、集合部５８に連通する第３の接続部８３と、が取り付けられている。また、加熱ユニット８０の循環液流路部５１には、循環液流路部５１に連通する第４の接続部８４と第５の接続部８５が取り付けられている。加熱ユニット８０を電気自動車内に組み付ける際には、第１の接続部８１と燃料供給路２２の間、第２の接続部８２と空気供給路２４の間、そして、第３の接続部８３と燃焼排ガス路２６の間を接続する。また、第４の接続部８４と循環液流路２０との間、および、第５の接続部８５と循環液流路２０との間を接続する。さらに、加熱ユニット８０の組み付けの際には、熱電発電部５２が備える図示しない出力端子を、配線２８に接続する。

以上のように構成された本実施形態のエアコンシステム４０によれば、車室に供給する空気を加熱するために、燃焼ガスの熱を利用するカーヒーターシステム１０を用いるため、空気の加熱のために消費するバッテリの電力を抑えることができる。さらに、本実施形態では、加熱装置５０に熱電発電部５２を設け、熱電発電部５２で生じた電力を用いて循環ポンプ２１を駆動している。そのため、循環ポンプ２１を駆動するためにバッテリの電力を消費する必要が無く、カーヒーターシステム１０を駆動するために要するバッテリの消費電力を削減することができる。このように、バッテリの消費電力を削減できることにより、車室に供給する空気の加熱に起因する航続距離の短縮を抑えることができる。また、本実施形態によれば、エアコンシステム４０の使用に起因する航続距離の短縮を抑制できるため、電気自動車に搭載するバッテリ容量を削減することが可能になる。そのため、バッテリに係るコストを削減することが可能になり、また、搭載するバッテリの小型化が可能になる。

なお、本実施形態では、熱電発電部５２と循環ポンプ２１とを配線２８により直接接続しているため、熱電発電部５２における発電量の変動に伴って循環ポンプ２１の駆動量も変動し得る。循環ポンプ２１の駆動量が変化する場合には、ヒータコア１２における空気の加熱効率も変動し得る。そのため、このような場合には、例えばエアミックスドア４５を駆動制御を変更して、冷却空気３７と加熱空気１５の混合割合を調節することにより、車室内温度を所望の温度とすればよい。あるいは、燃焼ガス流路部５７と循環液流路部５１との間の温度差が、熱電発電部５２で所望の起電力が生じる温度差となるように、燃焼部５５に供給する燃料量および酸素量を調節しても良い。

また、本実施形態のエアコンシステム４０では、ヒータコア１２を通過させた空気とヒータコア１２をバイパスさせた空気との混合量を変化させるエアミックス方式を採用しているが、異なる方式を採用しても良い。例えば、冷房時にはカークーラーシステム３０のみを動作させる、あるいは、暖房時にはカーヒーターシステム１０のみを動作させることとしてもよい。車室に供給する空気を加熱するための装置として、本実施形態と同様の加熱装置を設け、加熱装置の熱電発電部で生じた電力を用いて循環ポンプ２１を駆動するならば、本実施形態と同様の効果が得られる。

Ｂ．第２の実施形態：
図７は、本発明の第２の実施形態の第１の熱交換器１５９の概略構成を表わす斜視図である。第１の熱交換器１５９は、第１の実施形態と同様のエアコンシステム４０が備えるカーヒーターシステム１０において、第１の熱交換器５９に代えて用いられる。以下の説明では、第１の実施形態と共通する部分には同じ参照番号を付して、詳しい説明を省略する。

第２の実施形態の第１の熱交換器１５９は、燃焼ガス流路部５７および循環液流路部５１を各々複数備え、燃焼ガス流路部５７と循環液流路部５１とが交互に積層されている。燃焼ガス流路部５７および循環液流路部５１の内部には、第１の実施形態と同様に波板状のコルゲートフィンが配置されており、燃焼ガス流路部５７と循環液流路部５１との間の伝熱性が高められている。

