JP2004224215A - 車両用空調空気の混合方法及び混合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車室内の空気が乾燥したときは、白霧を生じさせて適当な湿気を与えることができる車両用空調空気の混合方法及び混合装置を提供することである。
【解決手段】空調空気の混合装置は、空気流通路を持つ送風ダクト４０と、空気流通路内に横断方向に配置され、導入空気の絶対湿度を変えることなく温度を下げて第１冷気とする第１空気冷却器２５と、空気流通路に横断方向で第１空気冷却器と並んで配置され、導入空気を第１冷気よりも低い絶対湿度及び低い温度に下げて第２冷気とする第２空気冷却器３０と、から成る。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用空調空気の混合方法及び混合装置、特に冷房時に空気が乾燥した場合等に、白霧（ミスト）を発生させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用空調装置において、冷房用熱交換器である空気冷却器（例えばエバポレータ）は、その周囲を流れる空気から熱を奪い（熱交換し）、冷気を生成する。従来の空調装置（特許文献１参照）では、送風ダクト内に通路横断方向にエバポレータを配置し、その一端と送風ダクトの対向壁との間にバイパス通路を形成している。外気と内気とが混合された導入空気の大半がエバポレータを通過して冷却され、残りはエバポレータで冷却されることなくバイパス通路を通過する。冷却された空気とバイパスした空気とはエバポレータの下流側で混合され、空調空気になる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３４３３１３号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、夏季走行中にエバポレータを強く働かせると、空気中の水蒸気が凝縮し、車室内の空気の温度が下がると共に、相対湿度が下がって乾燥し易い。鼻や喉が敏感な運転者や同乗者は乾燥した空気に不快感を覚えることがある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、車室内の空気が乾燥したとき等に、必要な場所に白霧を生じさせて適当な湿気を与えたり、視覚的に快適感を与えることができる車両用空調空気の混合方法及び混合装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願の発明者は、導入空気の一部及び残部を冷却面温度が異なる二つの空気冷却器で冷却することを思い付いて、本発明を完成した。
▲１▼本願の第１発明による車両用空調空気の混合方法は、請求項１に記載したように、第１空気冷却部により導入空気の絶対湿度を変えることなく温度を下げた第１冷気と、第２空気冷却部により導入空気を第１冷気よりも低い絶対湿度及び低い温度に下げた第２冷気とを混合することにより、白霧を生じさせ易くすることを特徴とする。この混合方法において、第１冷気と第２冷気とを混同した空調空気では白霧が発生し易くなる。
【０００７】
尚、空調空気の白霧に関する発明はいくつが出願されており、例えば特開平９−２４０２４８号及び特開平１１−９１３３３号に開示された車両用空調装置がある。しかし、この空調装置は白霧の発生を抑制する技術に関し、また白霧と空気の乾燥との関係には言及していない。
【０００８】
請求項２の混合方法は請求項１において、第１冷気の相対湿度は導入空気の相対湿度よりも高く、第２冷気の相対湿度は第１空気の相対湿度と同程度である。
▲２▼また、第２発明の車両用空調空気の混合装置は、請求項３に記載したように、空気流通路を持つ送風ダクトと；空気流通路内に横断方向に配置され、導入空気の絶対湿度を変えることなく温度を下げて第１冷気とする第１空気冷却器と；空気流通路に横断方向で第１空気冷却器と並んで配置され、導入空気を第１冷気よりも低い絶対湿度及び低い温度に下げて第２冷気とする第２空気冷却器と；から成り、第１冷気と第２冷気とを混合させて白霧を生じさせ易くすることを特徴とする。この混合装置において、第１空気冷却器で生成した第１冷気と第２空気冷却器で生成した第２冷気とを混合すると、空調空気に白霧が発生し易くなる。
