JP2006123718A - シート空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ペルチェ素子よりも即効性に優れる冷却器を配設させることで、クールダウンにおける快適性の向上が可能なシート空調装置を実現する。
【解決手段】 表面に空気吹出孔２ａが形成されたシート１と、このシート１内に配設され、沸点の低い液体を封入したカートリッジ式缶１１と、このカートリッジ式缶１１の噴出量を制御するバルブ機構１２と、このバルブ機構１２に接続され、カートリッジ式缶１１内の液体を液状もしくは気化ガスのいずれか一方の状態で空気吹出孔２ａ近傍に搬送する搬送手段３とを具備する。これにより、快適性の向上が図れる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両用シートに形成された空気吹出孔に向けて冷却された空調風を吹き出すシート空調装置に関するものであり、特に、蒸発潜熱を利用した冷却器の構成に関する。

従来、この種のシート空調装置として、例えば、特許文献１に示すように、表面に空気吹出孔が形成されたシートと、このシート内に形成された空気吹出孔と連通する連通路と、この連通路に配設されたペルチェ素子と、上記空気吹出孔に向けて空気を送風する送風機とを備えている。

さらに、上記連通路を、ペルチェ素子に接続された仕切り部材により、空気吹出孔に連通する第１連通路と、車両の外部と連通する排気ダクトと連通する第２連通路とに区画したことを特徴としている。これにより、ペルチェ素子の低温側で冷却された冷風を利用して空気吹出孔から吹き出すときに、ペルチェ素子の高温側で加熱された排熱を車両の外部に排気するようにし、ペルチェ素子の高温側で加熱された温風を利用して空気吹出孔から吹き出すときには、ペルチェ素子の低温側で冷却された排熱を車両の外部に排気するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特開平０５−２７７０２０号公報

しかしながら、上記特許文献１によるペルチェ素子は冷却能力に限界を有している。例えば、炎天下に車両を駐車した後に、乗車と同時に車両用空調装置とペルチェ素子とを運転して空調動作を開始しても、シート、シート周辺およびシート内部の熱容量が大きいため空気吹出孔近傍のシート面が速やかに冷却されることがない。従って、クールダウンの初期においては、快適性が損なわれる問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、ペルチェ素子よりも即効性に優れる冷却器を配設させることで、クールダウンにおける快適性の向上が可能なシート空調装置を提供することにある。

上記、目的を達成するために、請求項１ないし請求項５に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、表面に空気吹出孔（２ａ）が形成されたシート（１）と、このシート（１）内に配設され、沸点の低い液体を封入したカートリッジ式缶（１１）と、このカートリッジ式缶（１１）の噴出量を制御するバルブ機構（１２）と、このバルブ機構（１２）に接続され、カートリッジ式缶（１１）内の液体を液状もしくは気化ガスのいずれか一方の状態で空気吹出孔（２ａ）近傍に搬送する搬送手段（３）とを具備することを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、カートリッジ式缶（１１）内の液体を蒸発させることで、その周辺の温度を低下する気化熱が形成される。言い換えれば、カートリッジ式缶（１１）内の液体を蒸発させて空気吹出孔（２ａ）近傍に向けて搬送することにより、空気吹出孔（２ａ）近傍のシート面の温度を急速に低下することができる。これにより、クールダウンにおいて快適性の向上が図れる。

請求項２に記載の発明では、搬送手段（３）は、カートリッジ式缶（１１）内の液体を導いて、気化ガスの状態で空気吹出孔（２ａ）に向けて送風する送風機（５１）、およびバルブ機構（１２）と空気吹出孔（２ａ）とを連通する通風通路（３ａ、３ｂ、３ｄ）を備えていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、具体的には、カートリッジ式缶（１１）内の液体が気化ガスの状態で通風通路（３ａ、３ｂ、３ｄ）を経て空気吹出孔（２ａ）に向けて送風されることにより、液体の気化熱により通風通路（３ａ、３ｂ、３ｄ）を通風する吸い込み温度が低下することで空気吹出孔（２ａ）近傍のシート温度を急速に低下することができる。これにより、快適性の向上が図れる。

