JP5220354B2

JP5220354B2 - 電気自動車の冷暖房装置

Info

Publication number: JP5220354B2
Application number: JP2007167223A
Authority: JP
Inventors: 浩清水
Original assignee: 株式会社クリーンクラフト
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2027-06-26
Also published as: JP2009006738A

Description

本発明は、電気自動車の冷暖房装置に関するものである。

従来の自動車の冷暖房装置は、暖房には内燃機関の熱を利用する方式が、冷房にはコンプレッサを用いた冷却方式、即ち冷媒が気化する際に発生する吸熱反応を利用する方式が用いられてきた。
また、昨今は、ハイブリッド型自動車のバッテリーを利用して乗員が車両に乗車する前にプレ空調を行う車両用空調装置も提案されている（下記特許文献１参照）。

さらに、車両用居眠りを検出するために、空気が流れる空気通路と、前記空気通路内に設けられ、前記空気通路を流れる空気と熱交換する熱交換器と、前記空気通路内に形成され、前記熱交換器をバイパスして空気を流すバイパス通路と、前記バイパス通路及び前記熱交換器の空気下流側に配置され、かつ車室内のシートに設けられ、前記空気通路内を流れる空気を前記シートに着座した乗員に向けて吹き出す吹出口と、変位可能に支持され、前記熱交換器に空気が流入することを防止するドアと、前記ドアを変位させる駆動部と、前記吹出口からの送風量を増加させる条件が生じたとき、前記駆動部を制御して前記熱交換器に空気が流入することを防止するように前記ドアを変位させる制御部と、を備えることを特徴とする車両用シート空調装置が開示されている（下記特許文献２参照）。
特開２００７−７６５４４号公報特開２００７−１０６３３９号公報

しかしながら、電気自動車の場合は、内燃機関自動車のように熱源がない。そのため、暖房のエネルギー源として、例えばインバータの放熱を利用することが考えられるが、暖房温度を常時適正に制御するためには、電池に蓄えられた電気エネルギーを利用することが必要であった。
また、冷房については、コンプレッサ式の冷房装置を利用することができるが、この種の冷房装置を作動させるためには数ｋＷの電力が必要であり、冷房装置を作動させると蓄電池の電力消費量が増加し、一充電あたりの走行距離が短くなるという問題があった。

さらに、一人乗り等のミニサイズの電気自動車の場合、乗員席周りに車室が区画されておらず、オープンになっている形式のものが多々見受けられる。この種のミニサイズの電気自動車においては、車室内の空気を冷房又は暖房することにより冷暖房を行うという従来の方式は採用することができないという問題があった。
また、上記した特許文献２によれば、空調のための空気系統を具備しなければならずその空調システムが複雑とならざるを得ないものであった。

本発明は、上記状況に鑑みて、乗員周りの空気を冷暖房するのではなく、乗員が接触する部位（座席の座面、背面、及びステアリングホイール）の内側に冷暖房ユニットを設け、乗員の体に直接熱伝導による冷暖房作用を及ぼすようにした電気自動車の冷暖房装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕電気自動車の冷暖房装置において、熱電変換素子を用いた冷暖房ユニットを乗員が接触する部位の内側に配置し、前記冷暖房ユニットから前記乗員が接触する部位への熱伝導により前記乗員の冷暖房を行うようにした電気自動車の冷暖房装置であって、前記乗員が接触する部位が座席の座面、座席の背面及びステアリングホイールであり、前記冷暖房ユニットは、前記熱電変換素子としてペルチェ素子を用い、このペルチェ素子を熱伝導性の良い伝熱部材に装着し、前記ペルチェ素子の冷房又は暖房作用を、前記伝熱部材を介して前記乗員が接触する部位に伝達するとともに前記冷暖房ユニットは、前記熱電変換素子の裏面に、車体の外部に接続する熱伝導部材を備え、冷房時における熱の放出、及び暖房時における熱の吸収を前記熱伝導部材を介して車体の外部で行うことを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載の電気自動車の冷暖房装置において、前記伝熱部材に記度センサーを取り付け、この温度センサーの温度に応じて前記熱電変換素子の温度を制御することを特徴とする。
すなわち、乗客の周りの空気を冷暖房するのではなく、乗員が接触する部位、例えば、座席に冷暖房ユニットを設けて、乗員の体に熱伝導により冷暖房効果を及ぼすので、座席がオープンになっているミニサイズの電気自動車にも十分に適用することができる。また、座席を部分的に冷暖房すれば良いので、消費電力を極力少なくすることができる。

