JP3178965U - 電気自動車の温調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 効率的で且つ有効に車内を暖房でき、走行性能の悪化を招くことのない電気自動車の温調装置を得ること。
【解決手段】 補助エンジン部と、冷却水回路部と、ヒーター熱交換器ユニットとでコジェネレーションシステムを設け、更に補助エンジン部は、内燃機関と、発電装置部と、排気装置部とから構成され、内燃機関の熱のみならず、発電装置部及び排気装置部により発生した熱も車内空気の温調にもたらされる電気自動車の温調装置である。
【選択図】 図３

Description

本考案は電気自動車の温調装置に関するもので、とりわけ発電用の補助エンジンを電気自動車に搭載する形式のものにおいて、この補助エンジンからの排熱を利用する所謂コジェネレーションの温調装置に関する。

一般に、コジェネレーションは、内燃機関や外燃機関等の排熱を利用して温熱や動力を取出し、これにより総合エネルギー効率を高めるエネルギー供給システムとして知られている。このコジェネレーションを電気自動車に適用したものとして、例えば、特開平５−１７８０７０号公報（特許文献１）や特開平９−１１７３１号公報（特許文献２）に開示されたものが知られている。

この文献１によれば、従来の電気自動車においては、車室内空調を行うにあたって、ＰＴＣヒーター等の電熱器を利用したりヒートポンプサイクルを利用する等の方法を用いているので、それだけ電力を消費することになり、電力が車両駆動源である電気自動車としては、一度のバッテリー充電に対する走行距離が短くなってしまい、車両の走行性能の悪化につながるといった問題点を指摘している。そこで、上記文献１の電気自動車用空調装置は、電気自動車に搭載されるバッテリーと、このバッテリーの熱容量を利用して車両車室内を空調するための空調手段とを備えたものを提案している。また、上記文献１は、別途発電用の補助エンジンを備えたものにおいて、補助エンジンの熱容量を利用したものも提案している。

また、上記文献２は、主として走行用モータを駆動するバッテリーと、緊急時に同バッテリーを充電するための補助エンジンを搭載してなる電気自動車の空調装置において、暖房用に温水を加熱する燃焼器と、同燃焼器で加熱された高温温水を循環して車内空気を暖めるヒーターとを具備するとともに、前記燃焼器で加熱された高温温水の一部を前記補助エンジンの冷却水系に循環させる温水回路を設けた電気自動車の空調装置である。

更に、上記文献２は、前記ヒーターによる暖房運転時、又は前記補助エンジンの運転時に、前記蓄熱器に温水を循環して熱を蓄えておき、前記補助エンジンを始動する際に、前記蓄熱器に蓄えた熱を温水を介して取り出して同補助エンジンを予熱し、その後に始動する構成の電気自動車の空調装置の利用方法も提案している。

特開平５−１７８０７０号公報 特開平９−１１７３１号公報

上記文献１は、別途発電用の補助エンジンを備えたものにおいて、補助エンジンの熱容量を利用したものを提案しているが、基本的には、バッテリーの熱容量を利用するものである。更に、補助エンジンの熱容量を利用する場合は、この補助エンジンを含む循環経路に、バッテリーからの電力の供給によって発熱するＰＴＣヒーターも取り込んでいる。

このように、上記文献１によれば、少なくともバッテリーからの電力の供給によって発熱するＰＴＣヒーターを有しているので、冬季においてヒーターに電力が消尽されて航続距離が低減され、よって車両の走行性能の悪化に繋がる欠点の解消が十分ではない。

上記文献２は、別途発電用の補助エンジンを備えたものにおいて、補助エンジンの熱容量を利用したものを提案しているが、基本的には、暖房用に温水を加熱する燃焼器を備えることを前提としている。即ち、この燃焼器で加熱された高温温水の一部を前記補助エンジンの冷却水系に循環させる温水回路を設けるものである。従って、上記文献１と同様に、冬季において燃焼器の加熱に電力が消尽されて航続距離が低減され、これまた車両の走行性能の悪化に繋がる欠点の解消が十分ではない。

