JP2013241059A

JP2013241059A - 車両用空調システムおよび車両用シート

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Publication number: JP2013241059A
Application number: JP2012114746A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kawasaki; 公一川崎; Kazuo Iwata; 一夫岩田; Akihiro Katsuya; 晃弘勝矢; Hironao Ogura; 裕直小倉
Original assignee: NHK Spring Co Ltd; Chiba University NUC
Current assignee: NHK Spring Co Ltd; Chiba University NUC
Priority date: 2012-05-18
Filing date: 2012-05-18
Publication date: 2013-12-05
Anticipated expiration: 2032-05-18
Also published as: JP5972044B2

Abstract

【課題】電気自動車などの充電可能な二次電池を搭載している車両の空調に適用可能な車両用空調システムおよび車両用シートを提供すること。
【解決手段】液体が収容され、液体の蒸発によって生じる熱を取り出す第１の熱交換器を有する蒸発／凝縮器と、蒸発／凝縮器で蒸発した液体の流入によって化学反応する反応材と、化学反応によって生じる熱を取り出す第２の熱交換器と、反応材を加熱するヒータとを有する反応器と、蒸発／凝縮器と反応器との連通状態を制御する連通管と、第１および第２の熱交換器の内部へ送る気体の流路を形成する２つの上流側配管と、第１および第２の熱交換器を通過した気体の流路をなす２つの下流側配管と、２つの下流側配管を連結するとともに、下流側配管を通過した気体を排出する排出路を有する連結配管と、連結配管に設けられ、２つの下流側配管と連結配管との連通状態を切り替える切替弁と、を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、充電可能な車両の空調を行う車両用空調システムおよびこの車両用空調システムを備えた車両用シートに関するものである。

従来から、化学反応によって生じた熱を利用して、自動車内の空調を行う自動車用の空調システムがある。この空調システムは、例えば、エンジン熱を反応熱として化学反応を生じさせて、発熱反応を暖房に用いる一方、吸熱反応を冷房に用いることによって、冷暖房機能を実現している。

例えば、特許文献１が開示する空調システムは、エンジン熱を反応熱として化学蓄積反応する反応材を内部に有する反応器と、反応器と連通路を介して互いに連通し、反応器におけるエンジン熱による反応時、反応材によって起こる吸熱反応で生じたガス媒体が流入し、この流入したガス媒体を凝縮する凝縮器と、を備える。この空調システムでは、反応器で生じる温熱および凝縮器で生じる冷熱を利用して、車内の空調を行っている。

特開２００９−５７９３３号公報

ところで、近年では、電気自動車など、電気をエネルギー源とし、電動機を動力源として駆動する自動車が普及している。電気自動車は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関による動力源を有さず、充電可能な二次電池を搭載している。

ここで、特許文献１が開示する空調システムは、エンジン熱を反応熱として化学反応を生じさせ、反応によって生じた熱を利用して空調を行うため、電気自動車などの自動車には適用することができなかった。なお、電動機の駆動により生じた熱を利用することも挙げられるが、電動機は内燃機関と比して発熱量が少なく、上述した空調システムに適用できるものではなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電気自動車などの充電可能な二次電池を搭載している車両の空調に適用することができる車両用空調システムおよび車両用シートを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる車両用空調システムは、充電可能な車両の空調を行う車両用空調システムであって、液体が収容され、該液体の蒸発によって生じる熱を取り出す第１の熱交換器を有する蒸発／凝縮器と、前記蒸発／凝縮器で蒸発した前記液体の流入によって化学反応する反応材と、該化学反応によって生じる熱を取り出す第２の熱交換器と、少なくとも前記反応材を加熱するヒータとを有する反応器と、前記蒸発／凝縮器と前記反応器とを連通するとともに、該連通状態を制御する開閉部材を有する連通管と、前記第１および第２の熱交換器にそれぞれ接続し、該第１および第２の熱交換器の内部へ送る気体の流路を形成する２つの上流側配管と、一端で前記第１および第２の熱交換器にそれぞれ接続し、該第１および第２の熱交換器を通過した前記気体の流路をなす２つの下流側配管と、前記２つの下流側配管の他端にそれぞれ連結するとともに、該下流側配管を通過した前記気体を外部に排出する排出路を有する連結配管と、前記連結配管に設けられ、前記２つの下流側配管と前記連結配管との連通状態を切り替える切替弁と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる車両用空調システムは、上記の発明において、前記切替弁を制御する制御部をさらに備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる車両用空調システムは、上記の発明において、少なくとも前記排出路の温度を計測する温度センサをさらに備え、前記制御部は、前記温度センサが計測した温度に関する情報をもとに前記切替弁を制御することを特徴とする。

