JPH09507450A - 電気自動車の乗員室の温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 自動車の乗員室への空気の流通路に設けられた内部熱交換器１８と、外部熱交換器４０、４２との間にあるコンプレッサー２２による冷却液循環回路２０、及び内部熱交換器と外部熱交換器が、冷却モードで、それぞれ蒸発器とコンデンサーとして機能し、加熱モードで、それぞれコンデンサーと蒸発器として機能するように、冷却液の流れの方向を逆にする手段２８を備えており、乗員室Ｈからの空気の流れＦ１の通路に設けられた第１外部熱交換器４０と、加熱モードでは、乗員室Ｈの外部の熱源で熱交換するようになっている第２外部熱交換器４２とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】 電気自動車の乗員室の温度制御装置 本発明は、電気自動車の乗員室の温度制御装置に関する。 詳しく言うと、自動車の乗員室への空気の流通路に設けられた内部熱交換器と 、外部熱交換器との間にあるコンプレッサーによって循環される冷却液が流れる 回路、及び内部熱交換器と外部熱交換器が、冷却モードでは、それぞれ蒸発器と コンデンサーとして機能し、加熱モードでは、それぞれコンデンサーと蒸発器と して機能するように、冷却液の流れの方向を逆にする手段を備えている電気自動 車の乗員室の温度制御装置に関する。 冷却モードでは、この装置は、従来の温度制御装置のように作動し、内部熱交 換器は、乗員室に送られる空気の流れを冷却する蒸発器の役をし、外部熱交換器 は、熱を外部へ放出する。 冷却液の流れの方向を逆にすると、内部熱交換器は、コンデンサーの役をし、 乗員室への空気の流れの温度を上げ、外部熱交換器は蒸発器の役をし、熱源から 熱を取り除き、加熱モードが得られる。 換言すると、後者の場合には、装置は、外部から熱エネルギーを取り、それを 乗員室に供給するヒートポンプとして作動する。 このような制御装置は、特に電気駆動装置により生ずる熱が、冬期には、通常 、乗員室の加温要求を満たすのに十分でない電気自動車に適している。 上記形式のいくつかの装置は、すでに提案されており、それらは、自動車の電 気駆動装置のような外部熱源と熱交換関係を有する単一の外部熱交換器を備えて いる。 このような装置は、冷却モードでは、満足に作動するが、加熱モードでの作動 は、電気駆動装置により生ずる熱が不十分であるので、不満足である。 また加熱モードでは、外部熱交換器は、氷結問題を起こす。 本発明の目的は、前記の欠点を解決することである。 そのため、本発明による前記形式の装置は、乗員室からの空気の流れの通路に 設けられた第１外部熱交換器、及び少なくとも加熱モードでは、乗員室の外部の 熱源で熱交換するようになっている第２外部熱交換器を備えていることを特徴と している。 従って、この装置が加熱モードで作動する時は、第１外部熱交換器は、乗員室 からの温かい空気の流れで熱エネルギーを回収することができ、第２外部熱交換 器は、乗員室の外部熱源から熱エネルギーを回収することができ、乗員室に、少 なくとも１つの電気部品又は自動車を駆動する電動モーターを設けることができ る。 冷却モードでは、第１外部熱交換器は、コンデンサーの役をし、第２外部熱交 換器は、コンデンサーの役をするか、または全く用いられない。 本発明の好ましい実施例では、第１外部熱交換器と第２外部熱交換器は、冷却 液の回路に平行に設けられている。 第１外部熱交換器と第２外部熱交換器を、冷却液の回路に連続して設けてもよ い。 本発明の好ましい実施例では、第１外部熱交換器は、加熱モードで蒸発器の役 をする時、蒸発圧力を最小値に制限するための手段を備えている。 圧力制限手段は、圧力制限バルブを備えているのがよい。 