JP2012192781A - 車両の空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車室の冷房や暖房といった空調を行うためのペルチェ素子を発電に利用するに当たり、その発電を効率よく行うことのできる車両の空調装置を提供する。
【解決手段】ラジエータ６周りの外気と車室７内の空気との温度差が小さく、その温度差に基づくペルチェ素子２を利用しての発電を効果的に行えないとき、第２発電モードが行われる。このモードでは、ラジエータ６周りの外気と室外熱交換器１５を通過する冷却水との温度差に基づくペルチェ素子２を利用しての発電が行われる。ここで、室外熱交換器１５は、第１循環回路３のラジエータ６周りの外気と第２循環回路１２の室外熱交換器１５を通過する冷却水との温度差の大きくなる箇所に設けられる。従って、その温度差に基づくペルチェ素子２を利用しての発電が効率よく行われる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の空調装置に関する。

自動車等の車両の空調装置としては、ペルチェ素子を用いて車室の冷房や暖房といった空調を行うものが知られている。また、こうした空調装置のペルチェ素子を発電に用いることも考えられる。例えば特許文献１には、外気と車体との温度差を利用してペルチェ素子による発電を行う技術が開示されている。こうしたペルチェ素子での発電に関する技術を上記空調装置に適用することで、同装置においてペルチェ素子を利用した発電を行うことが可能になる。

実開平６−７０２５６

特許文献１の技術をペルチェ素子を用いる空調装置に適用すれば、同装置のペルチェ素子を利用した発電を行うことができるようにはなる。ただし、上記ペルチェ素子による発電を行うための車体と外気との温度差が必ずしも大きくなるとは限らず、その温度差が小さい場合には、同温度差を利用した上記ペルチェ素子による発電を効率よく行うことができなくなる。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、車室の冷房や暖房といった空調を行うためのペルチェ素子を発電に利用するに当たり、その発電を効率よく行うことのできる車両の空調装置を提供することにある。

請求項１記載の発明によれば、ペルチェ素子の極性を反転させることで同素子の吸熱側と加熱側とが第１面と第２面との間で反転する。そして、ペルチェ素子の駆動を通じて第２面を吸熱側とするとともに第１面を加熱側とすることで、第２循環回路を循環する熱媒体が冷却されるとともに第１循環回路を循環する熱媒体が加熱される。更に、上記のように冷却されて温度低下した第２循環回路の熱媒体が室内熱交換器を通過するよう切換弁が切り換えられることで、その室内熱交換器にて上記熱媒体が車室に送られる空気との間で熱交換される。こうした熱交換を通じて車室に送られる空気が冷却され、ひいては車室の冷房が行われるようになる。また、ペルチェ素子の駆動を通じて第２面を加熱側とするとともに第１面を冷却側とすることで、第２循環回路を循環する熱媒体が加熱されるとともに第１循環回路を循環する熱媒体が冷却される。更に、上記のように加熱されて温度上昇した熱媒体が室内熱交換器を通過することで、同熱交換器にて上記熱媒体が車室に送られる空気との間で熱交換される。こうした熱交換を通じて車室に送られる空気が加熱され、ひいては車室の暖房が行われるようになる。以上のようにペルチェ素子を用いて車室の冷房や暖房といった空調が行われる。

上記空調装置では、ペルチェ素子の駆動による車室の冷房や暖房が行われていないとき、そのペルチェ素子における第１面と第２面との温度差を利用した発電を行うことが可能になる。こうしたペルチェ素子での発電は、第１面と第２面との温度差を大きくするほど効率よく行われる。ここで、上記第１面の温度は第１循環回路を循環して室外熱交換器にて外気との間で熱交換される熱媒体の温度から影響を受ける一方、上記第２面の温度は第２循環回路を循環して室内熱交換器にて車室に送られる空気との間で熱交換される熱媒体の温度から影響を受ける。従って、車室（正確には車室に送られる空気）と外気との温度差が大きいときにはペルチェ素子の第１面と第２面との温度差も大きくなり、同ペルチェ素子を利用しての発電を効率よく行うことができる。しかし、車室と外気との温度差が小さいときにはペルチェ素子の第１面と第２面との温度差も小さくなり、同ペルチェ素子を利用しての発電を効率よく行えなくなるおそれがある。