また、本発明にかかる車両用空調システムは、上記の発明において、前記第１の熱交換器は、前記液体の蒸発によって生じる冷熱を取り出して、前記上流側配管から送られる前記気体を冷却し、前記第２の熱交換器は、前記化学反応によって生じる温熱を取り出して、前記上流側配管から送られる前記気体を加熱することを特徴とする。

また、本発明にかかる車両用シートは、充電可能な車両に設けられる車両用シートであって、上記の発明にかかる車両用空調システムと、前記連結配管の前記排出路に連結し、該連結側と異なる側の端部が、当該シートの座面に位置するシート内部配管と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる車両用シートは、上記の発明において、前記シート内部配管は、前記連結側と異なる側の端部が複数に分岐されていることを特徴とする。

本発明によれば、蒸発／凝縮器内の液体を蒸発させて冷熱を取り出すとともに、反応器内においてこの蒸発した液体と反応材とを反応させて温熱を取り出し、切替弁によって車内に排出する気体の温度を調節するようにし、車両充電時の外部電源から反応器のヒータに通電することで、液体と反応済みの反応材から液体が蒸発し、反応前の状態に戻すようにしたので、電気自動車などの充電可能な二次電池を搭載している車両の空調に適用することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態にかかる車両空調システムの構成を示す模式図である。図２は、本発明の実施の形態にかかる車両空調システムの構成を示す模式図である。図３は、本発明の実施の形態にかかる車両空調システムを適用した車両の充電時を示す模式図である。図４は、本発明の実施の形態にかかる車両空調システムの充電時の状況を示す模式図である。図５は、本発明の実施の形態にかかるシート組込み式の車両空調システムの一適用例を示す模式図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解し得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎない。すなわち、本発明は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。

まず、本発明の実施の形態にかかる車両空調システムについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明では、車両空調システムの例として電気自動車に配設される車両空調システムを説明する。図１は、本実施の形態にかかる車両空調システム１の構成を示す模式図である。

車両空調システム１は、真空状態が維持された内部空間に液体Ｌｑが収容され、内部においてこの液体Ｌｑが蒸発または凝縮する蒸発／凝縮器１０と、真空状態が維持された内部空間が形成され、蒸発／凝縮器１０で蒸発した液体Ｌｑの流入によって化学反応する反応材Ｒを内部に有する反応器２０と、蒸発／凝縮器１０と反応器２０とを連通する連通管Ｃ１と、を備える。また、反応器２０には、少なくとも反応材Ｒに接触するヒータＨが設けられている。連通管Ｃ１は、バルブＢ（開閉部材）によって、連通状態が制御されている。

液体Ｌｑは、例えば水であり、反応材Ｒは、例えば酸化カルシウム（ＣａＯ）、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ_４）などである。なお、反応材Ｒは、少なくとも液体Ｌｑと発熱反応を生じ、反応温度領域が５０℃以上となるものであれば適用可能である。

また、蒸発／凝縮器１０および反応器２０は、それぞれ内部に熱交換器１１，２１を有する。熱交換器１１，２１には、一端側で配管Ｃ２に接続され、他端側において熱交換器１１，２１とそれぞれ接続する上流側配管Ｃ３，Ｃ４と、熱交換器１１，２１を通過した気体が流通する流路をなす下流側配管Ｃ５，Ｃ６と、が接続されている。熱交換器１１，２１は、ファンＦからの送風によって移動した気体が、配管Ｃ２から上流側配管Ｃ３，Ｃ４を介して内部に導入され、導入された気体の温度を加温または冷却して、下流側配管Ｃ５，Ｃ６に排出する。

