JP6034042B2 - 車両空調システム及び自動車 - Google Patents

Description

本発明は、自動車におけるモータなど熱源から熱を効率よく回収し、車両空調に利用する車両空調システム及び自動車に関する。

従来、車両空調システムでは、外部から取り込んだエア等を加熱または冷却して、車内に送風する。例えば、暖房を行うには、暖房経路内を循環する熱媒体をヒータ等で加熱して、高温の熱媒体とエアとを熱交換させながら、温風を車内に送風する。また、冷房を行うには、コンデンサ、エバポレータ等が設けられた冷却経路内に熱媒体を循環させて冷却し、低温の熱媒体とエアとを熱交換させながら冷風を車内に送風する。

また、このような車両空調システムにおいて、エンジン等の熱源からの熱を回収して利用する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、車両用空調ユニットとして、水空気熱交換器と蓄熱タンクと水熱交換器とペルチェ素子とを備えたものが開示されている。上記車両用空調ユニットにおいて、水熱交換器と車両システム及びラジエータとは配管を介して接続され、蓄熱材に蓄えられた正又は負の熱量によって初期空調としての暖房又は冷房を行う。また車両システムの排熱を水空気熱交換器の水に放熱して周りの空気を加熱し、定常空調としての暖房を行ったり、水空気熱交換器内の水から吸熱して周りの空気を冷却し、定常空調としての冷房を行ったりすることが記載されている。

特開２０１１−１４３９１１号公報

しかしながら、上述の特許文献１では、ペルチェ素子の一方の面が車両システム側を循環する配管との熱交換を行う水熱交換器と接続され、他方の面が周囲の空気と熱交換を行う水空気熱交換器と接続され、また、この水空気熱交換器が熱媒体を介して蓄熱材と熱的に接続される構造となっている。このため、車両システム側を循環する熱媒体の熱を蓄熱材に移動するには、ペルチェ素子により水熱交換器に取り込まれた熱媒体の熱を吸熱し、ペルチェ素子の反対面に放熱して水空気熱交換器内の熱媒体に熱を移動し、その熱媒体を循環させて蓄熱材を蓄熱する。したがって、熱移動がペルチェ素子→熱媒体→蓄熱材の順で行われるため、車内用流路を循環する熱媒体に蓄えられた熱量は時間経過と共に外部へ廃熱されてしまい、熱を有効に利用できないという問題があった。

一方、近年は電気自動車が増加しており、例えば、駆動源として、化石燃料を燃焼するエンジンに代わってモータが用いられる場合がある。このようなモータが発する熱量は、従来のエンジンよりも少ないため、暖房用のエアを加熱するためには、より効率のよい熱回収方法が要求される。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、車内の空調における熱利用をより効率よく行うことが可能な車両空調システム等を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するため、第１の発明は、車内熱交換器との間で熱媒体を循環させる車内熱交換経路と、前記車内熱交換経路に接続された第１熱交換器と、前記第１熱交換器に一方の面が接するように設けられた第１ペルチェ素子と、前記第１ペルチェ素子の他方の面に接続された蓄熱部と、前記第１ペルチェ素子の熱移動の方向を切り替える制御部と、自動車の駆動源である熱源を熱媒体で循環冷却する熱源側冷却経路と、前記熱源側冷却経路に接続された第２熱交換器と、前記第２熱交換器に一方の面が接するように設けられた第２ペルチェ素子と、を備え、前記第２ペルチェ素子の他方の面には前記蓄熱部が接続され、前記制御部は、車両走行開始時において、前記蓄熱部から前記車内熱交換経路の熱媒体に熱を移動させることが可能であり、更に、車両走行中において、前記第２ペルチェ素子により前記熱源側冷却経路の熱媒体の熱を吸熱し、前記蓄熱部側に熱移動させることが可能であることを特徴とする車両空調システムである。

第１の発明によれば、第１熱交換器と第１ペルチェ素子と蓄熱部とを直接接続するため、熱移動における無駄がなく、効率よく熱利用できる。また、走行開始直後にペルチェ素子によって蓄熱部材に蓄熱された熱を吸熱し、車内熱交換経路を循環する熱媒体へ放熱することができる。走行開始直後であっても蓄熱部の熱を利用して即時に車内熱交換経路の熱媒体を温めることができる。さらに、ペルチェ素子の吸熱動作によって車両の駆動装置等の熱源から発生する熱を積極的に回収し、蓄熱部を介して車内熱交換経路に放熱することができる。このため、熱源の廃熱を有効に利用することができる。また、蓄熱部を第１ペルチェ素子及び第２ペルチェ素子で挟み込む構造としているため、蓄熱部から外部への廃熱を少なくできる。よって、長時間駐車しても次回走行時に蓄熱部に蓄えた熱を使用できる。

また、前記制御部は、車両走行停止時において、前記第1ペルチェ素子の熱移動の方向を反転させ、前記車内熱交換経路の熱媒体の熱を前記蓄熱部に蓄熱することが望ましい。

これにより、走行停止直後の、温まった熱媒体の熱をペルチェ素子により強制的に吸熱し、蓄熱部へ蓄熱することができる。したがって、熱の無駄をなくすことができる。

また、前記車内熱交換経路には、ヒータが設けられるようにしてもよい。

ヒータを設けることにより、より確実に車内の暖房を行うことができる。

また、前記制御部は、車両走行中において、前記第１ペルチェ素子により前記車内熱交換経路の熱媒体の熱を吸熱し、前記蓄熱部側に熱移動させるとともに、前記第２ペルチェ素子により前記蓄熱部の熱を吸熱し、前記熱源側冷却経路の熱媒体に熱移動させることが可能であることが望ましい。