【０００９】
請求項４の混合装置は、請求項３において、第１空気冷却器は第２空気冷却器よりも冷却面の温度が高い。請求項５の混合装置は、請求項３において、第１空気冷却器は第２空気冷却器よりも体積が小さい。
【００１０】
請求項６の混合装置は、請求項３において、送風ダクトは更に、第１空気冷却器と第２空気冷却器との間に、第１冷気と第２冷気との混合場所を規制する規制部材を備えている。請求項７の混合装置は、請求項３において更に、第１空気冷却器の上流側に、第１空気冷却器を通過する空気量を調整する第１空気量調整手段を含む。請求項８の混合装置は請求項３において更に、第２空気冷却器の下流側に、第２空気冷却器を通過した空気量を調整する第２空気量調整手段を含む。
【００１１】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態は以下の通りである。
＜空調空気の混合方法＞
第１冷気は、導入空気を第１空気冷却部で冷却することにより生成され、冷却に伴い相対湿度は上昇する。第２冷気は、導入空気を第２空気冷却部で冷却することにより生成され、冷却に伴い相対湿度は上昇する。第１冷気及び第２冷気の温度、絶対湿度、相対湿度及び空気量は、両方の冷気の混合空気に含まれる水蒸気量が両者の混合後の温度での飽和水蒸気量よりも少しでも大きくなるように決める。
【００１２】
尚、第１空気冷却部と第２空気冷却部とは、別々の空気冷却器であっても良いし、同じ空気冷却器の異なる部分でも良い。前者については実施例で説明する。後者では、内部を流れる熱交換媒体がフロン等の場合は蒸発圧力を異ならせることにより、ブライン（水等）の場合はその温度を異ならせることにより、第１空気冷却部の冷却面温度と第２空気冷却部の冷却面温度とを異ならせれば良い。
＜空調空気の混合装置＞
▲１▼送風ダクト
箱状の送風ダクトは一対の側壁、上壁及び下壁の他、空気流の流れを規制する仕切壁を持つことができできる。また、第１空気冷却器に流入し冷却される空気量を調整する第１空気量調整手段及び／又は第２空気冷却器から流出した冷気量を調整する第２空気量調整手段を持つことができる。
▲２▼空気冷却器
第１空気冷却器及び第２空気冷却器は送風ダクト内にその空気通路を横断するように配置される（バイパス通路は形成しない）。第１空気冷却器は導入空気を比較的高い冷却面温度（例えば導入空気温度が３０℃、相対湿度が７０％の場合、２４から２５℃）で冷却する。次述する第２空気冷却器の半分から数分の一程度の体積を持つことができる。一方、第２空気冷却器は導入空気を比較的低い冷却面温度（例えば０から５℃）で冷却する。
【００１３】
尚、本発明の第１空気冷却器及び第２空気冷却器は白霧を形成する第１冷気及び第２冷気を生成できれば良く、これらの冷気と同時に車室を冷房するための冷気を生成しても良いし、生成しなくても良い。後者の場合、車室を冷房する冷気を生成するための空気冷却器を別に設けることが必要になる。
【００１４】
【実施例】
以下、添付図面に基づき本発明の実施例を説明する。
（構成）
図１に示す冷凍サイクルは、圧縮機（コンプレッサ）１０、凝縮器（コンデンサ）１５及び空気冷却器としての蒸発器（エバポレータ）２０を含み、これらが部分的に独立した第１冷媒循環回路１１及び第２冷媒循環経路１３で接続されている。第１冷媒循環回路１１はコンプレッサ１０からコンデンサ１２に延びた回路部分１２ａと、コンデンサ１５からコンプレッサ１０のある気筒に延びた回路部分１２ｂとを含む。第２冷媒循環回路１３はコンプレッサ１０からコンデンサ１５に延びた回路部分１２ａと、コンデンサ１５からコンプレッサ１０の別の気筒に延びた回路部分１４ｂとを含む。
【００１５】
