JP2006248360A - 車両用空調装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】蓄冷槽の容量を十分に確保でき,しかも蓄冷槽が高温の影響を受けないようにする。
【解決手段】車室内への空気導入用となる空気導入径路10と車外への空気排出用となる再生用径路30とに跨って,吸湿ロータ22が回転可能に配設される。空気導入径路10には,吸湿ロータ22の下流側において,冷却用熱交換器23とエンジン冷却水が循環される暖房用熱交換器24が配設される。助手席3のシートクッション下方にある大きな空間に蓄冷槽60が配設されて,蓄冷槽60内の冷媒が電動式の冷凍機61によって冷却される。蓄冷槽60と冷却用熱交換器23とが,冷媒循環径路としての通路63,64によって接続される。コンソールボックス5に設けた保冷ボックス65を,通路63,64に接続することもできる。
【選択図】 図5
【解決手段】車室内への空気導入用となる空気導入径路10と車外への空気排出用となる再生用径路30とに跨って,吸湿ロータ22が回転可能に配設される。空気導入径路10には,吸湿ロータ22の下流側において,冷却用熱交換器23とエンジン冷却水が循環される暖房用熱交換器24が配設される。助手席3のシートクッション下方にある大きな空間に蓄冷槽60が配設されて,蓄冷槽60内の冷媒が電動式の冷凍機61によって冷却される。蓄冷槽60と冷却用熱交換器23とが,冷媒循環径路としての通路63,64によって接続される。コンソールボックス5に設けた保冷ボックス65を,通路63,64に接続することもできる。
【選択図】 図5
Description
本発明は車両用空調装置に関するものである。
車両用空調装置,特に自動車用空調装置にあっては,空気導入径路内に配設されたファンによって,外気を車室内に導入するようにしており,この空気導入径路内には,通常,冷房用のクーラと,冷房用クーラの下流側に暖房用のヒータとを配設して,クーラ通過後の空気がヒータを通過する割合を変更することにより,適温とされた空気を車室内に吹き出すようにしている。そして,冷房のために,従来は,エンジンにより駆動される冷媒圧縮用のコンプレッサを備えたヒートポンプ式のものが用いられて,空気導入径路に配設される上記クーラが,膨張弁を通過した後の湿り蒸気と空気との間で熱交換を行う凝縮器(冷却用熱交換器)によって構成されている。なお,暖房用ヒータは,エンジン冷却水が循環される熱交換器によって構成されるのが一般的である。
ヒートポンプ式の冷房装置にあっては,そのコンプレッサがエンジンにより駆動されるため,エンジン始動直後やエンジン停止時にはすみやかな冷房が得られないというのが実情である。特許文献1には,蓄熱槽を設けて,冬季には高温となったエンジン冷却水によって蓄熱槽内の熱媒体を加温しておく一方,夏期には空調用ダクト以外に別途設けたエバポレータによって蓄熱槽の熱媒体を冷却しておき,エンジン始動直後においては,蓄熱槽に蓄えている熱媒体を利用して,空調用の空気をすみやかに加温(暖房)あるいは冷却(冷房)することが開示されている。
ところで,湿度の高い季節,例えば日本国における梅雨の時期には,温度をさほど変化させないまま(温度そのものはほぼ快適温度であるので),除湿を十分に行うことが望まれる。この除湿のためには,従来は,相対湿度が100%近くとなっている外気を,乗員にとって快適となる快適湿度(例えば相対湿度で50%前後)にまで除湿する必要がある。この場合,従来のヒートポンプ式の冷房装置を利用して快適湿度にまで除湿するには,一旦,絶対湿度が大きく低下するように外気を十二分に冷却(快適湿度に相当する絶対湿度でもって露点温度となるまで冷却)した後,ヒータによって加温して元の快適温度にまで戻す必要がある。このように,従来のヒートポンプ式の冷房装置を利用して快適湿度にまで除湿するには,快適温度よりも十分に低い温度にまで一旦過冷却する必要がある。そして,この過冷却は,空気中の水蒸気を液化させるための凝縮を伴うことから,エネルギ消費が極めて大きいものとなり,これに加えて過冷却された空気を快適温度にまで加温するにもエネルギが必要となる。
特許文献2には,一般家屋用として,吸湿材を利用して除湿した後の空気を室内に導入させて,除湿後の空気を,室内に別途設けた空調装置によってさらに空調を行うようにしたシステムが開示されている。この特許文献2においては,表面に吸湿材が塗布されると共に空気が通過可能な吸湿ロータ(デシカントロータとも呼ばれることもある)を,外気を導入する外気導入径路と室内空気を屋外に排出する排出径路とに跨って位置するように配設して,吸湿ロータがその回転に応じて,外気導入径路と排出径路とに位置される部分が順次変更されるようになっている。そして,排出径路のうち吸湿ロータよりも上流側には,再生用のヒータを配設して,この再生用ヒータでもって加温した後の空気が吸湿ロータを通過することにより,吸湿ロータの再生を行うようになっている。ただし,特許文献2に記載のものは,室内に,冷房および暖房を行う独立した空調装置を別途有するものを前提としており,そのままでは車両用としては到底適用できないものである。
特開昭61−150818号公報
特開平05−301014号公報
