JP2000318422A

JP2000318422A - 車両用空気調和装置

Info

Publication number: JP2000318422A
Application number: JP11132810A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Haraguchi; 達夫原口
Original assignee: Bosch Automotive Systems Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1999-05-13
Filing date: 1999-05-13
Publication date: 2000-11-21

Abstract

(57)【要約】【課題】換気を十分に行いつつ、省エネルギー化を図
る。【解決手段】車両用空気調和装置の外気導入通路Ａの
近傍に車室内の空気を外部に導出する内気導出通路Ｂを
設け、両通路Ａ，Ｂに渡って、全熱交換器４１を位置さ
せて、この全熱交換器４１を回動させることで、上記両
通路の空気の熱交換を行うようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、外部に捨てられ
る車室内空気の熱を回収するようにして省エネルギー化
を図るようにした車両用空気調和装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、車両用空気調和装置は、内外気切
換ドア側から導入される外気又は内気をエバポレータで
冷却し、この冷却に基づく冷気と、ヒータコアで加熱さ
れる暖気との混合割合をエアミックスドアを調整して、
ＶＥＮＴ吹出し口，デフロスト吹出し口，ＦＯＯＴ吹出
し口より吹出すようにしたものである。上記エバポレー
タを冷却するコンプレッサはエンジンの回転力で駆動す
るようにしており、エンジンの負荷となっている。一
方、省エネルギーやハイブリッド車両、直噴エンジン車
両等の低熱源車両の問題からエアコンの熱負荷を極力低
減する必要がある。そのためには、換気負荷の低減と、
除湿のためのコンプレッサの稼働率を減らすことであ
る。そこで、内気循環率を上げて外部に捨てる内気を極
力少なくすることが考えられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、内気循環率を
上げると、人から発生する湿度等により窓の曇りが発生
するので、通常のエアコンシステムの場合、内気率は３
０％程度にしかできず、省エネルギー化を図るのが困難
であるという問題がある。また、コンプレッサを稼動さ
せて除湿しても車室内のＣＯ２濃度が上昇しないように
外気は必ず取り込まなければならないことから、上記同
様の問題が生じてしまう。

【０００４】この発明は上記課題を解決するためになさ
れたもので、外気導入時に内，外気間で熱交換を行うよ
うにし、熱負荷を低減し、除湿が必要な場合は除湿可能
にするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に係わる発明
は、車両用空気調和装置の外気導入通路の近傍に、車室
内の空気を外部に導出する内気導出通路を設け、両通路
に渡って、全熱交換器を位置させて、この全熱交換器を
回動させることで、上記両通路の空気の熱交換を行うよ
うにした。

【０００６】請求項２に係わる発明は、外部導入通路か
らの外気の導入率を一定値に制限するようにして、上記
熱交換を行うようにした。

【０００７】請求項３に係わる発明は、上記全熱交換器
の上流側の内気導出通路内に導出内気の加熱用ヒータを
設けた。

【０００８】請求項４に係わる発明は、ウィンドウガラ
ス温度Ｔｗと露点温度Ｔｄとを演算する手段を設けて、
この演算結果で上記ヒータ，全熱交換器を制御するよう
にした。

【０００９】請求項５に係わる発明は、車室内の湿度上
昇率Ｒと湿度上昇率所定値ＲＬとを演算する手段を設け
て、この演算結果でコンプレッサを制御するようにし
た。

【００１０】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本発明の実
施の形態１による車両用空調装置のブロック構成図であ
り、図１において、１は空調ユニット、２０は空調ユニ
ット１を制御する空調制御手段である。

【００１１】上記空調ユニット１は、図２に示すよう
に、ダクト２の上流端に内気導入口３及び外気導入口４
を有し、ダクト２の下流端にＶＥＮＴ吹出し口５（顔部
吹出し口）、デフロスト（霜取り）吹出し口６及びＦ
ＯＯＴ吹出し口７（足元吹出し口）を有し、ダクト２の
内部には内外気切換ドア８、ブロアファン９、エバポレ
ータ１０、エアミックスドア１１、ヒーターコア１２、
複数の吹出しモード切換ドア１３，１４が上流側から下
流側へと順に配置されている。内外気切換ドア８はアク
チュエータ１５で駆動制御され、例えば、内気導入口３
を開放すると共に外気導入口４を閉鎖してダクト２の内
部に導入される空気の全量を内気とする「内気導入
」、内気導入口３を閉鎖すると共に外気導入口４を開
放してダクト２の内部に導入される空気の全量を外気と
する「外気導入」のいずれか一つを選択するように開閉
制御される。ブロアファン９はブロアモータ１６で駆動
され、空気を内外気切換ドア８の開閉状態により、内気
導入口３及び外気導入口４の一方からダクト２の内部に
導入する。導入された空気はエバポレータ１０を通過し
て冷やされる。このエバポレータ１０を通過して冷気と
なった空気を、アクチュエータ１８の制御による吹出し
モード切換ドア１３，１４の開閉状態に応じ、ＶＥＮＴ
吹出し口５、デフロスト吹出し口６、ＦＯＯＴ吹出し口
７のいずれか一つ又は複数を介して車室内に吹き出す。
上記ブロアモータ１６，各アクチュエータ１５，１７，
１８が上記空調制御手段２０からの制御信号２０ａで制
御されて車室内の空調が行われる。