回路部分１２ｂには第１膨張弁１６及び第１エバポレータ２５が配置され、また回路部分１４ｂ上には第２膨張弁１８及び第２エバポレータ３０が配置されている。次述するように第１エバポレータ２５と第２エバポレータ３０とは冷却能力が異なり、両者でエバポレータ２０を構成する。
【００１６】
エバポレータ２０の詳細を図２に示す。箱状の送風ダクト４０は一対の側壁４１と、上壁４２と、下壁４３とを持ち、空気流通路４５を形成している。送風ダクト４０には高さ方向（図２で上下方向）で下壁４３寄りに下方仕切壁４９が設けられ、空気流通路４５を大通路４６と小通路４７とに分割している。大通路４６と小通路４７との断面積比は約３対１である。中間部には下方仕切壁４９よりも少し下流側に上方仕切壁５１が設けられ、大通路を第１通路部４６ａと第２通路部４６ｂとに分割している。第１通路部４６ａと第２通路部４６ｂとの断面積比は約２対１である。
【００１７】
上方仕切壁５１の前端には第２エバポレータ３０の下流側に下流ドア部材５３が取り付けられ、下流駆動機構（不図示）により駆動され、第２通路部４６ｂを塞ぐ位置と開放する位置との間で回動可能である。
【００１８】
下壁４３と側壁４１と下方仕切壁４９との間に第１エバポレータ２５が配置され、小通路４７を横断している。第１エバポレータ２５は直方体形状で比較的小さな体積を持ち、第１循環回路１１を通じて比較的圧力が高く少量の冷媒を供給され、冷却面の温度が高い。第１エバポレータ２５の上流側に取り付けられ上流駆動機構６５（図３参照）により駆動される上流ドア部材５５は、小通路４７を開放する位置と塞ぐ位置との間で回動可能である。
【００１９】
上壁４２と側壁４１と下方仕切壁４９との間に第２エバポレータ３０が配置され、大通路４６を横断している。第２エバポレータ３０は直方体形状で比較的大きな体積を持ち、第２循環回路１３を通じて比較的圧力が低く多量の冷媒を供給され、冷却面の温度が低い。
【００２０】
図３に示すように、車室内の所定位置に湿度を検出する湿度センサ６０及び日射量を測定する日射量センサ６２が取り付けられ、上流駆動機構６５に接続されている。また、インストルメンタルパネルに配置された、白霧の発生／非発生の切換スイッチ６４が上流駆動機構６５に接続されている。湿度センサ６０により検出される湿度が所定値以下、日射量センサ６２により検出される日射量が所定値以上、又は運転者等によりスイッチ６４がオンされると、上流駆動機構６５が作動し、上流ドア部材５５が開く。一方、これら３つの条件の少なくとも１つが満たされないときは、上流駆動機構６５は作動せず、上流ドア部材５５は閉じたままである。
（作用）
次に、図２、図３、図４及び図５を基に実施例の作用を説明する。なお、図４はフローチャートであり、図５は温度、水蒸気の分圧、絶対湿度及び飽和水蒸気圧力との関係を示すグラフ（湿り空気線図）である。
▲１▼第２エバポレータ３０による冷却時
図４において、ステップＳ１で白霧発生要件の充足／不充足を判断する。充足されない場合、ステップＳ３で上流駆動機構６５により上流ドア５５を閉じる。すると、図２において、導入空気Ａは小通路４７を流れることはできない（第１エバポレータ２５も作動を停止する）。大通路４６を流れる導入空気は第２エバポレータ３０により冷却される（矢印Ｂ，Ｃ参照）。
【００２１】
ここで、下流ドア部材５３を開放すれば第２エバポレータ３０で冷却された冷気の全てが第１通路部４６ａ及び第２通路部４６ｂを通して流れる。これに対して、下流ドア部材５３を閉鎖すれば、冷気は第１通路部４６ａのみを流れ（矢印Ｂ参照）。
【００２２】
例えば導入空気Ａの温度が３０℃、相対湿度が７０％、絶対湿度が０．０１９ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）とすると、第２エバポレータ３０により冷却されて温度５℃、相対湿度９５％、絶対湿度０．００５ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）の冷気（Ｂ及びＣ）が生成される。
▲２▼第１エバポレータ２５及び第２エバポレータ３０による冷却時