前述した特許文献1に記載のように,蓄熱槽を別途設ける場合に,この蓄熱槽をどこに配設するかが問題となる。すなわち,通常考えられるようにインストルメントパネル内に配設した場合は,インストルメントパネル内の空間が狭いために,蓄熱槽として大きい容量を確保できないものとなり,長時間のエンジン停止時には到底対応できないものとなる。また,エンジンルーム内に配設する場合は,インストルメントパネル内に配設する場合に比して蓄熱槽の容量を確保し易い反面,エンジン等からの高温の作用を受けやすく,蓄熱槽を冷却用として用いるには不適である。
本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので,その目的は,蓄熱槽を冷却用の蓄冷槽として利用する場合に,蓄冷槽の容量を十分に確保でき,しかも高温の影響が受けにくいようにした車両用空調装置を提供することにある。
前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項1に記載のように、
一端が空気取入口として車外に開口されると共に,他端が空気吹出口として車室内に開口され,外気を車室内に導入するための空気導入径路と,
それぞれ前記空気導入径路に配設され,冷媒が循環される冷却用熱交換器およびエンジン冷却水が循環されるヒータ用熱交換器と,
車室内のうちシートクッションの下方に配設され,冷凍機によって冷却された冷媒を蓄える蓄冷槽と,
前記蓄冷槽の冷媒を前記冷却用熱交換器との間で循環させるための冷媒循環径路と,
を備えているようにしてある。
一端が空気取入口として車外に開口されると共に,他端が空気吹出口として車室内に開口され,外気を車室内に導入するための空気導入径路と,
それぞれ前記空気導入径路に配設され,冷媒が循環される冷却用熱交換器およびエンジン冷却水が循環されるヒータ用熱交換器と,
車室内のうちシートクッションの下方に配設され,冷凍機によって冷却された冷媒を蓄える蓄冷槽と,
前記蓄冷槽の冷媒を前記冷却用熱交換器との間で循環させるための冷媒循環径路と,
を備えているようにしてある。
上記解決手法によれば,空気導入径路から車室内に導入される空調用の空気は,冷却漕に蓄えられている冷却された冷媒と熱交換されて冷却されることになる。蓄冷槽はシートクッションの下方という大きな空間を有効に利用して配設されるので,その容量を十分に大きくすることができる。また,蓄冷槽は,車室内であって高温の作用を受けにくく,しかもシートクッションによって覆われるので車室内に差し込む直射日光の影響も受けにくいものとなり,配設位置として極めて好適である。
上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項2以下に記載のとおりである。すなわち,
前記シートクッションが,助手席用のシートクッションとされている,ようにすることができる(請求項2対応)。この場合、助手席用シートクッションは,前席であってインストルメントパネルに近い位置となり,冷媒循環径路を極力短く設定する上で好ましいものとなる。また,種々の着座姿勢調整機能等が備えられる運転席用のシートクッションに比して,その下方空間を確保し易いものとなる。
前記シートクッションが,助手席用のシートクッションとされている,ようにすることができる(請求項2対応)。この場合、助手席用シートクッションは,前席であってインストルメントパネルに近い位置となり,冷媒循環径路を極力短く設定する上で好ましいものとなる。また,種々の着座姿勢調整機能等が備えられる運転席用のシートクッションに比して,その下方空間を確保し易いものとなる。
前記冷凍機が電動式とされている,ようにすることができる(請求項3対応)。この場合、例えばアイドルストップ時等エンジンが停止しているときでも,蓄冷槽の冷媒を冷却することが可能となって,長時間に亘って冷房を行うことができる。また,空気の冷却度合いを,エンジンの運転状態にかかわらず最適に行う上でも好ましいものとなる。
前記冷凍機が,前記蓄冷槽に一体化されて,該蓄冷槽と共に前記シートクッションの下方に配設されている,ようにすることができる(請求項4対応)。この場合、蓄冷槽と冷凍機とをあらかじめ1セット化して,シートクッション下方への配設作業の容易化等の上で好ましいものとなる。
前記冷媒循環径路が,車室内のフロアパネル上に配設されている,ようにすることができる(請求項5対応)。この場合、冷媒循環径路が極力乗員の邪魔にならないようにする上で好ましいものとなる。勿論,冷媒循環径路は車室内に配設されることになるので,その保護の上でまた高温の影響を極力避ける上でも好ましいものとなる。
前記冷媒循環径路が,前記フロアパネルの車幅方向中央部において前後方向に伸ばして形成されているフロアトンネル部に沿って前後方向に伸ばして配設され,
前記フロアトンネル部上には,保冷ボックスが形成され,
前記保冷ボックスが前記冷媒循環径路に接続されて,該冷媒循環径路を通る冷媒によって該保冷ボックスが冷却されるように設定されている,
ようにすることができる(請求項6対応)。この場合、冷媒循環径路の配設径路を有効に利用して,フロアトンネル部上に構成される保冷ボックスを冷却することができる。
前記フロアトンネル部上には,保冷ボックスが形成され,
前記保冷ボックスが前記冷媒循環径路に接続されて,該冷媒循環径路を通る冷媒によって該保冷ボックスが冷却されるように設定されている,
ようにすることができる(請求項6対応)。この場合、冷媒循環径路の配設径路を有効に利用して,フロアトンネル部上に構成される保冷ボックスを冷却することができる。
一端が空気取入口として車室内または車外に開口されると共に,他端が空気排出口として車外に開口され,車室内または車外の空気を車外に排出するための再生用径路と,
