JP2006159957A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 安いコストで即効冷房効果を高める。
【解決手段】 冷風バイパス通路１６を流れる空気の少なくとも一部を分岐させて送風機８に吸引させる短絡流路１８を設けている。
これは、エバポレータ９の直後から冷風の一部を取り出して、極力最短ルートで再循環させることによって吹き出し温度をより冷たくする構造を考案したものである。これによれば、（１）吸い込み空気温度が高いことと、（２）エバポレータ後の配風ダクトの熱ロスが大きいことの問題に対して、エバポレータ９通過直後の冷風を、同じくエバポレータ９の直後にある既存の冷風バイパス通路１６上面の空調ケース３に直接空気導入口１９を設け、その空気導入口１９から熱容量の少ない専用の短絡流路１８を使い、最短の経路で送風機８に効率良く戻すことで、早く冷たい吹き出し温度を得るということに対し、最大限の効果を得ることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、自動車などの車両に搭載して冷房や暖房などを行う車両用空調装置に関するものであり、特にエバポレータを通過した空気をヒータコアと空気混合部とをバイパスしてフェイス開口部へ直接導く冷風バイパス通路を備える車両用空調装置に関するものである。

近年、乗車直後のク−ルダウン時に、直ぐにでも冷風を得たいと言う要望が高まっている。しかしながら従来は、快適と感じる冷たい風を得るまでに数分間かかるのが現状である。なぜならば、冷房能力の問題もあるが、一番大きな問題として、（１）吸い込み空気温度が高いことと、（２）エバポレータ後の配風ダクトの熱ロスが大きいという問題があるからである。

このような問題を解決する技術として、本出願人は先に、特許文献1に示す技術を考案している。これは、サイドフェイス用配風ダクトに風洩らし口と、開閉ドアとを設け、この風洩らし口から一部の風を洩らしてブロワに吸わせることで、吹き出し温度をより冷たく、またはより暖かくすることを目的としたものである。
特開２００３−１０４０３３号公報

しかしながら、上記した特許文献１の技術では、（１）吸い込み空気温度が高いことの問題に対しての対応策としては、風洩らし口から出た風がインストルメントパネルの奥で拡散してしまい、全てがブロワに吸い込まれるとは限らない構造となっていることから不充分な点がある。

また、（２）エバポレータ後の配風ダクトの熱ロスが大きいことの問題に対しての対応策としては、エバポレ−タから出た風が空調ユニットの中を通り、既存の車両配風ダクトを通ることで、それぞれから熱をもらい、ブロワに吸い込まれるまえに温度上昇してしまうことから不充分な点がある。

また別の問題として、配風ダクトに開閉ドアを設けるということで、そのスペ−スの確保と、ドアや駆動機構のコストが掛かるという問題がある。本発明は、冷房に絞ったものではあるが、上記従来の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、安いコストで即効冷房効果を高めることのできる車両用空調装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項４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、空気通路を形成する空調ケース（３）と、空調ケース（３）の一端側に配設され、空調用の空気を取り込んで空調ケース（３）内に送風する送風手段（８）と、送風手段（８）から送風される空気を冷却する冷却手段（９）と、冷却手段（９）を通過した空気を加熱する加熱手段（１０）と、冷却手段（９）を通過した空気が加熱手段（１０）をバイパスして流れるバイパス通路（１１）と、加熱手段（１０）とバイパス通路（１１）との上流側に配置され、加熱手段（１０）を通過する空気とバイパス通路（１１）を通過する空気との風量割合を調整する風量割合調整手段（１２）と、加熱手段（１０）で加熱された温風とバイパス通路（１１）から供給される冷風とを混合させる空気混合部（１３）と、空調ケース（３）の他端側に配設され、空気混合部（１３）からの空気を車室内乗員の上半身側に供給するためのフェイス開口部（１４）と、空調ケース（３）内で冷却手段（９）を通過した空気が加熱手段（１０）と空気混合部（１３）とをバイパスしてフェイス開口部（１４）へ導く冷風バイパス通路（１６）とを備える車両用空調装置において、
冷風バイパス通路（１６）を流れる空気の少なくとも一部を分岐させて送風手段（８）に吸引させる短絡流路（１８）を設けたことを特徴としている。

