JPH06143973A

JPH06143973A - 電気自動車用空調装置

Info

Publication number: JPH06143973A
Application number: JP4300886A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Matsuki; 務松木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1992-11-11
Filing date: 1992-11-11
Publication date: 1994-05-24

Abstract

(57)【要約】【目的】極低温時においても充分な暖房能力を確保す
ることができると共にバッテリへの負担を更に低減させ
ることができる電気自動車用空調装置を得ることが目的
である。【構成】この空調装置は、ヒートポンプ式の空調シス
テム１０、蓄熱式の空調システム１２、燃焼式ヒータに
よる空調システム１４から概ね構成されており、極低温
時にはこの燃焼式ヒータによる空調システム１４を用い
て暖房する。従って、充分な暖房能力を確保することが
できると共に更にバッテリへの負担を低減させることが
できる。また、ヒートポンプ式の空調システム１０の作
動時に伝熱管６６を用いて蓄熱槽４０のブライン５２を
燃焼式ヒータ６４へ送給するので、着火前に予めこれを
温めることができ、エミッションを低減させることもで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気自動車に用いられ
る空調装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車の空調装置として、ヒートポ
ンプ式の空調システムと蓄熱式の空調システムとを組み
合わせたものが、既に本件出願人により案出されている
（一例として、特願平４−１８１３７６号参照）。以
下、この構造について簡単に説明する。

【０００３】図７に示されるように、この空調システム
は、ヒートポンプシステム２００と、蓄熱システム２０
２と、から成る。ヒートポンプシステム２００は、コン
プレッサ２０４、四方弁２０６、第１熱交換器２０８、
膨張弁２１０、第２熱交換器２１２を備え、これらは冷
媒管２１４によって連通されることにより一つのサイク
ルを構成している。なお、冷媒は、四方弁２０６を切り
換えることによりその送給方向を逆にすることができ
る。第１熱交換器２０８は、第１流路２１６に配置され
ており、又第２熱交換器２１２は第２流路２１８に配置
されている。第１流路２１６は車両室内空間２２０へ連
通されており、第２流路２１８は途中で分岐されて車両
室内空間２２０及び車両室外空間２２２の双方へ連通さ
れている。

【０００４】一方、蓄熱システム２０２は、蓄熱槽２２
４、ウォータポンプ２２６、第３熱交換器２２８、第４
熱交換器２３０を備え、これらは管路２３２によって連
通されることにより一つのサイクルを構成している。蓄
熱槽２２４内には、ブライン２３４が封入されると共
に、冷媒管２１４に連通された第５熱交換器２３６がブ
ライン２３４に浸漬された状態で配置されている。ま
た、ブライン２３４中には複数個の蓄熱カプセル２３８
が配置されていると共にヒータ２４０が配置されてい
る。ヒータ２４０は、外部電源２４２、回生ブレーキ２
４４、及びスイッチ２４６に接続されており、スイッチ
２４６が閉じると加熱されるようになっている。

【０００５】この構成によれば、スイッチ２４６を閉じ
ることによりヒータ２４０が加熱されてブライン２３４
を介して蓄熱カプセル２３８に蓄熱される。そして、暖
房時には蓄熱槽２２４内に蓄えられた熱を第３熱交換器
２２８又は第４熱交換器２３０へ伝達して、ブロア２４
８によって車両室内空間２２０へ温風を送給させるよう
になっている。なお、蓄熱システム２０２による暖房だ
けでは暖房能力が不足する場合にはヒートポンプシステ
ム２００に切り換え、或いは蓄熱システム２０２とヒー
トポンプシステム２００とを同時に作動させることもで
きる。

【０００６】従って、この構成による場合、暖房のすべ
てをヒートポンプシステム２００で賄うのではないの
で、その分だけバッテリへの負担を軽減することができ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この構
成による場合、極低温時には蓄熱システム２０２とヒー
トポンプシステム２００とを併用する態様（暖房能力が
最も高い）を採ることになるが、蓄熱槽２２４で蓄熱し
た熱をすべて使いきったときにはヒートポンプシステム
２００のみによる暖房運転状態となる。このため、暖房
能力が不足するという問題点が生じる。

