JP6348293B2 - 車両用空調装置 - Google Patents
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Description
上記特許文献1には、ヒートポンプシステムにより加熱した温水を出湯するユニットと補助熱源機の組み合わせで温水を温める技術が開示されている。
上記特許文献2には、貯湯タンク内の温水を給湯に使用する温水の熱交換に使用しても、暖房端末へ送る温水の温度低下を抑制できるヒートポンプ式温水暖房装置が記載されている。
上記特許文献3にはヒートポンプ式温水暖房装置が開示されている。
本発明は、このような水媒体の予備加熱をエネルギー効率よく実行できるようにすることを目的とする。
電気自動車、ハイブリッド自動車等では、電力消費を低減、効率化することが特に必要である。これを温水暖房の予備加熱について考える。温水暖房においては、水媒体を暖気送風に必要な所定温度に加熱するための消費電力が大きい。ここでCOP(Coefficient Of Performance:成績係数又は動作係数)の観点でみると、ヒートポンプシステムは比較的COPが高いが外気温が0℃前後以下では効率が悪化する。一方、温水暖房システムにおける電気ヒータによる水媒体の加熱は比較的COPが低いが外気温による影響はあまりない。そこで外気温に応じて電気温水器による加熱と、ヒートポンプシステム部による加熱を選択的に実行するようにする。
また、これにより予備加熱中に外気温が大きく変化するような場合にも対応する。
あくまで貯湯タンクの水媒体の加熱を行うものとし、車室内の暖房を行わないことで車室から車外へ熱が逃げる状況を作らない。
これにより例えばタイマー制御として乗員に都合のよいタイミングで予備加熱を行うことができる。
これにより無駄な予備加熱を行わず、電力を効率よく使用できる。
本発明の実施の形態の車両用空調装置の構成を図1に示す。本実施の形態の車両用空調装置は、電気自動車又はハイブリッド自動車への搭載されるものとしている。
この車両用空調装置は、ヒートポンプセクション10と温水暖房セクション20が組み合わされた構成を採る。図1ではその要部のみを示している。
水媒体の循環経路30は、バルブ22,23によりヒーターユニット21をバイパスするバイパス経路30Bを含むことができる。バイパス経路30Bが用いられる場合は、ヒーターユニット21による車室内への暖気送風は行われない。
電気温水器24は電気ヒーターにより循環経路30を流れる水媒体を加熱する。
電気ヒーターにより加熱された水媒体は貯湯タンク25に導かれる。
水温センサ27は貯湯タンク25の水媒体の温度を検出する。
このヒートポンプセクション10は、以上の各部で冷媒の循環経路40を構成しており、外部熱交換機11で吸熱させた冷媒をコンプレッサ13で高温化し、タンク用熱交換器14に供給する。タンク用熱交換器14は貯湯タンク25内の水媒体を加熱する。
なお電源部3の充電回路に外部電源100が接続されることでバッテリ3aに対して充電が行われる。外部電源100とは例えば家庭用商用交流電源であったり、チャージ専用電源などである。
また制御部1は外気温を検出する温度センサ2からの外気温情報Tmpにより外気温を監視できる。さらに水温センサ27からの水温情報TWにより貯湯タンク25内の水媒体の温度を監視できる。
時計部5は現在日時を計数しており、時刻情報を制御部1に供給する。
上記構成の本実施の形態の車両用空調装置では、バッテリ3aの充電中に、充電時の電力を用いて水媒体の予備加熱を行う。予備加熱によって水媒体の温度を所定温度、例えば60℃〜70℃程度にしておくことで、その後にユーザが車に乗って暖房をオンとした際に、すぐに温風を車室内に送風できるためである。
予備加熱を開始する場合、制御部1はまずステップS101で予備加熱時の経路設定を行う。具体的にはバルブ22,23を制御してバイパス経路30Bを有効とさせる。即ちヒーターユニット21を経由しないバイパス経路30Bを含む循環経路30を形成する。