また、燃焼ガス流路部５７と循環液流路部５１との間には、熱電発電部５２が配置されており、燃焼ガス流路部５７と循環液流路部５１との間の温度差を利用して発電が行なわれる。これら複数の熱電発電部５２は、全体として直列に接続されて、配線２８を介して循環ポンプ２１に電気的に接続されている。これにより、燃焼ガスが燃焼ガス流路部５７内を流れるときには、燃焼ガス流路部５７と循環液流路部５１との間の温度差を利用して生じた起電力に応じた駆動力にて、循環ポンプ２１が駆動される。なお、層状に形成された各々の熱電発電部５２は、全体として並列に接続しても良い。

なお、第１の熱交換器１５９において、燃焼ガスの流れ方向の上流側には、図示しない燃焼部５５から排出された燃焼ガスを各燃焼ガス流路部５７に分配するための空間である分配部５６が設けられている。また、燃焼ガスの流れ方向の下流側には、各燃焼ガス流路部５７から排出された燃焼ガスを集合させて燃焼排ガス路２６に導くための空間である集合部５８が設けられている。さらに、循環液の流れ方向の上流側には、循環液を各循環液流路部５１に分配するための空間である分配部７５が設けられており、循環液の流れ方向下流側には、各循環液流路部５１から排出された循環液を集合させるための空間である集合部７６が設けられている。

上記のように構成された第１の熱交換器１５９を用いる場合にも、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、このような第１の熱交換器１５９は、第１の熱交換器５９と同様に、燃焼部５５と共に、電気自動車内に組み付ける際の単位となる加熱ユニットとして製造することができる。

Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｃ１．変形例１（熱電発電部５２から電力供給を受ける電動機器の変形例）：
第１および第２の実施形態では、熱電発電部５２を循環ポンプ２１とのみ接続したが、異なる構成としても良い。例えば、循環ポンプ２１と、燃料ポンプ２３と、エアポンプ２５とから選択される１つ以上のポンプと、熱電発電部５２とを配線により直接接続して、熱電発電部５２からの電力供給を行なっても良い。あるいは、上記したポンプに加えて、または上記したポンプに代えて、ブロワファン１４や気化器１８に対して、熱電発電部５２から電力供給することとしても良い。熱電発電部５２で生じた電力を用いて、燃料供給部１７、酸素供給部１９、および、昇温部（ヒータコア１２と第１の熱交換器５９とブロワファン１４と循環ポンプ２１とを含む）に含まれる複数の電動機器のうちの少なくとも一つを駆動することとすれば良い。これにより、エアコンを用いることに起因するバッテリ電力の消費を抑制するという実施形態と同様の効果が得られる。

なお、上記した複数の電動機器のうちの少なくとも一つに対して熱電発電部５２から電力供給する際に、電力供給の対象となる電動機器に対して、さらにバッテリからも電力供給可能としても良い。このような場合には、熱電発電部５２と電動機器とを接続する配線に対して、バッテリを、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して並列に接続すればよい。このような構成とすれば、ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて電圧変換することにより、バッテリから電動機器へと電力を追加供給したり、熱電発電部５２で生じた電力の一部によってバッテリを充電することが可能となる。そのため、熱電発電部５２における発電量に関わらず、所望量の電力を電動機器に供給することが可能になる。上記したいずれかの電動機器で消費する電力の少なくとも一部を熱電発電部５２から供給することで、エアコンを用いることに起因するバッテリ電力の消費を抑制するという実施形態と同様の効果が得られる。

Ｃ２．変形例２（燃焼ガスが加熱する被加熱流体の変形例）：
第１および第２の実施形態では、加熱装置５０で燃焼ガスを用いて加熱する被加熱流体を循環液としたが、他の流体を被加熱流体として用いても良い。被加熱流体を介して直接的あるいは間接的に、燃焼ガスの熱を用いて空気を昇温させ、昇温した空気を用いて車室内の温度調節を行なうと共に、燃焼ガスの流路と被加熱流体の流路の温度差を利用して熱電発電部で発電すればよい。例えば、車室に供給する空気を被加熱流体とすることができる。この場合には、例えば図４の加熱装置５０における循環液流路部５１を空気流路部に変更して、循環液に代えてブロワファン１４が取り込んだ空気を供給すればよい。そして、燃焼ガス流路部５７と空気流路部との間の温度差を利用して熱電発電部５２で発電を行ない、既述した複数の電動機器のうちの少なくとも一つに対して電力供給すれば、実施形態と同様の効果が得られる。なお、上記のように循環液を用いない場合には、循環ポンプ２１を設ける必要はない。

