JP6970575B2 - 車両用補助暖房装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の挙動で発生する熱源を利用して蓄熱した熱にて、車両の室内を補助的に暖房する車両用補助暖房装置に関する。

従来、自動車を代表とする車両は、エンジン等の燃焼熱を熱源として室内暖房を行うことが主流であったが、今後は燃焼機関に頼らない、いわゆる電動車両が増加する傾向にある。電動車両では燃焼機関のように、大きな熱量を発生する発熱源がないため、室内暖房の熱源は、ヒートポンプ式空調装置やヒータ等の電気発熱手段で確保する必要がある。

しかし、ヒートポンプ式空調装置や電気発熱手段は電気エネルギによって駆動されるため、この電気エネルギを車載バッテリから受けると、当該車載バッテリの電力消費量が増加し車両の走行航続距離が短くなり、特に寒冷地では大きな問題となる。

そのため、本出願人は特許文献１（特開２０１０−２２１９６８号公報）において、車両の室内を、外部電源から供給される電力で補助的に暖房することで、走行時のバッテリ消費を抑制し、航続距離を延ばすようにした技術を提案した。

特開２０１０−２２１９６８号公報

しかし、上述した文献に開示されている技術では、外部電源を供給する設備が整っていない環境に車両が駐車されている場合には、適用することができない。又、外部電源による補助的な暖房を毎回行うと、電気料金が余分に嵩んでしまう不都合がある。

本発明は、上記事情に鑑み、外部電源を用いることなく少ない電力での補助暖房を可能として、余分な電気料金の増加を抑制し、冷態時においても少ない電力で乗員を早期に暖めることのできる車両用補助暖房装置を提供することを目的とする。

本発明は、車両の挙動で発生する熱源と該車両の外部から取り入れる自然熱源との少なくとも１つから熱エネルギを回収する熱エネルギ回収手段と、前記熱エネルギ回収手段で回収した熱エネルギを蓄熱する蓄熱材と、前記蓄熱材を覆う断熱容器と、前記蓄熱材に蓄熱されている熱を送風する送風手段とを有する車両用補助暖房装置において、前記蓄熱材を収容する前記断熱容器が車両ドアのアームレスト内に、少なくとも車両シートのシートクッションとシートバックとの各側面に対向する位置に配設された状態で格納されており、前記断熱容器に開閉部が設けられ、該開閉部に前記送風手段が配設され、該開閉部に対応する前記アームレストに吹出口が形成されている。

本発明によれば、車両の挙動で発生する熱源と車両の外部から取り入れる自然熱源との少なくとも１つからの熱エネルギで蓄熱される蓄熱熱材が収容されている断熱容器を車両ドアのアームレストに格納し、この断熱容器に設けた開閉部に送風手段を配設し、開閉部に対応するアームレストに吹出口を開口したので、外部電源を用いることなく少ない電力での補助暖房が可能となり、余分な電気料金の増加が抑制される。又、蓄熱材を車両アームレストに配設したので、蓄熱材からの温風を乗員に対して近い位置から吹きかけることができるため、冷態時においても少ない電力で乗員を早期に暖めることができる。

第１実施形態による運転席側のサイドドアを車室側から見た斜視図 同、車両の運転席側の正面断面図 同、車両の運転席側の平面断面図 同、補助暖房装置の概略構成図 同、蓄熱処理ルーチンを示すフローチャート 同、暖房処理ルーチンを示すフローチャート 同、蓄熱ユニットによる補助暖房と空調装置との切換えタイミングを示すタイムチャート 第２実施形態による図２相当の正面断面図

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。
［第１実施形態］
図１〜図７に本発明の第１実施形態を示す。図１〜図３に示すように、電動車両１の車両ドアとしてのサイドドア２は、ドアアウタパネル２ａとドアインナパネル２ｂとでドアパネルが形成され、更に、ドアインナパネル２ｂにドアトリム２ｃが取付けられている。このドアトリム２ｃにアームレスト２ｄが一体形成されており、又、ドアアウタパネル２ａとドアインナパネル２ｂとの間に窓ガラス３が昇降自在に配設されている。