これにより車内熱交換経路の熱媒体の熱を吸熱して熱源側冷却経路の熱媒体に熱移動させ、循環冷却することが可能となり、車内を冷房できる。

前記制御部は、車両停止時において、前記第１ペルチェ素子により前記蓄熱部の熱を吸熱し、前記車内熱交換経路の熱媒体に熱移動させることが可能であることが望ましい。

これにより、車両停止中は、前記車内熱交換経路の低温の熱が蓄熱部に熱移動されるため、蓄熱部に蓄冷することができる。

また、自動車の現在位置情報を取得する位置情報取得手段と、場所に関する情報を含む地図情報を記憶する記憶部と、を更に備え、前記制御部は、前記位置情報取得手段によって車両が走行を停止した位置情報を取得し、取得した位置情報に関連付けられている場所情報を前記地図情報から取得し、取得した場所情報に応じて、車両走行停止時において、前記第１ペルチェ素子の動作を制御することが望ましい。

これにより現在の駐車場所に応じてペルチェ素子の動作を切り替え、蓄熱するか否かを切り替えることができる。これにより、ユーザが特に意識しなくても停車中に効率よく熱利用することが可能となる。

第２の発明は、第１の発明に係る車両空調システムを搭載した自動車である。

第２の発明により、効率良く熱を回収して車内の空調に利用可能な自動車を提供することができる。

本発明によれば、車内空調における熱利用をより効率よく行うことが可能な車両空調システム等を提供することができる。

本発明に係る車両空調システム１の構成を示すシステム構成図。 車両空調システム１の熱交換装置４の内部構成を示す図。 車両空調システム１の制御フローを示すフローチャート。 車両空調システム１の各動作状態（即暖時、定常時、停止時）における熱移動の方向を示す図。 ペルチェ素子の切替タイミングと蓄熱材、暖房水の各温度変化を示す図。 車両空調システム１ａの構成を示すシステム構成図。 車両空調システム１ａの熱交換装置４ａの内部構成を示す図。 車両空調システム１ａの制御フローを示すフローチャート。 車両空調システム１ａの各動作状態（即暖時、定常暖房時）における熱移動の方向を示す図。 車両空調システム１ａの蓄熱時における熱移動の方向を示す図。 各ペルチェ素子の切替タイミングと蓄熱材、暖房水の各温度変化を示す図。 車両空調システム１ａの各動作状態（即冷時、定常冷房時）における熱移動の方向を示す図。 各ペルチェ素子の切替タイミングと蓄熱材、冷房水の各温度変化を示す図。 車両空調システム１ｂの構成を示すシステム構成図。 車両空調システム１ｂの制御フローを示すフローチャート。

以下、本発明の第１の実施の形態にかかる車両空調システム１について説明する。図１は車両空調システム１の全体構成を示すシステム構成図、図２は車両空調システム１の熱交換装置４の内部構成を示す図である。図１に示すように、車両空調システム１は、主に、車内熱交換経路２、ポンプ８ａ、熱交換装置４、ヒータ１０、車内熱交換器９、制御部５等を備える。熱交換装置４は、車内熱交換経路２と接続された熱交換器４１、熱交換器４１と一方の面で接続されたペルチェ素子４３、ペルチェ素子４３の他方の面と接続された蓄熱部４５を備える。車両空調システム１は、自動車内の暖房を行うための空調システムである。

車内熱交換経路２は、車内熱交換経路２内を循環する熱媒体と、車内を暖房するためのエアとを熱交換するための経路である。車内熱交換経路２には、ポンプ８ａ、熱交換器４１、ヒータ１０、車内熱交換器９等が設けられ、熱媒体として水等が循環する。また、車内熱交換経路２の循環方向（図中矢印Ａ方向）に対して、熱交換装置４の熱交換器４１の下流側にヒータ１０が設けられ、更にヒータ１０の下流側に車内熱交換器９が設けられる。

ポンプ８ａは、車内熱交換経路２内の熱媒体（以下、本第１の実施の形態において暖房水ともいう）を循環させるものである（図中矢印Ａ方向）。車内熱交換器９は、車内熱交換経路２内を循環する熱媒体の熱と車内を暖房するためのエアの熱を熱交換し、エアを車内に送り込む。ヒータ１０は、車内熱交換経路２内の熱媒体を加熱する部位である。ヒータ１０は、制御部５に接続される。

熱交換装置４は、車内熱交換経路２を循環する熱媒体の熱を取り込み、蓄熱部４５との間で熱交換するものである。熱交換装置４は制御部５に接続される。

図２に示すように、熱交換装置４は、熱交換器４１、ペルチェ素子４３、蓄熱部４５を備える。熱交換器４１は車内熱交換経路２に接続される。ペルチェ素子４３は、熱交換器４１に片面が接続され、反対面が蓄熱部４５の熱伝導体４５３に接続される。

熱交換器４１は、車内熱交換経路２内の熱媒体（暖房水）と蓄熱部４５との間で熱交換を行うものである。熱交換器４１は、例えば、内部にフィン４１１が設けられた中空の熱伝導体４１２により構成される。熱交換器４１は、車内熱交換経路２内を循環する熱媒体（暖房水）を取り込み、フィン４１１及び熱伝導体４１２を介して熱媒体（暖房水）と蓄熱部４５（ペルチェ素子４３）との間で熱交換を行う。熱交換器４１は、車内熱交換経路２内の熱媒体の循環方向に対して、ヒータ１０の上流に配置される。このように配置すれば、ヒータ１０は蓄熱部４５により温められた高温の熱媒体に対して加温すればよいため、ヒータ１０の使用を抑制できる。