ステップS102で制御部1は温度センサ2からの外気温情報Tmpをチェックする。そしてステップS103で外気温情報Tmpが閾値温度th1以上であるか否かを判断する。閾値温度th1は、ヒートポンプシステムのCOPが低下する温度として設定するもので、例えば0℃とする。
一方、外気温情報Tmpが閾値温度th1未満であるときは、制御部1はステップS103からS105に進み、温水暖房セクション20による水媒体の加熱を開始させる。即ち循環ポンプ26により水媒体の循環を開始させるとともにスイッチ4bをオンとして電気温水器24に加熱のための駆動電力を与える。なお水媒体の循環はバイパス経路30Bを通ることになる。
第2の実施の形態として制御部1が実行する予備加熱処理を図3に示す。ステップS101〜S105は図2と同様であるため説明を省略する。即ち外気温情報Tmpに応じて、ヒートポンプセクション10による加熱と電気温水器24による加熱を選択して、水媒体の加熱を開始する。
ステップS104でヒートポンプセクション10による加熱を開始させた後は、制御部1はステップS110で水媒体が目標温度に到達したか否かを監視し、またステップS111で外気温情報Tmpが切換温度th2より低くなったか否かを監視する。
もしTmp<th2となった場合は、制御部1はステップS112に進み、電気温水器24による加熱に切り換える。即ちスイッチ4aをオフ、スイッチ4bをオン、ヒートポンプセクション10の駆動停止、温水暖房セクション20の駆動開始(循環ポンプ26の駆動開始)の制御を行う。そしてステップS120,S121のループに進む。
これにより、予備加熱実行中に外気温が低下し、ヒートポンプセクション10による加熱のエネルギー効率が低下する状態となったら、温水暖房セクション20による加熱に切り換えられる。
もしTmp>th3となった場合は、制御部1はステップS122に進み、ヒートポンプセクション10による加熱に切り換える。即ちスイッチ4bをオフ、スイッチ4aをオン、ヒートポンプセクション10の駆動開始の制御を行う。温水暖房セクション20の循環ポンプ26の駆動は継続しても良いし停止させてもよい。そしてステップS110,S111のループに進む。
これにより、予備加熱実行中に外気温が上昇し、ヒートポンプセクション10による加熱のエネルギー効率が良好となる状態となったら、ヒートポンプセクション10による加熱に切り換えられる。
なお切換温度th2、th3は、閾値温度th1と同じでも良いが、例えばth2<th1<th3とすることで、2つの加熱方式の切り換えが余りに頻繁に行われることを回避できる。例えばth1=th2=th3とすると、予備加熱開始時の外気温が閾値温度th1に近い場合、若干の気温変化で頻繁に加熱方式が切り換えられてしまい、これによってエネルギー効率が逆に悪化することも考えられる。そこで、th2<th1<th3とすることで、顕著な気温低下又は気温上昇があったときに切換が行われるようにすると良い。
続いて上記の第1,第2の実施の形態の予備加熱処理を開始させるための処理について説明する。
本実施の形態では、車両のエンジン(モータ)が停止されて、バッテリ3aに充電が行われている際に上記の予備加熱を行うことを想定している。但し、充電中に常に予備加熱を行うことは無駄が多くなると考えられる。そこで例えば図4A,図4Bのような処理で予備加熱開始判断を行うことが望ましい。
一方充電中であっても、TW>th4であったら予備加熱は開始させない。
このような処理により、水媒体の水温が低下していないときに無駄な予備加熱が開始されるということが回避される。予備加熱開始判定温度th4は、例えば50℃程度でもよいし、例えば30℃、10℃など、より低く設定してもよい。
開始時刻になっていた場合、制御部1はステップS213で水温センサ27による水温情報TWをチェックする。そしてステップS214で水温情報TWが予備加熱開始判定温度th4以下であるか否かを判断し、TW≦th4であったらステップS215に進んで図2又は図3の予備加熱処理を開始する。
一方充電中であっても、開始時刻に達していない場合や、開始時刻となった場合でもTW>th4であったら予備加熱は開始させない。このような処理により、無駄な予備加熱が実行されないようにする。