表面に吸湿材が施されると共に空気が通過可能とされ,前記空気導入径路および再生用径路に跨って回転可能に配設されて,その回転に応じて該空気導入径路および再生用径路に位置される部分が順次変更される吸湿ロータと,
前記再生用径路のうち前記吸湿ロータの上流側に配設され,エンジン冷却水が循環されて該吸湿ロータの再生のために空気を加温する再生用ヒータと,
をさらに備えているようにすることができる(請求項7対応)。この場合、吸湿ロータのうち空気導入径路内に位置する部分での除湿作用を利用して除湿を十分に行うことができる。また,吸湿した吸湿ロータは,再生用径路に位置したときに再生用ヒータによる加温された空気によって再生されることになる。また,再生のための加温は,エンジン冷却水の有する高熱を有効利用して行うので,再生のためのエネルギは実質的に不用となる。なお,吸湿ロータを通過した空気は,少なからず温度上昇されるが,温度上昇された空気が高すぎるときは,その後冷却用熱交換器で冷却されることにより,適温となって車室内に導入されることになる。そして,除湿のために空気を過冷却する必要がないので(凝縮のための大きなエネルギを必要としないので),除湿のためのエネルギ消費も小さくてすむことになる。なお,吸湿ロータを通過した後の温度上昇された空気を冷やすために冷却用熱交換器(蓄冷槽内の冷媒を冷却するための冷凍機)を作動させるエネルギが必要となるが,この場合の温度変化は顕熱での温度変化でよいので,全体としてみれば,エネルギ消費を従来よりも大幅に低減することができる。
表面に吸湿材が施されると共に空気が通過可能とされ,前記空気導入径路および再生用径路に跨って回転可能に配設されて,その回転に応じて該空気導入径路および再生用径路に位置される部分が順次変更される吸湿ロータと,
前記再生用径路のうち前記吸湿ロータの上流側に配設され,エンジン冷却水が循環されて該吸湿ロータの再生のために空気を加温する再生用ヒータと,
をさらに備えているようにすることができる(請求項7対応)。この場合、吸湿ロータのうち空気導入径路内に位置する部分での除湿作用を利用して除湿を十分に行うことができる。また,吸湿した吸湿ロータは,再生用径路に位置したときに再生用ヒータによる加温された空気によって再生されることになる。また,再生のための加温は,エンジン冷却水の有する高熱を有効利用して行うので,再生のためのエネルギは実質的に不用となる。なお,吸湿ロータを通過した空気は,少なからず温度上昇されるが,温度上昇された空気が高すぎるときは,その後冷却用熱交換器で冷却されることにより,適温となって車室内に導入されることになる。そして,除湿のために空気を過冷却する必要がないので(凝縮のための大きなエネルギを必要としないので),除湿のためのエネルギ消費も小さくてすむことになる。なお,吸湿ロータを通過した後の温度上昇された空気を冷やすために冷却用熱交換器(蓄冷槽内の冷媒を冷却するための冷凍機)を作動させるエネルギが必要となるが,この場合の温度変化は顕熱での温度変化でよいので,全体としてみれば,エネルギ消費を従来よりも大幅に低減することができる。
前記空気導入径路と再生用径路との各空気取入口が共通とされて,共通とされた1つのファンによって該空気導入径路と再生用径路とに空気が取り入れられる,ようにすることができる(請求項8対応)。この場合、空気の流れを形成するファンの数を極力少なくする上で好ましいものとなる。とりわけ,ファンの占める容積はかなり大きくなるので,狭いインストルメントパネル内に空調装置を配設する上で好ましいものとなる。
前記空気導入径路と再生用径路とが,前記吸湿ロータ付近において互いに並行となるように配設され,
前記吸湿ロータ付近において,前記空気導入径路と再生用径路とを画成する隔壁が,該空気導入径路の一部を構成すると共に該再生用径路の一部をも構成する共通壁とされている,
ようにすることができる(請求項9対応)。この場合、空気導入径路と再生用径路とが占めるスペースを極力小さくする上で好ましいものとなる。
前記吸湿ロータ付近において,前記空気導入径路と再生用径路とを画成する隔壁が,該空気導入径路の一部を構成すると共に該再生用径路の一部をも構成する共通壁とされている,
ようにすることができる(請求項9対応)。この場合、空気導入径路と再生用径路とが占めるスペースを極力小さくする上で好ましいものとなる。
前記空気導入径路には,車室内の空気を取り入れる内気循環用の空気取り入れ口が形成されており,
前記空気導入径路に導入される空気として,外気と内気とを選択的に切替える切替ダンパが設けられている,
ようにすることができる(請求項10対応)。この場合、内気循環時と外気導入とを切換えることができる。特に吸湿ロータを利用した除湿を行う場合は,内気循環時において,乗員の呼吸により生じた湿潤した空気を吸湿ロータによって衛生的に除湿することができる。
前記空気導入径路に導入される空気として,外気と内気とを選択的に切替える切替ダンパが設けられている,
ようにすることができる(請求項10対応)。この場合、内気循環時と外気導入とを切換えることができる。特に吸湿ロータを利用した除湿を行う場合は,内気循環時において,乗員の呼吸により生じた湿潤した空気を吸湿ロータによって衛生的に除湿することができる。
本発明によれば,蓄冷槽の容量を十分に大きく確保しつつ,高温の影響を受けにくくすることができる。