【０００８】また、バッテリへの負担を更に低減させた
いという要請もある。本発明は上記事実を考慮し、極低
温時においても充分な暖房能力を確保することができる
と共にバッテリへの負担を更に低減させることができる
電気自動車用空調装置を得ることが目的である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る電気自動車
用空調装置は、室外熱交換器及び第１の室内熱交換器を
備え、これらへ第１の冷媒を送給することにより車室内
空気を空調するヒートポンプ式の空調システムと、第２
の室内熱交換器及び内部に第２の冷媒が貯留された蓄熱
槽を備え、前記蓄熱槽内の第２の冷媒を前記第２の熱交
換器へ送給することにより車室内空気を空調する蓄熱式
の空調システムと、燃焼式ヒータ及びこの燃焼式ヒータ
に前記第２の冷媒が有する熱を伝達する伝達手段を備
え、前記燃焼式ヒータによって車室内空気を空調する燃
焼式ヒータによる空調システムと、を有することを特徴
としている。

【００１０】

【作用】上記構成によれば、ヒートポンプ式の空調シス
テム、蓄熱式の空調システム、及び燃焼式ヒータによる
空調システムが、状況に応じて単独で或いは適宜組み合
わされて用いられることにより、車室内空気が空調され
る。

【００１１】一例として、最初は蓄熱式の空調システム
が用いられ、次いでヒートポンプ式の空調システムが用
いられ、更には燃焼式ヒータによる空調システムが用い
られる。ここで、本発明によれば、ヒートポンプ式の空
調システムの作動時に、蓄熱式の空調システムを継続作
動させたことにより温度が下がったもののある程度の熱
を有する第２の冷媒が、伝達手段を介して燃焼式ヒータ
に伝達される。このため、燃焼式ヒータはその着火前に
予め温められる。その後、燃焼式ヒータによる空調シス
テムに切り換えることにより、暖房能力が最も必要とな
る極低温時においても充分な暖房能力が得られる。この
際、ヒートポンプ式の空調システムを併用することによ
り、更に暖房能力が向上する。

【００１２】また、すべての状況に対してヒートポンプ
式の空調システムだけで賄うのではなく、蓄熱式の空調
システム及び燃焼式ヒータによる空調システムを用いる
ので、その分だけバッテリへの負担を低減することがで
きる。

【００１３】さらに、着火前に第２の冷媒が有する熱に
よって燃焼式ヒータを予め温めるので、蓄熱槽内の廃熱
を有効に利用することができると共にエミッションの低
減を図ることができる。

【００１４】

【実施例】以下に、図１〜図６を用いて、本発明の一実
施例に係る電気自動車用空調装置を説明する。

【００１５】図１には、本実施例に係る電気自動車用空
調装置の概略構成図が示されている。この電気自動車用
空調装置は、概ねヒートポンプ式の空調システム１０
と、蓄熱式の空調システム１２と、燃焼式ヒータによる
空調システム１４と、から成り、以下この順に説明す
る。

【００１６】ヒートポンプ式の空調システム１０は、コ
ンプレッサ１６、四方弁１８、第１の室内熱交換器とし
ての室内熱交換器２０、膨張弁２２、室外熱交換器２４
を備えており、これらは冷媒管２６によって連通される
ことにより一つのサイクルを構成している。なお、冷媒
（本発明における第１の冷媒に相当する）は、四方弁１
８を切り換えることによりその送給方向を逆にすること
ができる。