これは、極力冷却手段（９）の直後から冷風の一部を取り出して、極力最短ルートで再循環させることによって吹き出し温度をより冷たくする構造を考案したものである。この請求項１に記載の発明によれば、前述した（１）吸い込み空気温度が高いことと、（２）エバポレータ後の配風ダクトの熱ロスが大きいことの問題に対しては、冷却手段（９）通過直後の冷風を、同じく冷却手段（９）の直後にある既存の冷風バイパス通路（１６）上面の空調ケース（３）に直接空気導入口（１９）を設け、その空気導入口（１９）から熱容量の少ない専用の短絡流路（１８）を使い、最短の経路で送風手段（８）に効率良く戻すことで、早く冷たい吹き出し温度を得るということに対し、最大限の効果を得ることができる。

また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の車両用空調装置において、冷風バイパス通路（１６）には、通風を断続させるための冷風バイパスドア手段（１６ａ）を有するとともに、短絡流路（１８）への空気導入口（１９）は、冷風バイパスドア手段（１６ａ）によって開閉されることを特徴としている。

この請求項２に記載の発明によれば、既存の冷風バイパスドア手段（１６ａ）を利用して短絡流路（１８）への空気導入口（１９）の開閉を行うことができるため、ドア手段や駆動機構の追加は不要であり、短絡流路（１８）の追加だけでよいことからコストを抑えることができる。

また、請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の車両用空調装置において、少なくとも冷房開始時のクールダウン初期時に空気導入口（１９）を開き、短絡流路（１８）を用いて空気を循環させることを特徴としている。この請求項３に記載の発明によれば、吹き出し流量は若干少なくなるが、直ぐに冷たいと感じられる温度の冷風を吹き出すことができるため、乗員に良好な即効冷房感を与えることができる。

また、請求項４に記載の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の車両用空調装置において、短絡流路（１８）は、少なくともその一部が空調ケース（３）の外面と、その更に外面側から装着されるカバー部（１８ａ）とで構成されていることを特徴としている。

この請求項４に記載の発明によれば、空調ケース（３）の外面に簡素なカバー部（１８ａ）を装着するだけで短絡流路（１８）が形成できるため、コストを抑えることができる。また、軽量化や省スペース、蓄熱量を下げることにおいても有利である。ちなみに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態における車両用空調装置の上面図である。また、図２は、図１における送風ユニット部１のＡ−Ａ断面と、空調ユニット部２のＢ−Ｂ断面とを並べて表した図であり、冷風バイパスドア１６ａでショートサーキットダクト１８への空気導入口１９を開いた状態を示している。本発明を水冷エンジン搭載車両の前席側に設置する車両用空調装置に適用したもので説明する。

本実施形態による車両用空調装置の通風系は、大別して、送風ユニット（送風部）１と、空調ユニット（空調部）２との２つの部分に分かれている。送風ユニット部１は、車室内の計器盤下方部のうち中央部から助手席側へオフセットして配置されており、これに対し空調ユニット部２は、計器盤下方部のうち車両左右方向の略中央部に配置されている。

空気流路を成す空調ケース３の空気流れ上流側部位には、車室内空気（内気）を吸入するための内気吸入口４と、車室外空気（外気）を吸入するための外気吸入口５とが形成されると共に、これらの吸入口４・５を選択的に開閉するロータリードアタイプの内外気切替ドア（内外気切替手段）６が設けられている。

この内外気切替ドア６の下流側部位には、吸入空気の塵埃などを除去するフィルタ７が挿入されており、このフィルタ７の更に下流側部位には、多翼遠心（シロッコ）ファン８ａとモータ８ｂとからなる送風機（送風手段）８が配設されており、この送風機８により両吸入口４・５から吸入された空気が、後述する各開口部１４・１５に向けて送風される。