そこで、本考案は、発電用の補助エンジンを備えた電気自動車において、この補助エンジンを冷却水で冷却する冷却水回路部を設け、この冷却水回路部は、ヒーター熱交換器ユニットを取り込む独立した閉回路を形成して構成し、他方で、バッテリーを燃焼器の加熱に用いないようにし、以って走行性能の悪化を招くことのない電気自動車の温調装置を提案するものである。

本願第１請求項に記載した考案は、実施例で用いた符号を付して記すと、発電用の補助エンジン部４を備えた電気自動車１００において、
前記補助エンジン部４と、当該補助エンジン部４で発生した熱を取り込む冷却水回路部２と、この冷却水回路部２に介装され且つ当該冷却水回路部２によってもたらされた温水で車内空気を温めるヒーター熱交換器ユニット３とでコジェネレーションシステムを１０設け、
前記補助エンジン部４は、内燃機関５と、この内燃機関５により回転駆動される発電機６及びこの発電機６に接続するインバータ７を備えた発電装置部と、前記内燃機関５からの排気経路に連通する触媒８及び消音器９を備えた排気装置部とから構成され、
前記補助エンジン部４により発電しながら温水が作られるとともに、前記内燃機関５のみならず、前記発電装置部及び前記排気装置部により発生した熱も車内空気の温調にもたらされることを特徴とする電気自動車の温調装置である。

本願第２請求項に記載した考案は、前記請求項１において、前記補助エンジン部４は、断熱容器１１に収納されている電気自動車の温調装置である。

本願第３請求項に記載した考案は、前記請求項１において、前記補助エンジン部４は、断熱容器１１に収納されているとともに、発電装置部、内燃機関、排気装置部が個別に断熱分離されている電気自動車の温調装置である。

本願第４請求項に記載した考案は、前記請求項１において、前記補助エンジン部４は、断熱容器１１に収納されているとともに、発電装置部、内燃機関、排気装置部が個別に断熱分離され、更に、前記排気装置部に熱交換器１３を設置し、この熱交換器１３に前記冷却水回路部２を挿通させた電気自動車の温調装置である。

本願第５請求項に記載した考案は、前記請求項１において、前記補助エンジン部４は、断熱容器１１に収納され、更に、この断熱容器１１の前後双方或いは前後いずれか一方における冷却水回路部２に、電動ポンプ１６を介装するとともに、適所に冷却水温度センサー１５を備えた電動ポンプ制御部を設け、この電動ポンプ制御部により、冷却水温度に伴って前記電動ポンプ１６の作動を制御する電気自動車の温調装置である。

本願第６請求項に記載した考案は、前記請求項１において、前記ヒーター熱交換器ユニット３は、前後に内外気の切替えフラップ３１を設けた空洞部３２内に配置されて、前記温水を熱交換する熱交換器コア３３と、この熱交換器コア３３に送風する電動ファン３４とを備えて構成され、冬季は前記フラップ３１を切替えて内気導入とし、夏季は前記フラップ３１を切替えて外気導入として、前記熱交換器コア３３により内外気を選択的に熱交換するようにした電気自動車の温調装置である。

本願第７請求項に記載した考案は、前記請求項１において、前記補助エンジン部４は、断熱容器１１に収納されているとともに、この断熱容器１１を電気自動車に対して着脱可能に設けた電気自動車の温調装置である。

本願第８請求項に記載した考案は、前記請求項１において、前記補助エンジン部４は、断熱容器１１に収納されるものであり、更に、この断熱容器１１の一部が、車体の一部により形成されている電気自動車の温調装置である。

本考案に係る電気自動車の温調装置は、補助エンジン部と、冷却水回路部と、ヒーター熱交換器ユニットとでコジェネレーションシステムを設け、更に補助エンジン部は、内燃機関と、発電装置部と、排気装置部とから構成されるので、内燃機関の熱のみならず、発電装置部及び排気装置部により発生した熱も車内空気の温調にもたらされることとなって、効率的で且つ有効に車内を暖房することができ、また、バッテリーを燃焼器の加熱に用いないので、走行性能の悪化を招くことのない電気自動車の温調装置を得ることができる。