また、熱電変換素子にペルチェ素子を用い、このペルチェ素子を熱伝導性の良い伝熱部材に装着する。このペルチェ素子の冷房又は暖房作用を乗員が接触する座席の座面又は背面、或いはステアリングホイールの内部に伝熱部材を介して伝達するものであり、座席の座面又は背面或いはステアリングホイールの広い範囲にわたって、熱電交換素子であるペルチェ素子の冷房及び暖房効果を奏することができる。

さらに、熱電変換素子であるペルチェ素子の裏面に、車体外に連通する熱伝導部材を設け、冷房動作時に裏面に発生する熱の放出、及び暖房時に裏面に発生する熱の吸収を、この熱伝導部材を介して車体の外部で行う。そのため車室内に座席が設けられた車両においても、冷房時の放熱或いは暖房時の吸熱により車室内の温度が影響を受ける虞がない。
また、ステアリングホイールの内部ににもこのステアリングホイールの表面温度を制御するための熱電変換素子としてのペルチェ素子を設けているので、暑い夏や寒い冬にも、ステアリングホイールを快適な温度に保つことができる。

本発明によれば、電気自動車の冷暖房装置として、熱電変換素子を備えた冷暖房ユニットを座席の座面、背面及びステアリングホイールに設けるようにしているので、特に、乗員の座席が大気に解放されているオープン形式のミニサイズの電気自動車の冷暖房装置として適用することができる。また、冷暖房範囲が座席、ステアリングホイールなどに乗員が直接接触する部分に限定できるので、消費電力を極力少なくすることができ、電気自動車の一充電あたりの走行距離への影響を最小に抑えることができる。

本発明の電気自動車の冷暖房装置は、熱電変換素子を用いた冷暖房ユニットを乗員が接触する部位の内側に配置し、前記冷暖房ユニットから前記乗員が接触する部位への熱伝導により前記乗員の冷暖房を行うようにした電気自動車の冷暖房装置であって、前記乗員が接触する部位が座席の座面、座席の背面及びステアリングホイールであり、前記冷暖房ユニットは、前記熱電変換素子としてペルチェ素子を用い、このペルチェ素子を熱伝導性の良い伝熱部材に装着し、前記ペルチェ素子の冷房又は暖房作用を、前記伝熱部材を介して前記乗員が接触する部位に伝達するとともに前記冷暖房ユニットは、前記熱電変換素子の裏面に、車体の外部に接続する熱伝導部材を備え、冷房時における熱の放出、及び暖房時における熱の吸収を前記熱伝導部材を介して車体の外部で行う。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
まず、本発明の実施例について、図１及び図２を参照しながら説明する。
図１は本発明の実施例を示す一人乗りミニサイズの電気自動車を示す模式図、図２は本発明の実施例を示す冷暖房装置の構成図である。
図１において、一人乗りのミニサイズの電気自動車１は、前輪２及び後輪３を有しており、車内に操舵手段であるステアリングホイール４及び運転手のための座席８を設けている。

そして、ステアリングホイール４内にはステアリングホイール用冷暖房装置５が取り付けられており、そのステアリングホイール用冷暖房装置５は、ステアリングホイール用冷暖房ユニット６とこの冷暖房ユニット６の裏面に取り付けられ、冷暖房制御時に放熱又は吸熱される熱量を車外に伝達するための熱伝導部材７を備えている。
また、８は座席であって、その座面部９内には、座面部用冷暖房ユニット１１及び熱伝導部材１２を備えた座面部用冷暖房装置１０が設けられている。また、座席８の背面部１３内にも、座席背面用冷暖房ユニット１５及び熱伝導部材１６を備えた座席背面用冷暖房装置１４を設けている。

ステアリングホイール４に設けられた熱伝導部材７、座面部９に設けられた熱伝導部材１２及び背面部１３に設けられた熱伝導部材１６は車体外に設けられた金属製の放熱板１７に接続されており、これらの熱伝導部材に伝達された熱量は、吸熱を含めて金属製の放熱板１７に伝達され、車体外に放熱又は車体外から吸熱される。
次に、冷暖房装置の具体的構成を、座面部９に設けられた座面部用冷暖房装置１０について説明する。

図２において、１８は熱電変換素子であるペルチェ素子を複数個モジュール化したペルチェモジュールであり、直流電源２２の電流の方向によって、冷房（吸熱）作用と暖房（発熱）作用とをコントローラ２１で切り換えることができる。このペルチェモジュール１８は、例えば、熱伝導性の良い金属からなる伝熱部材１９に密着して装着されており、ペルチェモジュール１８表面での冷房及び暖房効果は伝熱部材１９に伝達され、座席８の座面部９に伝達される。なお、伝熱部材１９の大きさは座席８の座面部９全体に冷房或いは暖房効果が及ぶ大きさに構成されている。なお、２３は伝熱部材１９の温度を検出する温度センサーである。