また、下流側配管Ｃ５，Ｃ６は、熱交換器１１，２１との連結側と異なる側で連結配管Ｃ７とそれぞれ連結している。連結配管Ｃ７は、下流側配管Ｃ５，Ｃ６を通過した気体を外部に排出する排出路Ｃ７１を有し、略Ｔ字状をなす。連結配管Ｃ７は、実質的に下流側配管Ｃ５，Ｃ６を連結した流路を形成するとともに、両端から延出する配管Ｃ８，Ｃ９とそれぞれ連結している。配管Ｃ８，Ｃ９は、連結配管Ｃ７に連なる側と異なる側の端部から風を外部、例えば、電気自動車の車外に排出する。

ここで、配管Ｃ２と配管Ｃ３，Ｃ４との連結部分には、切替弁Ｖ１が設けられ、ファンＦからの送風による気体の流路を、配管Ｃ３，Ｃ４のいずれか、または半量ずつにするかを切り替えることができる。また、下流側配管Ｃ５、連結配管Ｃ７および配管Ｃ８の連結部分には、切替弁Ｖ２が設けられ、熱交換器１１を通過した気体の流路を、連結配管Ｃ７および配管Ｃ８のいずれかに切り替えることができる。下流側配管Ｃ６、連結配管Ｃ７および配管Ｃ９の連結部分には、切替弁Ｖ３が設けられ、熱交換器２１を通過した気体の流路を、連結配管Ｃ７および配管Ｃ９のいずれかに切り替えることができる。

また、連結配管Ｃ７の排出路Ｃ７１形成部分には、切替弁Ｖ４が設けられ、排出路Ｃ７１から外部に排出する気体の流路の切り替え、または排出量の調節を行うことができる。切替弁Ｖ４では、排出路Ｃ７１から外部に排出する気体の流路を、下流側配管Ｃ５，Ｃ６のいずれか、または半量ずつにするかを切り替えることができる。なお、切替弁Ｖ１〜Ｖ３によって流路の切り替え、および風量の調節が可能であれば、切替弁Ｖ４を有しない構成であってもよい。また、切替弁Ｖ１，Ｖ４の排出量の調整は、半量ほか、如何なる割合にも調整可能である。上述した切替弁Ｖ２〜Ｖ４によって、下流側配管Ｃ５，Ｃ６と、連結配管Ｃ７との連通状態を切り替えることができる。

上述した切替弁Ｖ１〜Ｖ４は、制御部３０の制御のもとで切り替え動作が行なわれる。制御部３０は、外部からの指示入力によって切替弁Ｖ１〜Ｖ４を切り替えるものであってもよいし、例えば、配管Ｃ２、下流側配管Ｃ５，Ｃ６、連結配管Ｃ７にそれぞれ設けられる温度センサＴｍ１〜Ｔｍ４から出力される温度情報をもとに切替弁Ｖ１〜Ｖ４を切り替えるものであってもよい。

なお、温度センサＴｍ１は、配管Ｃ２内の温度であって、ファンＦから熱交換器１１または熱交換器２１へ送られる気体の温度を計測する。温度センサＴｍ２は、下流側配管Ｃ５内の温度であって、熱交換器１１を通過した気体の温度を計測する。温度センサＴｍ３は、下流側配管Ｃ６内の温度であって、熱交換器２１を通過した風の温度を計測する。温度センサＴｍ４は、排出路Ｃ７１内の温度であって、排出路Ｃ７１をから外部に排出される気体の温度を計測する。