一方、電動車両１の車室には運転者（乗員）が着座する車両シート４が設置されている。この車両シート４はシートクッション４ａとシートバック４ｂとを有し、アームレスト２ｄの下部がシートクッション４ａに対峙され、更にアームレスト２ｄの後部がシートバック４ｂに対峙されている。ドアトリム２ｃに形成されているアームレスト２ｄ内には空隙部２ｅが形成されており、この空隙部２ｅに蓄熱ユニット５が装填されている。

図２、図３に示すように、蓄熱ユニット５は、内部にパラフィン等の周知の蓄熱材５ｅが充填されている蓄熱容器５ａを有し、この蓄熱容器５ａの外周が発泡ウレタン等からなる硬質の断熱容器５ｂで囲繞されており、車両シート４のシートクッション４ａからシートバック４ｂにかけて長く配設されている。

この蓄熱ユニット５の断熱容器５ｂの車室側ドアトリム２ｃとの対向面に放熱窓５ｃが開口されており、放熱窓５ｃとドアトリム２ｃとの間に送風手段としての送風ファン６が配設され、更に、送風ファン６に対向するドアトリム２ｃに吹出口２ｆが開口されている。尚、この吹出口２ｆは温風が車両シート４のシートクッション４ａの上部に吹き付けられるように指向されている。

又、放熱窓５ｃに、樹脂などの熱伝導率の低い材料で形成したスライド自在な開閉手段としての暖房シャッタ５ｄが配設されている。この暖房シャッタ５ｄが電磁ソレノイド等からなるシャッタアクチュエータ２２（図４参照）に連設されている。暖房シャッタ５ｄはシャッタアクチュエータ２２の動作により開閉動作される。従って、上述した放熱窓５ｃが暖房シャッタ５ｄにて開閉される開閉部として機能する。尚、このシャッタアクチュエータ２２は、後述するコントローラ１１ａからの駆動信号に従って動作される。

又、上述した送風ファン６は蓄熱容器５ａに沿って水平に配設されており、蓄熱材５ｅによって暖められた空気（温風）が送風ファン６によってドアトリム２ｃに開口されている吹出口２ｆから車両シート４方向へ吹き出されて、その周辺が暖められる。そして、乗員が車両シート４に着座すると、その大腿部付近に温風が吹き付けられ、大腿部が加温される。尚、本実施形態では、送風ファン６としてクロスフローファンを採用している。

又、電動車両１には、図４に示す補助暖房装置１１が搭載されている。この補助暖房装置１１はコントローラ１１ａを有しており、このコントローラ１１ａにて補助暖房を行うための蓄熱、及び、乗員が乗車する際の補助暖房制御が実行される。

コントローラ１１ａは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び不揮発性メモリ等を有する周知のマイクロコンピュータを主体に構成されており、ＲＯＭにはＣＰＵが実行する各種プログラム、各種固定データ等が記憶されている。ＣＰＵでは、ＲＯＭに記憶されているプログラムに従い補助暖房用の蓄熱、及び、補助暖房制御を行う。

このコントローラ１１ａの入力側に、熱エネルギ回収手段としての熱回収ユニット１２が接続されている。この熱回収ユニット１２は発熱源１３で発生した熱エネルギを電気エネルギに変換して回収するものである。発熱源１３としては電動車両の挙動で発生する熱源と自然熱源がある。電動車両の挙動による発熱源１３としては、走行時の電動車両に発生するタイヤ摩擦熱、フレーム、マウント、サスペンション等の振動熱、空気抵抗による摩擦熱等がある。自然熱源による発熱源１３としては太陽熱、風力等がある。そして、熱回収ユニット１２で回収した電気エネルギをコントローラ１１ａへ送信する。

更に、このコントローラ１１ａの入力側に受信機１４、及び外気温度を検出する外気温センサ１７が接続されている。この受信機１４は、運転者等が携帯する送信機１５からの信号を受信するもので、運転者等の操作者は、送信機１５に設けられている乗車準備スイッチ（図示せず）をＯＮすることで、遠隔地から乗車準備信号を受信機１４に無線送信する。受信機１４が補助暖房信号を受信すると、それをトリガーとして、コントローラ１１ａが予め記憶されている制御プログラムに従い補助暖房制御を実行する。