本考案の実施例に係り、図１ａは温調装置を設置した電気自動車の平面図、図１ｂは同電気自動車の側面図である。 本考案の他の実施例に係り、図２ａは温調装置を設置した電気自動車の平面図、図２ｂは同電気自動車の側面図である。 本考案の実施例に係り、コジェネレーションユニットを示す基本構成図である。 本考案の実施例に係り、コジェネレーションユニットの構成図である。 本考案の他の実施例に係り、コジェネレーションユニットの構成図である。 本考案の他の実施例に係り、コジェネレーションユニットの構成図である。 本考案の他の実施例に係り、コジェネレーションユニットの構成図である。 本考案の他の実施例に係り、コジェネレーションユニットの構成図である。 本考案の他の実施例に係り、ヒーター熱交換器ユニットを示す概念図である。 本考案の他の実施例に係り、ヒーター熱交換器ユニットを示す概念図である。

以下に、本考案に係る電気自動車の温調装置を実施例の図面に基づいて詳細に説明する。

図１（図１ａ，図１ｂ）は、電気自動車（バス）に本例の温調装置を設置したものを示し、図１ａは平面図、図１ｂは側面図である。これらの図において、本例の温調装置は、発電用の補助エンジン部４を備えた電気自動車１００に搭載される。図において、補助エンジン部４は、コジェネレーションユニット１に設けられている。このコジェネレーションユニット１を用いたコジェネレーションシステム１０は、補助エンジン部４で発生した熱を取り込む冷却水回路部２と、この冷却水回路部２に介装され且つ当該冷却水回路部によってもたらされた温水で車内空気を温めるヒーター熱交換器ユニット３とで構成される。この例では、コジェネレーションシステム１０における冷却水回路部２を直列配置している。

尚、図２（図２ａ，図２ｂ）に示すように、コジェネレーションシステム１０における冷却水回路部２を並列配置するようにしてもよい。冷却水回路部２を並列配置した場合は、デフロスターやヒーター熱交換器ユニット３を個別に制御することが可能となる。

図３は、本例のコジェネレーションユニット１を示す基本構成図である。図３において、前記補助エンジン部４は、内燃機関５と、この内燃機関５により回転駆動される発電機６及びこの発電機６に接続するインバータ７を備えた発電装置部と、前記内燃機関５からの排気経路に連通する触媒８及び消音器９を備えた排気装置部とから構成される。

補助エンジン部４における冷却水回路部２は、当該補助エンジン部４の内燃機関５及び発電装置部、更には排気装置部を含めたものの周囲及び構成部位の発熱する部分の近傍に経路を設けるものであって、これらの熱を吸収し暖房に利用するものである。

このように、本例のコジェネレーションシステム１０によれば、前記補助エンジン部４により発電しながら温水が作られるとともに、内燃機関５のみならず、前記発電装置部（発電機６、インバータ７）及び前記排気装置部（触媒８、消音器９）により発生した熱も車内空気の温調にもたらされるので、効率的な電気自動車の温調装置を得ることができる。

図４は、本例のコジェネレーションユニット１において、前記補助エンジン部４が、断熱容器１１に収納されているものを示している。この例では、コジェネレーションユニット１のうち、内燃機関５と、この内燃機関５に接続する発電装置部（発電機６、インバータ７）が断熱容器１１に収納されている。他方、前記排気装置部（触媒８、消音器９）は、断熱容器１１の外部に設けられている。

上述したコジェネレーションユニット１を用いた本例のコジェネレーションシステム１０は、主として内燃機関５の冷却に供された後の温まった温水（冷却水）を断熱容器１１の外に取出し、この温水を、冬季はヒーターユニット（ヒーター熱交換器ユニット３）に通して熱交換した後、再び断熱容器１１内の内燃機関５等の前記補助エンジン部４の冷却経路に還流させる。夏季は、ヒーターユニットとは別に設けたラジエーター（図示を省略）を通した後、再び断熱容器１１内の補助エンジン部４の冷却経路に還流させるものである。