ペルチェ素子４３は、所定電圧を印加すると一方の面が吸熱するとともに反対面が発熱し、印加電圧の極性を反転するとその関係が反転する特性を有する。このようなペルチェ素子４３の特性を利用して、蓄熱部４５と熱交換器４１との間の熱移動の方向を変更できる。上述したように、ペルチェ素子４３は、一方の面で蓄熱部４５に接続され、他方の面で熱交換器４１と接続される。したがって、ペルチェ素子４３に順電圧を印加するとペルチェ素子４３は蓄熱部４５の熱を吸熱し、熱交換器４１側に放熱するため、熱交換器４１内部の熱媒体を加温できる。また、ペルチェ素子４３に逆電圧を印加するとペルチェ素子４３は熱交換器４１内部の熱媒体の熱を吸熱し、蓄熱部４５側に放熱するため、蓄熱部４５に蓄熱できる。

制御部５は、ペルチェ素子４３へ印加する電圧の極性を所定のタイミングで切り替える。また、ヒータ１０のＯＮ／ＯＦＦを切り替える。例えば、制御部５は、車両走行開始時において、ペルチェ素子４３に順電圧を印加する。そうすることで、ペルチェ素子４３が蓄熱部４５の熱を吸熱し、熱交換器４１側に放熱して、熱交換器４１内部の熱媒体を加温する（放熱動作）。またヒータ１０をＯＮし、熱媒体を更に加温する。これにより、即時に車内熱交換経路２内を循環する熱媒体を温めることが可能となる。また、しばらくすると蓄熱材４５１の温度が所定の温度Ｔ１まで下がるため、ペルチェ素子４３への電圧印加を停止して、蓄熱部４５からの吸熱を停止し、ヒータ１０による定常暖房を行う。このとき、制御部５は図示しない温度検出部によって蓄熱材４５１の温度を監視し、定常暖房に切り替えるようにしてもよいし、車両走行開始から予め定めた所定時間経過後に定常暖房に切り替えるようにしてもよい。また、制御部５は、車両が走行を停止すると、ペルチェ素子４３に対し、逆極性の電圧を印加し、熱交換器４１の熱を蓄熱部４５側へ移動させる（蓄熱動作）。

蓄熱部４５は、蓄熱材４５１、熱伝導体４５３等を備える。周囲を断熱材４５２により覆うことが望ましい。蓄熱部４５は、ペルチェ素子４３から熱伝導体４５３を介して熱を受熱して蓄熱するものである。蓄熱部４５に用いる蓄熱材４５１の材料は、一時的に熱を蓄えることができればよく、例えば、パラフィンや関東商事社製の「パッサーモ」（商品名）等を使用することができる。

また、蓄熱材４５１に、潜熱蓄熱材を用いることもできる。潜熱蓄熱材は、蓄熱材（酢酸ナトリウム３水塩や硫酸ナトリウム１０水塩）などを用い、物質の相変化に伴う潜熱を蓄熱することができる。特に、過冷却型蓄熱材は、凝固点温度以下になっても相変化（結晶化）が起きない状態を保ち、液体にある衝撃や振動や摩擦といったエネルギーを加えることで結晶の種を生成し、今まで不規則に浮遊していた分子やイオンが突如、種結晶に向かって結合（凝固）を始めて、一気に凝固熱を周囲に放出するものである。潜熱蓄熱材を用いれば、走行開始時に、蓄熱された熱を一気に利用して、瞬時に暖房を利用可能とすることもできる。

次に、図３〜図５を参照して、車両空調システム１の機能及び制御について説明する。なお、図３のフローチャートの説明では、車両走行開始時において、蓄熱部４５は、前回の走行時に発生した熱等によって蓄熱されているものとする。

走行開始直後、制御部５は、ヒータ１０をＯＮするとともに、ペルチェ素子に順電圧を印加する（ステップＳ１０１）。これにより図４（Ａ）に示すように、ペルチェ素子４３が蓄熱部４５の熱を吸熱し、反対面の熱交換器４１に放熱する。こうして、熱交換器４１内に取り込まれている車内熱交換経路２内の熱媒体に熱が伝達される。

温められた熱媒体はポンプ８ａによって車内熱交換経路２内を循環し（図４中矢印Ａ方向）、ヒータ１０によってさらに加熱され、車内熱交換器９にて外部から取り込まれたエアを加熱する。これにより車内に暖気が送られる。このように、走行開始直後は、蓄熱部４５の熱とヒータ１０による加熱とを併用できるため、車両スタート時の即暖に効果がある。

また、車両が走行してしばらくすると、蓄熱部４５の熱は上述のペルチェ素子４３の吸熱により奪われ、所定の温度Ｔ１に到達する（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）。すると、制御部５はヒータ１０はＯＮのまま、ペルチェ素子４３への電圧印加を停止（ＯＦＦ）する（ステップＳ１０３）。図４（Ｂ）に示すように、車内熱交換経路２内を循環する熱媒体（暖房水）はヒータ１０にて加熱されて、車内熱交換器９にて外部から取り込まれたエアを加熱する。これにより車内に暖気が送られ続ける。

また、車両が走行を停止した場合（ステップＳ１０４；Ｙｅｓ）、制御部５はヒータ１０をＯＦＦする。また、走行停止した直後は、車内熱交換経路２内の熱媒体は上述したように車内の暖気によって温められている。そこで、制御部５はペルチェ素子４３に逆極性の電圧を印加するよう切り替える（ステップＳ１０５）。すると、図４（Ｃ）に示すように、ペルチェ素子４３は、熱交換器４１に取り込まれている熱媒体から熱を吸熱し、蓄熱部４５側に放熱する。これにより蓄熱部４５が蓄熱される。蓄熱部４５に蓄えられた熱は、次回走行開始時の即暖に利用可能である。

その後、蓄熱材４５１の温度が上限に到達すると（ステップＳ１０６；Ｙｅｓ）、制御部５はペルチェ素子４３への電圧の印加を停止（ＯＦＦ）する。蓄熱部４５は保温状態となる（ステップＳ１０７）。