又、コントローラ１１ａの出力側にＰＴＣヒータ等、抵抗加熱で発熱する電気ヒータ２１が接続されており、この電気ヒータ２１が、上述した蓄熱容器５ａ内に配設されて、蓄熱材５ｅを加熱可能にしている。

又、この蓄熱容器５ａ内に蓄熱材５ｅの温度を検知する温度検出手段としての蓄熱温度センサ１６が配設されており、この蓄熱温度センサ１６がコントローラ１１ａの入力側に接続されている。

更に、このコントローラ１１ａの出力側に上述したシャッタアクチュエータ２２が接続されていると共に、上述した送風ファン６を駆動させるファンモータ２４、及び空調装置２３が接続されている。この空調装置２３はヒートポンプ式で、車室内全体を暖房するものであり、コントローラ１１ａからのＯＮ信号によって自動的に起動されて空調暖房を行う。

コントローラ１１ａは、電動車両が走行中は熱回収ユニット１２で回収した発熱源１３から電気エネルギにて電気ヒータ２１を発熱させて蓄熱材５ｅを加熱させる。そして、この蓄熱材５ｅの熱を利用して、乗員が電動車両に乗車する際に補助暖房を行う。

このコントローラ１１ａで行う蓄熱処理、及び補助暖房処理は、具体的には、図５、図６に示す蓄熱処理ルーチン、暖房処理ルーチンに従って処理される。

先ず、蓄熱処理ルーチンについて説明する。上述したように、電動車両が走行すると、熱回収ユニット１２は発熱源１３からの熱エネルギを電気エネルギに変換する。コントローラ１１ａは、この電気エネルギにて電気ヒータ２１を発熱させて、蓄熱材５ｅを加熱する。

蓄熱処理ルーチンでは、先ず、ステップＳ１で、蓄熱温度センサ１６で検出した蓄熱材５ｅの温度（蓄熱温度）を読込み、ステップＳ２で蓄熱材５ｅが蓄熱可能か否か、換言すれば、蓄熱容量に余裕があるか否かを、予め設定した閾値に基づいて判定する。閾値は、蓄熱材５ｅの飽和温度（沸点）以下であれば良く、任意に設定可能である。そして、蓄熱温度が閾値以下の場合、蓄熱可能と判定してステップＳ３へ進む。又、蓄熱温度が閾値を超えている場合は、蓄熱不能と判定し、ステップＳ５へ分岐する。

ステップＳ３へ進むと熱回収処理を実行してステップＳ４へ進む。この熱回収処理は、熱回収ユニット１２で回収した電気エネルギを、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の回路を介して電気ヒータ２１を発熱可能な電圧まで調圧させる処理を含む。

そして、ステップＳ４ヘ進み、調圧した電圧で電気ヒータ２１を発熱させて、ルーチンを抜ける。一方、ステップＳ５へ分岐すると、電気ヒータ２１をＯＦＦさせてルーチンを抜ける。蓄熱材５ｅはその周囲が断熱容器５ｂで覆われており、断熱容器５ｂに開口されている放熱窓５ｃは暖房シャッタ５ｄによって遮断されているため、放熱され難く、蓄熱状態が長時間保持される。

一方、図６に示す暖房処理ルーチンは、送信機１５からの乗車準備信号が受信されるまで待機している。そして、乗車準備信号が受信された時、ステップＳ１１からステップＳ１２へ進む。この送信機１５は、運転者（乗員）が駐車状態にある電動車両１に乗車しようとする際に乗車準備スイッチをＯＮさせることで、補助暖房を遠隔操作するものである。従って、この送信機１５は高機能携帯電話（スマートフォン）やパーソナルコンピュータであってもよく、この場合、受信機１４はインターネット回線を通じて乗車準備信号を受信する。又、送信機１５はスマートキーであっても良い。送信機１５がスマートキーの場合、スマートキーの携帯者が電動車両１に近づいて、コントローラ１１ａが乗車準備信号を受信した場合、自動的にステップＳ１２へ進む。