【００１７】四方弁１８と室内熱交換器２０との間及び
室内熱交換器２０と膨張弁２２との間には流路切り換え
バルブ２８、３０がそれぞれ配設されている。また、室
内熱交換器２０は、車両室内空間３２と連通された流路
３４に配置されている。さらに、室内熱交換器２０の下
流側にはブロア３６が配設されている。なお、上述した
コンプレッサ１６及びブロア３６の作動、四方弁１８、
流路切り換えバルブ２８、３０の切り換え操作は、図示
しない制御装置によって制御されている。また、車両室
内空間３２には温度検出センサ３８が配設されており、
車両室内温度を前記制御装置へ出力している。制御装置
では、入力された車両室内空間３２の温度を現在温度Ｐ
₁として記憶している。また、制御装置には、乗員が温
度調節レバー（図示省略）等によって設定した温度がＰ
₂として記憶されるようになっている。

【００１８】一方、蓄熱式の空調システム１２は、蓄熱
槽４０、ウォータポンプ４２、第２の室内熱交換器とし
ての室内熱交換器４４を備えており、これらは管路４６
によって相互に連通されることにより一つのサイクルを
構成している。ウォータポンプ４２と室内熱交換器４４
との間及び室内熱交換器４４と蓄熱槽４０との間には、
それぞれ流路切り換えバルブ４８、５０が配設されてい
る。なお、上述したウォータポンプ４２の作動、流路切
り換えバルブ４８、５０の切り換え操作は、図示しない
制御装置によって制御されている。

【００１９】蓄熱槽４０内には第２の冷媒としてのブラ
イン５２が封入されており、このブライン５２中には熱
交換器５４がブライン５２に浸漬された状態で配置され
ている。この熱交換器５４は、ヒートポンプ式の空調シ
ステム１０の流路切り換えバルブ２８、３０と接続され
ている。また、ブライン５２中には、所定の蓄熱温度に
設定された複数個の蓄熱カプセル５６が配置されてい
る。さらに、蓄熱槽４０内には、車外電源５８と接続さ
れたヒータ６０が配置されている。なお、車外電源５８
はコンプレッサ１６とも接続されている。また更に、蓄
熱槽４０内には、ブライン５２の温度を検出する温度検
出センサ６２が配設されている。なお、この温度検出セ
ンサ６２の検出値は、常時制御装置に出力されており、
制御装置ではこの検出値をＴ₁として記憶している。

【００２０】また、燃焼式ヒータによる空調システム１
４は、燃焼式ヒータ６４を備えている。この燃焼式ヒー
タ６４内には、流路切り換えバルブ４８、５０とそれぞ
れ端部が接続された伝達手段としての伝熱管６６の一部
が配置されている。また、伝熱管６６の途中には、流路
切り換えバルブ５０と燃焼式ヒータ６４との間にウォー
タポンプ６８が配置されている。このウォータポンプ４
２の作動は、図示しない制御装置によって制御されてい
る。

【００２１】以下に、図６に示されるフローチャートに
基づいて、図２〜図５を適宜用いながら、本実施例の作
用を説明する。なお、図２〜図５において、適宜示され
る実線の波形矢印は温風を示し、二点鎖線の波形矢印は
冷風を示している。

【００２２】まず、蓄熱だけをする際には、例えば夜間
等に車外電源５８を用いてヒータ６０が加熱される。こ
れにより、ブライン５２が加熱されるので、蓄熱カプセ
ル５６が所定の温度で蓄熱する。

【００２３】次いで、車両走行中に暖房する際には、図
６に示されるようにまずステップ１００で車両室内空間
３８の室内空気の現在温度Ｐ₁が取り込まれる。この現
在温度Ｐ₁は、温度検出センサ３８によって検出された
ものである。次いで、ステップ１０２で乗員が設定した
設定温度Ｐ₂が取り込まれる。次いで、ステップ１０４
で、設定温度Ｐ₂が現在温度Ｐ₁よりも大きいか否かが
判断される。そして、ステップ１０４で肯定されると、
暖房運転がなされる。

