WO2014136817A1 - 車両用加温システム - Google Patents

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Abstract

 電動車両の蓄電装置の電力を用いずに車内暖房を行う時間をより長く確保する。 電気自動車EVのバッテリBの充電中にオイルバス2内のオイルを面状発熱体21により加熱し、車室内に設置されたプレートヒータ23内に蓄熱状態のオイルを流して当該プレートヒータ23からの輻射熱及び自然対流によって車内暖房を行う車両用加温システム1において、オイルバス2内には、オイルの温度を保持するための潜熱蓄熱材5がオイルとともに収容されている。

Description

車両用加温システム
 本発明は、車室内を加温する車両用加温システムに係り、特に、外部電源によって充電される蓄電装置を備えた電動車両に搭載された車両用加温システムに関する。
 プラグインハイブリッド車や電気自動車をはじめ、外部電源によって充電される蓄電装置を備えた電動車両において、当該蓄電装置に蓄電した電力を車室内の空調用に使用すると、その分だけ蓄電電力が消費されるので、蓄電装置の電力を使用して走行できる距離が短くなってしまう。このため、走行中における車室内の空調、特に、車室内の暖房を蓄電装置の電力を用いずに行う手段が開発されてきている(例えば、特許文献1乃至3参照)。
 特許文献1及び2に記載の技術によれば、蓄電装置の充電時に電気ヒータ等を利用して熱を蓄熱槽に蓄え、走行中に蓄熱槽の熱を使って車室を暖房する。また、特許文献3に記載の技術によれば、水等の反応媒体と化学蓄熱材との化学反応で生じる熱を暖房熱として利用し、更に、蓄電装置の充電時に電気ヒータ等を利用して上記化学反応での反応生成物を元の化学蓄熱材へと再生する。
特開平5-124443号公報 特開2010-259308号公報 特開2012-97997号公報
 しかしながら、特許文献1及び2に記載の技術では、電動車両が走行している期間中、時間経過に伴って蓄熱槽に蓄えられた熱が失われることとなる。したがって、例えば電動車両の走行期間が長くなった場合には、蓄熱槽に蓄えられた熱が放出し尽くされる可能性があり、その後に車室内を加温する場合には蓄電装置の電力を使用せざるを得なくなる。
 また、特許文献3に記載の技術では、化学蓄熱材と反応媒体との化学反応に伴う発熱を利用しているため、当該化学反応が持続される期間のみの暖房となり、暖房可能な時間が比較的短くなってしまう。このため、電動車両の走行期間中、上記の化学反応が終了した後に車室内を加温するためには、蓄電装置の電力を使用せざるを得なくなる。
 そこで、本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、車室内の暖房を蓄電装置に蓄えられた電力を用いずに行うことが可能な期間をより長時間確保することが可能な車両用加温システムを提供することにある。
 前記課題は、本発明の車両用加温システムによれば、外部電源によって充電される蓄電装置を備えた電動車両に搭載され、該電動車両の車室内を加温する車両用加温システムであって、加熱されることによって蓄熱する液状蓄熱媒体を収容する収容体と、該収容体にある蓄熱状態の前記液状蓄熱媒体を用いて前記車室内を加温する加温ユニットと、を備え、該加温ユニットは、前記蓄電装置が前記外部電源と電気的に接続されている期間中に前記外部電源からの電力により前記収容体内の前記液状蓄熱媒体を加熱する加熱体と、前記液状蓄熱媒体を前記収容体内から吸引して送液する送液装置と、該送液装置から吐出された前記液状蓄熱媒体が流れる送液路に接続され、蓄熱状態の前記液状蓄熱媒体が内部を流れることによって表面温度が上昇する加温器と、を有し、前記表面温度が上昇した状態の前記加温器からの輻射熱及び自然対流によって前記車室内を加温し、前記収容体には、前記液状蓄熱媒体の温度を保持するための化学蓄熱材が前記液状蓄熱媒体とともに収容されていることにより解決される。
 上記の構成によれば、収容体内に液状蓄熱媒体に加えて化学蓄熱材が収容されているので、蓄熱状態の液状蓄熱媒体の温度が保持されることになる。この結果、従来の加温システムに比して、車室内の暖房を蓄電装置に蓄えられた電力を用いずに行うことが可能な期間がより長時間確保されることとなる。
 また、上記の車両用加温システムにおいて、前記加温ユニットの作動状態を自動制御する制御装置を備え、該制御装置は、前記蓄電装置が前記外部電源と電気的に接続されている期間中に加熱開始条件が成立した時点で、前記加熱体をオンして前記加温ユニットに前記収容体内の前記液状蓄熱媒体の加熱を開始させると好適である。
 上記の構成によれば、加熱開始条件が成立した時点で液状蓄熱媒体の加熱が開始されるので、例えば、加熱開始条件として加熱開始時刻を設定したときには、電動車両の利用開始時間に合わせて液状蓄熱媒体の加熱が開始されるようになるため、効率よく合理的に液状蓄熱媒体を加熱することが可能となる。
 また、上記の車両用加温システムにおいて、前記液状蓄熱媒体は、オイルであり、前記収容体は、前記オイルを収容した内筒と該内筒の外側に設けられた外筒とを備えた容器であり、前記容器において前記内筒と前記外筒との間に挟まれた空間の気圧は、大気圧よりも減圧されており、前記加熱体は、前記内筒の内周面に沿わせて前記内筒内に配置された面状発熱体であり、前記化学蓄熱材は、前記オイルとともに前記内筒内に収容された潜熱蓄熱材であると好適である。
 上記の構成によれば、化学蓄熱材として潜熱蓄熱材が利用されているため、容器内に収容された液状蓄熱媒体であるオイルの温度を効果的に保持することが可能となる。また、容器自体についても、二重筒構造となっているため、保温機能が備わっている。この結果、車室内の暖房を蓄電装置に蓄えられた電力を用いずに行うことが可能な期間がより一層長時間確保されることとなる。
 また、上記の車両用加温システムにおいて、前記内筒内には、液状状態にあるときに衝撃が加えられると発熱しながら結晶化し、結晶状態にあるときに熱が加えられると液状化する再生型蓄熱材と、該再生型蓄熱材に衝撃を加える衝撃発生装置と、が前記オイルとともに収容されていると好適である。