図４において、ステップＳ１で白霧発生要件の充足／不充足を判断する。充足された場合、ステップＳ３で上流駆動機構６５により上流ドア５５を開く。すると、導入空気Ａは大通路４６の他に小通路４７を流れ、第２エバポレータ３０に加えて、第１エバポレータ２５により冷却される。
【００２３】
図５において、温度３０℃、相対湿度７０％、絶対湿度０．０１９ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）の導入空気Ａが点ａで示されている。導入空気Ａの大半は大通路４６を通過する際第２エバポレータ３０により冷却され、点ｂ，ｃで示すように温度５℃、相対湿度９５％、絶対湿度０．００５ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）の第２冷気になる。当然ながら、この絶対湿度はこの温度で飽和できる絶対湿度よりも少し低いので、冷気Ｂ，Ｃには白霧は生じない。
【００２４】
一方、導入空気Ａの残りは、小通路４７を通過する際、第１エバポレータ２５により冷却され、点ｄで示すように、温度２５℃、相対湿度９５％、絶対湿度０．０１９ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）の第１冷気となる。上述したのと同じ理由により、冷気Ｄには白霧は生じない。
【００２５】
図２において、第２エバポレータ３０を通過した冷気は、下流ドア部材５５が開放しているときは第１通路部４６ａ及び第２通路部４６ｂを通して下流に流れる。第１エバポレータ２５を通過した冷気Ｄは小通路４７内を下流に流れ、下方仕切壁４９の下流側で大通路４６の冷気Ｃと混合される。両者が混合された空調空気の温度は両者の流量がほぼ同等の場合、温度１５℃、絶対湿度は０．０１２ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）となる。絶対湿度はこの温度で飽和できる接待湿度よりも少し高いので、空調空気に白霧Ｅ（図５の点ｅ参照）が生ずる。
（効果）
以上詳述した実施例によれば以下の効果が得られる。
【００２６】
第１に、所望時、空調空気に白霧Ｅが発生し易くなる。導入空気Ａの一部は小通路４７を流れる間第１エバポレータ２５により露点近くの温度（露点よりも少し高い）まで冷却され（図５においてａ→ｄ）、それにより絶対湿度が変化することなく相対湿度が上昇するからである。図５から明らかなように、湿り空気線図の飽和水蒸気圧力を示す曲線は下凸となるように僅かに湾曲してる。よって、第１エバポレータ２５で冷却した冷気Ｄと第２エバポレータ３０で冷却した冷気Ｂ，Ｃとを混合した空調空気の水蒸気量は飽和水蒸気量を超え易い。
【００２７】
これに対して、例えば第２エバポレータ３０で冷却した冷気と第２エバポレータ３０をバイパスした空気とを混合しても空調空気に白霧は発生し難い。たとえ発生しても、すぐに消失し易い。バイパスした空気は冷房されておらず、相対湿度がそれ程高くない（６０から７０％程度）。よって、この空気を冷気（相対湿度は９５％前後）と混合しても、空調空気の相対湿度は９０から９５％程度にしかならないからである。
【００２８】
第２に、冷気Ｃと冷気Ｄとが所望の場所で混合され、混合により得られた白霧を乗員の顔付近に吹き出すことも可能である。その結果、車室内を冷房しつつ部分的に湿気を与えることができる。これは、第２通路部４６ｂと小通路４７との間に下方仕切壁４９を設けたことにより可能となった。
【００２９】
詳述すると、第１エバポレータ２５で冷却され小通路４７を流れる冷気Ｄと、第２エバポレータ３０で冷却され第２通路部４６ｂを流れる冷気Ｃとは、下方仕切壁４９の下流側に至るまでは混合されない。その結果、下方仕切壁４９の長さを調整することにより、白霧Ｅが生ずる位置を調整することができる。
【００３０】