ぺルチェモジュール１８の裏面には、上記した熱伝導率の良い金属製の熱伝導部材１２が密着して装着されており、ペルチェモジュール１８が冷房（吸熱）作用をしている時には、ペルチェモジュール１８の裏面に発生する熱は熱伝導部材１２に伝達され、金属製の放熱板１７により車外に放出される。一方、ペルチェモジュール１８が暖房（発熱）作用をしている時には、ペルチェモジュール１８の裏面には吸熱作用が生じるので、車外の熱が金属製の放熱板１７を介して、熱伝導部材１２よりペルチェモジュール１８の裏面に供給される。なお、２０は熱伝導部材１２を被覆する断熱部材で、熱伝導部材１２に伝達される熱、或いは熱伝導部材１２から吸熱される熱が周囲の車体部材に伝わるのを防止するためのものである。

また、２１はペルチェモジュール１８の冷暖房（吸熱・発熱）動作を制御するコントローラである。２２は直流電源である蓄電池であり、２４はペルチェモジュール１８の温度を設定するための温度設定器である。
例えば、外気の温度が高く、座席８の座面部９の温度が高い状態で、冷房のため温度設定器２４の設定温度を２０度に設定すると、コントローラ２１は座面部９の内側にある伝熱部材１９に取り付けられた温度センサー２３で検出された温度と温度設定器２４の温度を比較して、ペルチェモジュール１８に順方向の電流を流し、伝熱部材１９の温度を２０度まで冷却する。従って、座面部９の座面の温度は２０度まで下がり、座面部９に座る乗員に冷却感覚を与えることができる。

また、逆に、外気の温度が低い冬季に、暖房のため温度設定器２４の設定温度を例えば２５度に設定すると、コントローラ２１は、設定温度２５度と温度センサー２３で検出される座面部９の温度とを比較し、ペルチェモジュール１８に逆方向の電流を流し、ぺルチェモジュール１８を発熱作動させ、設定温度の２５度になるまで発熱する。この熱量は伝熱部材１９に伝達されて座面部９の座面の温度を２５度まで加熱し、座面部９に座る乗員に暖房感覚を与える。

なお、座席８の背面部１３に設けた冷暖房装置１４及びステアリングホイール４に設けた冷暖房装置５の構成及び作用は、座席８の座面部９に設けた冷暖房装置１０の構成及び作用と基本的に同一である。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の電気自動車の冷暖房装置は、乗員の座席が大気に解放されているオープン形式のミニサイズの電気自動車の冷暖房装置として利用可能である。

本発明の実施例の一人乗りミニサイズの電気自動車を示す模式図である。本発明の実施例の冷暖房装置の構成図である。

１一人乗りのミニサイズの電気自動車
２前輪
３後輪
４ステアリングホイール
５ステアリングホイール用冷暖房装置
６ステアリングホイール用冷暖房ユニット
７，１２，１６熱伝導部材
８座席
９座席の座面部
１０座面部用冷暖房装置
１１座面部用冷暖房ユニット
１３座席の背面部
１４座席背面用冷暖房装置
１５座席背面用冷暖房ユニット
１７放熱板
１８ペルチェモジュール
１９伝熱部材
２０断熱部材
２１コントローラ
２２直流電源
２３温度センサー
２４温度設定器

Claims

電気自動車の冷暖房装置において、熱電変換素子を用いた冷暖房ユニットを乗員が接触する部位の内側に配置し、前記冷暖房ユニットから前記乗員が接触する部位への熱伝導により前記乗員の冷暖房を行うようにした電気自動車の冷暖房装置であって、前記乗員が接触する部位が座席の座面、座席の背面及びステアリングホイールであり、前記冷暖房ユニットは、前記熱電変換素子としてペルチェ素子を用い、該ペルチェ素子を熱伝導性の良い伝熱部材に装着し、前記ペルチェ素子の冷房又は暖房作用を、前記伝熱部材を介して前記乗員が接触する部位に伝達するとともに前記冷暖房ユニットは、前記熱電変換素子の裏面に、車体の外部に接続する熱伝導部材を備え、冷房時における熱の放出、及び暖房時における熱の吸収を前記熱伝導部材を介して車体の外部で行うことを特徴とする電気自動車の冷暖房装置。
前記伝熱部材に温度センサーを取り付け、該温度センサーの温度に応じて前記熱電変換素子の温度を制御することを特徴とする請求項１記載の電気自動車の冷暖房装置。