図５は、コジェネレーションユニット１において、前記補助エンジン部４が、断熱容器１１に収納されている他の例を示している。この例では、内燃機関５、発電装置部（発電機６、インバータ７）とともに、前記排気装置部（触媒８、消音器９）も断熱容器１１に収納されている。触媒８及び消音器９の排気装置部も断熱容器１１に収納されているので、断熱容器１１内の熱容量が大きくなる。そして、排気装置部を断熱容器１１に収納することにより、これに接する冷却水回路部２にて熱を吸収し暖房に利用するものである。

図６に示すものは、コジェネレーションユニット１において、前記補助エンジン部４が断熱容器１１に収納されているとともに、発電装置部、内燃機関５、排気装置部が個別に断熱分離されている態様のものである。尚、符号１２は、断熱容器１１の隔壁である。補助エンジン部４の構成部位は作動温度が異なるので、電気自動車の車種によっては構成部位の温度の相違の程度が様々である。従って、このように断熱分離することにより、構成部位各個の温度の相違により他の部位の作動に影響を及ぼさないようにすることができる。

尚、図５及び図６に示すコジェネレーションユニット１において、排気管の外面に冷却水経路を形成し、排気管の熱もヒーター用の温水生成に使用することができる。

図７に示すものは、コジェネレーションユニット１において、前記補助エンジン部４は、断熱容器１１に収納されているとともに、発電装置部、内燃機関５、排気装置部が個別に断熱分離され、更に、前記排気装置部（触媒８、消音器９）に熱交換器１３を設置し、この熱交換器１３に前記冷却水回路部２を挿通させたものである。これにより、熱交換器１３を介して、前記排気装置部（触媒８、消音器９）の熱も冷却水回路部２に吸収することができる。

図８に示すものは、前例（図７）のコジェネレーションユニット１において、当該コジェネレーションユニット１の入口側の内部における前記冷却水回路部２と、コジェネレーションユニット１の出口側の外部における冷却水回路部２との間に、バイパス回路２１を設け、この例では冷却水回路部２とバイパス回路２１の出口との間に切替えバルブ１４を設け、下流側の冷却水回路部２には順次、温度センサー１５と電動ポンプ１６を設けている。

この例（図８）では、冷却水回路部２における冷却水温度を、予め設定された温度になるよう電動ポンプ１６で吐出量を制御するものである。即ち、冷却水温度が低い場合は吐出量を下げ、場合によっては吐出量を連続的に制御して零まで下げる。また、冷却水温度が温度が高い場合は、設定温度との差に応じて吐出量を連続的に増加し、設定温度まで下げる。尚、温度センサー１５は、図示を省略した電子制御装置（制御回路）に電気的に接続されており、この電子制御装置によって電動ポンプ１６の制御がなされる。このように冷却水回路部２における吐出量を制御することにより、効率的な温調管理を行うことができる。

尚、切替えバルブ１４、温度センサー１５、電動ポンプ１６は、図８に示す実施例のものに限らずその配置態様を適宜変更できることは勿論であり、例えば、温度センサー１５は、上記の切替えバルブ１４と電動ポンプ１６の間のほかに、前記ヒーターユニット（ヒーター熱交換器ユニット３）の吹き出し口の箇所や、車室内温度を計測できる適宜の箇所に設置してもよい。また、電動ポンプ１６は、断熱容器１１の前後双方或いは前後いずれか一方における冷却水回路部２に設けることができる。

図９及び図１０は、ヒーター熱交換器ユニット３を示す概念図で、これらの図において、前後に内外気の切替えフラップ３１，３１を設けた空洞部３２内に温水を熱交換する熱交換器コア３３と、この熱交換器コア３３に送風する電動ファン３４とを備えて構成される。