 上記の構成によれば、電動車両が外部電源と電気的に遮断されている期間、具体的には、電動車両が走行中であったり外出先で駐車されていたりする期間中にオイルの温度が低下した場合、液状状態にある再生型蓄熱材を結晶化させることでオイルを積極的に加熱することが可能となる。これにより、車室内の暖房を蓄電装置に蓄えられた電力を用いずに行うことが可能な期間が更に長時間確保されることとなる。
 また、上記の車両用加温システムにおいて、前記再生型蓄熱材は、過冷却型蓄熱材であり、前記制御装置は、前記蓄電装置が前記外部電源とは電気的に遮断されている期間中に衝撃発生条件が成立した時点で、前記衝撃発生装置を駆動して液状状態の前記過冷却型蓄熱材に対して衝撃を加えさせると好適である。
 上記の構成によれば、衝撃発生条件が成立した時点で過冷却型蓄熱材に対して衝撃を加えて結晶化させる。これにより、例えば、衝撃発生条件として再加熱開始時刻を設定したときには、再加熱開時刻になったときに、過冷却型蓄熱材の結晶化熱を用いてオイルを再加熱し、蓄熱状態のオイルを用いて車内暖房を実行することが可能な状態に復帰させることが可能となる。この結果、電動車両の乗員が目的地で電動車両を降りてから再び電動車両に乗り込むまでの間に蓄熱状態のオイルを用いて車室内を加温しておくことが可能となるので、車室内の暖房を蓄電装置に蓄えられた電力を用いずに行うことが可能な期間がより長時間確保されることとなる。
 また、上記の車両用加温システムにおいて、前記加温器は、プレート型のヒータであり、該ヒータは、前記電動車両の車体フロア上に設置されていると好適である。
 上記の構成によれば、車室内の暖房を蓄電装置に蓄えられた電力を用いずに行うことが可能な期間を長時間確保するための構成がより有意義なものとなる。具体的に説明すると、ヒータが車体フロア上に設置されていた場合、特に車室内で露出した状態にある場合にはヒータからの放熱量が大きくなる。すなわち、ヒータが車体フロア上に設置されていると、オイルの温度が低下し易くなり、その分、車室内の暖房を蓄電装置に蓄えられた電力を用いずに行うことが可能な期間が短くなる傾向にある。かかる状況では、オイルとともに潜熱蓄熱材や過冷却型蓄熱材を容器内に収容することでオイルの温度を保持する構成がより有効なものとなる。
 また、上記の車両用加温システムにおいて、前記車室内に備えられた複数の座席に対応させて前記加温器が複数設置されており、前記加温器の各々は、前記送液路に接続されており、前記送液路中、前記加温器の各々の上流位置には、開閉自在な制御弁が前記加温器別に配置されており、前記制御装置は、複数の前記座席のうち、乗員が着座している前記座席に対応する前記加温器の内部を前記液状蓄熱媒体が流れるように前記制御弁の開閉を制御すると好適である。
 上記の構成によれば、車室内を加温する際に、座席スペース単位で加温すること、すなわち、個別暖房が可能となるため、常に車室内全体を暖房する必要がない分、効率的に車室内を加温することが可能となる。
 また、上記の車両用加温システムにおいて、前記加温器は、前記蓄電装置の上方位置に配置されていると好適である。
 上記の構成によれば、蓄電装置からの発生熱を回収して当該熱を暖房熱として使用することにより、車室内の暖房を蓄電装置に蓄えられた電力を用いずに行うことが可能な期間がさらに長時間確保されることとなる。
 本発明の車両用加温システムによれば、収容体内に液状蓄熱媒体とともに化学蓄熱材や再生型蓄熱材が収容されているので、蓄熱状態の液状蓄熱媒体の温度を保持し、以て、車室内の暖房を蓄電装置に蓄えられた電力を用いずに行うことが可能な期間が長時間確保されることとなる。
本発明の車両用加温システムと当該システムを搭載した電動車両を示した模式図である。 本発明の車両用加温システムの構成を示したブロック図である。 容器内の構造を示した模式図である。 本発明の効果としてオイル温度の経時変化パターンを示した図である。 プレート型のヒータの配置位置についての説明図である。 加温処理の流れを示した図である(その1)。 加温処理の流れを示した図である(その2)。 本発明の車両用加温システムの利用例を示した図である。
<本発明の車両用加温システムの構成例>
 本発明の車両用加温システムの構成例について、図1乃至5を参照しながら説明する。
 なお、以下では、電気自動車EVに搭載される車両用加温システムを例に挙げて説明する。ここで、電気自動車EVは、外部電源によって充電される蓄電装置であるバッテリBを内部に備えた電動車両の一例である。ただし、本発明は、内部にバッテリBを備えた電動車両に搭載される加温システムに対して適用され、電気自動車EV以外の他の電動車両、例えば、プラグインハイブリッド車に搭載される加温システムに対しても適用可能である。
 本構成例に係る車両用加温システム(以下、本加温システム)1は、外部電源によって充電されたバッテリBの電力を用いずに車室内を加温するものである。より具体的に説明すると、本加温システム1は、バッテリBの充電時間を利用して液状蓄熱媒体としてのオイルを加熱し、蓄熱状態のオイルを熱源として電気自動車EVの車室内を加温する。これにより、本加温システム1を搭載した電気自動車EVでは、バッテリBの電力を使用せずに車室内の暖房を行うことが可能となる。
 本加温システム1の具体的構成について説明すると、図1や2に示すように、オイルを収容する容器であるオイルバス2と、オイルバス2内にある蓄熱状態のオイルを用いて車室内を加温する加温ユニット3とを有する。また、電気自動車EV内には制御装置としての車両用ECU4が搭載されており、この車両用ECU4によって加温ユニット3の作動状態が自動制御されることとなっている。
 以下、オイルバス2、加温ユニット3及び車両用ECU4の各々について説明する。
 オイルバス2は、加熱されることによって蓄熱するオイルを収容する収容体であり、本構成例では、図3に示すように、二重筒構造となっている。すなわち、オイルバス2は、有底の内筒11及び外筒12を有しており、内筒11内にオイルを収容し、内筒11の外側に外筒12が設けられている。また、図3に示すように、内筒11と外筒12とが開口端側で連結している。さらに、内筒11と外筒12との間に挟まれた空間13の気圧が大気圧よりも減圧されており、より詳しく説明すると、略真空状態となっている。