図1,図2において,10は空気導入径路,30は再生用径路であり,各径路10,30はそれぞれ,複数本のダクトを接続することによって構成されて,その端部を除いて殆どが後述するようにインストルメントパネル1内に配設されている。各径路10と30は,その空気取入口10a,30aが互いに共通の1つの共通空気取入口37として構成されており,この共通の空気取入口37は車外に開口されている。共通空気取入口37は,例えば,フロントウインドガラスとエンジンルームを覆うボンネットとの境界部分に位置されるカウルボックスに開口するように位置設定することができる(図2,図6参照)。
共通空気取入口37から下流側へ所定長さに渡って1本の共通径路38として構成されて,この共通径路38の下流側でもって上記2つの径路10,30に分岐されている。そして,共通径路38に,内気循環用の空気取入口27が開口されると共に,空気取入口27の下流側において2つの径路共通用となる1つの共通ファン39が配設されている。内気循環用の空気取入口37は,切換ダンパ28によって開閉されるようになっている。すなわち,切換ダンパ28によって空気取入口27を閉じたときは,外気のみが共通径路38内に導入され,切換ダンパ28によって空気取入口27を開いたときは車室内の空気のみが共通径路38内に導入されるようになっている。
空気導入径路10は,その中間部分より具体的には車幅方向略中間部分において,エアミックス室11が形成されている。空気導入径路10は,エアミックス室11の下流側において複数本の分岐通路12〜15に分岐されて,各分岐通路12〜15が1本のままあるいはさらに複数に分岐されて,最終的にそれぞれ車室内の適宜の位置に開口された空気吹出口12a〜15a,15bとされている。空気吹出口12a〜15a,15bが,空気導入径路10の他端となるものである。
上記空気吹出口12aは,インストルメントパネル1の車幅方向略中央部分に後方に向けて開口され,空気吹出口13aはインストルメントパネル1の車幅方向各端部に後方に向けて開口され,空気吹出口14aは車室内のうち乗員の足下に相当する位置(低位置)に開口されている。また,空気吹出口15aは,インストルメントパネル1の前端部において上方に向けて開口され(フロントウインドガラスのデフロスタ用),空気吹出口15bは,インストルメントパネル3の車幅方向端部にやや後方を向いて開口されている(サイドウインドガラスのデフロスタ用)。上記各分岐通路12〜15には,既知のように,モード切換用の切換ダンパ12c〜15cが配設されている。
前記空気導入径路10のうちエアミックス室11の上流側には,共通ファン39側から下流側へ順次,吸湿ロータ22の一部,クーラとなる冷却用熱交換器23,ヒータとなる暖房用熱交換器24が配設されている。共通ファン39を作動させることにより,外気(共通空気取入口37からの空気)または内気(空気取入口27からの空気)が空気導入径路10内に導入されて,エアミックス室11を通過した後,適宜各空気吹出口12a〜15a,15bより車室内に導入されることになる。冷却用熱交換器23と暖房用ヒータ24との間には,切換ダンパ25が配設されている。この切換ダンパ25の切換位置の変更に応じて,冷却用熱交換器23を通過した空気が,暖房用熱交換器24をバイパスしてエアミックス室11に導入される状態と,暖房用熱交換器24を通過してエアミックス室11に導入される状態とが切換えられ,暖房用熱交換器24の通過量とバイパス量との割合も連続可変式あるいは段階式に切換えられる。なお,暖房用熱交換器24とエアミックス室11との間には,切換ダンパ26が配設されて,暖房用熱交換器24による加温が不用なときは,暖房用熱交換器24とエアミックス室11との連通が遮断される。なお,各切換ダンパ25,26は従来と同じ機能を有するだけなので,これ以上の説明は省略する。
前記再生用径路30は,その他端つまり共通空気取入口37との反対側端が,空気排出口30bとして車外に開口されている。この空気排出口30bは,図2に示すようにカウルボックス部分に開口させることができるが,共通空気取入口37とは離れた位置に設定するのが好ましい。再生用径路30内には,共通ファン39側から空気排出口30b側へ順次,再生用ヒータとしての加熱用熱交換器32,前記吸湿ロータ32の他の部分が配設されている。共通ファン39を作動させることにより,外気(共通空気取入口37からの空気)または内気(空気取入口27からの空気)が,共通空気取入口37から再生用径路30内に導入されて,加熱用熱交換器32,吸湿ロータ22を通過した後,空気排出口30bから車外へと排出される。
吸湿ロータ22は,図3,図4に示すように,外周が円筒形とされて,空気が通過できるように多数の小孔を有すると共に大きな表面積を有している。そして,その表面,より具体的には空気の通過部分となる全表面には,吸湿材(例えばシリカゲル)が塗布されている。吸湿ロータ22は,その中心を中心として回転可能に空気導入径路10と再生用径路30とに跨って保持されており,吸湿ロータ22の回転軸線が符合αで示される。より具体的には,吸湿ロータ22付近においては,空気導入径路10と再生用径路30とが共通隔壁16によって画成されて,この共通隔壁16の一部を部分的に太幅となるように構成された保持部16aに,吸湿ロータ22に一体の回転軸22aの両端が回動自在に保持されている。