冬季においては、図９に示すように、フラップ３１，３１を図示のように切替えて内気導入とする。即ち、空洞部３２には車室内の空気が取り入れられ、この車室内の空気は熱交換器コア３３によって熱交換（加熱）され、送風温度が上昇する。従って、冬季においては、ヒーター熱交換器ユニット３はヒーターとして使用される。

また、夏季においては、図１０に示すように、フラップ３１，３１を図示のように切替えて外気導入とする。即ち、空洞部３２には車室外の空気が取り入れられ、この車室外の空気によって冷却水回路部２の温水は熱交換器コア３３によって熱交換（冷却）され、温水温度が下降する。従って、夏季においては、ヒーター熱交換器ユニット３はラジエーターとして使用される。

このように、冬季と夏季でフラップを切替えることにより、熱交換器コアにより内外気を選択的に熱交換するようにしたので、効率的な温調管理を行うことができる。

次に、本考案に係る断熱容器１１の実施態様について説明する。前述したように、断熱容器１１は補助エンジン部４を収納している。そして、この断熱容器１１は、電気自動車に予め設置されている態様のほかに、断熱容器それ自体をユニット化して設け、このユニット化した断熱容器１１を、電気自動車に対して着脱可能に設けることもできる。この場合、断熱容器１１の一部が、電気自動車の車体の一部により形成されている態様も採用することができる。以下、断熱容器１１に関する好適な構造を列挙する。

（１）内燃機関５を収納する断熱容器１１には空気取り入れ口が設けられており、内燃機関５への空気を供給する。（２）内燃機関５の燃料系統は燃料を供給する管、或いはジョイントが、断熱容器１１から外部につながっている。（３）断熱容器１１には、内燃機関５の状態を監視し、制御するための配線取り出し口、或いはコネクターが設けられている。（４）排気管が収まる断熱容器１１には、排気を外部に排出する排気口、或いは追加排気管を接続するジョイントが取付けられている。（５）発電機６が収まる断熱容器１１には、発電機６の状態を監視し、制御し、発電された電力を取出すための配線の取出し口或いはコネクターが設けられている。（６）断熱容器１１と内燃機関５、発電機６、排気管は、ラバー等の緩衝装置を介して断熱容器１１に取付けられている。（７）電気自動車の断熱容器１１に対応する箇所には。各部品を取付けるためのフレームが設けられており、そのフレームに断熱容器１１が取付けられている。（８）断熱容器１１が各部品の取付けフレームを兼ねている場合もある。（９）断熱容器１１には、電気自動車の車体に取付けるためのブラケットが設置されている。（１０）断熱容器１１には、これを着脱時に吊り上げるためのフックが設けられている。（１１）断熱容器１１には、着脱の際の移動用に車輪が設けられている。

更に、本考案に係る温調装置において、好適な他の実施態様を列挙する。（１２）発電装置には小型電池を内蔵し、独立運転を可能とする。（１３）発電装置には電池は付属せず、電気自動車の駆動電源から電力をもらって運転する。（１４）発電装置には表示パネルが付属する場合と、状態監視信号を引き出して車両側の表示装置に一括表示の場合の両方があり得る。

（１５）コジェネレーションユニット内の水路の接続順序は、温度の低いものから高いものへの順で接続する。例えば、（ア）モーター、インバーター、エンジン、排気管を収めた断熱容器内熱交換器。（イ）インバーター、モーター、エンジン、排気管を収めた断熱容器内熱交換器。（１６）デフロスター、ヒーター熱交換器ユニットの冷却液の配管は直列配管、並列配管の両方があり得る。

（１７）システム制御方式として、基本は温水が必要な時に運転し、電気は副次的にできるという考え方を基本とするが、夏季に電力が不足した場合、電力発電を主目的として運転することも可能である。その場合は、熱交換器ユニットの空気の流れをフラップにより変える（図９及び図１０参照）。（１８）コジェネレ−ションユニットの制御ユニットは断熱容器の外に取付けられており、ユニット内部の部品とは断熱された配線で連結されている。（１９）内燃機関の燃料タンクは、断熱容器内の温度が通常のエンジンルーム内より高いため、断熱容器の外に取付けられ、断熱された燃料配管により内燃機関と接続されている。（２０）断熱容器は防音、遮音効果を発揮する。また、より一層防音、遮音効果を奏する部材を用いる。