これにより、第１外部熱交換器の氷結問題を避けることができる。 本発明の好ましい実施例では、第１外部熱交換器は、乗員室からの空気の流れ の通路に設けられている気相／液相式熱交換器である。 加熱モードと冷却モードの両方で、第１外部熱交換器に、乗員室からの空気の 流れのみが通過するようになっている。 しかし、加熱モードで、第１外部熱交換器に、乗員室からの空気の流れが通過 し、冷却モードで、乗員室からの空気の流れと外気の流れからなる混合気が通過 するようになっているのが好ましい。 従って、冷却モードでは、空気の流れは、乗員室からの循環空気の流れと、冷 却効果を高める外気の流れとの中間温度で第１外部熱交換器を通過する。 第２外部熱交換器は、例えば少なくとも１つの電気部品の外部熱源により加熱 される外気の流れの通路に設けられている気相／液相式熱交換器である。 従って、加熱された外気は、直接第２外部熱交換器を通過する。 第２実施例では、第２外部熱交換器は、少なくとも１つの電気部品又は自動車 の電動モーターを冷却する冷却回路に設けられている液相／液相式熱交換器であ る。 従って第２外部熱交換器によりなされる熱交換は、冷却回路によりなされる。 冷却液は、冷却回路を流れるようになっており、冷却回路は、第２外部熱交換 器が設けられている第１支流、冷却ラジエータと連動ファンが設けられている第 ２支流、及び加熱モードで、第２外部熱交換器が作動して、冷却液を、少なくと も第１支流で循環させるように、かつ冷却モードで、第２外部熱交換器が作動せ ず、第２支流のみを循環させるようになっている３方向バルブを備えている。 この結果、加熱モードでは、第２外部熱交換器は、冷却回路によって乗員室の 外部から熱エネルギーを回収できる。冷却モードでは、第２外部熱交換器は、休 止している。 第１変形例では、冷却回路は、自動車の少なくとも１つの電気部品を冷却する のに役立ち、電動モーターは、別の空気の流れにより冷却されるようになってい る。 ここでは、電動モーターによって加熱された空気の流れは使われない。 他の変形例では、冷却回路は、自動車の少なくとも１つの電気部品を冷却する のに役立つが、電動モーターを冷却する空気の流れは、乗員室からの空気の流れ と混合され、加熱モードでのみ、第１外部熱交換器に供給されるようになってい る。 第３実施例では、冷却回路は、自動車の少なくとも１つの電気部品を冷却する のに役立ち、かつ電動モーターを冷却するのに用いられた空気の流れは、冷却回 路の第２支流に設けられた冷却ラジエータを通過するようになっている。 従って、加熱モードでは、電動モーターの熱エネルギーは（冷却回路により） 第２外部熱交換器により回収され、第１変形例で述べたように、第１外部熱交換 器によっては回収されない。 単なる例示にすぎないが、添付図面に基づき、次に本発明の実施例を説明する 。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の第１実施例による装置の加熱モードを示す概略図である。 図２は、図１の装置の冷却モードを示す概略図である。 図３は、本発明の第２実施例による装置の加熱モードを示す概略図である。 図４は、図３の装置の冷却モードを示す概略図である。 図５は、本発明の第３実施例による装置の加熱モードを示す概略図である。 図６は、図５の装置の冷却モードを示す概略図である。 図７は、本発明の第４実施例による装置の加熱モードを示す概略図である。 図８は、図７の装置の冷却モードを示す概略図である。 実施例 図１は、電動モーターＭによって駆動される１点鎖線で示す自動車の乗員室Ｈ の温度制御装置を示す。 この装置は、乗員室Ｈの外からの空気取入口１２と、乗員室Ｈ内部の空気循環 用取入口１４を備える空気分配ケース１０を備えている。