ステップＳ１２では、外気温センサ１７で検出した外気温度を読込み、この外気温度と運転者（乗員）が予め設定した暖房設定温度とを比較する。そして、外気温度が暖房設定温度以下の場合、ステップＳ１３へ進む。又、外気温度が暖房設定温度を超えている場合、暖房は必要ないため、ルーチンを抜ける。

又、ステップＳ１３へ進むと、コントローラ１１ａはシャッタアクチュエータ２２を動作させて、暖房シャッタ５ｄをスライドさせ放熱窓５ｃを開放させる。次いで、ステップＳ１４へ進み、ファンモータ２４をＯＮし、送風ファン６を駆動させる。すると、蓄熱材５ｅに蓄熱されている熱が放熱窓５ｃを通過する空気を加温し、その温風が送風ファン６によって吹出口２ｆから車両シート４側へ吹き出されて、この車両シート４が暖められる。

その後、ステップＳ１５へ進み、カウンタタイマのカウント値Ｔｉｍをインクリメントして経過時間の計時を開始し、ステップＳ１６で、カウント値Ｔｉｍが設定時間Ｔｏに達したか否かを調べる。この設定時間Ｔｏは空調装置２３をＯＮさせるまでの待機時間であり、室内温度や外気温等に応じて可変設定される。或いは、予め運転者（乗員）が設定しても良い。

そして、Ｔｉｍ＜Ｔｏの場合、ステップＳ１５へ戻り、設定時間Ｔｏに達するまで待機する。その間、運転者（乗員）が乗車すると、吹出口２ｆから吹き出された温風にて乗員の大腿部付近が暖められる。

一方、カウント値（経過時間）Ｔｉｍが設定時間Ｔｏに達した場合（Ｔｉｍ≧Ｔｏ）、ステップＳ１７へ進み、シャッタアクチュエータ２２を動作させて暖房シャッタ５ｄにより放熱窓５ｃを遮蔽する。尚、上述したステップＳ１３，及びステップＳ１７での処理が、本発明の開閉制御手段に対応している。

次いで、ステップＳ１８でファンモータ２４をＯＦＦして送風ファン６を停止させて、ステップＳ１９へ進む。ステップＳ１９では、空調装置２３をＯＮさせ、暖房を空調暖房に引き継がせた後、ルーチンを終了する。

図７に補助暖房と空調暖房との動作タイミングを示す。運転者（乗員）が送信機１５の乗車準備スイッチ（図示せず）をＯＮすると（経過時間ｔ０）、暖房シャッタ５ｄが開動作すると共に、送風ファン６が駆動し、蓄熱材５ｅの熱による温風が放熱窓５ｃを通り、吹出口２ｆから吹き出され、乗車前の車両シート４付近が暖められる。そして、運転者（乗員）が乗車すると、着座した運転者（乗員）の大腿部に温風が吹き付けられて暖められる。

その後、設定時間Ｔｏ（経過時間ｔ１）に達すると、シャッタアクチュエータ２２のＯＦＦにより、暖房シャッタ５ｄが放熱窓５ｃを遮蔽する。すると、図７に実線で示すように、蓄熱材５ｅからの伝熱は急激に低下する。この場合、暖房シャッタ５ｄが放熱窓５ｃを段階的に閉塞させるように動作させれば、同図に一点鎖線で示すように、緩やかに補助暖房を停止させることができ、破線で示す空調暖房へ、急激な温度変化を伴わずにスムーズに移行させることができる。

又、本実施形態では、図３に示すように、蓄熱ユニット５を車両シート４のシートクッション４ａからシートバック４ｂ方向に長く配設したので、側面衝突の際に、この蓄熱ユニット５をＥＡパッドとして機能させることができる。

［第２実施形態］
図８に本発明の第２実施形態を示す。上述した第１実施形態では、蓄熱材５ｅによる温風を車両シート４の方向へ吹き出すようにしたが、本実施形態では、ドアトリム２ｃの上辺から窓ガラス３の方向へ吹き出させるようにしたものである。

