JP2013249021A

JP2013249021A - 電気自動車等の空調装置

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Publication number: JP2013249021A
Application number: JP2012126628A
Authority: JP
Inventors: Takumasa Watanabe; 琢昌渡邊
Original assignee: YOKOHAMA NETSU RIYO GIJUTSU KENKYUSHO KK
Current assignee: YOKOHAMA NETSU RIYO GIJUTSU KENKYUSHO KK
Priority date: 2012-06-02
Filing date: 2012-06-02
Publication date: 2013-12-12
Anticipated expiration: 2032-06-02
Also published as: JP5522550B2

Abstract

【課題】
電気自動車やプラグインハイブリッド自動車など電気自動車等の車内に除湿材を設置し、乗員が発する水蒸気（不感常泄）を吸湿しウインドウの防曇や車内暖房を行う手段において、除湿材による水蒸気吸湿に伴う発熱により、温度上昇が発生し除湿材の吸湿率が低下する課題がある。
【解決手段】
電気自動車等に搭載される圧縮式空調装置の蒸発器伝熱面に除湿材を担持し、車室内空気を蒸発器から凝縮器を経由して車室へ循環する構成としたので、圧縮式空調装置の稼働により除湿材の温度上昇が防止され、高い吸湿率が維持されると共に、水蒸気吸湿熱が車室内暖房に活用される空調装置の提供が可能となった。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気自動車やプラグインハイブリッド自動車など（以下、電気自動車等という）の空調装置に関する。

近年、電気自動車等が実用化されているが、外気温度が低い条件での航続距離が著しく低下するという問題が発生している。

電気自動車等では、走行時のウインドウの曇り防止などの安全のために、車室内空気の絶対湿度を低く保つ目的で、低温・低湿度の外気を導入している。その後、導入した低温空気を（車室内暖房のために）車載バッテリーからの電力にて加温していることが航続距離低下の主因である。

従来の自動車では、エンジン排熱を利用し外気を加温しているが、電気自動車等では走行中に利用可能な排熱が少ないために、この手法は採用していない。

また、低温外気の加熱のために車載バッテリーの容量アップも考えられるが、電気自動車等の価格上昇に直結するため、電力消費を抑制できる車内空調装置の開発は喫緊の課題である。

ところで、電気自動車等の車室内で発生する水分は乗員が排出する水蒸気（不感常泄）であることに着目して、例えば下記特許文献１では、車体内部に除湿材を有する除湿ユニットを配置し、走行時に乗員から生じる水蒸気（不感常泄）を除湿材で吸湿し、ウインドウの曇り防止を行う技術が記載されている。

特許第４８０１１９７号

しかしながら、前記特許文献１記載の電気自動車用防曇・空調システムでは、除湿材（吸湿剤）が通過する空気から水分を吸湿する際に、除湿材や通過空気の温度上昇が発生し、空気の相対湿度が低下するため、除湿材の吸湿率が低下し、除湿材が吸湿できる水分量が減少すると言う問題が生じる。

一方、電気自動車等に設置される圧縮式空調装置は、冷媒の蒸発器と凝縮器ならびに膨張弁を備え、蒸発器は冷媒の気化に伴う蒸発潜熱を通過空気から吸収するので、通過空気は低温化する。蒸発器で気化された冷媒は圧縮機で圧縮され高圧・高温化する。この高温化した冷媒は凝縮器へ導かれ、凝縮熱を通過空気に与えることで液化する。この時に通過空気は高温となり暖房効果が生じる。その後、冷媒は膨張弁にて断熱的に膨張して低圧・低温化する。この冷媒を蒸発器にて気化し、再び圧縮機にて圧縮する冷媒の循環サイクルを構成している。

本発明の主たる課題は、電気自動車等に搭乗する乗員が排出する水蒸気（不感常泄）を除湿材が吸湿する際の温度上昇を抑制し、通過空気の相対湿度を高く保つことで、除湿材の吸湿率を増加させ、大量の水蒸気吸湿を可能とすると共に、通過する空気中の水蒸気が保有する潜熱を蒸発器内の冷媒に転嫁し、車内暖房に活用する電気自動車等の空調装置を提供することにある。