この点、請求項１記載の発明では、第２循環回路に室内熱交換器をバイパスするように形成されたバイパス通路に、同通路を通過する熱媒体から外部への放熱や同熱媒体に対する外部からの加熱を行うことの可能な室外熱交換器が設けられる。そして、上記切換弁は、第２循環回路を循環する熱媒体の流通経路が上記バイパス通路（室外熱交換器）と室内熱交換器とのいずれか一方となるよう上記切り換え動作される。このため、第２循環回路の室外熱交換器と第１循環回路のラジエータ周りの外気との温度差の大きくなる箇所に上記室外熱交換器を設け、車室と外気との温度差が小さいときに第２循環回路を循環する熱媒体の流通経路がバイパス通路（室外熱交換器）となるよう切換弁を切り換え動作させれば、ペルチェ素子を利用した発電を効率よく行える。

すなわち、上述した切換弁の切り換え動作を通じて第２循環回路を循環する熱媒体がバイパス通路の室外熱交換器を通過するようになり、その室外熱交換器にて熱媒体への外部からの加熱が行われたり、同熱媒体からの外部への放熱が行われたりする。その結果、第２循環回路を循環して上記室外熱交換器にて外部からの加熱が行われたり外部への放熱が行われたりする熱媒体と、第１循環回路を循環してラジエータにて外気との間で熱交換される同第１循環回路の熱媒体との温度差が大きくなる。その結果、ペルチェ素子において、第１循環回路の熱媒体と熱交換される第１面と第２循環回路の熱媒体と熱交換される第２面との温度差が大きくなる。これにより、第１面と第２面との温度差に基づくペルチェ素子での発電が効率よく行われるようになる。

なお、請求項２記載の発明のように、前記室外熱交換器を車両の上面に設けた場合、室外熱交換器を通過する熱媒体から外部への熱の放射（放熱）や、外部から室外熱交換器内の熱媒体への太陽熱等の熱の放射による同熱媒体の加熱が行われやすくなる。このため、第２循環回路を循環して上記室外熱交換器にて外部からの加熱が行われたり外部への放熱が行われたりする熱媒体と、第１循環回路を循環してラジエータにて外気との間で熱交換される同第１循環回路の熱媒体との温度差が大きくなりやすくなる。

また、請求項３記載の発明のように、上記ラジエータが車両のフロントフェンダに設けられている場合、第２循環回路を循環する上記室外熱交換器にて外部からの加熱が行われたり外部への放熱が行われたりする熱媒体と、第１循環回路を循環してラジエータにて外気との間で熱交換される同第１循環回路の熱媒体との温度差がより一層生じやすくなる。ここで、ペルチェ素子を利用した発電は、車室の冷房や暖房といった空調を行う必要のない車両の運転停止時に行われることが多い。車両の運転停止時には、同車両のフロントフェンダに設けられたラジエータ周りの外気がフロントフェンダ周りから逃げにくくなることから、そのラジエータにて外気と熱交換される第１循環回路の熱媒体の温度が変化しにくくなる。これに対し、第２循環回路を循環する熱媒体は、車両の上面に設けられた室外熱交換器にて外部からの加熱が行われたり外部への放熱が行われたりして温度変化しやすくなる。以上により、上述した効果が得られるようになる。

なお、上記室外熱交換器は、請求項４記載の発明のように、水平方向に延びるパネル状に形成することが好ましい。この場合、室外熱交換器を通過する熱媒体から外部への熱の放射（放熱）や、外部から室外熱交換器内の熱媒体への太陽熱等の熱の放射による同熱媒体の加熱が行われやすくなる。また、上記室外熱交換器は、請求項５記載の発明のように黒色とすることが好ましい。この場合、室外熱交換器を通過する熱媒体から外部への熱の放射（放熱）や、外部から室外熱交換器内の熱媒体への太陽熱等の熱の放射による同熱媒体の加熱が、より一層行われやすくなる。

