JP2013226942A - 電気自動車等の車内調湿装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
電気自動車やプラグインハイブリッド自動車などの電気自動車等の車内に除湿材を設置し、乗員が発する水蒸気（不感常泄）を吸湿しウインドウの防曇や車内暖房に使われる電力を削減する手段を用いるが、除湿材再生に電力等のエネルギーを使用するため、省エネルギーが課題であった。
【解決手段】
電気自動車等の充電時に外気を車載バッテリーや電力変換装置へ導き、これらを冷却した後に温度上昇した空気を、車内に搭載された除湿ユニットへ導き、除湿材を再生する構成としたので、除湿材再生に用いられる電力等のエネルギー削減が可能となり、省エネルギーが達成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気自動車やプラグインハイブリッド自動車など（以下、電気自動車等という）の運転時の視界を遮るウインドウの曇りを防止する車内調湿装置に関する。

近年、電気自動車等が実用化されているが、外気温度が低い条件での航続可能距離が著しく低下するという問題が発生している。

これは、走行時に発生するウインドウの曇り防止のため、車室内部の湿度を低く保つ目的で低温外気を導入した後に、低温外気の加温に車載バッテリーからの電力を使用することが原因である。

従来の自動車では、エンジン排熱を利用し外気を加温するなどの対策を行っているが、電気自動車では走行中に利用可能な有効な排熱源が無いために、この手法は取れない。

電気自動車等は車載のリチウムイオン電池などのバッテリーに電力を蓄え、この電力によりモータを駆動して走行するから、暖房などのために電力を消費する事は、バッテリーの容量アップに繋がり経済性を損なうこととなる。従って、電力の使用を抑制できる空調システムの開発は喫緊の課題である。

近年、電気自動車等の車内除湿を効果的に行う手段として、除湿材を用いる技術が提案されている。例えば下記特許文献１では、車体内部に除湿材を有する除湿ユニットを配置し、走行時に乗員から生じる水蒸気（不感常泄）を除湿材で吸湿し、車室内空気を循環する技術が記載されている。

特許第４８０１１９７号

しかしながら、前記特許文献１記載の電気自動車用防曇・空調システムでは、電気自動車等の停車中に除湿材の再生を行う際、電力を用いたヒーターなどの加熱手段にて空気を高温化した後に除湿材へ導く構成としている。

このため、空気加熱に使用される電力量が増大する。これは省エネルギーの観点から損失である。

一方、電気自動車等の停車中に実施される充電行程では、車載のバッテリーや電力変換装置にて充電損失が発生する。そのため、充電時にはバッテリーや電力変換装置を通風冷却している。

本発明の主たる課題は、寒冷時に電気自動車等の航続可能距離が著しく減少する問題を解決するために用いられる除湿材を活用した空調システムにおいて、除湿材の再生エネルギーを削減し、さらなる省エネルギーを達成する電気自動車等の車内調湿装置を提供することにある。

本発明によれば、電気自動車等において、その車体内部に、水分吸湿作用を発生する除湿材を内包する除湿ユニットを少なくとも１セット以上配置し、バッテリー充電時に、併せて電気ヒーターと送風ファンからなる温風製造手段を稼働させ、製造された温風を除湿材へ導く構成に加え、除湿ユニットへ導く空気を、少なくともバッテリーあるいは電力変換装置を冷却した後の空気の全量あるいは一部とし、更に除湿材を通過した後の空気を車室外へ排気する構成とした。

除湿材の再生手段をこのように構成したことにより、寒冷時等の走行中において、乗員から発生する水蒸気（不感常泄）を除湿材に吸湿させることで、車室内の空気の循環暖房が可能となり、ウインドウなどの曇り防止と共に、効果的な車内暖房が可能となる上に、水分を吸湿した後の除湿材再生に使用する電力などのエネルギー消費量を低減できる。