図２は、本実施の形態にかかる車両空調システム１の構成を示す模式図であって、バルブＢを開放した場合を示す図である。バルブＢを開放すると、蒸発／凝縮器１０および反応器２０の内部圧力が変化し、蒸発／凝縮器１０内の液体Ｌｑが蒸発する。また、この蒸発した液体Ｌｑは、連通管Ｃ１を介して反応器２０に流入する。反応器２０に流入した液体Ｌｑは、反応材Ｒに浸透する。液体Ｌｑの反応材Ｒへの浸透により、液体Ｌｑと反応材Ｒとが反応する。例えば、液体Ｌｑが水（Ｈ_２Ｏ）、反応材Ｒが酸化カルシウム（ＣａＯ）である場合、反応式ＣａＯ（ｓ）＋Ｈ_２Ｏ（ｇ）→Ｃａ（ＯＨ）_２＋Ｑ_Ｈ（Ｑ_Ｈは反応熱）で表される反応が生じる。

このとき、蒸発／凝縮器１０では、液体Ｌｑの蒸発により気化熱が生じる。熱交換器１１は、この気化熱によって冷熱を取り出して、配管Ｃ３から送られる気体を冷やす。また、反応器２０では、液体Ｌｑと反応材Ｒとの反応により反応材Ｒが発熱（反応熱Ｑ_Ｈ）する。熱交換器２１は、この発熱によって温熱を取り出して、上流側配管Ｃ４から送られる気体を暖める。

これにより、下流側配管Ｃ５を流通する気体は、上流側配管Ｃ３を流通する気体（ファンＦからの送風による気体）と比して冷たくなる。また、下流側配管Ｃ６を流通する気体は、上流側配管Ｃ４を流通する気体と比して暖かい。制御部３０が切替弁Ｖ２〜Ｖ４を切替制御することによって、連結配管Ｃ７の排出路Ｃ７１から排出される気体の温度を調整することができる。

つづいて、電気自動車の充電時の車両空調システム１について説明する。図３は、本実施の形態にかかる車両空調システム１を適用した電気自動車１００（車両）の充電時の状況を示す模式図である。図４は、本実施の形態にかかる車両空調システム１の充電時の構成を示す模式図である。

電気自動車１００が、外部電源５０に接続されて電池Ｅの充電を行っている際（図３参照）、車両空調システム１においてもヒータＨに通電して発熱させる。ヒータＨの発熱によって、反応材Ｒが加熱される。このとき、反応材Ｒに浸透し、反応材Ｒと反応した液体Ｌｑが蒸発し、連通管Ｃ１を介して蒸発／凝縮器１０に移動する。液体Ｌｑの蒸発／凝縮器１０への移動後、バルブＢを閉鎖する。例えば、液体Ｌｑが水（Ｈ_２Ｏ）、反応材Ｒが酸化カルシウム（ＣａＯ）である場合、反応式Ｃａ（ＯＨ）_２＋Ｑ_Ｈ→ＣａＯ（ｓ）＋Ｈ_２Ｏ（ｇ）で表される反応が生じる。

これにより、反応器２０内の液体Ｌｑを蒸発／凝縮器１０に移動させて、バルブＢを開放する前の状態（図１参照）に戻すことができる。さらに、バルブＢを開放することによって、上述した発熱および吸熱反応を再度生じさせることで、温熱および冷熱の取り出しが可能である。また、バルブＢを閉鎖しておくことによって、次に空調を使用するときまで、この状態を維持することができる。

なお、充電直後に暖房として車両空調システム１を使用する場合は、ヒータＨの過熱によって反応材Ｒが高温になっているため、上流側配管Ｃ４、熱交換器２１および下流側配管Ｃ６を通過した気体を用いて空調対象の空間を暖める。

図５は、本実施の形態にかかるシート組込み式の車両空調システム１の一適用例を示す模式図である。上述した車両空調システム１は、例えば車両用シート１１０の内部に配設されるシート内部配管１２０に連結することが可能である。具体的には、シート内部配管１２０と、上述した連結配管Ｃ７の排出路Ｃ７１とが連結される。シート内部配管１２０は、複数の開口を有し、例えば、一端で排出路Ｃ７１と連結するとともに、他端側の開口１２０ａが、乗車者２００が車両用シート１１０に座った状態の肩、背中、および脚に向いている。これにより、乗車者２００を直接暖める、または冷やすことができ、空調の効率を向上させることが可能となる。