 上記の二重筒構造を採用することによりオイルバス2には断熱機能が付与され、結果として、図4に示すように、比較例(オイル温度を保持するための構成が採用されていないケース)と比べて、内筒11内に収容されるオイルの温度が保持され易くなる。なお、図4では、比較例におけるオイル温度の経時変化を短破線で示しており、比較例に二重筒構造のオイルバス2を加えたときのオイル温度の経時変化を一点鎖線にて示している。
 また、オイルバス2は、内筒11及び外筒12の開口端を塞ぐ蓋部材14を備えており、図3に示すように、当該蓋部材14には、内筒11の内部空間を大気に開放させるためのベント管14a及び排気弁14bが取り付けられている。この排気弁14bの開閉については、車両用ECU4によって自動的に制御される。なお、排気弁の代わりに、ソレノイド式通気/遮断切換えバルブを利用することとしてもよい。
 加温ユニット3は、車室内温度の加温、すなわち、車内暖房の機能を有するユニットであり、図1及び2に図示された複数のコンポーネントからなる。具体的に説明すると、加温ユニット3は、面状発熱体21と、送液装置としての循環ポンプ22と、プレート型のヒータ(以下、プレートヒータ)23と、制御弁としての切換え弁24とを有する。
 加温ユニット3の動作を概説すると、面状発熱体21がオンすることでオイルバス2内のオイルが加熱され、循環ポンプ22がオイルバス2に形成された吸入口(不図示)からオイルを吸引して送液する。そして、循環ポンプ22から吐出されたオイルは、耐熱性を有するチューブやパイプによって形成された送液路25内を流れ、その途中でプレートヒータ23内部に進入してプレートヒータ23内を流れた後、再び送液路25を通じてオイルバス2に返送される。このようにオイルバス2内のオイルは、プレートヒータ23内を経由して循環するように送液路25内を流れる。
 一方、プレートヒータ23では、その内部に蓄熱状態のオイルが流れることによって、表面温度が上昇する。これにより、加温ユニット3は、表面温度が上昇した状態のプレートヒータ23からの輻射熱及び自然対流によって車室内を加温する。
 以下、加温ユニット3の各コンポーネントについて説明する。
 面状発熱体21は、オイルバス2内のオイルを加熱する電熱型の加熱体であり、オイルバス2の内筒11の内周面に沿わせて内筒11内に配置されている。この面状発熱体21は、オイルバス2に設けられた電極に接続されており、当該電極は、バッテリBの充電時に外部電源と電気的に接続する。すなわち、面状発熱体21は、バッテリBの充電時に通電されてオイルバス2内のオイルを加熱する。
 以上のように面状発熱体21は、バッテリBが外部電源と電気的に接続されている期間中に、外部電源からの電力によりオイルバス2内のオイルを加熱する。なお、本構成例では、面状発熱体21がバッテリBの充電中に通電してオイルバス2内のオイルを加熱することとしたが、バッテリBが外部電源と電気的に接続されている期間であればよく、バッテリBの充電完了後若しくは充電開始前にオイルの加熱を行うこととしてもよい。
 なお、外部電源としては商用電源の他、住宅や建物に設けられた発電装置や蓄電池が利用可能である。また、外部電源からの電力は、バッテリBを充電するために設けられた給電ステーションのコンセントに給電コードのプラグを差し込み、当該給電コードを電気自動車EVに接続することにより電気自動車EV内の電気回路に供給される。この電気回路にはバッテリB、及び面状発熱体21通電用の電極が接続されている。したがって、電気自動車EVが給電コードを介して上記給電ステーションと接続されると、バッテリB及び面状発熱体21の各々が外部電源と電気的に接続されることとなる。
 循環ポンプ22は、電気オイルポンプであり、オイルバス2内のオイルを吸引して送液する。循環ポンプ22から吐出されたオイルは、前述したように送液路25内を流れてオイルバス2に返送され、その途中でプレートヒータ23内部を流れる。
 なお、本構成例において、循環ポンプ22が起動している間、オイルバス2の蓋部材14に取り付けられたベント管14a中の排気弁14bが開き、オイルバス2の内部空間が大気に開放された状態となる。
 プレートヒータ23は、アルミニウム等の金属鋳造物からなる公知のプレート型の伝熱ヒータであり、上記の送液路25に接続されており、蓄熱状態のオイルが内部を流れることによって表面温度が上昇するようになっている。なお、本構成例では、加温器の一例としてプレートヒータ23を用いているが、内部に流体が流れることで表面温度が上昇することで周辺を加温する加温器であれば制限なく利用可能である。
 また、本構成例では、プレートヒータ23が電気自動車EVの車体フロアFL上に配置されている。より具体的に説明すると、図5に示すように、車体フロアFLのうち、プレートヒータ23が配置される箇所にはプレートヒータ23と略同じ大きさの窪みが形成されており、この窪み内にプレートヒータ23が埋め込み状態で配置されている。なお、車体フロアFL上に配置されたプレートヒータ23については、車室内の空気と接触させるために露出状態(剥き出し状態)であってもよく、乗員の肌がプレートヒータ23の表面に触れて火傷するのを防止するためにシートやマットによって上部が覆われていることとしてもよい。
 さらに、本構成例では、車室内に備えられた複数の座席(具体的には、運転席、補助席及び後部座席)に対応させてプレートヒータ23が複数設置されている。より具体的に説明すると、図1に示すように、各座席の直下位置、すなわち、座席に着座した乗員の足元にプレートヒータ23が配置されている。なお、後部座席については、複数(例えば、2つ分)の座席が連結して一体化しているケースと互いに離間しているケースとがあるが、いずれのケースにおいても、一枚のプレートヒータ23を共通のものとして設置することとしてもよく、あるいは、座席別にプレートヒータ23を設けることとしてもよい。