その後、車両が走行を再開した場合は（ステップＳ１０８；Ｙｅｓ）、ステップＳ１０１へ戻る。制御部５は、ペルチェ素子４３に正電圧を印加し、蓄熱部４５から吸熱して、暖房水へ放熱し、加熱するとともにヒータ１０をＯＮし、更に暖房水を加熱する。

車両が走行を開始しない場合（ステップＳ１０８；Ｎｏ）、すなわち、駐車した場合等は、処理を終了する。

図５は、図３の手順で行われた動作における蓄熱材４５１、車内熱交換経路２内を循環する熱媒体（暖房水）の温度変化を示すグラフである。また、図５のグラフの下にはペルチェ素子４３に印加する電圧の極性を示している。図５のグラフの横軸は車両走行開始からの時間（分）、縦軸は温度（°Ｃ）を示す。また、図５のグラフにおいて、太い破線は蓄熱材の温度変化を示し、太い実線は車内熱交換経路２内を循環する熱媒体（暖房水）の温度変化を示している。

図５に示すように、車両走行開始直後は、蓄熱部４５の温度は６０°Ｃに保たれ、暖房水の温度は外気温と同程度（１０°Ｃ）であるとする。車両走行開始とともに、ペルチェ素子４３に正電圧が印加され、ヒータ１０がＯＮされる。これにより、ペルチェ素子４３は蓄熱部４５から吸熱するため、蓄熱部４５の温度が下がる。一方、ペルチェ素子４３は熱交換器４１側に放熱するため暖房水に熱が移動し、温度が上昇する。また、ヒータ１０が駆動されているため暖房水の温度は更に上昇する。

走行開始から時間ｓ１が経過すると、蓄熱材４５１の温度が下限温度Ｔ１まで下がる。すると制御部５はペルチェ素子４３をＯＦＦする。暖房水の熱は、車内熱交換器９によって車内に放熱されるため、温度が下がる。ヒータ１０はＯＮのままであるため、暖房水温度は４５°Ｃ程度に保たれる（定常暖房）。

車両が走行を停止すると、ペルチェ素子４３に印加する電圧が負電圧に切り替えられる。すると、ペルチェ素子４３は、暖房水の熱を吸熱し、蓄熱部４５側に放熱（蓄熱）する。一方、暖房水は温度が下降する。蓄熱材４５１が上限温度に達すると、制御部５はペルチェ素子４３への電圧印加を停止し、保温状態を保つようにすればよい。

以上説明したように、本発明の第１の実施の形態の車両空調システム１によれば、暖房により温められた熱媒体の熱を熱交換器４１と接続されたペルチェ素子４３によって吸熱し、蓄熱部４５に蓄熱しておくことができる。また、暖房水との熱交換器４１と蓄熱部４５とがそれぞれペルチェ素子４３に直接接続されるため、暖房水の熱を効率よく蓄熱部に蓄熱することができる。

また、蓄熱部４５に蓄熱された熱をペルチェ素子４３によって吸熱し、車内熱交換経路２の熱媒体へ放熱することができる。このため、即時に車内熱交換経路２内を循環する熱媒体を温めることができ、即暖に効果がある。

なお、図１の車両空調システム１において、車内熱交換経路２に設けられたヒータ１０は必須構成要素ではなく、熱交換装置４（ペルチェ素子４３）によって暖房水（車内熱交換経路２内の熱媒体）の加熱を十分行えるようであればヒータ１０は不要である。

次に、第２の実施形態に係る車両空調システム１ａについて説明する。なお、第２の実施の形態において、図１に示す車両空調システム１と同様の機能を奏する構成については、図１と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図６は第２の実施の形態の車両空調システム１ａの構成を示すシステム構成図であり、図７は車両空調システム１ａの熱交換装置４ａの内部構成を示す図である。図６に示すように、車両空調システム１ａは、主に、車内熱交換経路２、熱源側冷却経路３、熱交換装置４ａ、制御部５等を備える。熱交換装置４ａは、車内熱交換経路２と接続された第１熱交換器４１ａ、第１熱交換器４１ａと一方の面で接続された第１ペルチェ素子４３ａ、第１ペルチェ素子４３ａの他方の面で接続された蓄熱部４５、蓄熱部４５と一方の面で接続された第２ペルチェ素子４４、第２ペルチェ素子４４の他方の面と接続された第２熱交換器４２を備える。車両空調システム１は、自動車内の暖房及び冷房を行うための空調システムである。

車内熱交換経路２は、第１の実施の形態と同様に、車内熱交換経路２内を循環する熱媒体と、車内を暖房するためのエアとを熱交換するための経路である。車内熱交換経路２には、ポンプ８ａ、第１熱交換器４１ａ、車内熱交換器９等が設けられ、熱媒体として水等が循環する。また、車内熱交換経路２の循環方向（図中矢印Ａ方向）に対して、熱交換装置４ａの第１熱交換器４１ａの下流側に車内熱交換器９が設けられる。

ポンプ８ａは、車内熱交換経路２内の熱媒体を循環させるものである（図中矢印Ａ方向）。車内熱交換器９は、車内熱交換経路２内を循環する熱媒体の熱と車内を冷暖房するためのエアの熱を熱交換し、エアを車内に送り込む。

熱源側冷却経路３は、例えばエンジンやモータなどの自動車の駆動部を冷却する経路である。熱源側冷却経路３には、モータ６、第２熱交換器４２、外気熱交換器７、ポンプ８ｂ等が設けられ、熱媒体として冷却水等が循環する。また、熱源側冷却経路３の循環方向（図中矢印Ｂ方向）に対して、モータ６の下流であってモータ６と外気熱交換器７との間に熱交換装置４ａの第２熱交換器４２が接続される。