【００２４】すなわち、まずステップ１０６で、流路切
り換えバルブ４８が蓄熱槽４０からのブライン５２を室
内熱交換器４４へ送給する開放状態とされる。また、ス
テップ１０８で、流路切り換えバルブ５０が室内熱交換
器５０からのブライン５２を蓄熱槽４０へ送給する開放
状態とされる。次いで、ステップ１１２でウォータポン
プ４２が作動され、ステップ１１４でブロア３６が作動
される。以上のようにして蓄熱式の空調システム１２の
みによる暖房運転がなされ、これにより温風が車両室内
空間３２へ送給される。

【００２５】次に、ステップ１１６で、温度検出センサ
６２によって検出された蓄熱槽４０内のブライン５２の
温度Ｔ₁が所定の温度Ｔ₀以上か否かが判断される。な
お、この所定の温度Ｔ₀は、蓄熱式の空調システム１２
によって充分な暖房効果が得られる温度とされる。ステ
ップ１１６で肯定されれば、ステップ１１８で設定温度
Ｐ₂が現在温度Ｐ₁以下か否かが判断される。ステップ
１１８で肯定されれば処理が終了し、否定されればステ
ップ１１６に戻り、蓄熱式の空調システム１２のみによ
る暖房運転が継続される。

【００２６】一方、ステップ１１６で否定された場合、
即ちブライン５２の温度Ｔ₁が所定の温度Ｔ₀よりも小
さくなった場合には、蓄熱式の空調システム１２のみに
よる暖房運転では最早暖房能力不足であることを意味す
るので、ヒートポンプ式の空調システム１０による暖房
運転に切り換えられる。なお、蓄熱式の空調システム１
２を継続的に使用すると、ブライン５２の温度が徐々に
低下するので、前記場合が起こる。

【００２７】この場合には、まずステップ１２０で、流
路切り換えバルブ４８が蓄熱槽４０からのブライン５２
を燃焼式ヒータ６４へ送給する状態に切り換えられる。
次いで、ステップ１２２で、流路切り換えバルブ５０が
燃焼式ヒータ６４からのブライン５２を蓄熱槽４０へ送
給する状態に切り換えられる。さらに、ステップ１２４
で、四方弁１８がＨＯＴモードに設定される。次いで、
ステップ１２６で、流路切り換えバルブ２８がコンプレ
ッサ１６で圧縮された冷媒を室内熱交換器２０へ送給す
る状態に切り換えられる。次いで、ステップ１２８で、
流路切り換えバルブ３０が室内熱交換器２０から送給さ
れてきた冷媒を膨張弁２２へ送給する状態に切り換えら
れる。そして、この状態でステップ１３０によりコンプ
レッサ１６が作動される。

【００２８】これにより、室外熱交換器２４が吸熱器と
して作用し室内熱交換器２０が放熱器として作用するの
で、温風が流路３４を通って車両室内空間３２へ送給さ
れる。すなわち、ヒートポンプ式の空調システム１０に
よる暖房運転がなされる。

【００２９】その一方で、蓄熱槽４０内のブライン５２
（このときのブライン５２は、所定の温度Ｔ₀よりも小
さいが、依然としてある程度の熱を保有している）が、
燃焼式ヒータ６４側へ伝熱管６６を介して送給されるの
で、燃焼式ヒータ６４が着火前に予め温められる。

【００３０】次いで、ステップ１３２で、設定温度Ｐ₂
が現在温度Ｐ₁以下であるか否かが判断される。ステッ
プ１３２で肯定されれば処理が終了し、否定されれば次
の燃焼式ヒータによる空調システム１４へと移行する。
なお、ステップ１３２で否定される場合は、環境温度が
極低温時の場合である。

【００３１】まず、ステップ１３４で、ウォータポンプ
４２の作動が停止される。次いで、ステップ１３６で、
流路切り換えバルブ４８が室内熱交換器４４からのブラ
イン５２を燃焼式ヒータ６４へ送給する状態に切り換え
られる。次いで、ステップ１３８で、流路切り換えバル
ブ５０が燃焼式ヒータ６４からのブライン５２を室内熱
交換器４４へ送給する状態に切り換えられる。次いで、
ステップ１４０で、ウォータポンプ６８が作動される。
その後、ステップ１３２に戻り、再び設定温度Ｐ₂が現
在温度Ｐ₁以下になったか否かが判断される。ステップ
１３２で肯定されれば処理が終了し、ステップ１３２で
否定されればステップ１３４へ移行する。