吸湿ロータ22は,電動モータ33によって回転駆動される。電動モータ33による吸湿ロータ22の回転駆動は,例えば,電動モータ33の駆動軸に固定した弾性部材からなるローラ34を吸湿ロータ22の外表面に押しつけることによる摩擦力を利用して行うことができる。この他,吸湿ロータ22の外周面に巻回したベルトを電動モータ33によって駆動してもよく,さらには歯車を利用して駆動する等,適宜の駆動伝達機構を選択することができる。このような電動モータ33は,各径路10,30の内部あるいは外部のいずれに配設してもよい。吸湿ロータ22の一部を各径路10あるいは30の外部に部分的に露出させて,この外部への露出部分に対して電動モータ33からの駆動力を伝達するようにすることもできる。なお,電動モータ33により駆動される吸湿ロータ22の回転数は,例えば1〜2rpm程度のゆっくりとしたものとされる。
以上のような構成において,空気取入口27を閉じた状態で,共通ファン39を作動させると,外気が共通空気取入口39から空気導入径路10内に導入されて,最終的に各空気吹出口12a〜15a,15bから車室内に外気が導入される外気導入状態となる。また,空気取入口27を開いた状態で,共通ファン39を作動させると,車室内の空気が空気取入口27から空気導入径路10内に導入されて,最終的に各空気吹出口12a〜15a,15bから車室内に空気が循環される内気循環の状態となる。
空気導入径路10内に導入された空気が,吸湿ロータ22を通過するとき,除湿されることになる。この除湿に際しては特別にエネルギは消費しないものとなるが,除湿に起因して,吸湿ロータ22を通過した直後の空気は少なからず加温されることになる。加温された空気が適温であれば,熱交換器23,24での熱交換を特に行うことなく,吸湿ロータ22を通過して加温されたままの空気がエアミックス室11に導入されて,最終的に車室内に導入されることになる。
吸湿ロータ22を通過した直後の空気の温度が高すぎるときは,冷却用熱交換器23が作動されることにより適温にまで冷却され,この冷却された空気がエアミックス室11より最終的に車室内に導入される。吸湿ロータ22を通過した後の空気の温度が低すぎるときは,冷却用熱交換器23が休止されると共に,暖房用熱交換器24が作動する状態とされて,空気が暖房用熱交換器24でもって適温に加温された後,エアミックス室11を通って,最終的に車室内に導入されることになる。
吸湿ロータ22は,その回転に応じて,空気導入径路10内に位置した部分が再生用径路30内に位置することになる。この再生用径路30では,共通ファン39の作動によって,外気(共通空気取入口37からの空気)または内気(空気取入口27からの空気)が再生用径路30内に導入されて,加熱用熱交換器32でもって加温される。加温された空気が吸湿ロータ22を通過するとき,吸湿ロータ22が空気導入径路10でもって吸湿した水分を奪って,最終的に車外へと排出される。吸湿ロータ22のうち,再生用径路30でもって水分を奪われることにより再生された部分は,その回転によりやがて空気導入径路10内に位置されて,再び除湿を行うことになる。このように,吸湿ロータ22が回転することにより,空気導入径路10と再生用径路30とに交互に位置されることにより,吸湿と再生とが同時に行われることになる。なお,除湿を必要としないときは,吸湿ロータ22を停止させると共に,加熱用熱交換器32を休止させておけばよい。ただし,かび等の発生防止のために,上述した除湿と再生とを同時に行うための吸湿ロータ22の回転を定期的あるいは不定期に行うようにしてもよい(再生時には加熱用熱交換器32が作動される)。また,本実施形態では,1つの共通ファン39としてあるので,実質的に各径路10,30の断面積の設定(通路抵抗の設定)のみによって,吸湿ロータ22による吸湿度合いと再生度合いとを適切にバランスさせることも可能となる。
次に,図5〜図7を参照しつつ,各熱交換器23,24,32における熱媒体の利用や,車室内に設けた保冷ボックスの冷却等について説明する。まず,空気を加温する熱交換器24および32は,エンジン冷却水が循環されることにより,高温となった冷却水と空気との間で熱交換を行うようになっている。すなわち,エンジン40によって駆動されるポンプ41によってエンジン冷却水の循環が行われるが,エンジン1から出た高温の冷却水が,通路42に導入される。通路42は,2本の分岐通路43,44に分岐されて,一方の分岐通路43が暖房用熱交換器24に接続される一方,他方の分岐通路44が再生用となる加熱用熱交換器32に接続される。暖房用熱交換器24に導入された冷却水は,暖房用熱交換器24内を流れる間に空気導入径路10内を流れる空気との間で熱交換が行われた後,通路45,46を経てポンプ41の吸い込み口に戻される。また,加熱用熱交換器32に導入された冷却水は,加熱用熱交換器32内を流れる間に再生用径路30内を流れる空気との間で熱交換が行われた後,通路47,46を経てポンプ41の吸い込み口に戻される。上記通路43,44には開閉弁48あるいは49が接続されて,エンジン冷却水を利用した空気の加温が不用なとき開閉弁48あるいは49が閉弁される。
エンジン40から出た冷却水は,サーモスタット弁50によって,ラジエタ51を流れる状態と,ラジエタ51をバイパスするバイパス通路52を流れる状態とに切換えられる。すなわち,冷却水が所定温度以上になると,エンジン40からの冷却水は,サーモスタット弁51からラジエタ51が接続された通路53に導かれて,ラジエタ51内を流れる間に放熱された後,ポンプ41の吸い込み口に戻される。また,冷却水が所定温度未満のときは,冷却水は,サーモスタット弁50からバイパス通路52を流れて,ポンプ41の吸い込み口に戻される。