 以上のように座席別にプレートヒータ23が設置されていることにより、本構成例では、車室内を加温する際に座席スペース単位で加温すること、すなわち、個別暖房が可能となる。このため、車室内を加温する際には、常に車室内全体を暖房する必要がなくなり、その分、効率的に車室内を加温することが可能となる。なお、座席スペース単位での個別暖房については、後に詳しく説明する。
 また、本構成例では、図5に示すように、各プレートヒータ23は、バッテリBの上方位置に配置されており、厳密には若干のスペースを空けてバッテリBの直上位置に配置されている。このように各プレートヒータ23がバッテリBの上方位置に配置されていることにより、バッテリBからの放熱を、プレートヒータ23内を流れるオイルに吸熱させることで当該放熱を車内暖房用に供することが可能となる。
 切換え弁24は、開閉自在な制御弁、より具体的にはオイル制御弁若しくはサーマル制御弁からなり、その開度については車両用ECU4によって制御される。また、本構成例では、図2に示すように、循環ポンプ22から吐出されたオイルが流れる送液路25中、各プレートヒータ23の上流位置に切換え弁24がプレートヒータ23別に配置されている。
 以上のように切換え弁24がプレートヒータ23別に配置されていることにより、当該切換え弁24の操作によって、プレートヒータ23内部へのオイルの進入をプレートヒータ23別に制御することが可能となる。分かり易く説明すると、切換え弁24が閉状態にあるとき、その直ぐ下流位置にあるプレートヒータ23内にはオイルが流れず、切換え弁24が開状態にあるとき、その直ぐ下流位置にあるプレートヒータ23では、その内部にオイルが流れることで表面温度が上昇するようになる。
 車両用ECU4は、乗員の操作やセンサからの出力信号に応じて、加温ユニット3の作動状態、具体的には、面状発熱体21のオンオフ、循環ポンプ22の発停、切換え弁24の開閉、後述するソレノイド式発核装置7の動作を自動制御する。
 車両用ECU4による制御について説明すると、車両用ECU4は、電気自動車EVが給電ステーションと接続している期間、換言すると、バッテリBが外部電源と電気的に接続されている期間中に加熱開始条件が成立すると、加温ユニット3にオイルバス2内のオイルの加熱を開始させる。ここで、加熱開始条件とは、オイルバス2内のオイルの加熱を開始するうえで設定される条件であり、本構成例では、当該加熱を開始する時刻(以下、加熱開始時刻)である。
 より具体的に説明すると、電気自動車EVは、外出先から戻って車庫等の所定の駐車場所に駐車されている期間中、給電ステーションに接続された状態にある。一方、電気自動車EVの利用開始時刻(例えば、電気自動車EVのユーザである乗員の出勤時刻)の数時間前からオイルの加熱が開始されるように上記の加熱開始時刻が設定される。なお、本構成例において、加熱開始時刻は、車両用ECU4が電気自動車EVの利用開始時刻やオイル温度及び車室内温度の現在値等を基に演算することで設定される。
 そして、車両用ECU4は、電気自動車EVが給電ステーションに接続されている期間中、換言すると、バッテリBが外部電源と電気的に接続されている期間中に上記の加熱開始条件が成立した時点(具体的には、加熱開始時刻に至った時点)で面状発熱体21をオンする。これにより、車両用ECU4は、加温ユニット3にオイルバス2内のオイルの加熱を開始させる。
 以上のような制御がなされる結果、バッテリBの充電時間を利用してオイルバス2内のオイルを所定温度になるまで加熱することが可能となる。このように本構成例では、加熱開始時刻となった時点でオイルの加熱が開始されるので、電気自動車EVの利用開始時間、例えば、乗員の出勤時刻に合わせてオイルの加熱が開始されるようになるため、乗員のスケジュールに合わせて効率よく合理的にオイルを加熱することが可能となる。
 そして、オイルバス2内のオイルが車室内を加温するのに適当な温度まで加熱されて蓄熱状態になると、車両用ECU4は、加温ユニット3に車内暖房を開始させる。具体的に説明すると、オイルバス2内には不図示の温度センサが取り付けられており、オイルバス2内のオイルの温度が所定温度まで上昇すると、上記の温度センサが車両用ECU4に向けて信号を出力する。車両用ECU4は、当該信号を受信した時点で閉状態にある切換え弁24を開状態にし、循環ポンプ22を起動させる。これにより、オイルバス2内のオイルが送液路25を通じて送液され、開状態となった切換え弁24を経由し、その下流位置にあるプレートヒータ23内を流れるようになる。
 一方、車両用ECU4は、暖房終了条件が成立すると、開状態にある切換え弁24を閉状態にし、循環ポンプ22を停止する。これにより、加温ユニット3による車内暖房が終了(厳密には、中断)する。ここで、暖房終了条件としては、車室内温度が所定温度に達することとしてもよく、あるいは、予め設定された暖房終了時刻に至ることとしてもよい。
 以上のように、本構成例に係る車両用ECU4は、バッテリBが外部電源と電気的に接続されている期間中に加熱開始条件が成立すると、面状発熱体21をオンして加温ユニット3にオイルバス2内のオイルの加熱を開始させ、その後に循環ポンプ22をオンして加温ユニット3に車室内を加温させることとしている。かかる一連の処理の手順については、後に詳述する。
 また、本構成例では、車内暖房の実行モードとして全体暖房モードと個別暖房モードが用意されており、車両用ECU4は、上記2つの実行モードのうち、乗員が選択した方のモードにて車内暖房を実行する。ここで、全体暖房モードは、車室内に設置されたすべてのプレートヒータ23内にオイルを流すことによって車室内全体を加温するモードである。つまり、全体暖房モードが選択されたとき、車両用ECU4は、車室内に設置されたすべてのプレートヒータ23の内部をオイルが流れるように切換え弁24の開閉を制御する。
 個別暖房モードは、車室内に設置されたプレートヒータ23のうち、乗員が着座している座席付近のプレートヒータ23のみについて、オイルが当該プレートヒータ23内を流れるように切換え弁24の開閉を調整し、乗員が着座している座席周辺を加温するモードである。つまり、個別暖房モードが選択されたとき、車両用ECU4は、車室内に設置された複数の座席のうち、乗員が着座している座席に対応するプレートヒータ23の内部をオイルが流れるように切換え弁24の開閉を制御する。