すなわち、本実施形態では、放熱窓５ｃを蓄熱ユニット５の上面に形成すると共に、この放熱窓５ｃに対向するドアトリム２ｃの上辺に吹出口２ｆが開口されており、この吹出口２ｆが温風を窓ガラス３に沿って吹き出されるように指向されている。又、この放熱窓５ｃと吹出口２ｆとの間に送風ファン６が配設されている。尚、コントローラ１１ａで実行される蓄熱処理、及び暖房処理については、上述した第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

この構成により、補助暖房に際し、蓄熱材５ｅに蓄熱されている熱は送風ファン６により上方へ導かれ、吹出口２ｆから窓ガラス３に沿って温風が吹き出される。その結果、乗員が乗車した際に窓ガラス３からの冷気が遮断され、寒気を緩和させることができる。又、窓ガラス３の結露を防止することもできる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限るものではなく、例えば、暖房処理ルーチンのステップＳ１２での判定は、電動車両１の室内温度、又は吹出口２ｆから吹き出される温風の指向方向にあるシートクッション近傍の温度と、暖房設定温度とを比較するようにしても良い。この場合、室内温度又はシートクッション近傍の温度の少なくとも一つが暖房設定温度を下回っている場合、暖房シャッタ５ｄを開放させる。

１…電動車両、
２…サイドドア、
２ａ…ドアアウタパネル、
２ｂ…ドアインナパネル、
２ｃ…ドアトリム、
２ｄ…アームレスト、
２ｅ…空隙部、
２ｆ…吹出口、
３…窓ガラス、
４…車両シート、
４ａ…シートクッション、
４ｂ…シートバック、
５…蓄熱ユニット、
５ａ…蓄熱容器、
５ｂ…断熱容器、
５ｃ…放熱窓、
５ｄ…暖房シャッタ、
５ｅ…蓄熱材、
６…送風ファン、
１１…補助暖房装置、
１１ａ…コントローラ、
１２…熱回収ユニット、
１３…発熱源、
１４…受信機、
１５…送信機、
１６…蓄熱温度センサ、
１７…外気温センサ、
２１…電気ヒータ、
２２…シャッタアクチュエータ、
２３…空調装置、
２４…ファンモータ

Claims (4)

1. 車両の挙動で発生する熱源と該車両の外部から取り入れる自然熱源との少なくとも１つから熱エネルギを回収する熱エネルギ回収手段と、
   前記熱エネルギ回収手段で回収した熱エネルギを蓄熱する蓄熱材と、
   前記蓄熱材を覆う断熱容器と、
   前記蓄熱材に蓄熱されている熱を送風する送風手段と
   を有する車両用補助暖房装置において、
   前記蓄熱材を収容する前記断熱容器が車両ドアのアームレスト内に、少なくとも車両シートのシートクッションとシートバックとの各側面に対向する位置に配設された状態で格納されており、
   前記断熱容器に開閉部が設けられ、
   該開閉部に前記送風手段が配設され、
   該開閉部に対応する前記アームレストに吹出口が形成されている
   ことを特徴とする車両用補助暖房装置。
2. 前記吹出口が前記車両の室内に配設されている前記車両シートのシートクッション上部に指向されている
   ことを特徴とする請求項１記載の車両用補助暖房装置。
3. 前記吹出口が前記車両ドアのドアトリム上面であって窓ガラスに沿って指向されている
   ことを特徴とする請求項１或いは２記載の車両用補助暖房装置。
4. 前記吹出口に開閉手段が設けられ、
   前記開閉手段を開閉制御する開閉制御手段を有し、
   前記開閉制御手段は、外気温及び前記車両の室内温度又は吹出先のシート近傍の温度と、予め設定され或いは搭乗者が設定した暖房設定温度とを比較し、該外気温と該室内温度又は吹出先の前記シート近傍の温度の少なくとも一つが前記暖房設定温度を下回っている場合に前記開閉手段を開放動作させる
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の車両用補助暖房装置。

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