冷却用熱交換器23は,蓄冷槽60に蓄えられた冷媒(ブライン−不凍液)を利用して空気を冷却するようになっている。すなわち,フロアパネル2上には,助手席3の下方において蓄冷槽60が配設され,この蓄冷槽60内の冷媒が電動式の冷凍機61によって冷却されるようになっている。冷凍機61としては,例えば市販のスターリング冷凍機を用いることができる。蓄冷槽60内に蓄えられた冷却された冷媒は,ポンプ62によって,通路63を経て冷却用熱交換器23に供給され,冷却用器用熱交換器23内を流れる間に空気導入径路10を流れる空気との間で熱交換された後,通路64を経て蓄冷槽60に戻される。上記通路63,64が,冷媒循環径路を構成している。
助手席2と運転席4との間には,既知のように,前後方向に伸びるフロアトンネル部72が位置されている。このフロアトンネル部72上に配設されているコンソールボックス5には,保冷ボックス65が形成されている。すなわち,図9に示すように,保冷ボックス65は,ドリンク缶が2つ置きされる上方が開口された凹部65aを有して,この凹部65aの周囲が断熱材68によって囲まれて,この断熱材68の内側に,凹部65aを囲むように冷却ジャケット69が配設されている。そして,この冷却ジャケット69内を冷媒が循環するようになっている。すなわち,冷媒の供給通路となる前記通路63から分岐された分岐通路63aが冷却ジャケット69の下端部に接続され,冷媒の戻り通路となる通路64から分岐された分岐通路64aが,冷却ジャケット69の上端部に接続されている。これにより,蓄冷槽60から通路63に供給された冷媒は,分岐通路63aから冷却ジャケット69の下端部に供給されて,この冷却ジャケット69内を上昇してその上端部から分岐通路64a,通路64を経て蓄冷槽60に戻されることになる。なお,分岐通路63aには調整弁66が接続されて,保冷ボックス65を冷却することが不用な場合は調整弁66が閉弁されるようになっている。なお,保冷ボックス65は,図示を略すが,断熱性を高められた蓋体でもって開閉されるものである。
前述した蓄冷槽60を冷却する電動式の冷凍機61は,バッテリ70によって駆動されるもので,このバッテリ70は,既知のように,エンジン40によって駆動されるオルタネータ71によって充電される(バッテリ70とオルタネータ71については図2をも参照)。蓄冷槽60の冷媒が電動式の冷凍機61によって冷却される関係上,エンジン40が停止しているときでも冷凍機61による冷却が可能であり,したがって,エンジン40の停止時でも,車室内の除湿や冷房を行うことができ,また保冷ボックス65の冷却も可能となる。特に,エンジン40が長時間停止しているときでも,冷凍機61を作動させることができるので,蓄冷槽60内の冷媒を利用した冷房を長時間に亘って行うことが可能となる(吸湿ロータ22の再生は,エンジン冷却水が高温状態を維持している間は可能)。
蓄冷槽60は,フロアパネル2に固定されるが,助手席3の前端部下方において車幅方向に伸びるクロスメンバ67の直後方に位置されている。また,蓄冷槽60の後端部のうち車幅方向各端部付近には,助手席3用のスライドレールが固定されるブラケット68が位置されている。このように,蓄冷槽60は,強度的に優れたクロスメンバ67やブラケット68によって囲まれた強度的に優れた空間部位に配設されている。また,蓄冷槽60の上方は,助手席3によって覆われており,直射日光等を避ける上でも好ましい配設態様となる(助手席3が断熱材として機能する)。勿論,助手席3は,車室内に配設されるシートのうち運転席4と共にもっとも前方に位置されるシートであって,インストルメントパネル1にもっとも近いシートとなるので,冷媒循環径路としての通路63,64の配設径路長さも短くてすむことになる。また,この通路63,64は,フロアパネル2上において,フロアトンネル部72(の下端部位置)に沿って前後方向に伸びているので,乗員特に助手席3に着座する乗員にとってなんら邪魔になるものではない。勿論,図示を略すが,通路63,64やその分岐通路63a,64aはフロアパネル2やフロアトンネル部72の側面を覆うカーペットに覆われるので,外観上もなんら問題のないものとなる。
ここで,図8を参照しつつ,吸湿ロータ22を用いて除湿することの利点について,ヒートポンプ式の冷房装置を利用して除湿する従来の場合と比較しつつ説明する。まず,梅雨時で代表されるような不快領域Aは,気温がほぼ20度C〜25度Cの範囲で,相対湿度がほぼ100%に近い状態である。これに対して,快適領域Bは,気温がほぼ20度C〜25度Cの範囲という点では不快領域Aと同じであるが,相対湿度がほぼ50%付近とされて,相対湿度が不快領域Aに比して十分に小さいものとされる。従来は,不快領域Aから快適領域Bへと移行させるには,まず,車室内の空気を露点温度にまで冷却する(β1からβ2)。その後,常に露点温度を維持するようにして車室内温度を低下させて,絶対湿度が快適領域Bでの絶対湿度と同じ値となるように車室内温度を低下させる(β2からβ3)。その後,車室内温度がβ1のときとほぼ同じ温度に戻るように空気を加温することになる(β3からβ4)。上記のように,β1→β2→β3→β4という経過を経ることによるエネルギは相当に大きいものとなる。とりわけ,β2からβ3への移行は,凝縮を行って潜熱を放出させつつ冷却することになるので,極めて大きなエネルギを要することになる。