【００３２】これにより、燃焼式ヒータ６４で加熱され
たブライン５２が室内熱交換器４４へ送給されるので、
室内熱交換器４４で生じた温風が車両室内空間３２へ送
給される。この際、ヒートポンプ式の空調システム１０
も作動しているので、室内熱交換器２０からも温風が生
じて車両室内空間３２へ送給されることになる。

【００３３】なお、ステップ１０４で否定された場合
は、冷房運転がなされる。この冷房運転の態様について
図５を用いて、簡単に説明しておく。

【００３４】まず、夜間等に蓄冷だけを行う場合には、
制御装置によって四方弁１８がＣＯＯＬモードにされる
と共に流路切り換えバルブ２８、３０が図５図示状態と
される。次いで、車外電源５８を使ってコンプレッサ１
６を作動させ、室外熱交換器２４を放熱器として作用さ
せると共に蓄熱槽４０内の熱交換器５４を吸熱器として
作用させる。これにより、蓄熱槽４０内のブライン５２
が冷却されて、蓄熱カプセル５６が所定の温度で蓄冷す
る。

【００３５】次に、車両走行中に冷房する場合には、図
５に一点鎖線の矢印で示したように、流路切り換えバル
ブ４８、５０が切り換えられた後、ウォータポンプ４２
が作動される。これにより、冷却されたブライン５２が
管路４６を通って室内熱交換器４４へ送給されるので、
冷風（二点鎖線の矢印）が車両室内空間３２へ送給され
る。この態様が、蓄熱（蓄冷）式の空調システム１２の
みを使った態様である。

【００３６】次に、蓄冷式の空調システム１２のみによ
る冷房能力では不足の場合、ヒートポンプ式の空調シス
テム１０が用いられる。すなわち、四方弁１８が実線矢
印方向へ冷媒を送給するように設定し（前記蓄冷のみ行
う場合と同様）、流路切り換えバルブ２８、３０を実線
矢印方向へ冷媒を送給するように切り換える。これによ
り、室外熱交換器２４が放熱器として作用し室内熱交換
器２０が吸熱器として作用するので、冷風が車両室内空
間３２へ送給される。

【００３７】このように本実施例では、燃焼式ヒータに
よる空調システム１４を用いて車両室内空間３２を空調
することができるようにしたので、極低温時においても
充分な暖房能力を得ることができる。更に、本実施例で
は、燃焼式ヒータによる空調システム１４に加えヒート
ポンプ式の空調システム１０も同時に併用するので、よ
り高い暖房能力を得ることができる。

【００３８】さらに、本実施例では、蓄熱式の空調シス
テム１２に加え、燃焼式ヒータによる空調システム１４
を備えているので、その分だけヒートポンプ式の空調シ
ステム１０に依存する度合いが減少する。従って、その
分だけバッテリへの負担を軽減することができる。な
お、この効果は前述した従来技術においても得られる効
果であるが、本実施例の方が燃焼式ヒータによる空調シ
ステム１４を新たに設けた分だけ、従来技術よりもバッ
テリへの負担軽減効果は大となる。また、燃焼式ヒータ
による空調システム１４とヒートポンプ式の空調システ
ム１０とを併用する態様と、従来技術におけるヒートポ
ンプシステム２００と蓄熱システム２０２とを併用する
態様と、を比較しても、燃焼式ヒータによる空調システ
ム１４の方が蓄熱システム２０２よりも暖房能力がある
ので、その分だけ本実施例の方がヒートポンプ式の空調
システム１０の依存度を低下させることができる。従っ
て、電気自動車の一充電走行距離を伸ばすことができ
る。