本実施形態の空調装置全体を示す略図。 同空調装置におけるラジエータ及び室外熱交換器の自動車に対する取り付け位置を示す略図。 同空調装置の冷房モードを示す略図。 同空調装置の暖房モードを示す略図。 同空調装置の第１除湿暖房モードを示す略図。 同空調装置の第２除湿暖房モードを示す略図。 同空調装置の第１発電モードを示す略図。 同空調装置の第２発電モードを示す略図。 同空調装置のペルチェ素子を利用した発電の実行手順を示すフローチャート。

以下、本発明を自動車の空調装置に具体化した一実施形態について、図１〜図９を参照して説明する。
図１に示す空調装置は、車室７の冷房や暖房といった空調を行うためのペルチェ素子２を備えている。このペルチェ素子２は、極性の反転を通じて吸熱側と加熱側とが第１面２ａと第２面２ｂとの間で変化するものであり、バッテリ１７からの電力供給を受けて駆動される。

空調装置には、ペルチェ素子２の第１面２ａとの間で熱交換される冷却水（熱媒体）を循環させるための第１循環回路３が設けられている。この第１循環回路３には、同回路３内の冷却水を循環させるポンプ５が設けられている。第１循環回路３はペルチェ素子２の第１面２ａの下流で経路３ａと経路３ｂとに分岐しており、それら経路３ａと経路３ｂとはポンプ５の上流で一つに合流している。経路３ａには第１循環回路３の冷却水を外気との間で熱交換させるラジエータ６が設けられており、経路３ｂには第１循環回路３の冷却水を車室７に送られる空気との間で熱交換させる第１室内熱交換器８が設けられている。この第１室内熱交換器８は、車室７に空気を送るためのエアダクト９の内部に位置している。そして、エアダクト９内に設けられたブロワ１０の駆動により、空気がエアダクト９を通って車室７に送られる。

また、第１循環回路３における経路３ａと経路３ｂとの分岐部分には、三つの切換位置Ａ〜Ｃの間で切り換え動作する第１切換弁１１が設けられている。なお、切換位置Ａ〜Ｃのいずれかに切り換えられた第１切換弁１１は、切換位置Ａ〜Ｃに応じてそれぞれ次のように機能する。切換位置Ａに切り換えられた第１切換弁１１は、第１循環回路３内を循環する冷却水の流通経路として経路３ａのみが選択されるよう、経路３ａでの冷却水の流通を許可するとともに経路３ｂでの冷却水の流通を禁止する。切換位置Ｂに切り換えられた第１切換弁１１は、第１循環回路３内を循環する冷却水の流通経路として経路３ａと経路３ｂとの両方が選択されるよう、経路３ａ，３ｂでの冷却水の流通を共に許可する。切換位置Ｃに切り換えられた第１切換弁１１は、第１循環回路３内を循環する冷却水の流通経路として経路３ｂのみが選択されるよう、経路３ａでの冷却水の流通を禁止するとともに経路３ｂでの冷却水の流通を許可する。

空調装置には、ペルチェ素子２の第２面２ｂとの間で熱交換される冷却水（熱媒体）を循環させるための第２循環回路１２も設けられている。この第２循環回路１２には、同回路１２内の冷却水を循環させるポンプ１３が設けられている。第２循環回路１２はペルチェ素子２の第２面２ｂの下流で経路１２ａと経路１２ｂとに分岐しており、それら経路１２ａと経路１２ｂとはポンプ１３の上流で一つに合流している。経路１２ａには第２循環回路１２の冷却水を車室７に送られる空気との間で熱交換させる第２室内熱交換器１４が設けられている。この第２室内熱交換器１４は、車室７に空気を送るための上記エアダクト９の内部であって、上記第１室内熱交換器８よりも下流に位置している。そして、上記経路１２ｂは、第２室内熱交換器１４をバイパスするためのバイパス通路として機能する。この経路１２ｂには、同経路１２ｂを通過する冷却水から外部への放熱や同冷却水に対する外部からの加熱を行うことの可能な室外熱交換器１５が設けられている。

