(57)【要約】【課題】簡易な構成で加熱対象を効率的に加熱可能なバッテリー加熱装置、床暖房装置、及び融雪装置を提供する。【解決手段】マイクロ波Ｍｗを出力する出力機１１と、出力機１１から出力されたマイクロ波Ｍｗが照射され、マイクロ波Ｍｗを吸収することで蓄熱及び発熱する発熱体１２と、を備え、発熱体１２によりバッテリー１２０を加熱するバッテリー加熱装置１、発熱体１２により床パネルを加熱する床暖房装置、又は発熱体１２により積雪面を加熱する融雪装置である。【選択図】図２
2020038804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を出力する出力機と、
前記出力機から出力された前記マイクロ波が照射され、該マイクロ波を吸収することで蓄熱及び発熱する発熱体と、
を備え、
前記発熱体によりバッテリーを加熱するバッテリー加熱装置。
【請求項２】
前記バッテリーの温度が上昇し、所定の温度に到達した際に、前記出力機からの前記マイクロ波の出力を停止させる制御部をさらに備える請求項１に記載のバッテリー加熱装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記バッテリーの温度が所定の温度範囲内に収まるように、前記出力機から前記マイクロ波を出力させ、又は、前記マイクロ波の出力を停止させる請求項２に記載のバッテリー加熱装置。
【請求項４】
前記バッテリー、前記出力機、及び前記発熱体は車両に搭載され、
前記出力機の動力源は前記バッテリーである請求項１から３のいずれか一項に記載のバッテリー加熱装置。
【請求項５】
マイクロ波を出力する出力機と、
前記出力機から出力された前記マイクロ波が照射され、該マイクロ波を吸収することで蓄熱及び発熱する発熱体と、
を備え、
前記発熱体により床パネルを加熱する床暖房装置。
【請求項６】
マイクロ波を出力する出力機と、
前記出力機から出力された前記マイクロ波が照射され、該マイクロ波を吸収することで蓄熱及び発熱する発熱体と、
を備え、
前記発熱体は積雪面の下方に配置されて、該積雪面を加熱する融雪装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリー加熱装置、床暖房装置、及び融雪装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリーは設計温度よりも低温の状態となると内部抵抗が大きくなり、電圧低下及び容量低下が引き起こされてバッテリーの性能が低下してしまうことが知られている。このため、特にバッテリーを動力源とする機器ではこのようなバッテリーの性能低下は致命的となる。
【０００３】
ところで現在は、自動車のＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）化が進められている。ＥＶではその動力源の全てはバッテリーとなるため、バッテリーの性能向上は自動車の性能向上に直結する。例えば冬場や寒冷地ではバッテリーの温度が低下し易く、バッテリーの性能低下にともなって自動車の性能が十分に発揮されないといった懸念がある。
【０００４】
ここで特許文献１に記載されているように、従来はバッテリーの性能向上を目的としてバッテリーを電熱線ヒーターによって加熱する手法が採用されていた。
【０００５】
また同様に、特許文献２に示す床暖房装置や特許文献３に示す融雪装置においても電熱線ヒーターを用いて加熱を行うものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１―２３８４２８号公報
【特許文献２】特開２００１―８２７５２号公報