【００１２】上記空調制御手段２０には、室温設定器２
１及び室温センサ２２，又、外気温センサ２３，日射量
センサ２４などの物理量を検出する複数のセンサが接続
され、これらからの出力を入力する。この場合、外気導
入口４の横には、車室内の空気を外部に導出する送風フ
ァン４３を有する内気導出ダクト４０が設けられ、この
内気導出ダクト４０の内気導出通路Ｂと外気導入口４に
連通する外気導入通路Ａとの境界部には回転用モータ４
１ａで回転駆動（オン）される全熱交換器４１が位置さ
れる。

【００１３】この全熱交換器４１は、図３に示すよう
に、両端開口の円形の外筒４１ｂと、その内部に収容さ
れた、例えばアルミニウムより成るハニカム構造体４１
ｃより構成される。このハニカム構造体４１ｃは、多角
形の多数の細管を有し、この細管を外筒４１ｂの中心軸
と平行方向に延長させて成り、この細管の内壁に吸湿
材、例えばシリカゲル，ゼオライトあるいは塩化リチュ
ーム等を塗布して構成される。図４に示す如く、内外気
導入ダクト４０ａ側に位置する細管に対し、この細管の
延長方向に対し平行方向の外気４２ａ、内気４２ｂ、外
気と内気の混合気４２ｃが通過する過程で、全熱交換器
に顕熱及び水分が吸収される。湿度制御が必要ない場合
は、例えば、冷房時は外気４２ａまたは外気と内気の混
合気４２ｃは内気４２ｂよりも温度が高い。従って、モ
ータ４１ａの回転力で内外気導入ダクト４０ａで細管に
吸収された顕熱は内気導出ダクト４０側で内気４２ｂと
熱交換し車外へ排出される。この際、湿度の高い外気か
ら水分を吸着した吸湿剤は飽和するまで吸着熱を出す
が、これも同時に運搬され車外へ排出される。またこの
場合の湿度は内気＜外気または混合気なので内気導出部
で吸湿剤から湿度を奪うことで潜熱を車外へ排出し、細
管を冷却して内外気導入ダクト４０ａ側に回動し外気ま
たは混合気を冷却し車室内へ供給される。暖房時は外気
４２ａまたは外気と内気の混合気４２ｃは内気４２ｂよ
りも温度が低い。従って、内外気導入ダクト４０ａで冷
却された細管は、内気導出ダクト側で内気４２ｂで暖め
られ再度内外気導入ダクト４０ａ側で外気及び混合気を
暖めて車室内へ供給される。この場合、湿度は内気＞外
気または混合気なので吸着熱は内気導出側の方が高いの
で、これも再度内外気導入ダクト４０ａ側で外気または
混合気を暖めて車室内に供給される。このような積極的
に湿度制御をする必要が無い全熱交換器として使用する
場合は数〜十数ｒｐｍの回転数で制御される。

【００１４】このようにして、送風ファンの回転力で内
気導出ダクト４０の内気導出通路Ｂを介して外部に導出
して捨てられる内気の潜熱が、外気導入口４の外気導入
通路Ａから導入される外気に奪われることで、両者の間
で熱交換が行われる。上記外気の導入率は最大で２５〜
３０％に設定される。従って、暖房時には外部に捨てら
れる熱気は全熱交換器４１による熱交換で車室内に供給
され、冷房時には外部に捨てられる冷気は、全熱交換器
４１による熱交換で車室内に供給されて、熱気、冷気が
無駄に捨てられるのを阻止できる。

【００１５】上記外気導入率を、最大で２５〜３０％に
設定した点について述べると、基本的にエアコンはオー
トモードでクールダウン，ウォームアップ以外は外気導
入モードであるが、これでは無駄に外気を冷やしたり暖
めたりすることになる。そこで、１００％内気循環モー
ドとすることも考えられるが、これでは人の吸気による
二酸化炭素濃度の上昇や、臭気により内気に汚れが生じ
る恐れがある。そこで、内気に汚れを生じさせることな
く、効率的に熱交換を行う方策として、外気導入率を２
５から３０％としたものである。