また、第２循環回路１２における経路１２ａと経路１２ｂとの分岐部分には、二つの切換位置Ｄ，Ｅの間で切り換え動作する第２切換弁１６が設けられている。この第２切換弁１６は、第２循環回路１２を循環する冷却水の流通経路が経路１２ｂ（第２室内熱交換器１４）と経路１２ｂ（室外熱交換器１５）とのいずれか一方となるよう切り換え動作する切換弁として機能する。詳しくは、切換位置Ｄ，Ｅのいずれかに切り換えられた第２切換弁１６は、切換位置Ｄ，Ｅに応じてそれぞれ次のように機能する。切換位置Ｄに切り換えられた第２切換弁１６は、第２循環回路１２内を循環する冷却水の流通経路として経路１２ａのみが選択されるよう、経路１２ａでの冷却水の流通を許可するとともに経路１２ｂでの冷却水の流通を禁止する。切換位置Ｅに切り換えられた第２切換弁１６は、第２循環回路１２内を循環する冷却水の流通経路として経路１２ｂのみが選択されるよう、経路１２ａでの冷却水の流通を禁止するとともに経路１２ｂでの冷却水の流通を許可する。

上記空調装置における第１循環回路３のラジエータ６、及び第２循環回路１２の室外熱交換器１５はそれぞれ、図２に示すように自動車１８の所定位置に取り付けられている。詳しくは、ラジエータ６は、自動車１８のフロントフェンダ１９に取り付けられている。このようにフロントフェンダ１９にラジエータ６を設けた場合、自動車の運転停止時にはラジエータ６周りの外気がフロントフェンダ１９周りから逃げにくくなることから、そのラジエータ６にて外気と熱交換される冷却水の温度が変化しにくくなる。また、室外熱交換器１５は、自動車１８の上面であるルーフ２０に取り付けられている。このように室外熱交換器１５を自動車の上面（ルーフ２０）に取り付けた場合、室外熱交換器１５を通過する冷却水から外部への熱の放射（放熱）や、外部から室外熱交換器１５内の冷却水への太陽熱等の熱の放射による同冷却水の加熱が行われやすくなる。

なお、上記室外熱交換器１５は、ルーフ２０上で水平方向に延びるパネル状に形成されており、且つ黒色とされている。室外熱交換器１５をルーフ２０上で水平方向に延びるパネル状に形成することにより、室外熱交換器１５を通過する冷却水から外部への熱の放射（放熱）や、外部から室外熱交換器１５内の冷却水への太陽熱等の熱の放射による同冷却水の加熱が行われやすくなる。また、室外熱交換器１５を黒色とすることにより、室外熱交換器１５を通過する冷却水から外部への熱の放射（放熱）や、外部から室外熱交換器１５内の冷却水への太陽熱等の熱の放射による同冷却水の加熱が、より一層行われやすくなる。

次に、上記空調装置の電気的構成について図１を参照して説明する。
この空調装置は、自動車の車室７における冷房や暖房といった空調を制御する電子制御装置２１を備えている。同電子制御装置２１には、上記制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等が設けられている。

電子制御装置２１の入力ポートには、以下に示す各種のスイッチ及びセンサ等が接続されている。
・車室７内の除湿を行うために自動車の乗員により操作される除湿スイッチ２２。

・車室７の冷房や暖房といった空調による車室７内の温度設定を行うために自動車の乗員により操作される室温設定スイッチ２３。
・自動車の外部の空気の温度を検出する外気温センサ２４。

・車室７の冷房や暖房といった空調のために同車室７に吹き出される空気の吹き出し口での温度（吹き出し温度）を検出する吹き出し温センサ２５。
・車室７内への日射量を検出する日射量センサ２６。

また、電子制御装置２１の出力ポートには、ペルチェ素子２の駆動回路、第１切換弁１１の駆動回路、第２切換弁１６の駆動回路といった各種機器の駆動回路等が接続されている。