モータ６は、自動車の駆動部であり、熱源となる部位である。なお、本第２の実施形態においては、熱源がモータ６のみである電気自動車の例を示すが、本発明はこれに限られない。例えば、熱源として、通常のエンジンであっても良く、その両者が配置されても良い。また、熱源としては、駆動部のみに限られず、自動車の走行等において発熱する部位であればよい。

ポンプ８ｂは、熱源側冷却経路３内の熱媒体（冷却水）を循環させるものである（図中矢印Ｂ方向）。外気熱交換器７はラジエータ等であり、モータ６により加熱された熱源側冷却経路３内の熱媒体（冷却水）を冷却する部位であり、熱を外部に放出する。

熱交換装置４ａは、車内熱交換経路２及び熱源側冷却経路３を循環する各熱媒体の熱を取り込み、蓄熱部４５との間で熱交換するものである。また、熱交換装置４は制御部５に接続される。

図７に示すように、熱交換装置４ａは、第１熱交換器４１ａ、第２熱交換器４２、第１ペルチェ素子４３ａ、第２ペルチェ素子４４、及び蓄熱部４５等を備える。第１熱交換器４１ａは車内熱交換経路２に接続される。また、第２熱交換器４２は熱源側冷却経路３に接続される。第１ペルチェ素子４３ａは、第１熱交換器４１ａに片面が接続され、反対面が蓄熱部４５に接続される。第２ペルチェ素子４４は、第２熱交換器４２に片面が接続され、反対面が蓄熱部４５に接続される。

第１熱交換器４１ａは、第１ペルチェ素子４３ａを介して接続された蓄熱部４５と車内熱交換経路２内の熱媒体との間で熱交換を行うものである。第１熱交換器４１ａは、例えば、内部にフィン４１１が設けられた中空の熱伝導体４１２により構成され、車内熱交換経路２内を循環する熱媒体を取り込み、フィン４１１及び熱伝導体４１２を介して熱媒体（暖房水）と蓄熱材４５１との間で熱交換を行う。第１熱交換器４１ａは、車内熱交換経路２内の熱媒体の循環方向に対して、車内熱交換器９の上流に配置される。熱交換装置４から受けた直後の熱を効率よく車内のエアと熱交換するためである。

第２熱交換器４２は、第２ペルチェ素子４４を介して接続された蓄熱部４５と、熱源側冷却経路３内の熱媒体（冷却水）との間で熱交換を行うものである。第２熱交換器４２は、第１熱交換器４１ａと同様に、例えば、内部にフィン４２１が設けられた中空の熱伝導体４２２により構成され、熱源側冷却経路３内の熱媒体（冷却水）を取り込み、フィン４２１及び熱伝導体４２２を介して熱媒体（冷却水）とペルチェ素子４３との間で熱交換を行う。第２熱交換器４２は、熱源側冷却経路３内の熱媒体の循環方向に対して、モータ６から外気熱交換器７までの間に配置される。モータ６から熱を受けた直後の、より高温の熱媒体と熱交換を行わせるためである。

第１ペルチェ素子４３ａ、第２ペルチェ素子４４は、所定電圧を印加すると一方の面が吸熱するとともに反対面が発熱し、印加電圧の極性を反転するとその関係が反転する特性を有する。このようなペルチェ素子の特性を利用して、蓄熱部４５と第１熱交換器４１ａとの間の熱移動の方向、及び蓄熱部４５と第２熱交換器４２との間の熱移動の方向を変更できる。第１の実施の形態のペルチェ素子４３と同様に、第１ペルチェ素子４３ａは、一方の面で蓄熱部４５に接続され、他方の面で第１熱交換器４１ａと接続される。したがって、第１ペルチェ素子４３ａに順電圧を印加すると第１ペルチェ素子４３ａは蓄熱部４５の熱を吸熱し、第１熱交換器４１ａ側に放熱するため、第１熱交換器４１ａ内部の熱媒体を加温できる。また、第１ペルチェ素子４３ａに逆電圧を印加すると第１ペルチェ素子４３ａは第１熱交換器４１ａ内部の熱媒体の熱を吸熱し、蓄熱部４５側に放熱するため、蓄熱部４５を蓄熱できる。

第２ペルチェ素子４４は、一方の面で蓄熱部４５に接続され、他方の面で第２熱交換器４２と接続される。したがって、第２ペルチェ素子４４に順電圧を印加すると第２ペルチェ素子４４は蓄熱部４５の熱を吸熱し、第２熱交換器４２側に放熱するため、第２熱交換器４２内部の熱媒体を加温できる。また、第２ペルチェ素子４４に逆電圧を印加すると第２ペルチェ素子４４は第２熱交換器４２内部の熱媒体の熱を吸熱し、蓄熱部４５側に放熱するため、蓄熱部４５を蓄熱できる。

制御部５は、第１ペルチェ素子４３ａ及び第２ペルチェ素子４４へ印加する電圧の極性を所定のタイミングで切り替える。

次に、図８〜図１１を参照して、車両空調システム１ａにおける暖房時の制御フローについて説明する。なお、暖房を行う際、車両走行開始時において、蓄熱部４５は、前回の走行時に発生した熱等によって高温（６０°Ｃ程度）に蓄熱されているものとする。

走行開始直後は、熱源側冷却経路３内を循環する熱媒体（冷却水）は低温である。そこで、制御部５は第１ペルチェ素子４３ａに所定電圧を印加し、蓄熱部４５からの吸熱を行わせる（ステップＳ２０１）。これにより図９（Ａ）に示すように、第１ペルチェ素子４３ａが蓄熱部４５の熱を吸熱し、反対面の第１熱交換器４１ａに放熱する。こうして、第１熱交換器４１ａ内に取り込まれている車内熱交換経路２内の熱媒体に熱が伝達される。