【００１６】なお、送風ファン４３と全熱交換器４１と
の間には加熱用ヒータ４４が位置される。この加熱用ヒ
ータ４４がオンされることで、内気４２が加熱されて全
熱交換器４１に送られるので、全熱交換器に塗布された
吸湿剤が暖められ吸着した水分が吸着剤から脱離して車
外へ排出される。従って、全熱交換器に塗布された乾燥
した吸着剤が内外気導入ダクト４０ａ側へ回動し外気ま
たは混合気から湿度を吸着して車室内に乾燥した空気を
供給することになり車室内が除湿される。このような積
極的な湿度制御をする必要があり除湿機として使用する
場合は数〜十数ｒｐｈの回転数で制御される。上記内気
導入口３側にはサブドア４５が回動自在に設けられ、図
外のアクチュエータにより制御されて、内外気切換ドア
８との協動で、図５に示すように外気導入口４からの外
気をすべて全熱交換器４１方向にガイドする機能を有す
る。このサブドア４５は図６に示すように３個の開口部
４５ａ〜４５ｃを有し、この開口部４５ａ〜４５ｃの内
側に、風量調整用のフィルム４６ａが設けられる。この
風量調整用のフィルム４６ａは一端がサブドア４５に固
着され、常時は開口部４５ａを塞いでいるが、内気の導
入圧力（負圧）が一定値以上になると、図示の如く開い
て開口部４５ａの開口量を大きくする。上記加熱用ヒー
タ４４、送風ファン４３、回転用モータ４１ａ、サブド
ア４５は空調制御手段２０の出力制御信号４４ｍ，４３
ｍ，４１ｍ，４５ｍで制御される。

【００１７】上記空調制御手段２０には、図外のウィン
ドウガラス温度センサ、外気湿度センサ、車室内湿度セ
ンサ、露点温度センサからの信号で、ウィンドウガラス
温度Ｔｗ、外気湿度Ｈａ、車室内（内気）湿度Ｈ、露点
温度Ｔｄを検出する。また、湿度上昇率Ｒを算出し、か
つ、車室内湿度上昇所定値ＲＬを記憶保持し、さらにウ
ィンドウが曇らない裕度を与える定数温度αを記憶保持
する。

【００１８】次に、図８に示すフローチャートを用いて
動作を説明する。まず、空調制御手段２０によりステッ
プＳ１で外気温、内気温、冷却水温、日射量を各種セン
サの出力信号で検出し、また吹出しモードを判定し、こ
れにより必要吹出し温度を割出し、ステップＳ２で設定
されたモードが冷房かどうかを判定する。ステップＳ２
で、冷房の時はコンプレッサをオンにし、ステップＳ３
で内気循環モードか否かを判定し、内気循環モードであ
ればステップＳ１の判定ステップに移行し、内気循環モ
ードでなければ外気導入モードであるので、全熱交換器
４１をオン（作動）する。このときヒータ４４はオフす
る。これは、ヒータ４４の熱が吸入側に移行してエバポ
レータの熱負荷が大きくならないようにするためであ
る。また、除湿は、エバポレータで行うだけで十分であ
る。この全熱交換器４１の作動により、冷房時には冷気
は外部に無駄に捨てられることがない。一方、ステップ
Ｓ２で冷房モードではない場合（暖房モードの場合）に
は、コンプレッサをオフにし、ステップＳ４で内気循環
モードか否かを判定し、内気循環モードであればステッ
プＳ５でＴｗ＜Ｔｄ＋αの判定を行う。このステップＳ
５で、Ｔｗ＜Ｔｄ＋αでなければステップＳ１の判定に
帰還し、そうであればウィンドウガラスが曇りやすい状
況下にあると推定されるので、全熱交換器４１をオン
し、ヒータ４４をオンして、全熱交換器４１に基づく除
湿を行う。以後は、後述のステップＳ７に移行する。一
方、ステップＳ４で内気循環モードではない時は、外気
導入モードであるので、この時は全熱交換器４１をオ
ン、ヒータ４４をオフすることで内外気間の熱交換を行
う。ここで、ヒータ４４をオフする理由は、乗車人員が
少なく、低湿度の外気が導入される場合には換気だけで
十分窓が曇らない場合があるので、ヒータをオフして少
しでも省エネするためである。その後、ステップＳ６で
Ｔｗ＜Ｔｄ＋αを判定し、同判定がＮＯのときはステッ
プＳ１の判定に帰還し、ＹＥＳであるときは曇りが発生
しやすい状況下にあるために全熱交換器４１をオン、ヒ
ータ４４をオンして内外気間の熱交換と、熱交換器によ
る除湿を行う。次に、ステップＳ７で、Ｒ＜ＲＬかどう
かを判定し、ＹＥＳである時はステップＳ１の判定ステ
ップに移行し、ＮＯの時は曇りが発生しやすい状況下に
あるので、コンプレッサをオンすることで全熱交換器４
１とヒータ４４のオンによる除湿不足を補うことにな
る。