本発明によれば、車載バッテリー（１１）に蓄電された電力を電動機の主たる動力源として走行する電気自動車等の走行時に、車載の圧縮式空調装置の圧縮機（１）を稼働させると共に、第一の送風手段（４ａ）を用いて車室（３０）内の空気を、冷媒蒸発器（２）に導いた後に、冷媒凝縮器（３）を通過させた上で、加熱手段（５）を経由させ、車室（３０）内へ還流させる空気流路を有する空調装置であって、前記冷媒蒸発器（２）の熱交換表面部に除湿材を担持させた電気自動車等の空調装置が提供される。

また、本発明によれば、電気自動車等の車載バッテリー（１１）の充電時に、前記圧縮式空調装置の圧縮機（１）ならびに前記第一の送風手段（４ａ）を停止状態とした上で、第二の送風手段（４ｂ）を稼動し、外気を少なくとも車載バッテリー（１１）あるいは車載電力変換装置（１２）へ送気し、これらを通過した空気の全量あるいは一部を、前記加熱手段（５）を経由させてから、前記冷媒蒸発器（２）へ導き、冷媒蒸発器（２）の熱交換表面部に担持された除湿材を再生した後に、該空気を排気ダクト（１３）を経て車外へ排気する空気流路構成を有する電気自動車等の空調装置が提供される。

また、本発明によれば、冷媒蒸発器（２）の熱交換表面部に担持される除湿材は高分子収着剤である電気自動車等の空調装置が提供される。

除湿材（吸湿剤）が水分を吸湿すると、水蒸気の潜熱に相当する程度の吸湿熱が発生するため、除湿材や通過空気の温度上昇が生じる。本発明では、この時に車載の圧縮式空調装置を稼働させることで、冷媒蒸発器（２）を低温化し、通過空気と熱交換表面部に担持される除湿材の温度上昇を防止している。その結果、通過空気は低温となるので相対湿度は高く維持できる。このため、除湿材の吸湿率も高く維持でき、結果的に除湿材は大量の水分を吸湿可能となり、電気自動車等の車室（３０）内の空気の絶対湿度を長時間にわたり所定値内に維持できる。

また、本発明では除湿材の再生を、電気自動車等の停止時でかつ車載バッテリー（１１）の充電時に実施するので、車載バッテリー（１１）あるいは車載電力変換装置（１２）から発生する充電に伴う損失熱を除湿材の再生に利用可能となる。すなわち、充電時に第二の送風手段（４ｂ）を稼働させ、外気を少なくとも車載バッテリー（１１）あるいは車載電力変換装置（１２）へ送気して、温度上昇した後の空気の全量あるいは一部を、外部電力を利用する電気的な加熱手段（５）にて、更に適温まで温度上昇させた後に冷媒蒸発器（２）へ導いている。これにより冷媒蒸発器（２）の熱交換表面部に担持された除湿材の再生が効果的に実施可能となる。

また、本発明では冷媒蒸発器（２）の熱交換表面部に担持された除湿材として、高分子収着剤を用いているので、８０℃程度以下の比較的低温の空気にて除湿材の再生が可能となるほか、シリカゲルやゼオライト、活性炭などの除湿材に比して、相対湿度が７０％以上の高湿度領域での吸湿率を高く維持できる。

以上説明したとおり、本発明による電気自動車等の空調装置を用いれば、電気自動車等の走行時などで、乗員が発する水蒸気（不感常泄）を長時間にわたり、冷媒蒸発器（２）に担持された除湿材（高分子収着剤）が吸湿するので、車室（３０）内の空気の絶対湿度は所定値以下に制御され、フロントウインドウなどの曇り発生が抑制できる。その結果、防曇のための車室内への外気導入量を大幅に削減可能となる上、除湿材が発する吸湿熱も暖房に使用できるから、車室内暖房のための使用電力が抑制され、電気自動車等の連続走行可能距離の低減が回避できる。

本発明に係る電気自動車等に設置される空調装置の構成図である。空調装置は圧縮機（１）、冷媒蒸発器（２）、冷媒凝縮器（３）、送風手段（４ａ、４ｂ）、加熱手段（５）、膨張弁（６）、ガイドベーン（８）、流路切り替え手段（１４ａ、１４ｂ）、ならびに冷媒蒸発器（２）の熱交換表面部に担持された除湿材（吸湿剤）、通風ダクトなどから構成される。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。