上述したような構成を有することによって、車両空調システム１は、車両の送風口と連結配管Ｃ７の排出路Ｃ７１を連結して車内に送風することができるほか、図５に示すように、乗車者２００が座る車両用シート１１０に取り付けることも可能である。

上述した実施の形態によれば、蒸発／凝縮器内の液体を蒸発させて冷熱を取り出すとともに、反応器内においてこの蒸発した液体と反応材とを反応させて温熱を取り出し、切替弁によって車内に排出する気体の温度を調節するようにし、車両充電時の外部電源から反応器のヒータに通電することで、液体と反応済みの反応材から液体が蒸発し、反応前の状態に戻すようにしたので、電気自動車などの充電可能な二次電池を搭載している車両の空調に適用できる。

また、上述した実施の形態によれば、温熱および冷熱を同時に取り出すことが可能であり、例えば、暖房として使用する場合、切替弁Ｖ１および／または切替弁Ｖ４を排出路Ｃ７１の中間位置に配置して温風に対して冷風を混在させることによって、除湿の効果を得ることが可能となる。

なお、上述した実施の形態では、車両用空調システムが電気自動車に配設されるものとして説明したが、充電可能な車両、例えば、プラグインハイブリッド自動車であっても適用可能である。

以上のように、本発明にかかる車両用空調システムおよび車両用シートは、電気自動車などの充電可能な二次電池を搭載している車両の空調に適用する場合に有用である。

１車両用空調システム
１０蒸発／凝縮器
１１，２１熱交換器
２０反応器
１１０車両用シート
１２０シート内部配管
Ｃ１連通管
Ｃ２，Ｃ８，Ｃ９配管
Ｃ３，Ｃ４上流側配管
Ｃ５，Ｃ６下流側配管
Ｃ７連結配管
Ｃ７１排出路
Ｆファン
Ｔｍ１〜Ｔｍ４温度センサ
Ｖ１〜Ｖ４切替弁

Claims

充電可能な車両の空調を行う車両用空調システムであって、
液体が収容され、該液体の蒸発によって生じる熱を取り出す第１の熱交換器を有する蒸発／凝縮器と、
前記蒸発／凝縮器で蒸発した前記液体の流入によって化学反応する反応材と、該化学反応によって生じる熱を取り出す第２の熱交換器と、少なくとも前記反応材を加熱するヒータとを有する反応器と、
前記蒸発／凝縮器と前記反応器とを連通するとともに、該連通状態を制御する開閉部材を有する連通管と、
前記第１および第２の熱交換器にそれぞれ接続し、該第１および第２の熱交換器の内部へ送る気体の流路を形成する２つの上流側配管と、
一端で前記第１および第２の熱交換器にそれぞれ接続し、該第１および第２の熱交換器を通過した前記気体の流路をなす２つの下流側配管と、
前記２つの下流側配管の他端にそれぞれ連結するとともに、該下流側配管を通過した前記気体を外部に排出する排出路を有する連結配管と、
前記連結配管に設けられ、前記２つの下流側配管と前記連結配管との連通状態を切り替える切替弁と、
を備えたことを特徴とする車両用空調システム。
前記切替弁を制御する制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の車両用空調システム。
少なくとも前記排出路の温度を計測する温度センサをさらに備え、
前記制御部は、前記温度センサが計測した温度に関する情報をもとに前記切替弁を制御することを特徴とする請求項２に記載の車両用空調システム。
前記第１の熱交換器は、前記液体の蒸発によって生じる冷熱を取り出して、前記上流側配管から送られる前記気体を冷却し、
前記第２の熱交換器は、前記化学反応によって生じる温熱を取り出して、前記上流側配管から送られる前記気体を加熱することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の車両用空調システム。
充電可能な車両に設けられる車両用シートであって、
請求項１〜４のいずれか一つに記載の車両用空調システムと、
前記連結配管の前記排出路に連結し、該連結側と異なる側の端部が、当該シートの座面に位置するシート内部配管と、
を備えたことを特徴とする車両用シート。
前記シート内部配管は、前記連結側と異なる側の端部が複数に分岐されていることを特徴とする請求項５に記載の車両用シート。