そして、電子制御装置２１は、上記各種のスイッチやセンサから入力した信号に基づき車室７の冷房要求、暖房要求、及び除湿要求といった空調要求を把握し、同空調要求に基づいて車室７の冷房や暖房といった空調を行うべくペルチェ素子２、第１切換弁１１、及び第２切換弁１６など各種機器の駆動回路に対し指令信号を出力する。こうして車室７の空調を行うための空調装置における各種機器の駆動制御等が電子制御装置２１を通じて実施される。

なお、車室７の冷房要求や暖房要求の有無、及びそれら要求の大きさは、吹き出し温センサ２５の検出信号から求められる吹き出し温度と、その吹き出し温度の目標値である目標吹き出し温度とに基づいて把握することが可能である。上記目標吹き出し温度は、車両の乗員により定められる車室７内の設定温度、車室７内の実際の温度（吹き出し温度）、及び、車室７内への日射量などに基づいて求められる値である。また、車室７の除湿要求の有無は、乗員により操作される除湿スイッチ２２の操作位置等に応じて判断することが可能である。

次に、空調装置によって行われる車室７の空調について説明する。
車室７の空調を行うに当たり、同車室７の冷房要求、暖房要求、及び除湿要求といった各種要求の有無に基づいて空調装置の動作モードが冷房モード、暖房モード、第１除湿暖房モード、及び第２除湿暖房モードのうちのいずれかに切り換えられる。以下、車室７の空調を行うための上記各モードでの空調装置の動作について個別に詳しく述べる。

［冷房モード］
このモードは、車室７の冷房要求があるとき、それに応じて車室７を冷房するために行われる。具体的には、図３に示すペルチェ素子２の第２面２ｂが吸熱側となるよう、バッテリ１７からの電力供給を受ける同ペルチェ素子２を駆動する。これによりペルチェ素子２において第２面２ｂから第１面２ａへの熱の移動が行われる。そして、第１切換弁１１を切換位置Ａに切り換えることで、第１循環回路３を循環する冷却水の流通経路が経路３ａと経路３ｂとのうちの経路３ａのみとなるようにする。また、第２切換弁１６を切換位置Ｄに切り換えることで、第２循環回路１２を循環する冷却水の流通経路が経路１２ａと経路１２ｂとのうちの経路１２ａのみとなるようにする。この場合、第２循環回路１２を循環する冷却水は、ペルチェ素子２の第２面２ｂにより冷却されて温度低下した後、経路１２ａの第２室内熱交換器１４を通過する際に、エアダクト９を通って車室７に送られる空気との間で熱交換される。こうした熱交換を通じて車室７に送られる空気が冷却され、ひいては車室７の冷房が行われるようになる。なお、上述したようにペルチェ素子２の第２面２ｂでの吸熱を行っているときには、ペルチェ素子２の第１面２ａからの放熱が行われ、それによって第１循環回路３を循環する冷却水が温度上昇する。このように第１循環回路３を循環する冷却水が温度上昇するとしても、その冷却水は経路３ａのラジエータ６を通過する際に外気との間で熱交換されるため、その熱交換を通じて上記冷却水の持つ熱が外気に放出される。従って、第１循環回路３を循環する冷却水の温度が過度に高くなることはない。

［暖房モード］
このモードは、車室７の冷房要求があるとき、それに応じて車室７を暖房するために行われる。具体的には、図４に示すペルチェ素子２の第２面２ｂが加熱側となるよう、バッテリ１７からの電力供給を受ける同ペルチェ素子２を駆動する。これによりペルチェ素子２において第１面２ａから第２面２ｂへの熱の移動が行われる。更に、冷房モードと同じく第１切換弁１１を切換位置Ａに切り換えるとともに、第２切換弁１６を切換位置Ｄに切り換える。この場合、第２循環回路１２を循環する冷却水は、ペルチェ素子２の第２面２ｂにより加熱されて温度上昇した後、経路１２ａの第２室内熱交換器１４を通過する際に、エアダクト９を通って車室７に送られる空気との間で熱交換される。こうした熱交換を通じて車室７に送られる空気が加熱され、ひいては車室７の暖房が行われるようになる。なお、上述したようにペルチェ素子２の第２面２ｂでの加熱を行っているときには、ペルチェ素子２の第１面２ａからの吸熱が行われ、それによって第１循環回路３を循環する冷却水が温度低下する。このように第１循環回路３を循環する冷却水が温度低下するとしても、その冷却水は経路３ａのラジエータ６を通過する際に外気との間で熱交換されるため、その熱交換を通じて外気の熱が上記冷却水に取り込まれる。従って、第１循環回路３を循環する冷却水の温度が過度に低くなることはない。