Ｃ３．変形例３（燃焼燃料の変形例）：
第１および第２の実施形態では、加熱装置５０に供給する燃料として液体燃料を用いたが、例えば、気体燃料を用いることとしても良い。具体的には、例えばメタンや天然ガス等の気体炭化水素燃料を用い、これらの燃料を圧縮充填したボンベを燃料貯蔵部１６として電気自動車に搭載することができる。燃料として気体燃料を用い、気体燃料を充填したボンベを搭載する場合は、燃料供給部１７は、燃料ポンプ２３に代えて、ボンベから燃焼部５５に供給される気体燃料量を調節するための流量調整弁を備えることとすればよい。なお、気体燃料を用いる場合には、気化器１８は不要となる。

また、燃焼反応に供する気体燃料として、水素を用いても良い。燃料として水素を用いるならば、燃焼反応によって水が生じるだけなので、エミッションを低減することができる。燃料として水素を用いる場合には、燃料貯蔵部１６として水素ボンベを用いれば良く、水素の補充は、水素ボンベの交換や、水素ボンベに対する水素の充填により行なえばよい。燃料として用いる水素は、例えば、炭化水素系燃料の改質により製造することができる。あるいは、水を電気分解することにより水素を製造しても良い。水を電気分解して水素を製造する場合には、水素の製造の工程から、水素を燃料として燃焼反応を行なう工程までの間、水素以外には酸素や水しか発生しない。そのため、電気自動車および水素充填装置を含めたシステム全体のエミッションをさらに低減することができる。

Ｃ４．変形例４（第１の熱交換器の配置に係る変形例）：
図２に示したカーヒーターシステム１０では、第１の熱交換器５９とヒータコア１２とを別体で設けて、両者の間を循環液流路２０によって接続したが、異なる構成としても良い。例えば、加熱装置５０とヒータコア１２とを単一のユニット内に形成して、第１の熱交換器５９で昇温した循環液を、循環液流路２０内で引き回すことなく、直ちにヒータコア１２に供給することとしても良い。このように、第１の熱交換器とヒータコア１２とは、できるだけ近接して設けた方が、昇温した循環液からの放熱が抑えられて、カーヒーターシステム１０におけるエネルギ効率が向上する。

また、第１および第２の実施形態では、単一のユニットである加熱装置５０内において燃焼部５５と燃焼ガス流路部５７とを別個に設けたが、両者を一体で形成しても良い。すなわち、燃焼ガス流路部５７内に燃焼触媒を配置し、触媒上で生じた燃焼ガスを、直ちに循環液との間で熱交換させても良い。このような場合にも、燃焼ガス流路部５７と循環液流路部５１との間に熱電発電部５２を設け、循環ポンプ２１等の電源とすることで同様の効果が得られる。

あるいは、燃焼部５５と第１の熱交換器５９とを、単一の加熱ユニット８０内に配置するのではなく、両者を別体として設けて、別々に車両内に組み付けることとしても良い。

１０…カーヒーターシステム
１２…ヒータコア
１４…ブロワファン
１５…加熱空気
１６…燃料貯蔵部
１７…燃料供給部
１８…気化器
１９…酸素供給部
２０…循環液流路
２１…循環ポンプ
２２…燃料供給路
２３…燃料ポンプ
２４…空気供給路
２５…エアポンプ
２６…燃焼排ガス路
２８…配線
３０…カークーラーシステム
３１…コンデンサ
３２…エキスパンションバルブ
３３…エバポレータ
３４…コンプレッサ
３６…ブロワファン
３７…冷却空気
４０…エアコンシステム
４１…外気吸入路
４２…内気吸入路
４３…内外気切り替えダンパ
４４…ブロワファン
４５…エアミックスドア
４６〜４８…モード切り替えダンパ
５０…加熱装置
５１…循環液流路部
５２…熱電発電部
５３…加熱部
５４…予混合部
５５…燃焼部
５６…分配部
５７…燃焼ガス流路部
５８…集合部
５９，１５９…第１の熱交換器
６０…熱電変換素子
７０…制御部
７５…分配部
７６…集合部
８０…加熱ユニット
８１…第１の接続部
８２…第２の接続部
８３…第３の接続部
８４…第４の接続部
８５…第５の接続部