 なお、モード選択については、電気自動車EVのユーザである乗員によって予め行われ、車両用ECU4内のメモリに選択結果が記憶されている。また、各座席には、乗員が着座しているか否かを検知するための手段として、不図示の圧力センサ(ウェイトセンサ)が取り付けられており、座席に乗員が着座すると、当該座席に取り付けられた圧力センサから車両用ECU4に向けて信号が出力され、車両用ECU4は、当該信号を受信することによって乗員が着座している座席を特定する。
 さらに、本構成例において、車両用ECU4は、電気自動車EVが外出先にある際に再加熱開始条件が成立すると、オイルバス2内のオイルの再加熱が開始される。ここで、再加熱開始条件とは、電気自動車EVが外出先にある際にオイルバス2内のオイルの再加熱を開始するうえで設定される条件であり、本構成例では、オイルの再加熱開始時刻である。なお、本構成例において、再加熱開始時刻は、車両用ECU4が電気自動車EVの利用開始時刻(例えば、乗員の帰宅時刻)やオイル温度及び車室内温度の現在値等を基に演算することで設定される。
 オイルの再加熱についてより詳しく説明すると、電気自動車EVが外出先に向かって走行している期間や電気自動車EVが外出先にて駐車している期間には放熱等によってオイルの温度が低下する。このため、電気自動車EVのユーザである乗員が外出先から帰宅するに際してオイルを再加熱しておく必要があり、帰宅時刻の数時間前からオイルの再加熱が開始されるように、上記の再加熱開始時刻が設定される。
 そして、車両用ECU4は、電気自動車EVが外出先で駐車されている期間中に上記の再加熱開始条件が成立した時点(具体的には、再加熱開始時刻に至った時点)で所定の制御を実行して加温ユニット3にオイルバス2内のオイルを再加熱させる。このように本構成例では、再加熱開始時刻となった時点でオイルの再加熱が開始されるので、例えば、乗員の帰宅時刻に合わせてオイルが再加熱されるため、乗員のスケジュールに合わせて効率よく合理的にオイルを再加熱することが可能となる。なお、本構成例において採用されているオイルの再加熱方法、及び、当該再加熱を開始するために車両用ECU4が実行する制御については後述する。
 ところで、本加温システム1の特徴として、オイルバス2の内筒11内には、図3に示すように、オイルとともに潜熱蓄熱材5と過冷却型蓄熱材6とが収容されている。さらに、同図に示すように、過冷却型蓄熱材6を内包する包装フィルム6aには衝撃発生装置としてのソレノイド式発核装置7が貼り付けられている。
 潜熱蓄熱材5は、オイルバス2の内筒11内に収容されたオイルの温度を保持するための化学蓄熱材の一例であり、内筒11内においてオイルと混合した状態にある。なお、潜熱蓄熱材5としては、例えば、硫酸ナトリウム十水和物を利用することが可能である。
 以上のように潜熱蓄熱材5がオイルバス2の内筒11内にオイルとともに収容されていることにより、オイルバス2から放出される熱量が潜熱蓄熱材5の潜熱変化でカバーされることになるため、図4に示すように、オイルバス2内のオイルの温度が保持されることとなる。なお、図4中、二重筒構造のオイルバス2と潜熱蓄熱材5とを備えたときのオイル温度の経時変化については、長破線にて示している。
 以上のように、本構成例では、潜熱蓄熱材5がオイル温度を保持する結果、バッテリBに蓄えられた電力を用いずに車内暖房を行うことが可能な期間をより長時間確保することが可能となる。なお、潜熱蓄熱材5を用いる効果については、プレートヒータ23が露出状態(剥き出し状態)である場合にはより有意義なものとなる。つまり、プレートヒータ23が剥き出しになっている構成では、プレートヒータ23上にカバーが掛けられている構成に比して放熱量が大きくなるため、潜熱蓄熱材5を用いてオイル温度を保持する効果がより有意義に発揮されることとなる。
 過冷却型蓄熱材6は、オイルバス2の内筒11内にオイルや上述の潜熱蓄熱材5とともに収容されている再生型蓄熱材の一例であり、液状状態にあるときに衝撃が加えられると発熱しながら結晶化し、結晶状態にあるときに熱が加えられると液状化するものである。なお、過冷却型蓄熱材6としては、酢酸ナトリウム三水和物を利用することが可能である。
 そして、前述したように、過冷却型蓄熱材6は、包装フィルム6a内に収容されており、当該包装フィルム6aにはソレノイド式発核装置7が貼り付けられている。このソレノイド式発核装置7は、車両用ECU4からの制御信号を受けて駆動し、液状状態にある過冷却型蓄熱材6に対して衝撃を加えるものである。なお、ソレノイド式発核装置7は、衝撃発生装置の一例であり、同様の機能を有するもの、例えば、リレー式の発核装置を用いることとしてもよい。
 以上のように本構成例では過冷却型蓄熱材6の相変化に伴う発熱を利用してオイルバス2内のオイルを加熱することが可能となる。これにより、図4に示すように、放熱等により低下したオイルの温度を再び上昇させることが可能となる。図4中、二重筒構造のオイルバス2、潜熱蓄熱材5及び過冷却型蓄熱材6を備えたときのオイル温度の経時変化については、実線にて示している。
 そして、本構成例では、電気自動車EVが外出先にある際に過冷却型蓄熱材6を結晶化させてオイルバス2内のオイルを再加熱することとしている。より具体的に説明すると、電気自動車EVが外出先に駐車されている期間中、換言すると、バッテリBが外部電源とは電気的に遮断されている期間中に再加熱開始条件が成立すると(具体的には、再加熱開始時刻に至ると)、車両用ECU4がソレノイド式発核装置7を駆動する。かかる意味で、再加熱開始条件は、ソレノイド式発核装置7を駆動して過冷却型蓄熱材6に対して衝撃を加えさせるための条件、すなわち、衝撃発生条件に相当する。
 そして、ソレノイド式発核装置7によって加えられた衝撃により、液状状態にある過冷却型蓄熱材6が発熱を伴いながら結晶化する。これにより、電気自動車EVが外出先にある等の事情により面状発熱体21を用いてオイルバス2内のオイルを加熱することができない状況にあったとしても、過冷却型蓄熱材6の相変化熱を利用して上記オイルを加熱することが可能となる。