【特許文献３】特開２００６―４６０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のような従来の電熱線ヒーターは、発熱している間は常時電力を消費する。しかしながら、全ての動力源を車体に搭載されたバッテリーに頼るＥＶでは、バッテリーを加熱するヒーターの動力源もバッテリーとなり、バッテリーを加熱する分の電力は自動車の走行に使用できないことになる。この結果、自動車の航続距離が低下してしまう可能性がある。また、ＥＶにはエンジンが無いため、エンジンの排熱を利用してバッテリーを加熱することもできない。また電熱線ヒーターを用いた床暖房装置や融雪装置においても、発熱している間は常時電力を消費するため、バッテリーを加熱する場合と同様に電力消費量を抑えることは難しい。
また従来の床暖房装置では、電熱線（ニクロム線）を床下に敷いて床を加熱するため、断線のリスクがある。さらに、温水が流れるパイプを床下に敷いて床を加熱する温水方式の床暖房装置も知られているが、経年劣化による水漏れの可能性がある。
また従来の融雪装置では、電熱線（ニクロム線）を地中に埋め込み電流を流して温めるため伝熱に時間を要し、一般的には雪が積もってしまう前に加熱しておく必要があるため電力消費量を抑えることは難しい。融雪のため地下水を散布する手法や塩をまくといった手法も考えられるが、地下水のくみ上げにより地面の陥没がおきやすくなるといった問題や、塩をまくことにより赤錆が発生するといった問題が生じうる。
【０００８】
そこで本発明は、簡易な構成で加熱対象を効率的に加熱可能なバッテリー加熱装置、及び床暖房装置、及び融雪装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様に係るバッテリー加熱装置は、マイクロ波を出力する出力機と、前記出力機から出力された前記マイクロ波が照射され、該マイクロ波を吸収することで蓄熱及び発熱する発熱体と、を備え、前記発熱体によりバッテリーを加熱する。
【００１０】
本態様では、発熱体にマイクロ波を照射することで、瞬時に発熱体を発熱させ、速やかに加熱対象であるバッテリーを加熱することができる。このため、寒冷地等の外気温が低い環境下であっても、バッテリーに本来の性能を発揮させることが可能となる。
さらに、発熱体が蓄熱機能を有しているため発熱体へのマイクロ波の照射を停止した場合であっても発熱体からの発熱量が急激に低下することがなく、発熱体が発熱を継続することができる。この結果、バッテリーを加熱する際にマイクロ波の照射を断続的に行ってもバッテリーの加熱が可能である。そしてこの場合、出力機が電力を連続的に消費せず、断続的に電力を消費するようにでき、バッテリーを加熱するための電力消費量の低減が可能である。
【００１１】
また上記のバッテリー加熱装置では、前記バッテリーの温度が上昇し、所定の温度に到達した際に、前記出力機からの前記マイクロ波の出力を停止させる制御部をさらに備えていてもよい。
【００１２】
このような制御部によって、バッテリーの温度が所定の値よりも高くなった場合には、出力機からのマイクロ波の出力を停止させることで発熱体の温度上昇を抑えること、即ち発熱体からの発熱量を抑えることができる。よってバッテリーを加熱しすぎることがなく、バッテリーを最適な状態に保つことができる。また発熱体が蓄熱機能を有しているので、マイクロ波の出力を停止させた場合であっても発熱体からの発熱量が急激に低下することなく緩やかに低下する。よってバッテリーの温度も急激に低下することがなく、バッテリーの性能を最適な状態に保つことができる。
【００１３】
また、上記のバッテリー加熱装置では、前記制御部は、前記バッテリーの温度が所定の温度範囲内に収まるように、前記出力機から前記マイクロ波を出力させ、又は、前記マイクロ波の出力を停止させてもよい。
【００１４】
このようにマイクロ波の出力を制御部で制御することで、バッテリーの温度を最適な温度範囲に保つことが可能である。即ち、バッテリーの温度が上昇しすぎたり、温度が低下しすぎたりすることがなくなる。よってバッテリーの性能を最適な状態に保つことができる。
【００１５】
また、上記のバッテリー加熱装置では、前記バッテリー、前記出力機、及び前記発熱体は車両に搭載され、前記出力機の動力源は前記バッテリーであってもよい。
【００１６】