温められた熱媒体はポンプ８ａによって車内熱交換経路２内を循環し（図６中矢印Ａ方向）、車内熱交換器９にて外部から取り込まれたエア（不図示）を加熱する。これにより車内に暖気が送られる。このように、走行開始直後は、蓄熱部４５の熱を利用できるため、車両スタート時の即暖に効果がある。

また、車両が走行してしばらくすると、蓄熱部４５の熱は上述の第１ペルチェ素子４３ａの吸熱により奪われる。一方、モータ６の駆動により生じた熱によって熱源側冷却経路３内を循環する熱媒体（冷却水）が徐々に加熱される。蓄熱材４５１の温度が所定温度まで下がると（ステップＳ２０２；Ｙｅｓ）、制御部５は、第２ペルチェ素子４４もＯＮ（順電圧を印加）する（ステップＳ２０３）。すると、図９（Ｂ）に示すように、熱源側冷却経路３内を循環する熱媒体（冷却水）は第２熱交換器４２に取り込まれ、その熱が第２ペルチェ素子４４により吸熱され、反対面の蓄熱部４５へ放熱され、蓄熱材４５１に熱が移動する。また、第１ペルチェ素子４３ａもＯＮであるので、蓄熱材４５１の熱は吸熱され、第１熱交換器４１ａ側へ放熱される。これにより、熱源側冷却経路３の熱（廃熱）を車内熱交換経路２内の熱媒体に伝達し、車内の暖房に利用することができる。

また、車両が走行を停止した場合（ステップＳ２０４；Ｙｅｓ）、走行停止した直後は、車内熱交換経路２内の熱媒体は上述したように車内の暖気によって温められている。そこで、制御部５は第１ペルチェ素子４３ａに逆極性の電圧を印加し、第２ペルチェ素子４４をＯＦＦするよう切り替える（ステップＳ２０５）。すると、図１０に示すように、第１ペルチェ素子４３ａは、第１熱交換器４１ａに取り込まれている熱媒体から熱を吸熱し、蓄熱部４５に放熱する。これにより蓄熱材４５１に蓄熱される。蓄熱部４５に蓄えられた熱は、次回走行開始時の即暖に利用可能である。蓄熱材４５１の温度が所定温度まで上昇すると（ステップＳ２０６；Ｙｅｓ）、制御部５は第１ペルチェ素子４３ａをＯＦＦする（ステップＳ２０７）。

その後、車両が走行を再開した場合は（ステップＳ２０８；Ｙｅｓ）、ステップＳ２０１へ戻る。制御部５は、第１ペルチェ素子４３ａに順電圧を印加し、蓄熱部４５から吸熱する。

車両が走行を開始しない場合（ステップＳ２０８；Ｎｏ）、すなわち、駐車した場合等は、所定時間経過後、処理を終了する。

図１１は、図８の手順で行われた暖房時の動作における蓄熱部４５、車内熱交換経路２内を循環する熱媒体（暖房水）の温度変化を示すグラフである。また、図１１のグラフの下には第１ペルチェ素子４３ａ、第２ペルチェ素子４４に印加する電圧の極性を示している。図１１のグラフの横軸は車両走行開始からの時間（分）、縦軸は温度（°Ｃ）を示す。また、図１１のグラフにおいて、太い破線は蓄熱材４５１の温度変化を示し、太い実線は車内熱交換経路２内を循環する熱媒体（暖房水）の温度変化を示している。

図１１に示すように、車両走行開始直後は、蓄熱部４５の温度は６０°Ｃに保たれ、暖房水の温度は外気温と同程度（１０°Ｃ）とする。車両走行開始とともに、第１ペルチェ素子４３ａに正電圧が印加される。これにより、第１ペルチェ素子４３ａは蓄熱部４５から吸熱するため、蓄熱部４５の温度が下がる。一方、第１ペルチェ素子４３ａは第２熱交換器４２側に放熱するため暖房水の温度が上昇する。この間、モータ６が駆動されて発熱するため冷却水の温度は上昇する。

時間ｓ１が程経過すると、蓄熱部４５の熱が所定の温度Ｔ１まで下がる。すると、制御部５は、第２ペルチェ素子４４をＯＮし、正電圧を印加する。すると、暖房水の温度は第２ペルチェ素子４４に吸熱されて下がり、蓄熱部４５側へ放熱される。第１ペルチェ素子４３ａもＯＮであるので、蓄熱部４５へ移動した熱は第１ペルチェ素子４３ａにより吸熱されて第１熱交換器４１ａ側へ移動し、車内熱交換経路２内の熱媒体（暖房水）へ移動する。温められた暖房水の熱は、車内熱交換器９によってエアと熱交換されるため、例えば４５°Ｃ前後に保たれて定常暖房となる。

車両が走行を停止すると、第１ペルチェ素子４３ａに印加する電圧が負電圧に切り替えられる。すると、第１ペルチェ素子４３ａは、温められた暖房水の熱を吸熱し、蓄熱部４５側に放熱（蓄熱）する。暖房水の温度は下降する。蓄熱材４５１の温度が上限に達すると、第１ペルチェ素子４３ａへの電圧印加を停止する。

以上が、暖房時の動作であるが、冷房時についても図８と同様の制御を行えばよい。ただし、車両走行開始時において、蓄熱材４５１の温度は低温（０°Ｃ程度）に保たれているものとする。

図１２、図１３を参照して、冷房時の動作について説明する。図１２において、図中太矢印は、熱（高温）の移動が示されている。図１３のグラフにおいて、太い破線は蓄熱材４５１の温度変化を示し、太い実線は車内熱交換経路２内を循環する熱媒体（冷房水）の温度変化を示している。