［第１除湿暖房モード］
このモードは、車室７の除湿要求及び暖房要求があり、且つ、その暖房要求が小さいとき、それに応じた車室７の除湿暖房を実現するために行われる。具体的には、図５に示すペルチェ素子２の第１面２ａが加熱側となり且つ第２面２ｂが吸熱側となるよう、バッテリ１７からの電力供給を受ける同ペルチェ素子２を駆動する。そして、第１切換弁１１を切換位置Ｂに切り換えることで、第１循環回路３を循環する冷却水の流通経路が経路３ａと経路３ｂとの両方となるようにする。また、第２切換弁１６を切換位置Ｄに切り換えることで、第２循環回路１２を循環する冷却水の流通経路が経路１２ａと経路１２ｂとのうちの経路１２ａのみとなるようにする。この場合、第１循環回路３を循環する冷却水は、ペルチェ素子２の第１面２ａにより加熱されて温度上昇した後、経路３ａと経路３ｂとに分岐するようになる。そして、第１循環回路３を循環する冷却水のうち、経路３ａに流れた冷却水は、ラジエータ６を通過する際に外気との間で熱交換されるため、その熱交換を通じて上記冷却水の持つ熱が外気に放出される。また、第１循環回路３を循環する冷却水のうち、経路３ｂに流れた一部の冷却水は、第１室内熱交換器８を通過する際にエアダクト９を通って車室７に送られる空気との間で熱交換される。こうした熱交換を通じて車室７に送られる空気が加熱される。一方、第２循環回路１２を循環する冷却水は、ペルチェ素子２の第２面２ｂにより冷却されて温度低下した後、経路１２ａの第２室内熱交換器１４を通過する際に、エアダクト９を通って車室７に送られる空気との間で熱交換される。こうした熱交換を通じて車室７に送られる空気が冷却される。従って、エアダクト９を通って車室７に送られる空気は、第１室内熱交換器８で加熱された状態で第２室内熱交換器１４にて除湿されるようになり、それによって温度上昇し且つ水分の少ない状態となる。こうした空気を車室７に送ることで同車室７の除湿暖房が行われる。

［第２除湿暖房モード］
このモードは、車室７の除湿要求及び暖房要求があり、且つ、その暖房要求が大きいとき、それに応じた車室７の除湿暖房を実現するために行われる。具体的には、第１除湿暖房モードと同様、図６に示すペルチェ素子２の第１面２ａが加熱側となり且つ第２面２ｂが吸熱側となるよう、バッテリ１７からの電力供給を受ける同ペルチェ素子２を駆動する。そして、第１切換弁１１を切換位置Ｃに切り換えることで、第１循環回路３を循環する冷却水の流通経路が経路３ａと経路３ｂとのうち経路３ｂのみとなるようにする一方、第１除湿暖房モードと同様に第２切換弁１６を切換位置Ｄに切り換える。この場合、第１循環回路３を循環する冷却水は、ペルチェ素子２の第１面２ａにより加熱されて温度上昇する。その後、上記冷却水すべてが経路３ｂに流れて第１室内熱交換器８を通過する際にエアダクト９を通って車室７に送られる空気との間で熱交換される。こうした熱交換を通じて車室７に送られる空気が加熱される。一方、第２循環回路１２を循環する冷却水は、第１除湿暖房モードと同様、ペルチェ素子２の第２面２ｂにより冷却されて温度低下した後、経路１２ａの第２室内熱交換器１４を通過する際に、エアダクト９を通って車室７に送られる空気との間で熱交換される。こうした熱交換を通じて車室７に送られる空気が冷却される。従って、エアダクト９を通って車室７に送られる空気は、第１室内熱交換器８で加熱された状態で第２室内熱交換器１４にて除湿されるようになり、それによって温度上昇し且つ水分の少ない状態となる。この空気を車室７に送ることで同車室７の除湿暖房が行われる。なお、このときの除湿暖房は、ペルチェ素子２の第１面２ａでの加熱により温度上昇した第１循環回路３の冷却水すべてが第１室内熱交換器８を通過するため、第１除湿暖房モードと比較して車室７の暖房効果がより大きなものとなる。