これに対して,吸湿ロータ22を利用した除湿を行う場合は,湿度そのものは吸湿ロータ22を空気を通過させるだけですみ,除湿のためのエネルギそのものは実質的に零と考えてよいレベルである。ただし,除湿に起因して空気が加温されるので,この加温された空気を元の温度(β4での温度)に戻すために必要な冷却のエネルギを必要とするが(冷却熱交換器23を作動させるエネルギ),この冷却は顕熱レベルでの温度低下でよいので,冷却のためのエネルギはさほど大きなものとはならないものである。吸湿ロータ22を長時間連続使用するために,その再生つまり除湿によって吸収した水分を放出させるためのエネルギが必要となるが,このエネルギは,エンジン冷却水の有する高熱を有効利用することによって,再生のためのエネルギを別途発生させる必要がなく,実質的には零とすることができる。このように,吸湿ロータ22を利用した除湿を行うことにより,除湿に要するエネルギを十分に小さくすることができる。
図10は,保冷ボックス65の別の冷却方法を示すもので,図9における冷却ジャケット69を廃止する一方,これに代えて分岐通路63a,64aが接続された巻回通路69Bを設けてある。巻回通路69Bは,断熱材68の内側において,保冷ボックス65(の凹部65a)の周囲をコイル状に取り巻くように配設されている。これにより,保冷ボックス65を冷却する構造がより簡単となり,しかも冷媒が流れる巻回通路69Bによって保冷ボックス65(凹部65a)を取り囲むようにしてあるので,冷却効果の高いものとなる。
図11は本発明の別の実施形態を示すもので,図1等に示す実施形態と同一構成要素には同一符合を付してその説明は省略する。本実施形態では,空気導入径路10と再生用径路30とを空気の流れが完全に遮断された独立した通路構成としてある。そして,再生用径路30の空気取入口30aは,車室内に開口されている(車外に開口させることもできる)。また,ファンとしては,空気導入径路10用として第1ファン21を設けると共に,再生用径路30用として第2ファン31を設けてある。なお,内気循環用の空気取入口27は,空気導入径路10のみに設けてある。
本実施形態における吸湿ロータ22を利用した除湿の機能や,吸湿ロータ22の再生そのものは前記実施形態と同じように行われる。本実施形態では,吸湿ロータ22付近において,空気の流れが,空気導入径路10と再生用径路30とでは互いに反対方向となるため,再生を効果的に行うことができる。また,再生用径路30内に導入される空気を車室内空気とすることにより,再生をより効果的に行うことができる。
以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能であり、例えば次のような場合をも含むものである。蓄冷槽60内の冷媒を冷却するために,従来車両において一般に用いられているヒートポンプ式の冷房装置を利用してもよく,この場合は,冷凍機61としてはエバポレータによって構成すればよい。ただし,電動式の冷凍機61を用いた方が,エンジン40停止時でも冷房を長時間行える他,冷凍機61の運転状態をエンジン40の運転状態にかかわらず車室内の空調状況に応じて最適に制御することができるので好ましいものである。
蓄冷槽60は,助手席3以外のシート,例えば運転席4や後席の下方に配設することもできる。蓄冷槽60をシートクッションにあらかじめ組み込むようにして,シートクッションを車室内にセットすることにより蓄冷槽60の車室内へのセットが完了するようにすることもできる。また,冷凍機61やポンプ62を蓄冷槽60にあらかじめ一体化(セット化)しておくことにより,車両への組付が極めて容易となる。シートクッションの下面に凹部を形成して,この凹部内に蓄冷槽60の上部が位置するようにして,蓄冷槽60の容量をより拡大するようにしてもよい。また,蓄冷槽60の外殻を構成する部材を例えば鉄板等によって強度的に優れたものとして構成して,蓄冷槽60をシートクッションのフレームそのものあるいはフレームの一部として構成するようにしてもよい。
再生用径路30のうち,吸湿ロータ22を通過した後の加温された空気を車室内,例えば空気導入径路10のうちエアミックス室11に導入させるように設定することもできる。より具体的には,再生用径路30のうち吸湿ロータ22の下流側部分を2本に分岐して,一方の分岐径路を車外に開口させる一方,他方の分岐径路を例えばエアミックス室11に開口させて,この各分岐径路を流れる空気量の割合を変更する調整弁を設けるようにしてもよい。この場合,加熱用熱交換器32(再生用ヒータ)での加温を利用して,車室内の暖房を得ることが可能となり,暖房用熱交換器24の負担軽減は勿論のこと,暖房用熱交換器24を別途設けないようにすることをも可能となる。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。
α:吸湿ロータの回転軸線
1:インストルメントパネル
2:フロアパネル
3:助手席
4:運転席
5:コンソールボックス
10:空気導入径路
10a:空気取入口
12〜16:分岐通路
12a〜15a,15b:空気吹出口
16:共通隔壁(空気導入径路と再生用径路との共通壁)
21:第1ファン
22:吸湿ロータ
22a:吸湿ロータの回転軸
23:冷却用熱交換器
24:暖房用熱交換器
27:空気取入口(内気循環用)
28:切換ダンパ(外気導入と内気循環との切換用)
30;再生用径路
30a:空気取入口
30b:空気排出口
31:第2ファン
32:加熱用熱交換器(吸湿ロータの再生用)
33:電動モータ(吸湿ロータの回転駆動用)
37:共通空気取入口
38:共通径路
39:共通ファン
40:エンジン
41:ポンプ(エンジン冷却水循環用)