図１３に示すように、車両走行開始直後は、蓄熱部４５の温度は０°Ｃ程度に保たれ、冷房水の温度は外気温と同程度（４０°Ｃ程度）とする。車両走行開始とともに、第１ペルチェ素子４３ａに負電圧が印加される。これにより、第１ペルチェ素子４３ａは第１熱交換器４１ａから吸熱するため、冷房水の温度が下降する。一方、第１ペルチェ素子４３ａは蓄熱部４５側に放熱するため低温であった蓄熱部４５の温度が上がる。図１２に示すように、車内から取り込まれた暖気は車内熱交換器９によって冷却水と熱交換される。冷却水は車内熱交換経路２を循環し、第１熱交換器４１ａに取り込まれ、第１ペルチェ素子４３ａによって蓄熱部４５から得た低温の熱と熱交換される。逆に言うと、図１２の太矢印に示すように、高温の熱が蓄熱部４５に移動することとなる。

時間ｓ１が経過すると、蓄熱材４５１の熱が所定の温度Ｔ２まで上がる。すると、制御部５は、第２ペルチェ素子４４もＯＮし、負電圧を印加する。蓄熱部４５に移動した熱は第２ペルチェ素子４４により吸熱されて熱源側冷却経路３側へ移動する。すなわち、図１２（Ｂ）に示すように、車内熱交換経路２側から蓄熱材４５１に入った熱と同程度の熱が熱源側冷却経路３側へ移動して外気熱交換器７によって外部へ排出され、蓄熱材４５１の温度はＴ２程度に保たれる。このようにして冷房水の温度も１０°Ｃ程度に保たれ、定常冷房となる。

車両が走行を停止すると、第２ペルチェ素子４４をＯＦＦし、熱源側冷却経路３と蓄熱部４５の間を断熱する。一方、第１ペルチェ素子４３ａに印加する電圧を正電圧に切り替える。すると、第１ペルチェ素子４３ａは、蓄熱材４５１から吸熱し、第１熱交換器４１ａへ放熱するので、蓄熱材４５１の温度は下がり、冷房水は温度が上昇する。蓄熱材４５１の温度が下限に達すると、保冷状態となり、第１ペルチェ素子４３ａへの電圧印加を停止する。

以上説明したように、本発明の第２の実施の形態の車両空調システム１ａによれば、モータ６等の熱源の熱を第２ペルチェ素子４４によって吸熱し、車内熱交換経路２側へ熱移動させ、車内の暖房に使用することができる。また、外気に排出されるはずの熱を第１ペルチェ素子４３ａの切り替えにより蓄熱部４５に蓄熱することができるため、次回走行時に空調に使用することができる。蓄熱部４５に蓄えられた熱（高温または低温）は初暖、初冷に使用することができる。
また、蓄熱部４５を第１ペルチェ素子４３ａ及び第２ペルチェ素子４４で挟み込む構造としているため、蓄熱部４５から外部への廃熱を少なくできる。よって、長時間駐車しても次回走行時に蓄熱部４５に蓄えた熱を使用できる。

なお、第２の実施の形態の車両空調システム１ａにおいて、熱源側冷却経路３に外気熱交換器７を経由しない分岐経路を更に設けるようにしても良い。すなわち、第２熱交換器４２と外気熱交換器７との間に分岐経路及び弁を設け、モータ６、第２熱交換器４２、ポンプ８ｂの間で冷却水が循環できるようにすることが望ましい。暖房時において分岐経路側を使用することで、冷たい外気との熱交換を行わずに冷却水の熱を蓄熱部４５にて吸熱し、車内熱交換経路２側へ移動させることができるため、更に暖房効率が向上する。

次に、第３の実施形態に係る車両空調システム１ｂについて説明する。図１４は、第３の実施の形態に係る車両空調システム１ｂの全体構成を示す図である。車両空調システム１ｂは、車両空調システム１または１ａの構成に加え、記憶部５１、現在位置取得部５２を備える。記憶部５１及び現在位置取得部５２は制御部５に接続される。

記憶部５１には、例えば、カーナビゲーションシステム等で利用される地図情報が格納されている。地図情報には、道路情報の他、場所に関する情報が含まれる。場所に関する情報とは、例えば、公園、ショッピングモール、コンビニエンスストア、自宅等といった場所の種別を表す情報である。また、記憶部５１には、場所の種別に応じて、短時間停車する場所か、１時間を超えるような駐車を行う場所であるかを定義したデータテーブルが格納される。現在位置取得部５２は、例えばＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）等であり、車両の現在位置を取得し、制御部５へ出力する。

第３の実施の形態において、制御部５は、現在位置取得部５２から現在位置情報を取得し、取得した位置情報に関連付けられている場所情報を記憶部５１の地図情報から取得し、取得した場所情報に応じて、第１ペルチェ素子４３ａの動作を切り替える。例えば、車両が走行を停止した位置がコンビニエンスストアの駐車場である場合は、停車時間が短いと推測されるため、暖房水から蓄熱部４５へ蓄熱するより、暖房水が温かいまま次の走行を再開する方が効率が良い。そのため、制御部５は、第１ペルチェ素子４３ａの駆動を停止するよう制御する。

一方、車両が停止した位置がショッピングモール等の駐車場である場合は、停車時間が長いと推測されるため、暖房水が自然放熱してしまう。そのため、暖房水の熱を吸熱して蓄熱部４５へ蓄熱する。そのため、制御部５は第１ペルチェ素子４３ａに負電圧を印加するよう制御し、第１熱交換器４１ａから吸熱し、蓄熱部４５へ放熱させて蓄熱部４５を蓄熱する。

図１５は、車両空調システム１ｂの制御フローを示すフローチャートである。第２の実施の形態と同様に、暖房時、走行開始直後は、熱源側冷却経路３内を循環する熱媒体（冷却水）は低温であるとする。