Claims (9)

1. 燃料を貯蔵する燃料貯蔵部と、前記燃料を燃焼させる燃焼部と、前記燃料貯蔵部から前記燃焼部に前記燃料を供給する燃料供給部と、前記燃焼部に酸素を供給する酸素供給部と、前記燃焼部で生じた燃焼ガスの熱を用いて空気を昇温する昇温部と、を備え、前記昇温部で昇温した空気を用いて車室内の温度調節を行なう電気自動車用エアコンシステムにおいて、
   前記昇温部は、前記燃焼ガスの流路と前記昇温部内を流れる被加熱流体の流路との間の温度差を利用して発電する熱電変換素子を有する熱電発電部を備え、
   前記熱電発電部で生じた電力を用いて、前記燃料供給部、前記酸素供給部、および、前記昇温部に含まれる複数の電動機器のうちの少なくとも一つを駆動することを特徴とする
   電気自動車用エアコンシステム。
2. 請求項１記載の電気自動車用エアコンシステムであって、
   前記昇温部は、前記燃焼部で生じた前記燃焼ガスと前記被加熱流体としての循環液とが熱交換する第１の熱交換器と、前記循環液と空気とが熱交換する第２の熱交換器と、前記第２の熱交換器に空気を供給する空気供給部と、前記循環液を前記第１の熱交換器と前記第２の熱交換器との間で循環させる循環ポンプと、を備え、
   前記熱電発電部は、前記第１の熱交換器に設けられて、前記燃焼ガスの流路と前記循環液の流路との間の温度差を利用して発電し、
   前記昇温部に含まれる前記電動機器は、前記空気供給部と前記循環ポンプとを含むことを特徴とする
   電気自動車用エアコンシステム。
3. 請求項２記載の電気自動車用エアコンシステムにおいて、
   前記熱電発電部は、複数の前記電動機器のうちの、前記循環ポンプとのみ電気的に接続されている
   電気自動車用エアコンシステム。
4. 請求項１記載の電気自動車用エアコンシステムであって、
   前記昇温部は、前記燃焼部で生じた前記燃焼ガスと前記被加熱流体としての空気とが熱交換する熱交換器と、前記熱交換器に空気を供給する空気供給部と、を備え、
   前記熱電発電部は、前記熱交換器に設けられて、前記燃焼ガスの流路と前記空気の流路との間の温度差を利用して発電し、
   前記昇温部に含まれる前記電動機器は、前記空気供給部を含むことを特徴とする
   電気自動車用エアコンシステム。
5. 燃焼反応により得られる燃焼ガスの流路と、車室内の温度調節に用いる被加熱流体の流路とが、互いに熱交換可能に配置された電気自動車のエアコン用加熱装置において、
   前記燃焼ガスの流路と前記被加熱流体の流路の間には、前記燃焼ガスの流路と前記被加熱流体の流路の間の温度差を利用して発電する熱電変換素子を有する熱電発電部が設けられていることを特徴とする
   電気自動車のエアコン用加熱装置。
6. 請求項５記載の電気自動車のエアコン用加熱装置であって、
   前記エアコン用加熱装置は、電気自動車内に組み付ける際の単位となる加熱ユニットを構成し、
   前記加熱ユニット内に、燃料を燃焼させて、前記燃焼ガスの流路に供給するための燃焼ガスを発生する燃焼部を備えることを特徴とする
   電気自動車のエアコン用加熱装置。
7. 請求項５または６記載の電気自動車のエアコン用加熱装置であって、
   前記被加熱流体は、車室に供給する空気を加熱するための循環液である
   電気自動車のエアコン用加熱装置。
8. 請求項５または６記載の電気自動車のエアコン用加熱装置であって、
   前記被加熱流体は、車室に供給するための空気である
   電気自動車のエアコン用加熱装置。
9. 請求項１ないし４いずれか記載の電気自動車用エアコンシステムを搭載する電気自動車。