送風機８の空気流れ下流側には、空気冷却用熱交換器を成すエバポレータ（冷却手段）９が配設されており、送風機８により送風された空気は全てこのエバポレータ９を通過する。また、エバポレータ９の空気流れ下流側には、空気加熱用熱交換器を成すヒータコア（加熱手段）１０が配設されており、このヒータコア１０は、図示しないエンジンの冷却水（温水）を熱源として空気を加熱する。

また、空調ケース３には、ヒータコア１０をバイパスするバイパス通路１１が形成されており、ヒータコア１０の空気上流側には、ヒータコア１０を通る風量とバイパス通路１１を通る風量との風量割合を調節するエアミックスドア（風量割合調整手段）１２が配設されている。本実施形態では、そのエアミックスドア１２にロールカーテン式のフィルムドアが用いられている。

ここでロールカーテン式エアミックスドア１２の概要を説明すると、大きくは冷風用通路部１２Ａと温風用通路部１２Ｂとに分けられており、それぞれの通路部を開閉するフィルムｆと、そのフィルムｆを巻き取ったり伸展させたりする巻き取りローラー１２１・１２２と、その巻き取りローラー１２１・１２２を図２の略天地方向にスライドさせる図示しないローラースライド機構とから成る。

巻き取りローラー１２１・１２２は、フィルムｆの一端を外周に固定しているとともに、端部が歯車となっており、枠部Ｗに設けられた図示しないラックと噛み合ってピニオンとなり、回転してフィルムｆを巻き取ったり伸展させたりしながら上下に移動する。

冷風用通路部１２Ａ用の図示しないフィルムｆＡは、枠部Ｗの下側に他端を固定しているため、図２でローラー１２１はフィルムｆＡを巻き取りながら最下端まで移動して、冷風用通路部１２Ａを全開した状態を示している。また、温風用通路部１２Ｂ用のフィルムｆＢは、枠部Ｗの下側に他端を固定しているため、図２でローラー１２２はフィルムｆＢを伸展しながら最上端まで移動して、温風用通路部１２Ｂを全閉した状態を模式的に示している。

それぞれの図示しないローラースライド機構として、円筒外周に螺旋溝を持つスクリューカムを有し、その螺旋溝に各ローラー１２１・１２２の端部が嵌っており、このスクリューカムをステッピングモータなどによって回転駆動することにより、各ローラー１２１・１２２が自在な高さ方向位置（つまり開度位置）に移動して保持されるようになっている。

そして、両通路部１２Ａ・１２Ｂの開度割合を調節することにより、両通路部１２Ａ・１２Ｂを通過する風量割合が調節され、車室内に吹き出す空調空気の温度調節が成される。そのためヒータコア１０の後流部には、ヒータコア１０を通った温風とバイパス通路１１を通った冷風とが合流して混合される空気混合部１３が形成されている。

また、空調ケース３の最下流側部位には、車室内乗員の上半身に空調空気（主に冷風）を吹き出すためのフェイス開口部１４と、車室内乗員の足元に空調空気（主に温風）を吹き出すためのフット開口部１５などが形成されている。尚、吹き出し用の開口部としては他にも、車両前面ガラスの内側に空調空気（主に温風）を吹き出すためのデフロスタ開口部や、車室の左右側から車室内乗員の上半身や車両側面ガラスの内側に空調空気を吹き出すためのサイドフェイス・サイドデフロスタ開口部などがあるが、本実施形態では省略する。

上記開口部１４・１５の空気流れ上流側部位には、それぞれフェイスドア１４ａとフットドア１５ａとが配設されており、これらのドアを図示しないサーボモータなどの駆動手段によって駆動してそれぞれの開口部を開閉することにより、吹出モードが切り替えられる。そして、各開口部の先には図示しない車両側の配風ダクトが接続される。具体的には、フェイス開口部１４には乗員の上半身に向けたフェイス吹出口へ導くフェイスダクトが、フット開口部１５には乗員の足元に向けたフット吹出口へ導くフットダクトがそれぞれ接続されている。