空気分配ケース１０は 、乗員室Ｈ内の温気または冷気を分配する出口１６も備えている。 空気分配ケース１０に内蔵されている内部熱交換器１８は、冷却液循環回路２ ０に取りつけられており、それは、熱吸収時に、液相から気相に、熱放出時に、 気相から液相に変えることができるようになっている。 冷却液循環回路２０は、コンプレッサー２２、その入口２４、及び出口２６を 備えており、それらは４方向バルブ２８に接続されており、それ自身は、一方で 内部熱交換器１８に導くパイプ３０に、他方で回路のＡ点に導くパイプ３２に接 続されている。 図１に示す位置では、バルブ２８は、コンプレッサー２２の出口２６をパイプ ３０へ、コンプレッサー２２の入口２４をパイプ３２へ接続している。その結果 、気相の冷却液は、コンプレッサー２２で圧縮され、コンデンサーとして働く内 部熱交換器１８に送られ、そこで凝縮され、乗員室Ｈ内へ熱を放出する。 コンデンサー１８はまた、回路のＢ点で終わるパイプ３４に接続されている。 Ａ点とＢ点は、平行に設けられた２つのチャネル３６，３８によって接続され ており、それらは、それぞれ第１外部熱交換器４０と第２外部熱交換器４２に取 りつけられている。 Ｂ点と外部熱交換器４０との間で、導管３６は、２つの支流に分れており、導 管３６−１は、外部熱交換器４０の冷却液をＢ点に循環させるノーリタンバルブ ３７を備えており、導管３６−２は、減圧バルブ４４が挿入されている。 外部熱交換器４０とＡ点との間の導管３６は、毛細管４８により減圧バルブ４ ４に接続されている温度センサー４６を備えている。減圧バルブ４４は、サーモ スタット減圧バルブの役をしている。 Ｂ点と外部熱交換器４２との間で、導管３８は２つの支流に分れており、導管 ３８−１は、冷却液を外部熱交換器４２からＢ点へ循環させるノーリタンバルブ ３９に取りつけられており、導管３８−２は、サーモスタット減圧バルブ５０に 取りつけられている。 サーモスタット減圧バルブ５０は、外部熱交換器４２とＡ点との間の導管３８ の一部にある温度センサー５２に接続されている。温度センサー５２は、毛細管 ５４を介して、サーモスタット減圧バルブ５０に接続されている。 温度センサー５２とＡ点との間に、ノーリタンバルブ５６が取りつけられてお り、冷却液を外部熱交換器４２からＡ点へ循環している。 ４方向バルブ２８をＡ点に接続しているパイプ３２では、圧力制限バルブ５８ が取りつけられており、外部熱交換器４０が氷結しないようになっている。 外部熱交換器４０は、気相／液相式熱交換器であり、乗員室Ｈからの空気の流 れＦ１をダクト６０に導入する。 外部熱交換器４２は、乗員室Ｈの外部からとる空気の流れＦ２が通過し、この 実施例では、コンプレッサー２２と（Ｅ）で示す少なくとも１つの電気部品６２ を備える外部熱源によって加熱される。 この電気部品６２は、例えば自動車の電気バッテリーとその制御回路等である 。 空気の流れＦ２は、電動ファン６６によりダクト６４内に導入するのがよい。 そのため、電動モーターＭは、ファン７０によりダクト６８内に流入する空気 の流れＦ３により冷却される。 しかし、電動モーターＭにより生ずる熱エネルギーは回収されない。 図１に示す実施例では、装置は加熱モードで作動する。気相の冷却液は、コン プレッサー２２で加圧され、コンデンサーの役をする内部熱交換器１８に送られ 、そこで凝縮され、熱を生じ、乗員室Ｈに送られる空気の流れを加熱する。 液相の冷却液は、回路のＢ点に達し、２つの導管３６、３８に分配される。 導管３６では、導管３６−２の減圧バルブ４４を通過してから、外部熱交換器 ４０と到達点Ａに行く。 導管３８では、液相の冷却液は、導管３８−２の減圧バルブ５０を通過してか ら、外部熱交換器４２と到達点Ａへ行く。冷却液は、蒸発器の役をする２つの外 部熱交換器４０，４２で蒸発する。 