第３に、冷気ＣとＤとを混合させるタイミングが白霧Ｅを発生させたいタイミングと一致し易い。大通路４６内に設けた下流ドア部材５３を開放した場合は、下方仕切壁４９の終端部に白霧が発生し、下流ドア部材５３を閉鎖した場合は上方仕切壁５１の終端部に白霧が発生する。加えて、車室内の湿度が所定値よりも低下したとき、日射量が所定量よりも多いとき、又は運転者等が車室の空気の乾燥を感じたとき等は、上流駆動機構６５により上流ドア部材５５が開き、白霧Ｅが発生するからである。
【００３１】
これに対して、例えばエバポレータ２０で冷却した冷気とエバポレータ２０をバイパスした空気とをエバポレータ２０のすぐ下流側で混合したのでは、白霧は発生し難いし、発生させる位置及びタイミングを調整することはできない。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べてきたように、第１発明の車両用空調空気の混合方法によれば、空調空気に発生する白霧により、車室の乾燥した空気に湿気を与えることができる。請求項２の混合方法によれば、白霧がより確実に発生する。
【００３３】
また、第２発明の車両用空調空気の混合装置によれば、第１空気冷却部で生成した第１冷気と第２空気冷却器で生成した第２冷気とを混合することにより、空調空気に白霧が発生する。白霧は車室の乾燥した空気に湿気を与え、乗員の不快感を和らげることができる。
【００３４】
請求項４の混合装置によれば、絶対湿度を下げることなく温度を下げることができ、白霧が発生し易くなる。請求項５の混合装置によれば、冷房能力を維持しつつ白霧を発生させることができる。請求項６の混合装置によれば、所望の場所に白霧を発生させることができる。請求項７及び８の混合装置によれば、第１冷気の生成の有無及び生成量を調整でき、白霧の有無及び発生量を調整できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の全体を示す説明図である。
【図２】実施例のエバポレータを示す断面説明図である。
【図３】実施例の上流駆動機構を説明するブロック図である。
【図４】実施例のフローチャートである。
【図５】実施例の作動を説明する線図である。
【符号の説明】
１０：コンプレッサ １５：コンデンサ
２０：空気冷却器（エバポレータ）
２５：第１エバポレータ（第１冷却部）
３０：第２エバポレータ（第２冷却部）
４０：送風ダクト ４９：仕切壁
４５、４６、４７：通路
５５：ドア部材 ６５：駆動部

Claims (8)

1. 第１空気冷却部により導入空気の絶対湿度を変えることなく温度を下げた第１冷気と、第２空気冷却部により導入空気を第１冷気よりも低い絶対湿度及び低い温度に下げた第２冷気とを混合し、白霧を生じさせることを特徴とする車両用空調空気の混合方法。
2. 第１冷気の相対湿度は導入空気の相対湿度よりも高く、第２冷気の相対湿度は第１空気の相対湿度と同程度である請求項１に記載の混合方法。
3. 空気流通路を持つ送風ダクトと、
   前記空気流通路内に横断方向に配置され、導入空気の絶対湿度を変えることなく温度を下げて第１冷気とする第１空気冷却器と、
   前記空気流通路に横断方向で第１空気冷却器と並んで配置され、導入空気を第１冷気よりも低い絶対湿度及び低い温度に下げて第２冷気とする第２空気冷却器と、
   から成り、第１冷気と第２冷気とを混合し白霧を生じさせることを特徴とする車両用空調空気の混合装置。
4. 前記第１空気冷却器は前記第２空気冷却器よりも冷却面の温度が高い請求項３に記載の混合装置。
5. 前記第１空気冷却器は前記第２空気冷却器よりも体積が小さい請求項３に記載の混合装置。
6. 前記送風ダクトは更に、前記第１空気冷却器と前記第２空気冷却器との間に、第１冷気と第２冷気との混合場所を規制する規制部材を備えている請求項３に記載の混合装置。
7. 更に、前記第１空気冷却器の上流側に、該第１空気冷却器を通過する空気量を調整する第１空気量調整手段を含む請求項３に記載の混合装置。
8. 更に、前記第２空気冷却器の下流側に、該第２空気冷却器を通過した空気量を調整する第２空気量調整手段を含む請求項３に記載の混合装置。

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