発熱体が蓄熱機能を有しているので、出力機からのマイクロ波の出力を停止した後でもバッテリーの加熱が可能である。この結果、出力機がバッテリーの電力を連続的に消費することなく、断続的にバッテリーの電力を消費するようにできる。よって、バッテリーを加熱するためのバッテリーの電力消費量を低減でき、低減できた分の電力を車両の走行の動力源に用いることで車両の航続距離を延ばすことができる。
【００１７】
また、本発明の一態様に係る床暖房装置は、マイクロ波を出力する出力機と、前記出力機から出力された前記マイクロ波が照射され、該マイクロ波を吸収することで蓄熱及び発熱する発熱体と、を備え、前記発熱体により床パネルを加熱する。
【００１８】
本態様では、発熱体にマイクロ波を照射することで、瞬時に発熱体を発熱させ、速やかに加熱対象である床パネルを加熱することができる。さらに、発熱体が蓄熱機能を有しているため発熱体へのマイクロ波の照射を停止した場合であっても発熱体からの発熱量が急激に低下することがなく、発熱体が発熱を継続することができる。この結果、床パネルを加熱する際にマイクロ波の照射を断続的に行っても床パネルの加熱が可能である。そしてこの場合、出力機が電力を連続的に消費することなく、断続的に電力を消費するようにできる。
【００１９】
また、本発明の一態様に係る融雪装置は、マイクロ波を出力する出力機と、前記出力機から出力された前記マイクロ波が照射され、該マイクロ波を吸収することで蓄熱及び発熱する発熱体と、を備え、前記発熱体は積雪面の下方に配置されて、該積雪面を加熱する。
【００２０】
本態様では、発熱体にマイクロ波を照射することで、瞬時に発熱体を発熱させ、速やかに加熱対象である積雪面を加熱し、融雪することができる。さらに、発熱体が蓄熱機能を有しているため発熱体へのマイクロ波の照射を停止した場合であっても発熱体からの発熱量が急激に低下することがなく、発熱体が発熱を継続することができる。この結果、積雪面を加熱する際にマイクロ波の照射を断続的に行っても積雪面の加熱が可能である。そしてこの場合、出力機が電力を連続的に消費することなく、断続的に電力を消費するようにできる。
【発明の効果】
【００２１】
上記のバッテリー加熱装置、床暖房装置、及び融雪装置では、簡易な構成で加熱対象を効率的に加熱することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第一実施形態に係るバッテリー加熱装置を車両に搭載した図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係るバッテリー加熱装置の全体概略図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係る床暖房装置の全体概略図である。
【図４】本発明の第三実施形態に係る融雪装置の全体概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
〔第一実施形態〕
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るバッテリー加熱装置１について説明する。バッテリー加熱装置１は車両１００に搭載されたバッテリー１２０を加熱する装置である。
【００２４】
（全体構成）
図１に示すように、バッテリー加熱装置１は車両１００に搭載される。バッテリー加熱装置１はマイクロ波Ｍｗを出力する出力機１１と、マイクロ波Ｍｗが照射される発熱体１２と、出力機１１の動作を制御する制御部１３とを備えている。
バッテリー加熱装置１が搭載される車両１００としては、従来の内燃機関を動力源とした自動車だけでなく、ハイブリッドカーやＥＶ等が挙げられる。また、二輪車、バッテリー駆動する電車や建設機械等にもバッテリー加熱装置１を適用可能である。
【００２５】
（出力機）
図２に示すように出力機１１は、不図示のレーザダイオード、及び多段増幅器を有するマイクロ波発振器を備えている。出力機１１は、マイクロ波帯域（２〜１０ＧＨｚ）のマイクロ波Ｍｗを例えば５０〜１００Ｗで出力可能となっている。出力機１１は、特に２．４ＧＨｚ帯域のマイクロ波を出力可能であるとよい。しかしマイクロ波Ｍｗは上記の周波数、及び出力に限定されるものではない。