【００３９】また、本実施例では、蓄熱式の空調システ
ム１２を継続使用することによりブライン５２の温度Ｔ
１が所定の温度Ｔ₀よりも下がった場合に、このブライ
ン５２を燃焼式ヒータ６４へ送給する構成にし、ヒート
ポンプ式の空調システム１０によって暖房している間
に、燃焼式ヒータ６４をその着火前に予め温めるように
したので、燃焼式ヒータ６４のエミッションの低減を図
ることができると共に蓄熱槽４０内の廃熱を有効に利用
することができる。

【００４０】なお、本実施例では、極低温時に燃焼式ヒ
ータによる空調システム１４とヒートポンプ式の空調シ
ステム１０とを併用しているが、容量の大きい燃焼式ヒ
ータ６４を用いた場合等においてはヒートポンプ式の空
調システム１０を停止させるようにしてもよい。

【００４１】また、本実施例では、燃焼式ヒータ６４で
加熱したブライン５２を伝熱管６６を介して室内熱交換
器４４へブライン５２を送給する構成にしたが、これに
限らず、伝熱管６６は蓄熱槽４０内のブライン５２が有
する熱を燃焼式ヒータ６４に伝達するためにのみ用い、
室内熱交換器４４へ送給する経路は別途設けるように構
成してもよい。さらに、本実施例では、ブライン５２及
び室内熱交換器４４を介して温風を生じさせる構成を採
ったが、これに限らず、燃焼式ヒータ６４を流路３４内
の室内熱交換器４４よりも上流側に配置して、燃焼式ヒ
ータ６４の周囲の空気を直接温めて車両室内空間３２へ
送給する構成にしてもよい。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る電気
自動車用空調装置は、ヒートポンプ式の空調システム及
び蓄熱式の空調システムの他に、燃焼式ヒータ及びこの
燃焼式ヒータに第２の冷媒が有する熱を伝達する伝達手
段を備え、燃焼式ヒータによって車室内空気を空調する
燃焼式ヒータによる空調システムを有するので、極低温
時においても充分な暖房能力を確保することができると
共にバッテリへの負担を更に低減させることができると
いう優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る電気自動車用空調装置
の概略構成図である。

【図２】蓄熱式の空調システムのみを用いて暖房する場
合の状態を示す図１に対応する作動説明図である。

【図３】ヒートポンプ式の空調システムのみを用いて暖
房する場合の状態を示す図１に対応する作動説明図であ
る。

【図４】燃焼式ヒータによる空調システム及びヒートポ
ンプ式の空調システムの双方を用いて暖房する場合の状
態を示す図１に対応する作動説明図である。

【図５】冷房運転する場合の状態を示す図１に対応する
作動説明図である。

【図６】主に暖房運転時の作動の流れを示すフローチャ
ートである。

【図７】従来例に係るヒートポンプ式の空調システムを
示す概略構成図である。

【符号の説明】

１０ヒートポンプ式の空調システム１２蓄熱式の空調システム１４燃焼式ヒータによる空調システム２０室内熱交換器（第１の室内熱交換器）２４室外熱交換器４０蓄熱槽４４室内熱交換器（第２の室内熱交換器）５２ブライン（第２の冷媒）６４燃焼式ヒータ６６伝熱管（伝達手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】室外熱交換器及び第１の室内熱交換器を
備え、これらへ第１の冷媒を送給することにより車室内
空気を空調するヒートポンプ式の空調システムと、第２の室内熱交換器及び内部に第２の冷媒が貯留された
蓄熱槽を備え、前記蓄熱槽内の第２の冷媒を前記第２の
熱交換器へ送給することにより車室内空気を空調する蓄
熱式の空調システムと、燃焼式ヒータ及びこの燃焼式ヒータに前記第２の冷媒が
有する熱を伝達する伝達手段を備え、前記燃焼式ヒータ
によって車室内空気を空調する燃焼式ヒータによる空調
システムと、を有することを特徴とする電気自動車用空調装置。