【００１９】なお、本発明では、図９に示すように、ブ
ロアファン９で外気を導入する時に、この導入空気で、
外気導入口４の近傍に設けたプロペラ５０を回転して、
この回転力をプーリ５１を介して全熱交換器４１に伝達
するようにしてモータ４１ａを省略するようにしても良
い。また、この場合はプーリ５１に代えて、ギヤ機構を
用いてプーリ５１からの回転力を全熱交換器４１に伝達
するようにしても良い。また、全熱交換器４１は図１０
に示すように、外気導入口４の側部に設けて構成しても
良い。

【００２０】以上説明したように、本実施の形態１によ
れば、外気率を最大でも２５〜３０％に抑えたので、換
気による熱負荷を減少させ、省動力するとともに内気の
換気を十分に行いつつ、熱交換が行える。また、暖房時
は相対湿度の低い外気と内気の換気により車室内の湿度
を下げることが出来、当然この時は内外気間で熱交換し
て熱負荷を下げ、暖房効果を高めることができる。さら
に、ＲＥＣ時において、積極的に除湿したい場合にはヒ
ータを用いたので除湿が可能となり、それでも能力が不
足する時はコンプレッサを稼動させるので、十分な除湿
が可能となり、このことにより、コンプレッサは必要最
低限の稼動になり、省動化が図れる。また、冷房時は除
湿はエバポレータで行えるので熱交換のみで良い。暖房
時の除湿のために用いたヒータの熱も回収でき、しか
も、車室内の湿度とウィンドウガラスの温度から露点を
計算し、全熱交換器の除湿のためのヒータの稼動も必要
最小限に抑えた制御をすることができる。そして、全熱
交換器の一方の通風をブロアの負圧を利用して行うこと
ができる。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、低熱源車両の暖房性能
の向上が図れ、また、高内気循環システムによる熱負荷
でのコンプレッサ負荷を低減して省エネルギー化を実現
でき、しかも、中間期等の暖房時にコンプレッサが稼動
することによる過剰な低湿度状態になることで目や皮膚
の乾きが低減され、快適性の向上になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この一発明の実施の形態を示すブロック図
である。

【図２】この一発明の実施の形態を示す簡略構成図
である。

【図３】この一発明の実施の形態を示す平面図であ
る。

【図４】この一発明の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図５】この一発明の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図６】この一発明の実施の形態を示す簡略構成図
である。

【図７】この一発明の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図８】この一発明の実施の形態を示すフローチャ
ートである。

【図９】この発明の他の一例を示す平面図である。

【図１０】この発明の他の一例を示す平面図である。

【符号の説明】

１空調ユニット、２０空調制御手段、３内気導入
口、４外気導入口、５ＶＥＮＴ吹出し口、６デフ
ロスト吹出し口、７ＦＯＯＴ吹出し口、８内外気切換
ドア、９ブロアファン、１６ブロアモータ、４１
全熱交換器、４０内気導出ダクト、４３送風ファン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両用空気調和装置の外気導入通路の近
傍に、車室内の空気を外部に導出する内気導出通路を設
け、両通路に渡って、全熱交換器を位置させて、この全
熱交換器を回動させることで、上記両通路の空気の熱交
換を行うようにしたことを特徴とする車両用空気調和装
置。
【請求項２】外部導入通路からの外気の導入率を一定
値に制限するようにして、上記熱交換を行うようにした
ことを特徴とする請求項１に記載の車両用空気調和装
置。
【請求項３】上記全熱交換器の上流側の内気導出通路
内に加熱用ヒータを設けた請求項１に記載の車両用空気
調和装置。
【請求項４】ウィンドウガラス温度Ｔｗと露点温度Ｔ
ｄとを演算する手段を設けて、この演算結果で上記ヒー
タ，全熱交換器を制御するようにした請求項３に記載の
車両用空気調和装置。
【請求項５】車室内の湿度上昇率Ｒと湿度上昇率所定
値ＲＬとを演算する手段を設けて、この演算結果でコン
プレッサを制御するようにした請求項１に記載の車両用
空気調和装置。