また、本発明の前提となる特徴構成として、本空調ユニット１は、エバポレータ９で冷却された冷風がヒータコア１０をバイパスして空気混合部１３側へ流れる通常のバイパス通路１１の他に、エバポレータ９で冷却された冷風がヒータコア１０と空気混合部１３とをバイパスして効率良くフェイス開口部１４へ流れるようにした冷風バイパス通路１６と、その冷風バイパス通路１６を開閉して通風を断続させる冷風バイパスドア（冷風バイパスドア手段）１６ａとを備えている。ちなみに図２中の１７は、バイパス通路１１と冷風バイパス通路１６と隔てるための仕切り壁部であり、空調ケース３と一体に形成されている。

また、図１中の２１は図示しないサーボモータなどの駆動手段および送風機８などを制御する電子制御装置（ＥＣＵ）であり、制御装置２１は中央演算装置（ＣＰＵ）、随時読み取り書き込み可能な記憶装置（ＲＡＭ）および読み取り専用の記憶装置（ＲＯＭ）などからなる周知のマイクロコンピュータである。

この制御装置２１には、図示しない所望の車室内温度を設定する設定器と、車室内の温度を検出する内気温センサと、外気の温度を検出する外気温センサと、車室内に侵入する日射量を検出する日射センサと、エバポレータ９からの冷気の温度を検出するエバ出口温センサと、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサと、サーボモータに付いていて吹出モード位置を検出するポテンションメーターなどが接続され、入力されるようになっている。

そして、制御装置２１は、これらセンサ群からの入力信号に基づいて、図示しない送風機８を駆動するモータコントローラや、エアミックスドア１２を駆動するステッピングモータや、モード切替ドア１４・１５を駆動するサーボモータなどに制御信号を出力するようになっている。

次に、本発明の要部について説明する。図１・２に示す車両用空調装置において、冷風バイパス通路１６を流れる空気の少なくとも一部を、分岐させて送風機８に吸引させるショートサーキットダクト（短絡流路）１８を設けている。より具体的には、図２の冷風バイパス通路１６の上面に当たる空調ケース３に、ショートサーキットダクト１８への空気導入口１９を開口させるとともに、少なくともその一部が空調ケース３の外面と、その更に外面側から装着されるカバー部１８ａとで構成されるショートサーキットダクト１８を介し、その他端を送風機８の上流側に空気流出口２０として開口させている。

そして、空調ユニット２側の空気導入口１９は、冷風バイパスドア１６ａによって開閉させている。つまり、冷風バイパスドア１６ａが冷風バイパス通路１６を閉じたときに空気導入口１９が開き（図２参照）、冷風バイパスドア１６ａが冷風バイパス通路１６を開いたときに空気導入口１９が閉じる（図３参照）ようになっている。

次に、本実施形態の車両用空調装置の作動について説明する。尚、通常の作動については周知のものであるため省略し、本発明のショートサーキットダクト１８およびそれを開閉する冷風バイパスドア１６ａの作動について説明する。

（１）クールダウン初期時：冷房を開始して、車室内温度を設定温度に近づけるための急速冷房（クールダウン）時の作動は、大きくは冷房開始から１〜２分間の初期モードと、それ以降の通常モードとに分けられる。先ず、冷房開始から１〜２分間の初期モードでは、図２に示すように、冷風バイパスドア１６ａは冷風バイパス通路１６を閉じて空気導入口１９を開くように作動する。

そして、エバポレータ９を通過した空気はエアミックスドア１２の冷風用通路部１２Ａを抜け、大半の空気はバイパス通路１１から空気混合部１３を通ってフェイス開口部１４から吹き出される。一方、冷風バイパス通路１６に入った空気は冷風バイパスドア１６ａによって空気導入口１９側へ導かれ、ショートサーキットダクト１８を通って空気流出口２０から流出し、送風機８の吸入空気に混入される。

この冷房開始から１〜２分間の間は、先ずエバポレータ９が冷えても、車両用空調装置や車両側の配風ダクトは蓄熱した状態である。この状態で車室内への冷却熱量を上げようとすると、大量の生温い空気を吹き出すこととなり、乗員に不快感を与えることともなりかねない。