 以上の結果、電気自動車EVのユーザである乗員が外出先から帰宅するに際してオイルバス2内のオイルを再加熱し、再加熱されたオイルを用いて車室内を加温しておくことが可能となる。すなわち、本構成例では、乗員の帰宅時についても、外出時(具体的には、乗員の出勤時)と同様、バッテリBに蓄えられた電力を用いずに車内暖房を行うことが可能な期間をより長時間確保することが可能となる。
 なお、過冷却型蓄熱材6を用いる効果については、プレートヒータ23が露出状態(剥き出し状態)である場合にはより有意義なものとなる。つまり、プレートヒータ23が剥き出しになっている構成では、プレートヒータ23上にカバーが掛けられている構成に比して放熱量が大きくなるのでオイルの温度も下がり易くなる。このため、過冷却型蓄熱材6を用いてオイル温度を再加熱する効果がより有意義に発揮されることとなる。
 ちなみに、結晶化した過冷却型蓄熱材6については、バッテリ1の充電時に面状発熱体21をオンしてオイルバス2内のオイルを加熱する際に同時に加温することによって液状化、すなわち、再生される。
<本発明の車両用加温システムの動作例>
 次に、本加温システム1の動作例として、オイルバス2内のオイルを加熱するところから当該オイルを用いて車室内を加温するまでの一連の処理(以下、加温処理)に関する手順について、図6及び7を参照しながら説明する。
 加温処理は、車両用ECU4の制御機能によって実行される。具体的に説明すると、車両用ECU4は、不図示のタイマーにより現在時刻を監視し、現在時刻が加熱開始時刻に至ると、電気自動車EVの状態が給電ステーションに接続された状態にあるか否か、換言するとバッテリBが外部電源と電気的に接続しているか否かを判定する(S001、S002)。そして、加熱開始時刻において電気自動車EVが給電ステーションに接続されているとき、車両用ECU4は、面状発熱体21をオンして加温ユニット3にオイルバス2内のオイルの加熱を開始させる(S003)。
 その後、オイルの温度が所定温度に達するまでオイルの加熱が継続され、以降の車内暖房工程に備える(S004)。以上までに説明してきた工程S001~S004は、例えば、電気自動車EVのユーザである乗員が帰宅して電気自動車EVが所定の駐車場に駐車している期間中に実行される。
 一方、現在時刻が再加熱開始時刻に至ると、車両用ECU4は、ソレノイド式発核装置7を駆動して液状状態の過冷却型蓄熱材6に対して衝撃を加えさせる(S005、S006)。これにより、過冷却型蓄熱材6が結晶化し、それに伴って発生する熱によりオイルバス2内のオイルが再加熱されるようになる。その後、オイルの温度が所定温度に達するまでオイルの加熱が継続され、以降の車内暖房工程に備える(S007)。
 なお、オイルバス2内のオイルを再加熱する一連の工程S005~S007は、車両用ECU4が外出先で駐車されている等、バッテリBが外部電源とは電気的に遮断されている期間中に実行される。
 そして、オイルの加熱あるいは再加熱が終了した後、車両用ECU4は、加温ユニット3に車内暖房を開始させる。具体的に説明すると、オイルの加熱や再加熱が終了した後、車両用ECU4が車内暖房の実行モードのうち、乗員が選択した方のモードを特定する(S011)。実行モードとして全体暖房モードが選択された場合(S011で「全体」)、車両用ECU4は、プレートヒータ23毎に設置された切換え弁24のすべてを閉状態から開状態に切り替える(S012)。その上で、車両用ECU4は、循環ポンプ22を起動させる(S015)。これにより、すべてのプレートヒータ23において、ヒータ内部をオイルバス2内のオイルが流れ、表面温度が上昇し、各プレートヒータ23からの輻射熱及び自然対流によって車室内全体が加温されることとなる。
 一方、実行モードとして個別暖房モードが選択された場合(S011で「個別」)、車両用ECU4は、前述した圧力センサからの出力信号に基づいて、乗員が着座している状態にある座席を特定する(S013)。その後、車両用ECU4は、プレートヒータ23別に設けられた切換え弁24のうち、乗員が着座している座席に対応した切換え弁24のみを閉状態から開状態に切り替える(S014)。ここで、乗員が着座している座席に対応した切換え弁24とは、乗員が着座した座席付近にあるプレートヒータ23内にオイルを流すにあたって開状態となる切換え弁24のことである。
 そして、乗員が着座している座席に対応した切換え弁24のみが開状態となったうえで、車両用ECU4は、循環ポンプ22を起動させる(S015)。これにより、複数の座席のうち、乗員が着座している座席に対応するプレートヒータ23、すなわち、当該座席付近にあるプレートヒータ23のみにおいて、その内部をオイルが流れ、表面温度が上昇するようになる。この結果、乗員が着座した座席の前方に位置するプレートヒータ23からの輻射熱及び自然対流によって、乗員が着座した座席付近の温度が局所的に加温されるようになる。
 以上のような手順にしたがって車内暖房が実行され、車両用ECU4は、暖房終了条件が満たされるまで車内暖房を続行する(S016)。そして、暖房終了条件が成立すると、車両用ECU4は、循環ポンプ22を停止し、開状態にある切換え弁24をすべて閉状態に切り替え、さらに面状発熱体21がオンになっている場合には面状発熱体21をオフする(S017)。かかる工程S017の完了を以て加温処理が終了する。
<本発明の車両用加温システムの利用スケジュール>
 次に、本加温システム1の利用例として、本加温システム1を搭載した電気自動車EVの利用スケジュールについて図8を参照しながら説明する。なお、以下では、冬季における平日に電気自動車EVのユーザである乗員が出勤用に電気自動車EVを使用する場合のスケジュールを例に挙げて説明する。
 乗員は、夜間に出勤先から帰宅すると、自宅に設置された給電ステーションと電気自動車EVを接続する。かかる状態にある電気自動車EV側は、翌朝の出勤時刻の時点でバッテリBがフル充電状態となるように充電を開始する。ここで、充電開始時刻(図8中、T1にて示す時刻)は、翌朝の出勤時刻と、帰宅時におけるバッテリBの残電力量とに基づき、出勤時刻においてバッテリBがフル充電状態となるように算出される。そして、電気自動車EVでは、算出された充電開始時刻T1になると、自動的にバッテリBの充電が開始される。