気相の冷却液は、外部熱交換器４０から出、圧力制限バルブ５８を通過してコ ンプレッサー２２に戻る。圧力制限バルブ５８は、外部熱交換器４０の蒸発圧力 を所定の最小値に制限することができ、外部熱交換器４０を去る空気の温度を確 実に氷結が起こらない温度に保つことができる。 この過程により、冷たい乾燥した外気と混合した後で、外部熱交換器４２によ り、乗員室Ｈからの空気に含まれる熱エネルギーの回収を避けることができる。 図２は、同じ装置の冷却モードを示す。 バルブ２８の位置は逆になり、コンプレッサー２２の出口２６は、パイプ３２ と通じ、入口２４はパイプ３０と通じている。 気相の冷却液は、コンプレッサー２２で加圧され、回路のＡ点に送られる。そ こから冷却液は、導管３６、３８に分配される。導管３６では、まずバルブ５６ を通り、コンデンサーの役をする外部熱交換器４０に行き、そこで冷却液は、液 相に凝縮される。それから、ノーリタンバルブ３７を備える導管３６−１へ行く 。 導管３８では、気相の冷却液は、まずコンデンサーの役をする外部熱交換器４ ０を通過し、そこで液相に凝縮され、バルブ３９へ行く。冷却液は、Ｂ点に達し 、そこから蒸発器の役をする内部熱交換器１８に達する。 冷却モードの作動で、装置は、乗員室Ｈに送られる空気の流れから熱エネルギ ーを除いて冷却し、熱エネルギーを外部熱交換器４０，４２に放出する。 図３に示す実施例では、図１、図２と同じ要素には、同じ符号を付してある。 コンプレッサー２２は、乗員室Ｈからの空気の流れＦ１を導入するダクト６０ 内にある。ダクト６０は、図１、図２に示す実施例では、ダクト６４内にファン ６６を備えている。 しかし、図３の加熱モードでは、ファン６６は、スイッチが切れ、図４の冷却 モードでのみ作動する。ダクト６０は、乗員室Ｈからの空気取入口７２と、外気 用空気取入口７４を備え、空気取入口７４は、供給バルブ７６で制御される。 図３の加熱モードでは、バルブ７６は閉じており、外部熱交換器４０は、乗員 室Ｈからの空気のみ供給される。 図４の冷却モードでは、バルブ７６は開いており、外部熱交換器４０には、乗 員室Ｈからの内部空気（循環空気）と乗員室Ｈの外部から取り入れる外気との混 合気は供給される。 図３、図４に示す実施例では、外部熱交換器４２は、液相／液相式熱交換器で ある。外部熱交換器４２は、（Ｅ）で示す少なくとも１つの電気部品６２を冷却 するための冷却回路７８に取りつけられている。通常は、耐凍剤を加えた水であ る冷却液は、冷却回路７８を流れる。 冷却回路７８は、外部熱交換器４２が取りつけられている第１支流８０、冷却 ラジエータ８４と連動ファン８６が取りつけられている第２支流８２、および冷 却液を、図３の加熱モードでは、第１支流８０に、図４の冷却モードでは、第２ 支流８２に循環させるようになっている３方向バルブ８８を備えている。 冷却回路７８は、電気部品６２と水ポンプＰが取りつけられている共通支流９ ０も備えている。 加熱モードでは、図１、図２に示す実施例における内部熱交換器１８は、コン プレッサーとして働く。そのため、外部熱交換器４０は、蒸発器の役をし、乗員 室Ｈからの空気の熱エネルギーの一部と、コンプレッサー２２からの熱の一部を 回収する。 しかし、前記加熱モードでは、外部熱交換器４２は、蒸発器の役をし、冷却回 路７８によって、乗員室Ｈの外部から、特に電気部品６２から供給される熱エネ ルギーを回収する。図１、図２に示す実施例のように、自動車の電動モーターＭ に生ずる熱エネルギーは回収されない。 図４の冷却モードでは、冷却液の流れの方向は逆で、内部熱交換器１８は、蒸 発器の役をし、外部熱交換器４０は、コンデンサーの役をする。 乗員室Ｈからの循環空気と外気の混合気は、外部熱交換器４０を通過する。 