【００２６】
また、マイクロ波発振器にはマグネトロンや、振動や熱に強い半導体マイクロ波発振器が用いられる。本実施形態では出力機１１の動力源は車両１００に搭載されたバッテリー１２０であるが、出力機１１が他の動力源を有していてもよい。
【００２７】
（発熱体）
発熱体１２は、出力機１１に隣接して配置され、出力機１１から出力されたマイクロ波Ｍｗが照射されてマイクロ波Ｍｗを吸収することで蓄熱及び発熱する。より具体的には発熱体１２は、マイクロ波Ｍｗを磁界損失、電界損失により熱エネルギーへ変換するマイクロ波吸収作用より発熱する。また発熱体１２は、バッテリー１２０の下方や周囲に配置され、熱伝導によって加熱対象のバッテリー１２０に熱を伝える。即ち水等の液体の熱媒体を介在させずにバッテリー１２０の加熱を行う。
【００２８】
発熱体１２は、マイクロ波吸収特性を有する例えばフェライト、パーマロイ、酸化スラグ等の電磁波吸収材によって形成されている。発熱体１２が酸化スラグによって形成される場合、例えば酸化スラグの粉末をセラミックスに混ぜて焼成することで発熱体１２を形成する。
【００２９】
（制御部）
制御部１３は、出力機１１のＯＮ−ＯＦＦ制御を行う。制御部１３は車両１００に搭載されたバッテリー１２０の温度を検知する温度センサ１４と、温度センサ１４で検知したバッテリー１２０の温度に基づいて、出力機１１の制御を行う制御器本体１５とを有している。
【００３０】
温度センサ１４は、例えばバッテリー１２０の筐体に設置されている。
制御器本体１５は、温度センサ１４で検知したバッテリー１２０の温度が所定の温度にまで上昇した際に出力機１１からのマイクロ波Ｍｗの出力を停止させる。また制御器本体１５は温度センサ１４で検知したバッテリー１２０の温度が所定の温度にまで低下した際にはマイクロ波Ｍｗの出力を開始させる。
【００３１】
よって制御器本体１５は、バッテリー１２０の温度が所定の温度範囲内に収まるように出力機１１からマイクロ波Ｍｗを出力させ、又は、マイクロ波Ｍｗの出力を停止させる制御を行う。
【００３２】
（作用効果）
以上説明した本実施形態のバッテリー加熱装置１では、まず、出力機１１によってマイクロ波Ｍｗを出力し、発熱体１２にマイクロ波Ｍｗを吸収させて発熱体１２に蓄熱させつつ発熱体１２を発熱させる。その後、発熱体１２からの発熱によってバッテリー１２０が加熱される。
【００３３】
発熱体１２は、マイクロ波Ｍｗを吸収することで瞬時に発熱するため、非常に速いレスポンスでバッテリー１２０を加熱することができる。このため、寒冷地等の外気温が低い環境下であっても、バッテリー１２０に本来の性能を発揮させることが可能となる。
【００３４】
さらに、発熱体１２が蓄熱機能を有しているため、マイクロ波Ｍｗの照射を停止した場合であっても発熱体１２からの発熱量が急激に低下することがなく、発熱体１２が発熱を継続することができる。この結果、バッテリー１２０を加熱する際にマイクロ波Ｍｗの照射を断続的に行ってもバッテリー１２０の加熱が可能である。そしてこのように断続的にマイクロ波Ｍｗを発熱体１２に照射すれば、出力機１１がマイクロ波を照射する電力を連続的に消費することなく、断続的に電力を消費するようにできる。従ってバッテリー１２０の電力消費量の低減が可能であり、発熱体１２によって簡易な構成で効率的にバッテリー１２０を加熱することが可能となる。
【００３５】
また制御部１３を設けたことによって、バッテリー１２０の温度が所定の値よりも高くなった場合には、出力機１１からのマイクロ波Ｍｗの出力を停止させることで発熱体１２の温度上昇を抑えること、即ち発熱体１２からの発熱量を抑えることができる。よってバッテリー１２０を加熱しすぎることがなく、バッテリー１２０を最適な状態に保つことができる。
【００３６】
また発熱体１２が蓄熱機能を有しているので、制御部１３によってマイクロ波Ｍｗの出力を停止させた場合であっても発熱体１２からの発熱量が急激に低下することがなく、発熱体１２からの発熱量が緩やかに低下していく。よってバッテリー１２０の温度も急激に低下することがなく、バッテリー１２０の性能を最適な状態に保つことができる。