そこで、エバポレータ９を通過した空気の一部（本実施形態では冷風バイパス通路１６に入った空気）を送風機８に戻して循環させることにより、吸い込み空気温度が低くなり、その空気を再度エバポレータ９で冷却するため、早く冷たい吹き出し温度を得ることができる。これにより、吹き出し風量は若干少なくなるが、配風ダクトでの熱ロスがあったとしても、冷房開始初期から乗員に良好な即効冷房感を与えることができる。

（２）クールダウン通常時：図３は、図２の空調ユニット部２のＡ−Ａ断面において、冷風バイパスドア１６ａでショートサーキットダクト１８への空気導入口１９を閉じた状態を示す図である。そして、冷房開始から１〜２分が経過してエバポレータ９だけでなく、車両空調装置も配風ダクトも充分に冷えて熱ロスもほとんど無くなったところで、通常モードのクールダウンとして、図３に示すように、冷風バイパスドア１６ａは冷風バイパス通路１６を開いて空気導入口１９を閉じるように作動する。

これにより、エバポレータ９を通過した空気はエアミックスドア１２の冷風用通路部１２Ａを抜け、冷風バイパス通路１６とバイパス通路１１から空気混合部１３とを通ってフェイス開口部１４から吹き出される。この時点からは、車室内温度を下げるために、大量の冷たい空気が吹き出されて乗員に良好な冷房感を与えながら急速冷房（クールダウン）が行われる。

（３）温度コントロール通常時：尚、クールダウンを行って車室内温度が設定温度に近づくと、通常の温度コントロールモードして冷風バイパスドア１６ａは冷風バイパス通路１６を閉じるように作動する。この場合、空気導入口１９が再度開いて、ショートサーキットダクト１８を用いた循環を行いつつ温度コントロールを行うこととなる。

そして、車室内温度が設定温度とほぼ同じ位になると、エアミックスドア１２は冷風用通路部１２Ａと温風用通路部１２Ｂとの開度を調節して、両通路部１２Ａ・１２Ｂを通る風量割合を調節して温度コントロールすることとなる。

（４）温度コントロール高負荷時：最後に、温度コントロールモードにあっても強い日射などによって冷房負荷が高い場合は、通常のバイパス通路１１に加えて冷風バイパス通路１６が開かれて冷風の風量を増やすように制御される。当然このとき、冷風バイパスドア１６ａは冷風バイパス通路１６を開けるように作動させることとなる。

次に、本実施形態での特徴と、その効果について述べる。先ず、冷風バイパス通路１６を流れる空気の少なくとも一部を分岐させて送風機８に吸引させるショートサーキットダクト１８を設けている。

これは、極力エバポレータ９の直後から冷風の一部を取り出して、極力最短ルートで再循環させることによって吹き出し温度をより冷たくする構造を考案したものである。これによれば、吸い込み空気温度が高いことやエバポレータ後の配風ダクトの熱ロスが大きいことの問題に対しては、エバポレータ９通過直後の冷風を、同じくエバポレータ９の直後にある既存の冷風バイパス通路１６上面の空調ケース３に直接空気導入口１９を設け、その空気導入口１９から熱容量の少ない専用のショートサーキットダクト１８を使い、最短の経路で送風機８に効率良く戻すことで、早く冷たい吹き出し温度を得るということに対し、最大限の効果を得ることができる。

また、冷風バイパス通路１６には、通風を断続させるための冷風バイパスドア１６ａを有するとともに、ショートサーキットダクト１８への空気導入口１９は、冷風バイパスドア１６ａによって開閉されるようにしている。これによれば、既存の冷風バイパスドア１６ａを利用してショートサーキットダクト１８への空気導入口１９の開閉を行うことができるため、ドア手段や駆動機構の追加は不要であり、ショートサーキットダクト１８の追加だけでよいことからコストを抑えることができる。

また、少なくとも冷房開始時のクールダウン初期時に空気導入口１９を開き、ショートサーキットダクト１８を用いて空気を循環させるようにしている。これによれば、吹き出し流量は若干少なくなるが、直ぐに冷たいと感じられる温度の冷風を吹き出すことができるため、乗員に良好な即効冷房感を与えることができる。