51:ラジエタ(エンジン冷却水の冷却用)
60:蓄冷槽
61:冷凍機(電動式)
63:冷媒の供給通路(冷媒循環径路)
63a:分岐通路(保冷ボックス用)
64:冷媒の戻り通路(冷媒循環径路)
64a:分岐通路(保冷ボックス用)
65:保冷ボックス
65a:凹部
68:断熱材
69:冷却ジャケット
69B:巻回通路
72:フロアトンネル部
1:インストルメントパネル
2:フロアパネル
3:助手席
4:運転席
5:コンソールボックス
10:空気導入径路
10a:空気取入口
12〜16:分岐通路
12a〜15a,15b:空気吹出口
16:共通隔壁(空気導入径路と再生用径路との共通壁)
21:第1ファン
22:吸湿ロータ
22a:吸湿ロータの回転軸
23:冷却用熱交換器
24:暖房用熱交換器
27:空気取入口(内気循環用)
28:切換ダンパ(外気導入と内気循環との切換用)
30;再生用径路
30a:空気取入口
30b:空気排出口
31:第2ファン
32:加熱用熱交換器(吸湿ロータの再生用)
33:電動モータ(吸湿ロータの回転駆動用)
37:共通空気取入口
38:共通径路
39:共通ファン
40:エンジン
41:ポンプ(エンジン冷却水循環用)
51:ラジエタ(エンジン冷却水の冷却用)
60:蓄冷槽
61:冷凍機(電動式)
63:冷媒の供給通路(冷媒循環径路)
63a:分岐通路(保冷ボックス用)
64:冷媒の戻り通路(冷媒循環径路)
64a:分岐通路(保冷ボックス用)
65:保冷ボックス
65a:凹部
68:断熱材
69:冷却ジャケット
69B:巻回通路
72:フロアトンネル部
Claims (10)
- 一端が空気取入口として車外に開口されると共に,他端が空気吹出口として車室内に開口され,外気を車室内に導入するための空気導入径路と,
それぞれ前記空気導入径路に配設され,冷媒が循環される冷却用熱交換器およびエンジン冷却水が循環されるヒータ用熱交換器と,
車室内のうちシートクッションの下方に配設され,冷凍機によって冷却された冷媒を蓄える蓄冷槽と,
前記蓄冷槽の冷媒を前記冷却用熱交換器との間で循環させるための冷媒循環径路と,
を備えていることを特徴とする車両用空調装置。 - 請求項1において,
前記シートクッションが,助手席用のシートクッションとされている,ことを特徴とする車両用空調装置。 - 請求項1または請求項2において,
前記冷凍機が電動式とされている,ことを特徴とする車両用空調装置。 - 請求項3において,
前記冷凍機が,前記蓄冷槽に一体化されて,該蓄冷槽と共に前記シートクッションの下方に配設されている,ことを特徴とする車両用空調装置。 - 請求項1ないし請求項4のいずれか1項において,
前記冷媒循環径路が,車室内のフロアパネル上に配設されている,ことを特徴とする車両用空調装置。 - 請求項5において,
前記冷媒循環径路が,前記フロアパネルの車幅方向中央部において前後方向に伸ばして形成されているフロアトンネル部に沿って前後方向に伸ばして配設され,
前記フロアトンネル部上には,保冷ボックスが形成され,
前記保冷ボックスが前記冷媒循環径路に接続されて,該冷媒循環径路を通る冷媒によって該保冷ボックスが冷却されるように設定されている,
ことを特徴とする車両用空調装置。 - 請求項1ないし請求項6のいずれか1項において,
一端が空気取入口として車室内または車外に開口されると共に,他端が空気排出口として車外に開口され,車室内または車外の空気を車外に排出するための再生用径路と,
表面に吸湿材が施されると共に空気が通過可能とされ,前記空気導入径路および再生用径路に跨って回転可能に配設されて,その回転に応じて該空気導入径路および再生用径路に位置される部分が順次変更される吸湿ロータと,
前記再生用径路のうち前記吸湿ロータの上流側に配設され,エンジン冷却水が循環されて該吸湿ロータの再生のために空気を加温する再生用ヒータと,
をさらに備えていることを特徴とする車両用空調装置。 - 請求項7において,
前記空気導入径路と再生用径路との各空気取入口が共通とされて,共通とされた1つのファンによって該空気導入径路と再生用径路とに空気が取り入れられる,ことを特徴とする車両用空調装置。 - 請求項7または請求項8において,
前記空気導入径路と再生用径路とが,前記吸湿ロータ付近において互いに並行となるように配設され,
前記吸湿ロータ付近において,前記空気導入径路と再生用径路とを画成する隔壁が,該空気導入径路の一部を構成すると共に該再生用径路の一部をも構成する共通壁とされている,
ことを特徴とする車両用空調装置。 - 請求項1ないし請求項9のいずれか1項において,
前記空気導入径路には,車室内の空気を取り入れる内気循環用の空気取り入れ口が形成されており,
前記空気導入径路に導入される空気として,外気と内気とを選択的に切替える切替ダンパが設けられている,
ことを特徴とする車両用空調装置。
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JP2005067043A JP2006248360A (ja) | 2005-03-10 | 2005-03-10 | 車両用空調装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2005-03-10 JP JP2005067043A patent/JP2006248360A/ja active Pending
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