一般に除湿ユニット内部に設置される除湿材は、紙や樹脂の板材ならびに折り曲げ材を複数積層した断面がダンボール形状の構造物を使用している。その特徴は、通過空気の通風抵抗を低く抑え、均一な空気流が得られることである。本発明でもこのような構造の除湿材を使用するが、担持される吸湿剤を空気温度が８０℃以下でも再生が可能である吸湿剤（例えば、高分子収着剤）としている。

以上説明したとおり本発明の除湿ユニット通風装置を用いれば、電気自動車等に搭載される除湿ユニット内の除湿材の再生に、少なくとも車載バッテリーあるいは車載の電力変換装置を冷却した後の空気を使用できるので、再生のための電気ヒーターの電力使用量低減が可能となる。さらに、使用する除湿材に担持される吸湿剤として、８０℃以下でも再生が可能である吸湿剤（例えば、高分子収着剤）を使用することで、バッテリーおよび車載の電力変換装置を冷却した後の空気にても十分な再生が達成され、追加的な電気ヒーター加温が不要あるいは低減されるため、更に省エネルギーが達成できる。

本発明に係る電気自動車等に設置される車内調湿装置の構成図である。除湿ユニット（１）、その内部に設置された除湿材（２）ならびに電気ヒーター（３）、除湿ユニット（１）に接続される空気管路（５ａ）、（５ｂ）、（６ａ）、（６ｂ）、除湿ユニット（１）の両端部に設置される流路切り替え装置（８ａ）、（８ｂ）、送風ファン（４ａ）、（４ｂ）、および制御装置（１３）などから構成される。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。

図１に示すように、本発明による電気自動車等の車内調湿装置では、走行時を主体とする走行モード時において、送風ファン（４ａ）を稼働させ、車室内から調湿空気管路（５ａ）を経由して車室内空気を除湿ユニット（１）へ取り込む。この時の第一の流路切り替え装置（８ａ）は、制御装置（１３）からの指令に基づき内部のガイドベーン（１４ａ）を駆動して、調湿空気管路（５ａ）が接続される開口部を開とし、排気管路（５ｂ）が接続される開口部を閉としている。また、同時に除湿ユニット（１）の他端に設置される第二の流路切り替え装置（８ｂ）は、制御装置（１３）からの指令に基づき内部のガイドベーン（１４ｂ）を駆動して、防曇ダクト（６ｂ）が接続される開口部を開とし、再生空気管路（６ａ）が接続される開口部を閉としている。この結果、除湿ユニット（１）を通過した車室内空気の全量あるいは一部は、防曇ノズル（７）からウインドウ等へ向けて車室内に噴射されるので、車内空気が循環する空気流路が形成される。また、車室内空気は除湿材（２）を通過する際に、その相対湿度に応じて、除湿材（２）にて除湿され、その後、加熱手段である電気ヒーター（３）により、所定温度範囲に調整される。

一方、充電時を主体とする再生モード時には、制御装置（１３）は、送気ファン（４ｂ）を稼働させると共に、送気ファン（４ａ）を停止し、第二の流路切り替え装置（８ｂ）においては、車載バッテリー（１１）あるいは車載の電力変換装置（１２）あるいは両方を冷却した後の空気の全量あるいは一部を除湿ユニット（１）へ導く再生空気管路（６ａ）へ通じる開口部を開くと共に、除湿ユニット（１）を通過した空気を防曇ノズル（７）へ送気する防曇ダクト（６ｂ）との開口部を閉じる制御を行う。それと共に、第一の流路切り替え装置（８ａ）においては、除湿ユニット（１）を通過した空気を排気管路（５ｂ）へ導く開口部を開くと共に、車室内空気を除湿ユニット（１）へ導く調湿空気管路（５ａ）との開口部を閉じる制御を行う。同時に制御装置（１３）は、加熱手段として用いる電気ヒーター（３）を通過した後の空気温度が所定温度範囲となるよう電気ヒーター（３）への電力供給量を制御する。