 バッテリBの充電が開始された後には、車両用ECU4が面状発熱体21をオンしてオイルバス2内のオイルの加熱を開始する。ここで、オイルの加熱開始時刻(図8中、T2にて示す時刻)は、翌朝の出勤時刻、車室内温度の現在値、オイルバス2内のオイル温度の現在値に基づき、出勤時刻において車室内温度が所定温度に達するように算出される。
 なお、本構成例では、面状発熱体21を用いてオイルバス2内のオイルを加熱する段階でオイルバス2内に結晶化した状態の過冷却型蓄熱材6があるときには、面状発熱体21からの供給熱を過冷却型蓄熱材6に加えて加熱することで、当該過冷却型蓄熱材6が再生されるようになる。
 オイルバス2内のオイルが十分に加熱された時点(図8中、T3にて示す時刻)で、車両用ECU4が加温ユニット3による車内暖房を開始させる。具体的に説明すると、車両用ECU4は、全体空調モードにて車内暖房を実行させるべく、すべての切換え弁24を閉状態から開状態に切り替えたうえで循環ポンプ22を起動させる。これにより、オイルバス2内のオイルが循環ポンプ22により送液され、車室内に複数設置されたすべてのプレートヒータ23の内部をオイルが流れるようになる。
 以上の結果、図8に示すように、すべてのプレートヒータ23の表面温度が上昇し、各プレートヒータ23からの輻射熱及び自然対流によって車室内が加温されるようになる。そして、暖房終了時刻となった時点(図8中、T4にて示す時刻であり、より具体的には、出勤時刻の直前の時刻)で車内暖房が終了する。車内暖房を終了するにあたり、車両用ECU4は、循環ポンプ22を停止し、面状発熱体21をオフし、さらにオイルバス2の蓋部材14に取り付けられたベント管14a中の排気弁14bを閉状態にする。かかる時点では、オイルの殆どが送液路25内及びプレートヒータ23内に残留しているため、オイルバス2内におけるオイルの液面は比較的低位置となっている。
 その後、電気自動車EVが給電ステーションから外されて、乗員が電気自動車EVに乗り込んで出勤先まで電気自動車EVを運転する。なお、電気自動車EVが給電ステーションから外されるときには、面状発熱体21等の電力整合性を取る必要があるので、その対応措置が講じられることになる。
 ところで、乗員が出勤先に到着して電気自動車EVを降りた時点(図8中、T5にて示す時刻)以降の期間では、図8に示すように、放熱等によりオイルの温度及び車室内温度が低下する傾向にある。これに対して、本構成例では、オイルバス2を二重筒構造とするとともにオイルバス2内にオイルと潜熱蓄熱材5が混合した状態で収容されていることにより、上記の温度低下を鈍化させることが可能である。
 また、上記の期間中における温度低下を更に鈍化させるために、オイルバス2の蓋部材14に取り付けられたベント管14a中の排気弁14bが閉状態にあるのを強制的に開く等して、送液路25内及びプレートヒータ23内に存するオイルをオイルバス2内に回収することとしてもよい。
 さらに、本構成例では、乗員が帰宅のために電気自動車EVに乗り込む事前に、車両用ECU4がソレノイド式発核装置7を駆動してオイルバス2内にある液状状態の過冷却型蓄熱材6に対して衝撃を加えさせる。これにより、過冷却型蓄熱材6が結晶化し、それに伴って発生する熱によってオイルバス2内のオイルが再加熱されるようになる。ここで、再加熱開始時刻、換言すると、ソレノイド式発核装置7による衝撃発生時刻(図8中、T6にて示す時刻)は、帰宅時刻、車室内温度の現在値、オイルバス2内のオイル温度の現在値に基づき、帰宅時刻において車室内温度が所定温度に達するように算出される。
 そして、オイルバス2内のオイルが十分に再加熱された時点(図8中、T7にて示す時刻)で、車両用ECU4が加温ユニット3による車内暖房を開始させるために、すべての切換え弁24を閉状態から開状態に切り替えたうえで、循環ポンプ22を起動させる。これにより、車室内に複数設置されたすべてのプレートヒータ23において、その内部をオイルが流れ、表面温度が上昇するようになる。この結果、各プレートヒータ23からの輻射熱及び自然対流によって車室内が加温されるようになる。
 そして、暖房終了時刻となった時点(図8中、T8にて示す時刻であり、より具体的には、帰宅時刻の直前の時刻)で車内暖房が終了する。車内暖房を終了するにあたり、車両用ECU4は、循環ポンプ22を停止する。
 その後、乗員が帰宅して電気自動車EVから降りると、電気自動車EVを給電ステーションに接続し、バッテリBへの充電が開始されるまでの間、本加温システム1の各部は、待機状態(休止)となる。そして、再び充電開始時刻T1になると、上述した一連の工程が繰り返し実行されることとなる。
<その他の実施形態>
 上記の実施形態には、主として本発明の車両用加温システムについて説明した。しかし、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
 また、上記の実施形態では、液状蓄熱媒体の一例としてオイルを用いるケースを説明したが、液状蓄熱媒体は、オイル以外の他の流体、例えば水であってもよい。すなわち、バッテリBの充電中に温水を生成して当該温水を用いて車室内を加温する構成の車両用加温システムであってもよい。なお、温水を用いて車室内を加温する構成において、電気自動車EV側で生成した温水を車内暖房以外の用途に用いることとしてもよく、例えば、風呂場や流し場等の住宅における温水利用場所に向けて電気自動車EVから温水を送水することとしてもよい。
 また、上記の実施形態では、加熱オイルを収容するオイルバス2が二重筒構造となっており、内筒11と外筒12との間に挟まれた空間13の気圧が大気圧よりも減圧されて略真空状態となっていることとした。これにより、オイルバス2には保温性能が具備され、内筒11内に収容されたオイルの温度が適切に保持されるようになる。一方、内筒11と外筒12との間に挟まれた空間13の気圧を減圧する構成としては、当該空間13を気相として当該空間13の気圧を公知の減圧手段により減圧する他、当該空間13に真空断熱材等の部材を充填することで減圧手段と同等の減圧効果を得る構成が考えられる。かかる構成にも、オイルバス2に適度な保温性能が具備され、さらには、減圧効果を得られるようにオイルバス2を組み立てる際の作業が容易となり、かつ、より高い気密性を確保することが可能となる。この点において、充填部材を用いた減圧方法の方がより有利である。なお、充填部材としては公知の部材が利用可能であり、例えば、旭ファイバーグラス社のビップエース(登録商標)や倉敷紡績社のユニサルペット(登録商標)が利用可能である。