図１に示すように、本発明による電気自動車等の空調装置では、走行時において、車載の圧縮式空調装置の圧縮機（１）を稼働させた上で、第一の送風手段（４ａ）を稼働させ、車室（３０）からの空気を冷媒蒸発器（２）に導いた後に、冷媒凝縮器（３）を通過させた後、通過空気温度の計測手段（７）による計測温度が所定値以下の場合は加熱手段（５）を稼働させ、所定温度とした後に、車室（３０）内へ還流させる空気流路を構成している。

また、図１に示すように、本発明による電気自動車等の空調装置では、停車時であって、かつ車載バッテリー（１１）の充電時において、車載の圧縮式空調装置の圧縮機（１）ならびに前記第一の送風手段（４ａ）を停止させた上で、第二の送風手段（４ｂ）を稼働させ、外気を少なくとも車載バッテリー（１１）あるいは車載電力変換装置（１２）へ送気して、これらを通過した後の空気の全量あるいは一部の空気の温度を通過空気温度の計測手段（７）にて計測し、その計測温度が所定値以下の場合は加熱手段（５）を稼働させ、当該空気を加熱手段（５）を経由した後に、冷媒蒸発器（２）を通過させて、冷媒蒸発器（２）の熱交換表面部に担持された除湿材（吸湿剤）を再生し、排気ダクト（１３）を経由して車外へ排気する空気流路構成を形成している。

また、図１に示すように、本発明による電気自動車等の空調装置では、制御装置（１６）は、走行状態あるいは充電状態を検出した上で、圧縮式空調装置の圧縮機（１）の運転・停止、送風手段（４ａ）および（４ｂ）の運転・停止、通過空気温度の計測手段（７）による温度測定結果に基づき加熱手段（５）の運転・停止ならびに出力調整、流路切り替え手段（１４ａ）および（１４ｂ）の流路切り替えのためのガイドベーン（８）の駆動制御などを行う構成としている。

電気自動車等の空調装置の構成と作用
例えば冬季など外気温が相対的に車内温度に比べて低い状態においては、ウインドウも低温となるために、比較的短時間で乗員から発生する水蒸気（不感常泄）がウインドウに結露し曇りが発生する。これを避けるために、従来の電気自動車等では、相対的に絶対湿度の低い外気を車内に取り込んでいるが、車内温度が低下するため車載バッテリーからの電力を暖房に使用している。

このように、従来の電気自動車等では外気が低温となる季節の走行時において、車内暖房や視界確保のために車載バッテリー（１１）からの電力を消費しているので、航続可能距離が短縮することが大きな課題となっている。

この解決に向けて車内に除湿材を設置し、乗員が発する水蒸気（不感常泄）を吸湿させる新しい技術が見られるが、除湿材が水分を吸湿する際に発熱するため、通過空気温度が上昇し、通過空気の相対湿度が低下する現象が発生する。除湿材の吸湿率は相対湿度に依存し、相対湿度が低下すると吸湿率も低下するので、除湿材が吸える水分量は減少してしまう。

本発明による電気自動車等の空調装置では、電気自動車等の走行時に除湿材が乗員からの水蒸気（不感常泄）を吸湿する際の通過空気の温度上昇を防止する技術を提供している。すなわち、走行時に圧縮式空調装置を稼働させ、冷媒蒸発器（２）の温度を低下させると共に、除湿材を冷媒蒸発器（２）の熱交換表面に担持する方式とした。これにより、除湿材が通過する空気から水蒸気を吸湿しても、その温度上昇を防止可能となる。その結果、通過空気の相対湿度は高く維持できるため、除湿材の吸湿率も上昇するので同じ量の除湿材であっても、大量の水蒸気を吸湿可能となる。また、冷媒蒸発器（２）において冷媒は除湿材が発する吸湿熱を得て蒸発し、その熱量を維持した後に冷媒凝縮器（３）にて凝縮熱として発生させるので、除湿材の吸湿熱を暖房に利用することが可能となる。

このように、本発明による電気自動車等の空調装置では、除湿材（２）の吸湿率を高く維持できると共に、除湿材の吸湿熱を暖房に利用できるので、走行時において乗員から発生する水蒸気を長時間にわたり吸湿可能となり、電気自動車等のフロントウインドウ等に発生する曇りの低減効果が確保できるうえ、乗員が発する水蒸気（不感常泄）の潜熱を車室内の暖房にも活用できる。