請求項３に記載の発明では、通風通路（３ａ、３ｂ、３ｄ）には、ペルチェ効果による熱の発生、吸収を利用して加熱、冷却するペルチェ素子（５２）が配設されていることを特徴としている。請求項３に記載の発明によれば、液体の気化熱とペルチェ素子（５２）とを併用することができるため、クールダウンにおける冷却能力を増加することができる。これにより、より快適性の向上が図れる。

請求項４に記載の発明では、搬送手段（３）は、カートリッジ式缶（１１）内の液体を導いて、液状の状態で空気吹出孔（２ａ）近傍に圧送するポンプ手段（１３）、およびバルブ機構（１２）と空気吹出孔（２ａ）近傍とを連通する通水通路（１４）を備えていることを特徴としている。

請求項４に記載の発明によれば、空気吹出孔（２ａ）近傍までカートリッジ式缶（１１）内の液体を液状の状態で搬送することが可能である。言い換えれば、液体の気化を空気吹出孔（２ａ）近傍でするように構成すれば、空気吹出孔（２ａ）近傍が急速に冷却することができ、より効率的に気化熱を利用することができる。

請求項５に記載の発明では、通水通路（１４）は、ポンプ手段（１３）で圧送される液状状態の液体を空気吹出孔（２ａ）近傍で気化するように構成していることを特徴としている。請求項５に記載の発明によれば、より具体的に、空気吹出孔（２ａ）近傍で気化熱を得られることで、より効率的にシート面を冷却することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態におけるシート空調装置を図１に基づいて説明する。図１はシート空調装置の全体構成を示す模式図である。本実施形態のシート空調装置は、図１に示すように、表面に複数個の空気吹出孔２ａが形成されたシート１と、ペルチェ素子からなる加熱冷却器５と、沸点の低い液体を封入したカートリッジ式缶１１と、このカートリッジ式缶１１の噴出量を制御するバルブ機構１２などから構成している。

まず、シート１は背当部１ａと着座部１ｂとからなり、人が座する側の表皮部２には空気吹出孔２ａが形成され、着座部１ｂの下部には空間４が形成されている。そして、背当部１ａは内部に空間４と連通する第１ダクト３ａが形成されており、その第１ダクト３ａと連通する空気吹出孔２ａが複数個形成されている。

また、着座部１ｂは内部に空間４と連通する第２ダクト３ｂが形成されており、その第２ダクト３ｂと連通する空気吹出孔２ａが複数個形成されている。また、加熱冷却器５は送風機５１とペルチェ素子５２とから構成している。そして、送風機５１はシート１内に車室内空気を導いてペルチェ素子５２を介して空気吹出孔２ａに向けて送風する。

ペルチェ素子５２は電力を熱に変換する周知の熱電素子であり、第１熱交換部５２ａと第２熱交換部５２ｂとからなるものであり、図示しない直流電源に電気的に接続されている。そして、第１熱交換部５２ａおよび第２熱交換部５２ｂは、内部に熱電半導体に接続された電極部（図示せず）と外部に多数の放熱、吸熱フィン部とから構成され、電流の流れる方向により送風機５１で導かれた車室内空気を加熱および冷却するものである。

ところで、空間４はシート１外に連通する排気ダクト３ｃが形成されており、この排気ダクト３ｃは上述した第１ダクト３ａおよび第２ダクト３ｂとの間に図示しない仕切り板により区画している。つまり、第１熱交換部５２ａで加熱、冷却された空調風と、第２熱交換部５２ｂで加熱、冷却された排気とが混合することのないように形成している。

また、ここでは排気ダクト３ｃの下流端を車室内に開口しているが、これに限らず、排気ダクト３ｃの下流端を延長して車室外に排気するように構成しても良い。なお、第１ダクト３ａおよび第２ダクト３ｂ内には図示しない温度センサが設けられている。

この温度センサは空気吹出孔２ａから吹き出される空調風の吹出温度を検出するものであり、検出された温度情報が図示しないシート空調制御装置に入力するように電気的に接続されている。

そして、送風機５１の空気流れ上流側には、吸入ダクト３ｄが形成されており、吸入ダクト３ｄの一端がバルブ機構１２に接続されている。また、吸入ダクト３ｄの中途には、ドア部材５３を介して空間４に連通するように構成している。つまり、ドア部材５３はバルブ機構１２が開のときに送風機５１と空間４との連通を閉塞し、バルブ機構１２が閉のときに送風機５１と空間４とが連通するように作動する。ここで、ドア部材５３は、図示しないアクチュエータにより駆動するように構成している。