電気自動車等の車内調湿装置の構成と作用
例えば冬季や梅雨時など外気温が相対的に車内温度に比べて低い状態においては、ウインドウも低温であるために、比較的短時間で乗員から発生する水蒸気（不感常泄）がウインドウに結露し曇りが発生する。

走行時や乗員乗車時の電気自動車等においては、車載のバッテリー（１１）から車内暖房や視界確保のための必要エネルギーを供給するので、航続可能距離が短縮されることが大きな課題となる。この解決に向けて車内に除湿材を内包する設置ユニットを設置し、乗員が発する不感常泄（水蒸気）を吸湿させる新しい技術が見られるが、除湿材の再生には、例えば外気を加熱し低相対湿度となった空気を除湿材へ通気し、除湿材に含まれる水分を除去する再生行程が必要である。この時、空気加熱に電力を使用するため、省エネルギーが課題となっている。このような課題を解決する観点から、本発明による電気自動車等の車内調湿装置における省エネルギー効果に付いて説明する。

本発明による電気自動車等の車内調湿装置では、電気自動車等の充電時に行われる除湿ユニット（１）内の除湿材（２）の再生に、車載バッテリー（１１）や車載の電力変換装置（１２）の冷却に使用された空気を用いる。すなわち、車載バッテリー（１１）や車載の電力変換装置（１２）の冷却に使用され、温度上昇した空気を、再生空気管路（６ａ）を経由して除湿ユニット（１）へ断熱的に導く構成としている。

このように、本発明による電気自動車等の車内調湿装置では、除湿材（２）の再生に必要な相対湿度の低い高温の空気製造に、車載バッテリー（１１）や車載の電力変換装置（１２）を冷却して温度上昇した空気を使用する構成としているので、従来のシステムでは不可欠であった空気加熱のための電力エネルギーの使用削減が達成され、省エネルギーの有効手段となっている。

１・・・除湿ユニット、
２・・・除湿材、
３・・・加熱手段（電気ヒーター）、
４ａ、４ｂ・・・送風ファン、
５ａ・・・調湿空気管路、
５ｂ・・・排気管路、
６ａ・・・再生空気管路、
６ｂ・・・防曇ダクト、
７・・・防曇ノズル、
８ａ、８ｂ・・・流路切り替え装置、
９・・・外気導入管路、
１１・・・車載バッテリー、
１２・・・車載電力変換装置、
１３・・・制御装置、
１４ａ、１４ｂ・・・ガイドベーン、
３０・・・車室、
３１・・・車載空調システム、
３２・・・空気混入手段

Claims (4)

1. バッテリーに蓄電された電力を電動機の動力源として走行する電気自動車等の車体内部に、通過する空気中の水分を吸湿あるいは、通過する空気中へ水分を排出する脱湿などの作用を有する除湿材（２）と、通過する空気を加熱する加熱手段（３）を内包する除湿ユニット（１）を設置した電気自動車等の車内調湿装置であって、前記除湿ユニット（１）の一方の端部に設置される第一の空間部には、車室（３０）の空気を前記除湿ユニット（１）へ導く調湿空気管路（５ａ）と、前記除湿ユニット（１）内の加熱手段（３）を経て除湿材（２）を通過した後の空気を除湿ユニット（１）から車外へ排気する排気管路（５ｂ）が接続され、前記除湿ユニット（１）の他方の端部に設置される第二の空間部には、車載バッテリー（１１）あるいは車載の電力変換装置（１２）を冷却した後の空気の全量あるいは一部を、除湿ユニット（１）へ導く再生空気管路（６ａ）と、前記除湿ユニット（１）内の除湿材（２）を経て加熱手段（３）を通過した後の空気の全量あるいは一部を、除湿ユニット（１）からウインドウなどへ向けて噴出する防曇ノズル（７）へ接続する防曇ダクト（６ｂ）が接続され、走行中や乗員乗車中などの走行モード時には車室内空気を前記調湿ユニット（１）内の除湿材（２）を通過した後に、前記加熱手段（３）を経由した後に防曇ノズル（７）を経て車室内へ循環通気する管路構成を形成し、バッテリー充電時などの再生モード時には、車載バッテリー（１１）あるいは車載の電力変換装置（１２）あるいは両方を冷却した後の空気の全量あるいは一部を前記除湿ユニット（１）内の加熱手段（３）を通過した後に除湿材（２）を経由させた後に、排気管路（５ｂ）を経て、車外へ排気する管路構成を形成するために、除湿ユニット（１）の一方の端部に設置される第一の空間部には流路切り替え装置（８ａ）を、除湿ユニット（１）の他方の端部に設置される第二の空間部には流路切り替え装置（８ｂ）を設置し、これらの流路切り替え装置（８ａ）、（８ｂ）と送気ファン（４ａ）、（４ｂ）ならびに加熱手段（３）を制御する制御装置（１３）を設置し、運転モードごとに管路構成を可変としたことを特徴とする電気自動車等の車内調湿装置。
   