ステップＳ３０１〜ステップＳ３０３は、第２の実施の形態のステップＳ２０１〜ステップＳ２０３と同様である。

車両が走行を停止した場合（ステップＳ３０４；Ｙｅｓ）、制御部５は、現在位置情報取得部２０３から現在位置情報を取得する（ステップＳ３０５）。また制御部５は、記憶部５１に記憶されている地図情報から場所に関する情報を取得し、場所に関する情報に基づいて、短時間停車と推測されるか否かを判定する（ステップＳ３０６）。短時間停車と推測される場合は（ステップＳ３０６；短時間駐車場所）、第１ペルチェ素子４３ａの駆動を停止する（ステップＳ３０９）。これは、温まっている暖房水をそのまま次回走行に利用するためである。

１時間を超えるような長時間駐車と推測される場合は（ステップＳ３０６；長時間駐車場所）、制御部５は第１ペルチェ素子４３ａに逆極性の電圧を印加し、第２ペルチェ素子４４をＯＦＦするよう切り替える（ステップＳ３０７）。すると、第１ペルチェ素子４３ａは、図１０に示すように、第１熱交換器４１ａに取り込まれている熱媒体から熱を吸熱し、蓄熱部４５に放熱する。これにより蓄熱部４５が蓄熱される。蓄熱部４５に蓄えられた熱は、次回走行開始時の即暖に利用可能である。

その後、蓄熱部４５の温度が所定温度に到達すると（ステップＳ３０８；Ｙｅｓ）、制御部５は第１ペルチェ素子４３ａの駆動を停止する（ステップＳ３０９）。車両が走行を開始した場合は（ステップＳ３１０；Ｙｅｓ）、ステップＳ３０１へ戻る。制御部５は第１ペルチェ素子４３ａに正電圧を印加し、蓄熱部４５の熱を暖房に使用する。車両が走行を開始しない場合（ステップＳ３１０；Ｎｏ）、処理を終了する。

以上により、例えばカーナビゲーションシステムで用いられる地図情報等を利用して、車両が停車した場所に応じて第１ペルチェ素子４３ａの動作（吸熱、蓄熱）を切り替えることができる。これにより、ユーザが特に意識しなくても停車中に効率よく熱利用することが可能となる。

なお、本第３の実施の形態では、第２の実施の形態の車両空調システム１ａに記憶部５１及び現在位置取得部５２を設ける構成としたが、これに限定されるものでなく、第１の実施の形態の車両空調システム１に記憶部５１及び現在位置取得部５２を設ける構成とし、車両が停車した場所に応じてペルチェ素子４３の動作（吸熱、蓄熱）を切り替えるようにしてもよい。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１，１ａ，１ｂ…………車両空調システム
２…………車内熱交換経路
３…………熱源側冷却経路
４…………熱交換装置
４１………熱交換器
４３………ペルチェ素子
４ａ………熱交換装置
４１ａ……第１熱交換器
４２………第２熱交換器
４３ａ……第１ペルチェ素子
４４………第２ペルチェ素子
４５………蓄熱部
５…………制御部
６…………モータ
７…………外気熱交換器
８ａ、８ｂ………ポンプ
９…………車内熱交換器

Claims (7)

1. 車内熱交換器との間で熱媒体を循環させる車内熱交換経路と、
   前記車内熱交換経路に接続された第１熱交換器と、
   前記第１熱交換器に一方の面が接するように設けられた第１ペルチェ素子と、
   前記第１ペルチェ素子の他方の面に接続された蓄熱部と、
   前記第１ペルチェ素子の熱移動の方向を切り替える制御部と、
   自動車の駆動源である熱源を熱媒体で循環冷却する熱源側冷却経路と、
   前記熱源側冷却経路に接続された第２熱交換器と、
   前記第２熱交換器に一方の面が接するように設けられた第２ペルチェ素子と、を備え、
   前記第２ペルチェ素子の他方の面には前記蓄熱部が接続され、
   前記制御部は、車両走行開始時において、前記蓄熱部から前記車内熱交換経路の熱媒体に熱を移動させることが可能であり、更に、車両走行中において、前記第２ペルチェ素子により前記熱源側冷却経路の熱媒体の熱を吸熱し、前記蓄熱部側に熱移動させることが可能であることを特徴とする車両空調システム。
2. 前記制御部は、車両走行停止時において、前記第１ペルチェ素子の熱移動の方向を反転させ、前記車内熱交換経路の熱媒体の熱を前記蓄熱部に蓄熱することを特徴とする請求項１に記載の車両空調システム。
3. 前記車内熱交換経路には、ヒータが設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両空調システム。
4. 前記制御部は、車両走行中において、前記第１ペルチェ素子により前記車内熱交換経路の熱媒体の熱を吸熱し、前記蓄熱部側に熱移動させるとともに、前記第２ペルチェ素子により前記蓄熱部の熱を吸熱し、前記熱源側冷却経路の熱媒体に熱移動させることが可能であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の車両空調システム。
5. 前記制御部は、車両停止時において、前記第１ペルチェ素子により前記蓄熱部の熱を吸熱し、前記車内熱交換経路の熱媒体に熱移動させることが可能であることを特徴とする請求項４に記載の車両空調システム。
6. 自動車の現在位置情報を取得する位置情報取得手段と、
   場所に関する情報を含む地図情報を記憶する記憶部と、を更に備え、
   前記制御部は、前記位置情報取得手段によって車両が走行を停止した位置情報を取得し、取得した位置情報に関連付けられている場所情報を前記地図情報から取得し、取得した場所情報に応じて、車両走行停止時において、前記第１ペルチェ素子の動作を制御することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の車両空調システム。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の車両空調システムを搭載した自動車。

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