そして、カートリッジ式缶１１は内部にアルコールなど沸点の低い液体を封入した圧力容器であって、その容器の頭部に開閉弁（図示せず）が設けられている。言い換えれば、開閉弁を開弁させることで内部の液体が外部に噴霧される。

バルブ機構１２は、その開閉弁を駆動する駆動手段であるとともに、そのカートリッジ式缶１１が着脱可能となるように構成し、その開閉弁の下流側に形成された吐出口（図示せず）が吸入ダクト３ｄの上流端に接続されている。なお、カートリッジ式缶１１を着脱容易に構成することで、容器が空になったときに交換が容易にできる。

さらに、バルブ機構１２は、図示しないシート空調制御装置に電気的に接続されて開閉弁を駆動して噴出量を制御している。なお、このバルブ機構１２の他に、本実施形態では、送風機５１、ペルチェ素子５２、ドア部材５３が図示しないシート空調制御装置により制御されるようになっている。

また、図中に示す６は、フォーム材からなるクッション部材であって座りごごちを確保する機能を有している。なお、図示しない操作パネルはシート１に着座した状態で操作できる位置に設けられており、シート空調運転の運転、停止を切り替える運転スイッチ（図示せず）、冷却もしくは加温の一方を選択する選択スイッチ（図示せず）、設定温度調節スイッチ（図示せず）などが配設されている。

また、以上の構成のうち、第１ダクト３ａ、第２ダクト３ｂ、吸入ダクト３ｃは請求項で称する通風通路であり、バルブ機構１２により噴霧した
気化ガス状態の通風通路である。さらに、送風機５１および通風通路３ａ、３ｂ、３ｄは請求項で称する搬送手段３であり、バルブ機構１２で噴霧された気化ガスを空気吹出孔２ａに向けて搬送する手段である。

次に、以上の構成によるシート空調装置の作動を説明する。運転スイッチ（図示せず）を操作することで選択スイッチ（図示せず）で選択された側の運転モードによる送風機５１およびペルチェ素子５２の運転が開始する。このときに、ドア部材５３は空間４と送風機５１とが連通するように図示しないアクチュエータを駆動している。

そして、空気吹出孔２ａ近傍を冷却したいときには、選択スイッチ（図示せず）を冷却側に選択しておいた後、運転スイッチ（図示せず）を操作することより、第１熱交換部５２ａが低温状態、第２熱交換部５２ｂが高温状態となり、第１熱交換部５２ａ側の低温状態の熱と車室内空気とが熱交換されて冷却が行なわれる。

一方、空気吹出孔２ａ近傍を加温したいときには、選択スイッチ（図示せず）を加温側に選択しておいた後、運転スイッチ（図示せず）を操作することより、第１熱交換部５２ａが高温状態、第２熱交換部５２ｂが低温状態となり、第１熱交換部５２ａ側の高温状態の熱と車室内空気とが熱交換されて加温が行なわれる。

次に、炎天下に車両を駐車した後に、乗車と同時に車両用空調装置を作動させるクールダウンのときは、送風機５１、ペルチェ素子５２を作動するとともに、バルブ機構１２を作動して吸入ダクト３ｄ内にカートリッジ式缶１１内の液体を噴出する。つまり、カートリッジ式缶１１内の液体をバルブ機構１２により噴霧させて状態にして吸入ダクト３ｄ内に導く。

そして、吸入ダクト３ｄ内に導かれた気化ガス状態のガスは送風機５１により空気吹出孔２ａに向けて送風される。これにより、液体の気化熱により通風通路３ａ、３ｂ、３ｄを通風する吸い込み温度が低下することで空気吹出孔２ａ近傍のシート温度を急速に低下することができる。因みに、これを示したのが図２に示す特性図である。