１・・・圧縮機、
２・・・冷媒蒸発器、
３・・・冷媒凝縮器、
４ａ・・・第一の送風手段（ファン）、
４ｂ・・・第二の送風手段（ファン）、
５・・・加熱手段（電気ヒーター）、
６・・・膨張弁、
７・・・空気温度計測手段、
８・・・流路切り替え装置のガイドベーン
１１・・・車載バッテリー
１２・・・車載電力変換装置
１３・・・排気ダクト
１４ａ・・・流路切り替え手段、
１４ｂ・・・流路切り替え手段、
１５・・・車室ダクト、
１６・・・電気的制御手段

Claims

車載バッテリー（１１）に蓄電された電力を電動機の動力源として走行する電気自動車等の車体内部に、冷媒の蒸発器（２）、凝縮器（３）、膨張弁（６）を備え、電気自動車等の走行時に前記圧縮式空調装置の圧縮機（１）を稼働させると共に、第一の送風手段（４ａ）を稼働させ、車室（３０）からの空気を冷媒蒸発器（２）へ導いた後に、前記冷媒凝縮器（３）を通過させた上で、車室ダクト（１５）を経由して、車室（３０）内や、少なくともフロントウインドウなどのウインドウへ向けて噴出還流させる空気流路構成とした圧縮式空調装置であって、前記冷媒蒸発器（２）の熱交換表面部に除湿材を担持させたことを特徴とする電気自動車等の空調装置。
請求項１に記載の電気自動車等の空調装置において、電気自動車等の車載バッテリー（１１）の充電時に、前記圧縮式空調装置の圧縮機（１）を停止状態として、第二の送風手段（４ｂ）を稼働させ、空気導入ダクトを介して、外気を少なくとも車載バッテリー（１１）あるいは車載電力変換装置（１２）へ送気し、これらを通過した後の空気の全量あるいは一部を、空気ダクトを介して加熱手段（５）を経由させた後に、冷媒蒸発器（２）の熱交換表面部に担持させた除湿材と接触させた後に、排気ダクト（１３）を経て車外へ排気する空気流路構成としたことを特徴とする電気自動車等の空調装置。
請求項１、２に記載の電気自動車等の空調装置であって、電気自動車等の走行時に、第一の送風手段（４ａ）にて車室（３０）から送られた空気は、冷媒蒸発器（２）を経た後に冷媒凝縮器（３）を通過し、その後に前記加熱手段（５）を経由して、車室（３０）へ還流させる空気流路構成としたことを特徴とする電気自動車等の空調装置。
請求項１、２、３に記載の電気自動車等の冷媒蒸発器（２）の熱交換表面部に担持される除湿材は、高分子収着剤であることを特徴とする電気自動車等の空調装置。
請求項１、２、３に記載の電気自動車等の空調装置において、電気自動車等の車載バッテリー（１１）の充電時に、前記圧縮式空調装置の圧縮機（１）を停止状態として、第二の送風手段（４ｂ）を稼働させ、第一の送風手段（４ａ）と冷媒蒸発器（２）の間の空気流路に、ガイドベーン（８）の切換によって、前記第二の送風手段（４ｂ）から送られた空気を、排気ダクト（１３）へ導く流路切り替え手段（１４ａ）と、電気自動車等の走行時に前記圧縮式空調装置の圧縮機（１）を稼働させると共に、第一の送風手段（４ａ）を稼働させ、第二の送風手段（４ｂ）と加熱手段（５）の間の空気流路に、ガイドベーン（８）の切換によって、前記第一の送風手段（４ａ）から送られた空気を、車室ダクト（１５）へ導く流路切り替え手段（１４ｂ）を設置したことを特徴とする電気自動車等の空調装置。
請求項１、２、３、５に記載の電気自動車等の空調装置において、圧縮式空調装置の圧縮機（１）の運転・停止、送風手段（４ａ）および（４ｂ）の運転・停止、加熱手段（５）の運転・停止・出力調整、流路切り替え手段（１４ａ）および（１４ｂ）の流路切り替えのためのガイドベーン（８）の駆動などを行う電気的制御手段（１６）を設置したことを特徴とする電気自動車等の空調装置。