【００３７】
さらに、マイクロ波Ｍｗの出力を制御部１３で制御することで、バッテリー１２０の温度を最適な温度範囲内に保つことが可能である。即ち、バッテリー１２０の温度上昇の抑制だけでなく、温度低下の抑制も可能となる。よってバッテリー１２０の性能をさらに最適な状態に保つことができる。
【００３８】
また、本実施形態では発熱体１２が蓄熱機能を有しているので、出力機１１からのマイクロ波Ｍｗの出力を停止した後でも、バッテリー１２０の加熱が可能である。この結果、出力機１１がその動力源であるバッテリー１２０の電力を連続的に消費することなく、断続的にバッテリー１２０の電力を消費するようにできる。よって、バッテリー１２０を加熱するためのバッテリー１２０の電力消費量の低減が可能であり、低減できた分の電力を車両の走行の動力源に用いることで車両１００の航続距離を延ばすことができる。
【００３９】
また本実施形態では、水等の液体の熱媒体を介在させずにバッテリー１２０の加熱を行うため、水漏れ等のリスクは生じ得ず、耐久性に優れている。さらに電熱線ヒーターでバッテリー１２０の加熱を行う場合のように断線のリスクは生じ得ない。
【００４０】
ここで本実施形態では、例えば、発熱体１２とバッテリー１２０の筐体との熱伝導を向上させる伝熱部材を、発熱体１２とバッテリー１２０の筐体との間に介在させてもよい。伝熱部材には金属繊維不織布や、熱伝導グリース等を使用することができる。
【００４１】
また必ずしも制御部１３を用いて出力機１１の制御を行わなくともよい。例えば車両１００の運転者がモニターに表示されたバッテリー１２０の温度を見て、ボタン操作等により手動で出力機１１を動作させ、バッテリー１２０を所定の温度まで加熱することも可能である。
【００４２】
また、上記の実施形態では車両１００に搭載されたバッテリー１２０を加熱する場合について説明したが、これに限定されず、例えば携帯電話等のバッテリーを加熱する際に上記の発熱体１２を用いてもよい。この場合、出力機１１の動力源は携帯電話等のバッテリーであってもよいし、出力機１１が別の動力源を有していてもよい。
【００４３】
〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態に係る床暖房装置１Ａについて説明する。以下に説明する第二実施形態においては、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。
【００４４】
（全体構成）
図３に示すように、床暖房装置１Ａは、加熱対象として例えば室内の床パネル１３０を加熱する装置である。床暖房装置１Ａは、出力機１１と、発熱体１２とを備えている。
本実施形態では、出力機１１及び発熱体１２が、床パネル１３０の下方に配置される。発熱体１２は、床パネル１３０に熱伝導によって熱を伝える。即ち水等の液体の熱媒体を介在させずに床パネル１３０の加熱を行う。
（作用効果）
【００４５】
以上説明した本実施形態の床暖房装置１Ａでは、発熱体１２にマイクロ波を照射することで、発熱体１２を発熱させることができる。電熱線を用いたヒーターで床パネル１３０を加熱する場合、断線のリスクが生じうるが、本実施形態の床暖房装置１Ａでは、マイクロ波を照射することのみで発熱体１２を発熱させ、床パネル１３０を加熱することができるためヒーターに断線のリスクは生じ得ない。また、温水を用いて床パネル１３０を加熱するような床暖房装置のように水漏れが生じることもない。また電熱線ヒーターや温水を用いた加熱では、加熱に時間を要するが、本実施形態の床暖房装置１Ａではマイクロ波を照射することで瞬時に発熱体１２を発熱させて、速やかに床パネル１３０を加熱することができる。
【００４６】