上記の実施例では、本考案を電気自動車のバスに適用した例を示したが、バスに限らず、一般の乗用車タイプの電気自動車等、各種の電気自動車に適用することができるものである。更に、上述した具体例のものに限定されないことは明らかであり、本考案の趣旨に適合する範囲内で適宜改変することができるものである。

本考案は、バスをはじめとして、一般の乗用車タイプの電気自動車等、各種の電気自動車の温調装置に好適である。

１ コジェネレーションユニット
２ 冷却水回路部
３ ヒーター熱交換器ユニット
４ 補助エンジン部
５ 内燃機関
６ 発電機
７ インバータ
８ 触媒
９ 消音器
１０ コジェネレーションシステム
１１ 断熱容器
１２ 隔壁
１３ 熱交換器
１４ 切替えバルブ
１５ 温度センサー
１６ 電動ポンプ
２１ バイパス回路
３１ 切替えフラップ
３２ 空洞部
３３ 熱交換器コア
３４ 電動ファン
１００ 電気自動車

Claims (8)

1. 発電用の補助エンジン部を備えた電気自動車において、
   前記補助エンジン部と、当該補助エンジン部で発生した熱を取り込む冷却水回路部と、この冷却水回路部に介装され且つ当該冷却水回路部によってもたらされた温水で車内空気を温めるヒーター熱交換器ユニットとでコジェネレーションシステムを設け、
   前記補助エンジン部は、内燃機関と、この内燃機関により回転駆動される発電機及びこの発電機に接続するインバータを備えた発電装置部と、前記内燃機関からの排気経路に連通する触媒及び消音器を備えた排気装置部とから構成され、
   前記補助エンジン部により発電しながら温水が作られるとともに、前記内燃機関のみならず、前記発電装置部及び前記排気装置部により発生した熱も車内空気の温調にもたらされることを特徴とする電気自動車の温調装置。
2. 前記補助エンジン部は、断熱容器に収納さ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温調装置。
3. 前記補助エンジン部は、断熱容器に収納されているとともに、発電装置部、内燃機関、排気装置部が個別に断熱分離さ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温調装置。
4. 前記補助エンジン部は、断熱容器に収納されているとともに、発電装置部、内燃機関、排気装置部が個別に断熱分離され、更に、前記排気装置部に熱交換器を設置し、この熱交換器に前記冷却水回路部を挿通させたことを特徴とする請求項１記載の電気自動車の温調装置。
5. 前記補助エンジン部は、断熱容器に収納され、更に、この断熱容器の前後或いは前後いずれか一方における冷却水回路部に、電動ポンプを介装するとともに、適所に冷却水温度センサーを備えた電動ポンプ制御部を設け、この電動ポンプ制御部により、冷却水温度に伴って前記電動ポンプの作動を制御することを特徴とする請求項１記載の電気自動車の温調装置。
6. 前記ヒーター熱交換器ユニットは、前後に内外気の切替えフラップを設けた空洞部内に配置されて、前記温水を熱交換する熱交換器コアと、この熱交換器コアに送風する電動ファンとを備えて構成され、冬季は前記フラップを切替えて内気導入とし、夏季は前記フラップを切替えて外気導入として、前記熱交換器コアにより内外気を選択的に熱交換するようにしたことを特徴とする請求項１記載の電気自動車の温調装置。
7. 前記補助エンジン部は、断熱容器に収納されているとともに、この断熱容器を電気自動車に対して着脱可能に設けたことを特徴とする請求項１記載の電気自動車の温調装置。
8. 前記補助エンジン部は、断熱容器に収納されるものであり、更に、この断熱容器の一部が、車体の一部により形成さ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温調装置。
   

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