また、ショートサーキットダクト１８は、少なくともその一部が空調ケース３の外面と、その更に外面側から装着されるカバー部１８ａとで構成されている。これによれば、空調ケース３の外面に簡素なカバー部１８ａを装着するだけでショートサーキットダクト１８が形成できるため、コストを抑えることができる。また、軽量化や省スペース、蓄熱量を下げることにおいても有利である。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、エアミックスドア１２にロールカーテン式のフィルムドア１２を用いているが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、一般的な板ドアなどを用いたエアミックスであっても良いし、他のドア部もドア形式を限定するものではない。

また、上述の実施形態では、冷風バイパス通路１６はエアミックスドア１２の後流側に配置されているが、エアミックスドアの可変範囲とは別のところに設けた冷風バイパス通路であっても良い。また、冷風バイパスドア１６ａは、乗員の判断と操作で単独に作動できるものであっても良い。

上述の実施形態では、

本発明の一実施形態における車両用空調装置の上面図である。 図１における送風ユニット部１のＡ−Ａ断面と、空調ユニット部２のＢ−Ｂ断面とを並べて表した図であり、冷風バイパスドア１６ａでショートサーキットダクト１８への空気導入口１９を開いた状態を示す。 図２の空調ユニット部２のＡ−Ａ断面において、冷風バイパスドア１６ａでショートサーキットダクト１８への空気導入口１９を閉じた状態を示す図である。

符号の説明

３…空調ケース
８…送風機（送風手段）
９…エバポレータ（冷却手段）
１０…ヒータコア（加熱手段）
１１…バイパス通路
１２…エアミックスドア（風量割合調整手段）
１３…空気混合部
１４…フェイス開口部
１６…冷風バイパス通路
１６ａ…冷風バイパスドア（冷風バイパスドア手段）
１８…ショートサーキットダクト（短絡流路）
１８ａ…カバー部
１９…空気導入口

Claims (4)

1. 空気通路を形成する空調ケース（３）と、
   前記空調ケース（３）の一端側に配設され、空調用の空気を取り込んで前記空調ケース（３）内に送風する送風手段（８）と、
   前記送風手段（８）から送風される空気を冷却する冷却手段（９）と、
   前記冷却手段（９）を通過した空気を加熱する加熱手段（１０）と、
   前記冷却手段（９）を通過した空気が前記加熱手段（１０）をバイパスして流れるバイパス通路（１１）と、
   前記加熱手段（１０）と前記バイパス通路（１１）との上流側に配置され、前記加熱手段（１０）を通過する空気と前記バイパス通路（１１）を通過する空気との風量割合を調整する風量割合調整手段（１２）と、
   前記加熱手段（１０）で加熱された温風と前記バイパス通路（１１）から供給される冷風とを混合させる空気混合部（１３）と、
   前記空調ケース（３）の他端側に配設され、前記空気混合部（１３）からの空気を車室内乗員の上半身側に供給するためのフェイス開口部（１４）と、
   前記空調ケース（３）内で前記冷却手段（９）を通過した空気が前記加熱手段（１０）と前記空気混合部（１３）とをバイパスして前記フェイス開口部（１４）へ導く冷風バイパス通路（１６）とを備える車両用空調装置において、
   前記冷風バイパス通路（１６）を流れる空気の少なくとも一部を分岐させて前記送風手段（８）に吸引させる短絡流路（１８）を設けたことを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記冷風バイパス通路（１６）には、通風を断続させるための冷風バイパスドア手段（１６ａ）を有するとともに、前記短絡流路（１８）への空気導入口（１９）は、前記冷風バイパスドア手段（１６ａ）によって開閉されることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
3. 少なくとも冷房開始時のクールダウン初期時に前記空気導入口（１９）を開き、前記短絡流路（１８）を用いて空気を循環させることを特徴とする請求項２に記載の車両用空調装置。
4. 前記短絡流路（１８）は、少なくともその一部が前記空調ケース（３）の外面と、その更に外面側から装着されるカバー部（１８ａ）とで構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の車両用空調装置。

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