他方、外部熱交換器４２は、冷却回路７８の冷却液が、第２支流８２と共通支 流９０のみを循環するので、働かないままである。 自動車の電気部品６２は、冷却ラジエータ８４と連動ファン８６により冷却さ れる。 図５、図６は、図３、図４の装置の変形例を示す。同じ要素に対する符号は同 じである。電動モーターＭから冷たい空気を導くダクト６８は、外部熱交換器４ ０で終るダクト６０の空気取入口７４に接続されている。 電動モーターＭと関連するファン７０は、ダクト６０の空気取入口７４で終る 側面ダクト９２に内蔵されている。ダクト６０には外気取入口９４が設けられて いる。ダクト６０への導入は、２つのバルブ９６，９８によって制御されている 。 図５の加熱モードでは、バルブ９６と９８は、電動モーターＭによって加熱さ れた空気を乗員室Ｈからの循環空気と混合させて、外部熱交換器４０に供給する 。 図６の冷却モードでは、バルブ９６と９８は同時に、電動モーターＭを冷却す るのに用いられた空気を、電動ファン７０により、直接外部に導き、かつ外部熱 交換器４０に外気を供給することができる。 外部熱交換器４０には、乗員室Ｈからの循環空気と乗員室Ｈの外部からの外気 との混合気が供給される。 図５、図６に示す実施例では、外部熱交換器４２の作動の仕方は、前記の場合 と同じである。図５に示す加熱モードでのみ作動する。 図７、図８は、図３、図４の変形例で、同じ要素に対する符号は同じである。 外部熱交換器４０への供給は、図３、図４に示す実施例と同じである。 外部熱交換器４０は、図７の加熱モードで、乗員室Ｈからの循環空気によって のみ供給され、図８の冷却モードでは、乗員室Ｈからの循環空気と外気の混合気 によって供給される。 ここでの基本的相違は、外部熱交換器４２についてである。外部熱交換器４２ は、２つの支流８０，８２、共通支流９０および３方向バルブ８８を備える冷却 回路７８に組み込まれている。 この実施例では、水ポンプＰと電気部品６２は、第２支流８２に設けられてい る。冷却ラジエータ８４とファン８６は、ダクト１００に内蔵されており、そこ を電動モーターＭを冷却するのに使われた温かい空気が通過する。 図７の加熱モードでは、バルブ８８は、冷却液を共通支流９０に通さず、両支 流８０，８２に通す位置にある。冷却ラジエータ８４は、電動モーターＭを冷却 することによって得られる熱エネルギーの一部を冷却回路７８に与える。 この熱エネルギーは、蒸発器の役をする外部熱交換器４２によって回収される 。 図８の冷却モードでは、バルブ８８は、冷却液を外部熱交換器４２に通さず、 第１支流８０と共通支流９０に通す位置にある。冷却回路７８はその時、電動モ ーターＭを冷却できる。 加熱モードでは、冷却回路７８はまた自動車の電気部品６２に生ずる熱エネル ギーの一部を回収する。 本発明は、上記に例示した実施例に限定されず、他のあらゆる変形例も含まれ る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．自動車の乗員室への空気の流通路に設けられた内部熱交換器（１８）と、 外部熱交換器（４０）（４２）との間にあるコンプレッサー（２２）による冷却 液循環回路（２０）、及び内部熱交換器と外部熱交換器が、冷却モードで、それ ぞれ蒸発器とコンデンサーとして機能し、加熱モードで、それぞれコンデンサー と蒸発器として機能するように、冷却液の流れの方向を逆にする手段（２８）を 備えている電気自動車の乗員室の温度制御装置において、 乗員室（Ｈ）からの空気の流れ（Ｆ１）の通路に設けられた第１外部熱交換器 （４０）と、少なくとも加熱モードでは、乗員室（Ｈ）の外部の熱源で熱交換す るようになっている第２外部熱交換器（４２）とを備えていることを特徴とする 電気自動車の乗員室の温度制御装置。 ２．