さらに、発熱体１２が蓄熱機能を有しているため発熱体１２へのマイクロ波の照射を停止した場合であっても発熱体１２からの発熱量が急激に低下することがなく、発熱体１２が発熱を継続することができる。この結果、床パネル１３０を加熱する際にマイクロ波の照射を断続的に行っても床パネル１３０の加熱が可能である。そしてこの場合、出力機１１が電力を連続的に消費することなく、断続的に電力を消費するようにできるため、消費電力を抑え、床パネル１３０を簡易な構成で効率的に加熱することができる。
【００４７】
ここで本実施形態でも、発熱体１２と床パネル１３０との熱伝導を向上させる伝熱部材を、発熱体１２と床パネル１３０との間に介在させてもよいし、制御部１３を用いて出力機１１の制御を行ってもよい。
【００４８】
〔第三実施形態〕
次に、本発明の第三実施形態に係る融雪装置１Ｂについて説明する。以下に説明する第三実施形態においては、第一実施形態及び第二実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。
【００４９】
（全体構成）
図４に示すように、融雪装置１Ｂは、加熱対象として例えば道路や屋根の表面を加熱する装置である。道路や屋根の表面上には雪Ｓｎが積もり得る。即ち道路や屋根の表面は積雪面１４０となる。融雪装置１Ｂは、出力機１１と、発熱体１２とを備えている。
本実施形態では、出力機１１及び発熱体１２が、積雪面１４０の下方に配置されて、発熱体１２は道路や屋根パネルの裏面１５０に、熱伝導によって熱を伝える。即ち水等の液体の熱媒体を介在させずに積雪面１４０の加熱を行う。
【００５０】
(作用効果)
以上説明した本実施形態の融雪装置１Ｂでは、発熱体１２にマイクロ波を照射することで、発熱体１２を発熱させることができる。ここで電熱線を用いたヒーターで積雪面１４０の加熱、融雪を行う場合、伝熱に時間を要するため積雪前から加熱を行っておかなければならず、消費電力が大きくなる。また地下水や塩を散布して融雪を行う場合、地下水のくみ上げによる地面の陥没や、塩による赤錆が生じうる。
【００５１】
本実施形態ではマイクロ波を用いて瞬時に発熱体１２を発熱させ、速やかに裏面１５０を介して積雪面１４０を加熱することができるため、電熱線を用いたヒーターとは異なり積雪前から積雪面１４０の加熱を始めておく必要がない。また発熱体１２が蓄熱機能を有しているため発熱体１２へのマイクロ波の照射を停止した場合であっても発熱体１２からの発熱量が急激に低下することがなく、発熱体１２が発熱を継続することができる。この結果、積雪面１４０を加熱する際にマイクロ波の照射を断続的に行っても積雪面１４０の加熱が可能である。そしてこの場合、出力機１１が電力を連続的に消費することなく、断続的に電力を消費するようにできるため、消費電力を抑え、積雪面１４０を効率的に加熱することができる。さらに地下水や塩を用いた融雪方法とは異なり、環境への負荷も少ない。
【００５２】
また本実施形態では、水等の液体の熱媒体を介在させずに積雪面１４０の加熱を行うため、水漏れ等のリスクは生じ得ず、耐久性に優れている。さらに電熱線ヒーターで積雪面１４０の加熱を行う場合のように断線のリスクは生じ得ない。
【００５３】
ここで本実施形態でも、発熱体１２と裏面１５０との熱伝導を向上させる伝熱部材を、発熱体１２と裏面１５０との間に介在させてもよいし、制御部１３を用いて出力機１１の制御を行ってもよい。
【００５４】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、上記実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００５５】
１…バッテリー加熱装置  
１１…出力機  
１２…発熱体  
１３…制御部  
１４…温度センサ  
１５…制御器本体  
１００…車両  
１２０…バッテリー  
Ｍｗ…マイクロ波  
１Ａ…床暖房装置  
１３０…床パネル  
１Ｂ…融雪装置  
１４０…積雪面  
１５０…裏面  
Ｓｎ…雪  
【図１】
2020038804.tif 000003
【図２】
2020038804.tif 000004
【図３】
2020038804.tif 000005
【図４】
2020038804.tif 000006