2. 請求項１に記載の電気自動車等の車内調湿装置において、走行モード時には、送気ファン（４ａ）を稼働させると共に、送気ファン（４ｂ）を停止し、第一の流路切り替え装置（８ａ）は、除湿ユニット（１）から排気管路（５ｂ）への開口部を閉じると共に、車室内空気を除湿ユニット（１）へ導く調湿空気管路（５ａ）への開口部を開く動作を行う。また、同時に第二の流路切り替え装置（８ｂ）は、除湿ユニット（１）と再生空気管路（６ａ）へ通じる開口部を閉じると共に、除湿ユニット（１）を通過した空気を防曇ノズル（７）へ送気する防曇ダクト（６ｂ）との開口部を開く動作を行う。その際、加熱手段（３）を通過した後の空気温度が所定温度範囲となるように加熱手段（３）へのエネルギー供給量を制御装置（１３）にて制御する。
   一方、再生モード時には、送気ファン（４ｂ）を稼働させると共に、送気ファン（４ａ）を停止し、第二の流路切り替え装置（８ｂ）は、車載バッテリー（１１）あるいは車載の電力変換装置（１２）あるいは両方を冷却した後の空気の全量あるいは一部を除湿ユニット（１）へ導く再生空気管路（６ａ）へ通じる開口部を開くと共に、除湿ユニット（１）を通過した空気を防曇ノズル（７）へ送気する防曇ダクト（６ｂ）との開口部を閉じる動作を行う。それと共に、第一の流路切り替え装置（８ａ）は、除湿ユニット（１）を通過した空気を排気管路（５ｂ）へ導く開口部を開くと共に、車室内空気を除湿ユニット（１）へ導く調湿空気管路（５ａ）との開口部を閉じる動作を行う。その際、加熱手段（３）を通過した後の空気温度が所定温度範囲となるよう加熱手段（３）へのエネルギー供給量を制御装置（１３）からの指令に基づき制御することを特徴とする電気自動車等の車内調湿装置。
   
3. 請求項１、２に記載の電気自動車等の車内調湿装置において、前記除湿ユニット（１）内の除湿材（２）を経て加熱手段（３）を通過した後の空気の全量または一部を、除湿ユニット（１）からウインドウなどへ向けて噴出する防曇ノズル（７）へ接続する防曇ダクト（６ｂ）に、電気自動車等に設置される空調装置（３１）からの空気導入あるいは、空調装置（３１）への送気を行う空気混入手段（３２）を設置したことを特徴とする電気自動車等の車内調湿装置。
   
4. 請求項１、２、３に記載の電気自動車等の除湿ユニット（１）内に設置される除湿材（２）は高分子収着剤を紙や樹脂などのペーパー材に担持した後に、ダンボール状とし、これをブロック状あるいは円筒状積層した構造を有することを特徴とする電気自動車等の車内調湿装置。