第１外部熱交換器（４０）と第２外部熱交換器（４２）が、冷却液循環回 路（２０）に平行に設けられていることを特徴とする請求項１記載の電気自動車 の乗員室の温度制御装置。 ３．第１外部熱交換器（４０）と第２外部熱交換器（４２）が、冷却液循環回 路（２０）に連続して設けられていることを特徴とする請求項１記載の電気自動 車の乗員室の温度制御装置。 ４．第１外部熱交換器（４０）は、加熱モードで蒸発器の役をする時、蒸発圧 力を最小値に制限するための手段（５８）を備えていることを特徴とする請求項 １〜３のいずれかに記載の電気自動車の乗員室の温度制御装置。 ５．圧力制限手段が、圧力制限バルブ（５８）を備えていることを特徴とする 請求項４に記載の電気自動車の乗員室の温度制御装置。 ６．第１外部熱交換器（４０）は、乗員室（Ｈ）からの空気の流れ（Ｆ１）の 通路に設けられている気相／液相式熱交換器であることを特徴とする請求項１〜 ５のいずれかに記載の電気自動車の乗員室の温度制御装置。 ７．加熱モードと冷却モードの両方で、第１外部熱交換器（４０）に、乗員室 からの空気の流れ（Ｆ１）のみが通過するようになっていることを特徴とする請 求項６に記載の電気自動車の乗員室の温度制御装置。 ８．加熱モードで、第１外部熱交換器（４０）に、乗員室からの空気の流れ （Ｆ１）が通過し、冷却モードで、乗員室からの空気の流れ（Ｆ１）と外気の流 れ（Ｆ２）からなる混合気が通過するようになっていることを特徴とする請求項 ６に記載の電気自動車の乗員室の温度制御装置。 ９．第２外部熱交換器（４２）は、例えば少なくとも１つの電気部品（６２） の外部熱源により加熱される外気の流れ（Ｆ２）の通路に設けられている気相／ 液相式熱交換器であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の電気自 動車の乗員室の温度制御装置。 １０．第２外部熱交換器（４２）は、少なくとも１つの電気部品（６２）又は 自動車の電動モーター（Ｍ）を冷却する冷却回路（７８）に設けられている液相 ／液相式熱交換器であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の電気 自動車の乗員室の温度制御装置。 １１．冷却液は、冷却回路（７８）を流れるようになっており、冷却回路（７ ８）は、第２外部熱交換器（４２）が設けられている第１支流（８０）、冷却ラ ジエータ（８４）と連動ファン（８６）が設けられている第２支流（８２）、及 び加熱モードで、第２外部熱交換器（４２）が作動するように、冷却液を、少な くとも第１支流（８０）で循環させるように、かつ冷却モードで、第２外部熱交 換器（４２）が作動しないように、第２支流（８２）のみを循環させるようにな っている３方向バルブ（８８）を備えていることを特徴とする請求項１０に記載 の電気自動車の乗員室の温度制御装置。 １２．冷却回路（７８）は、自動車の少なくとも１つの電気部品（６２）を冷 却するのに役立ち、電動モーター（Ｍ）は、別の空気の流れにより冷却されるよ うになっていることを特徴とする請求項１１に記載の電気自動車の乗員室の温度 制御装置。 １３．冷却回路（７８）は、自動車の少なくとも１つの電気部品（６２）を冷 却するのに役立つが、電動モーター（Ｍ）を冷却する空気の流れは、乗員室から の空気の流れ（Ｆ１）と混合され、加熱モードでのみ、第１外部熱交換器（４０ ）に供給されるようになっていることを特徴とする請求項１１に記載の電気自動 車の乗員室の温度制御装置。 １４．冷却回路（７８）は、自動車の少なくとも１つの電気部品（６２）を冷 却するのに役立ち、かつ電動モーター（Ｍ）を冷却するのに用いられた空気の流 れは、冷却回路（７８）の第２支流（８２）に設けられた冷却ラジエータ（８４ ）を通過するようになっていることを特徴とする請求項１１に記載の電気自動車 の乗員室の温度制御装置。