例えばユーザが毎日午前7時に乗車する場合に、7:00という乗車時刻を予め入力しておく。制御部は、このタイマー設定に基づいて、7:00よりx時間前を開始時刻として設定する。x時間とは、通常、予備加熱に要する時間とすればよい。或いは、水温情報TWや外気温情報Tmpを逐次参照して、x時間を調整してもよい。即ち7:00にユーザが乗車した際に、水媒体の温度が目標温度(例えば60〜70℃程度)に達していれば良いため、タイマー設定時間に間に合わせるように予備加熱を開始させるようにする。
或いはユーザが、予備加熱の開始時刻を直接タイマー設定するようにしてもよい。
ユーザの設定に基づくことで、最も無駄のない予備加熱が可能となる。
以上説明してきたように本実施の形態の車両用空調装置は、温水暖房セクション20の水媒体を加熱する方式として、ヒートポンプセクション10を利用する加熱と温水暖房セクション20の電気温水器24を用いる加熱を行うことができる。そして制御部1は、第1,第2の実施の形態として示したように、バッテリに対する充電中に貯湯タンク25内の水媒体の予備加熱を行う場合には、電気温水器25による加熱と、ヒートポンプセクション10による加熱を、外気温情報Tmpに応じて選択して実行させるようにしている。
ヒートポンプシステムは比較的COPが高いが外気温が0℃前後以下では効率が悪化する。一方、温水暖房システムにおける電気ヒータによる水媒体の加熱は比較的COPが低いが外気温による影響は余りない。そこで外気温が閾値温度th1より低い場合は電気温水器による予備加熱を実行させ、外気温が閾値温度th1以上であればヒートポンプシステム部による予備加熱を実行させる。このようにすることエネルギー効率のよい予備加熱を実現できる。特に電気自動車、ハイブリッド自動車等では、電力消費を効率化することが重要であり、車両用の空調装置として好適となる。
また、温水暖房システムとしての空調装置においては水媒体を暖気送風可能な温度に加熱することに最も電力を用いている。この加熱を効率化することは、快適な運転環境を提供することと電力消費削減の点で最も望ましい。
また図4A、図4Bに示したように、制御部1が貯湯タンク25の水温を監視し、水温が予備加熱開始判定温度th4以下となることに応じて予備加熱が開始されるように制御することで、無駄な予備加熱を防止できる。
例えば充電中は常に予備加熱を実行するようにしてもよい。また図4Bのように開始時刻をチェックする場合、開始時刻になったら水温情報TWに関わらず予備加熱を開始するようにしてもよい。
図2,図3の予備加熱処理として閾値温度th1、切換温度th2、th3、目標温度の設定は上記以外にも多様に考えられる。
また状況に応じて、ヒートポンプセクション10による加熱と電気温水器24による加熱の両方が実行される期間が設けられることもあり得る。
Claims (4)
- 電気温水器で加熱した水媒体を貯湯タンクに貯湯するとともに、貯湯タンクの水媒体を循環させ、循環経路に設けられた熱交換機を用いて車室内に暖気送風する温水暖房部と、
少なくとも前記貯湯タンクの水媒体を加熱可能に構成されたヒートポンプシステム部と、
バッテリを含む電源部と、
前記バッテリに対する充電中に前記貯湯タンク内の水媒体の予備加熱を行う場合に、前記電気温水器による加熱と、前記ヒートポンプシステム部による加熱を、外気温に応じて選択して実行させる制御部と、を備え、
前記制御部は、予備加熱の開始後の外気温の変化に応じて、前記電気温水器による加熱と前記ヒートポンプシステム部による加熱の切換制御を行う
車両用空調装置。 - 前記予備加熱の実行中には、車室内への暖気送風は行われない
請求項1に記載の車両用空調装置。 - 前記制御部は、時刻を監視し、設定時刻となることに応じて前記予備加熱が開始されるように制御する
請求項1又は請求項2に記載の車両用空調装置。 - 前記制御部は、前記貯湯タンクの水温を監視し、水温が所定の予備加熱開始判定温度以下となることに応じて前記予備加熱が開始されるように制御する
請求項1又は請求項2に記載の車両用空調装置。
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