 以上までに説明してきた通り、オイルバス2の内筒11と外筒12との間の空間13について、その気圧が大気圧よりも減圧されている構成としては、当該空間13が気相となっていて減圧手段によって減圧されている構成、及び、当該空間13に充填部材が充填されることで減圧されている構成の双方が含まれる。
 また、上記の実施形態では、バッテリBの充電期間や電気自動車EVが外出先で駐車している期間、すなわち、電気自動車EVが運転される前の段階で車内暖房が行われることとしたが、これに限定されるものではない。電気自動車EVが走行している期間中に車内暖房を行うこととしてもよい。
 また、上記の実施形態では、オイルバス2内のオイルの温度が所定温度に達した時点で車内暖房を自動的に開始し、暖房終了条件が成立した時点(具体的には、暖房終了時刻に至った時点)で車内暖房を自動的に終了することとした。ただし、これに限定されるものではなく、電気自動車EVのユーザである乗員が車内暖房の開始や終了を要求する操作を受け付けてから車内暖房の開始や終了を実行することとしてもよい。なお、上記の操作については、車室内に設けられた操作スイッチや操作パネル、あるいは、乗員が保有するスマートフォン等の端末にて受け付けられ、これに伴って操作内容を示す信号が車両用ECU4に向けて出力されることとすればよい。
B バッテリ
EV 電気自動車
FL 車体フロア
1 本加温システム
2 オイルバス
3 加温ユニット
4 車両用ECU
5 潜熱蓄熱材
6 過冷却型蓄熱材
6a 包装フィルム
7 ソレノイド式発核装置
11 内筒
12 外筒
13 空間
14 蓋部材
14a ベント管
14b 排気弁
21 面状発熱体
22 循環ポンプ
23 プレートヒータ
24 切換え弁
25 送液路

Claims (8)

  1.  外部電源によって充電される蓄電装置を備えた電動車両に搭載され、該電動車両の車室内を加温する車両用加温システムであって、
     加熱されることによって蓄熱する液状蓄熱媒体を収容する収容体と、
     該収容体にある蓄熱状態の前記液状蓄熱媒体を用いて前記車室内を加温する加温ユニットと、を備え、
     該加温ユニットは、
     前記蓄電装置が前記外部電源と電気的に接続されている期間中に前記外部電源からの電力により前記収容体内の前記液状蓄熱媒体を加熱する加熱体と、
     前記液状蓄熱媒体を前記収容体内から吸引して送液する送液装置と、
     該送液装置から吐出された前記液状蓄熱媒体が流れる送液路に接続され、蓄熱状態の前記液状蓄熱媒体が内部を流れることによって表面温度が上昇する加温器と、を有し、前記表面温度が上昇した状態の前記加温器からの輻射熱及び自然対流によって前記車室内を加温し、
     前記収容体には、前記液状蓄熱媒体の温度を保持するための化学蓄熱材が前記液状蓄熱媒体とともに収容されていることを特徴とする車両用加温システム。
  2.  前記加温ユニットの作動状態を自動制御する制御装置を備え、
     該制御装置は、前記蓄電装置が前記外部電源と電気的に接続されている期間中に加熱開始条件が成立した時点で、前記加熱体をオンして前記加温ユニットに前記収容体内の前記液状蓄熱媒体の加熱を開始させることを特徴とする請求項1に記載の車両用加温システム。
  3.  前記液状蓄熱媒体は、オイルであり、
     前記収容体は、前記オイルを収容した内筒と該内筒の外側に設けられた外筒とを備えた容器であり、
     前記容器において前記内筒と前記外筒との間に挟まれた空間の気圧は、大気圧よりも減圧されており、
     前記加熱体は、前記内筒の内周面に沿わせて前記内筒内に配置された面状発熱体であり、
     前記化学蓄熱材は、前記オイルとともに前記内筒内に収容された潜熱蓄熱材であることを特徴とする請求項2に記載の車両用加温システム。
  4.  前記内筒内には、
     液状状態にあるときに衝撃が加えられると発熱しながら結晶化し、結晶状態にあるときに熱が加えられると液状化する再生型蓄熱材と、
     該再生型蓄熱材に衝撃を加える衝撃発生装置と、が前記オイルとともに収容されていることを特徴とする請求項3に記載の車両用加温システム。
  5.  前記再生型蓄熱材は、過冷却型蓄熱材であり、
     前記制御装置は、前記蓄電装置が前記外部電源とは電気的に遮断されている期間中に衝撃発生条件が成立した時点で、前記衝撃発生装置を駆動して液状状態の前記過冷却型蓄熱材に対して衝撃を加えさせることを特徴とする請求項4に記載の車両用加温システム。
  6.  前記加温器は、プレート型のヒータであり、
     該ヒータは、前記電動車両の車体フロア上に設置されていることを特徴とする請求項5に記載の車両用加温システム。
  7.  前記車室内に備えられた複数の座席に対応させて前記加温器が複数設置されており、
     前記加温器の各々は、前記送液路に接続されており、
     前記送液路中、前記加温器の各々の上流位置には、開閉自在な制御弁が前記加温器別に配置されており、
     前記制御装置は、複数の前記座席のうち、乗員が着座している前記座席に対応する前記加温器の内部を前記液状蓄熱媒体が流れるように前記制御弁の開閉を制御することを特徴とする請求項2乃至6のいずれか一項に記載の車両用加温システム。
  8.  前記加温器は、前記蓄電装置の上方位置に配置されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の車両用加温システム。
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