図２は発明者らが実験によって求めたクールダウンにおけるシート表面温度と時間との関係を示す特性図であり、本実施形態のようにペルチェ素子５２に液体の気化熱を利用したときと、ペルチェ素子５２のみとを比較したものである。つまり、シート表面温度が、例えば、６０℃から４２℃に低下する所要時間を求めて比較したものであり、ペルチェ素子５２に液体の気化熱を利用したときはＴ１時間であり、ペルチェ素子５２のみがＴ２時間である。従って、本実施形態のほうがシート表面温度を速やかに冷却することができる。

なお、カートリッジ式缶１１内の液体の噴出量は予め設定した開閉弁を制御する開閉回数もしくは開時間を設定することで所定の噴出量が制御できるようにしている。また、この噴出量はクールダウンの環境条件に応じて予め設定されている。

以上の第１実施形態によるシート空調装置によれば、沸点の低い液体を封入したカートリッジ式缶１１と、このカートリッジ式缶１１内の液体を液状もしくは気化ガスのいずれか一方の状態で空気吹出孔２ａに搬送する通風通路３ａ、３ｂ、３ｄおよび送風機５１を具備することにより、カートリッジ式缶１１内の液体を噴霧させることで、その周辺の温度を低下する気化熱が形成される。

言い換えれば、カートリッジ式缶１１内の液体を噴霧させて空気吹出孔２ａに向けて搬送することにより、液体の気化熱により通風通路３ａ、３ｂ、３ｄを通風する吸い込み温度が低下することで空気吹出孔２ａ近傍のシート面の温度を急速に低下することができる。これにより、クールダウンにおいて快適性の向上が図れる。

また、通風通路３ａ、３ｂ、３ｄには、ペルチェ効果による熱の発生、吸収を利用して加熱、冷却するペルチェ素子５２が配設されていることにより、液体の気化熱とペルチェ素子５２とを併用することができるため、クールダウンにおける冷却能力を増加することができる。これにより、より快適性の向上が図れる。

（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、カートリッジ式缶１１内の液体をバルブ機構１２で噴霧させて気化ガス状態のガスを通風通路３ａ、３ｂ、３ｄに送風するように構成したが、これに限らず、空気吹出孔２ａ近傍までカートリッジ式缶１１内の液体を搬送して空気吹出孔２ａ近傍で噴霧するように構成しても良い。

具体的には、図３に示すように、加熱冷却器５、第１ダクト３ａおよび第２ダクト３ｂからなるシート空調の他に、カートリッジ式缶１１、バルブ機構１２、それに接続するポンプ手段１３、樹脂パイプ１４とからなるカートリッジ式缶１１内の液体を空気吹出孔２ａ近傍に搬送する搬送手段３を形成している。

本実施形態のカートリッジ式缶１１は内部にアルコールなど沸点の低い液体を収容するカートリッジ式の容器であり、バルブ機構１２はカートリッジ式缶１１の開閉を行なう開閉弁である。また、樹脂パイプ１４は、図２に示すように、一端がポンプ手段１３に接続されてそれぞれの空気吹出孔２ａを貫通するようにクッション部材６内に配設され、それぞれの空気吹出孔２ａに向けて内部の液体を噴霧するための複数の噴霧ノズル１５を形成している。

つまり、バルブ機構１２を開弁してポンプ手段１３を作動することで、噴霧ノズル１５から気化ガス状態のガスが空気吹出孔２ａに向けて噴霧できるようにしている。なお、バルブ機構１２から噴霧ノズル１５まではカートリッジ式缶１１内の液体が液状のままで噴霧ノズル１５まで搬送していることになる。

以上の第２実施形態によれば、空気吹出孔２ａまでカートリッジ式缶１１内の液体を液状の状態で搬送するように構成することにより、空気吹出孔２ａ近傍のみが急速に冷却することができより効率的に気化熱を利用することができる。

また、ポンプ手段１３で圧送される液状状態の液体を空気吹出孔２ａ近傍で気化するように構成していることにより、空気吹出孔２ａ近傍で気化熱を得られることで、より効率的に空気吹出孔２ａ近傍のシート面を冷却することができる。なお、本実施形態ではバルブ機構１２とポンプ手段１３とを別々に構成したが、これに限らず、ポンプ手段１３に切替機能を備えるようにしても良い。

（第３実施形態）
以上の実施形態では、ペルチェ素子５２と気化熱とを併用するようにシート空調として構成したが、これに限らず、カートリッジ式缶１１内の液体を噴霧させて気化熱のみで空気吹出孔２ａ近傍のシート面を冷却するように構成しても良い。

具体的には、図４に示すように、加熱冷却器５うち、ペルチェ素子５２を取り除いたものであり、カートリッジ式缶１１内の液体をバルブ機構１２により噴霧させて気化ガス状態にして吸入ダクト３ｄ内に導く。

そして、吸入ダクト３ｄ内に導かれた気化ガス状態のガスは送風機５１により空気吹出孔２ａに向けて送風される。これにより、液体の気化熱により通風通路３ａ、３ｂ、３ｄを通風する吸い込み温度が低下することで空気吹出孔２ａ近傍のシート温度を急速に低下することができる。

また、上記変形例として、図５に示すように、さらに、送風機５１を取り除くことで、バルブ機構１２により通風通路３ａ、３ｂ、３ｄ内にカートリッジ式缶１１内の液体を噴霧させることで空気吹出孔２ａ近傍のシート温度を低下させても良い。

（他の実施形態）
以上の第３実施形態では、カートリッジ式缶１１内の液体を気化ガス状態にして通風通路３ａ、３ｂ、３ｄを介して空気吹出孔２ａに吹き出すように構成したが、これに限らず、通風通路３ａ、３ｂ、３ｄを樹脂パイプで形成して、空気吹出孔２ａ近傍までカートリッジ式缶１１内の液体を搬送して空気吹出孔２ａ近傍で噴霧するように構成しても良い。

本発明の第１実施形態におけるシート空調装置の全体構成を示す模式図である。 クールダウンにおけるシート表面温度と時間との関係を示す特性図である。 本発明の第２実施形態におけるシート空調装置の全体構成を示す模式図である。 本発明の第３実施形態におけるシート空調装置の全体構成を示す模式図である。 本発明の第３実施形態の変形例におけるシート空調装置の全体構成を示す模式図である。

符号の説明

１…シート
２ａ…空気吹出孔
３…搬送手段
３ａ…第１ダクト（通風通路）
３ｂ…第２ダクト（通風通路）
３ｄ…吸入ダクト（通風通路）
１１…カートリッジ缶
１２…バルブ機構
１３…ポンプ手段
１４…樹脂パイプ（通水通路）
５１…送風機
５２…ペルチェ素子

Claims (5)

1. 表面に空気吹出孔（２ａ）が形成されたシート（１）と、
   前記シート（１）内に配設され、沸点の低い液体を封入したカートリッジ式缶（１１）と、
   前記カートリッジ式缶（１１）の噴出量を制御するバルブ機構（１２）と、
   前記バルブ機構（１２）に接続され、前記カートリッジ式缶（１１）内の液体を液状もしくは気化ガスのいずれか一方の状態で前記空気吹出孔（２ａ）近傍に搬送する搬送手段（３）とを具備することを特徴とするシート空調装置。
2. 前記搬送手段（３）は、前記カートリッジ式缶（１１）内の液体を導いて、気化ガスの状態で前記空気吹出孔（２ａ）に向けて送風する送風機（５１）、および前記バルブ機構（１２）と前記空気吹出孔（２ａ）とを連通する通風通路（３ａ、３ｂ、３ｄ）を備えていることを特徴とする請求項１に記載のシート空調装置。
3. 前記通風通路（３ａ、３ｂ、３ｄ）には、ペルチェ効果による熱の発生、吸収を利用して加熱、冷却するペルチェ素子（５２）が配設されていることを特徴とする請求項２に記載のシート空調装置。
4. 前記搬送手段（３）は、前記カートリッジ式缶（１１）内の液体を導いて、液状の状態で前記空気吹出孔（２ａ）近傍に圧送するポンプ手段（１３）、および前記バルブ機構（１２）と前記空気吹出孔（２ａ）近傍とを連通する通水通路（１４）を備えていることを特徴とする請求項１に記載のシート空調装置。
5. 前記通水通路（１４）は、前記ポンプ手段（１３）で圧送される液状状態の液体を前記空気吹出孔（２ａ）近傍で気化するように構成していることを特徴とする請求項４に記載のシート空調装置。

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