次に、空調装置のペルチェ素子２を利用した発電について説明する。
空調装置においては、車室７の暖房や冷房等のためのペルチェ素子２の駆動による第１面２ａや第２面２ｂでの吸熱や加熱が行われていないとき、それら第１面２ａと第２面２ｂとの温度差に基づくペルチェ素子２を利用した発電が行われる。こうしたペルチェ素子２を利用した発電を行う際には、空調装置の動作モードが第１発電モードもしくは第２発電モードとなる。以下、これら第１発電モードでの空調装置の動作、及び、第２発電モードでの空調装置の動作について、それぞれ個別に詳しく述べる。

［第１発電モード］
このモードでは、冷房モードや暖房モードと同様、図７に示す第１切換弁１１が切換位置Ａに切り換えられるとともに、第２切換弁１６が切換位置Ｄに切り換えられる。この場合、第１循環回路３を循環する冷却水の流通経路が経路３ａのみとなり、同経路３ａのラジエータ６を通過する冷却水が外気との間で熱交換され、その後にペルチェ素子２の第１面２ａとの間で熱交換される。その結果、ペルチェ素子２の第１面２ａが第１循環回路３を循環する冷却水を介してラジエータ６周りの外気と熱交換されることになり、そうした熱交換を通じて第１面２ａ周りの温度がラジエータ６周りの外気の温度とほぼ等しい値になる。一方、第２循環回路１２を循環する冷却水の流通経路は経路１２ａのみとなり、同経路１２ａの第２室内熱交換器１４を通過する冷却水が車室７の空気（正確にはエアダクト９内の空気）との間で熱交換され、その後にペルチェ素子２の第２面２ｂとの間で熱交換される。その結果、ペルチェ素子２の第２面２ｂが第２循環回路１２を循環する冷却水を介して車室７（エアダクト９）の空気と熱交換されることになり、そうした熱交換を通じて第２面２ｂ周りの温度が車室７の温度とほぼ等しい値になる。ペルチェ素子２では、第１面２ａと第２面２ｂとの温度差、言い換えればラジエータ６周りの外気と車室７の空気との温度差を利用した発電が行われる。そして、このペルチェ素子２での発電によってバッテリ１７の充電が行われるようになる。

［第２発電モード］
このモードでは、第１充電モードと同様、図８に示す第１切換弁１１が切換位置Ａに切り換えられることにより、ペルチェ素子２の第１面２ａが第１循環回路３を循環する冷却水を介してラジエータ６周りの外気と熱交換される。そして、そうした熱交換を通じて第１面２ａ周りの温度がラジエータ６周りの外気の温度とほぼ等しい値になる。一方、第２切換弁１６が切換位置Ｅに切り換えられる。これにより、第２循環回路１２を循環する冷却水の流通経路が経路１２ｂのみとなり、同経路１２ｂの室外熱交換器１５を通過する冷却水から外部への熱の放射（放熱）や、外部から室外熱交換器１５内の冷却水への太陽熱等の熱の放射による同冷却水の加熱が行われる。そして、室外熱交換器１５を通過した後の冷却水は、ペルチェ素子２の第２面２ｂとの間で熱交換される。その結果、ペルチェ素子２の第２面２ｂが室外熱交換器１５を通過した冷却水の温度、言い換えれば室外熱交換器１５にて外部への熱の放射（放熱）を行った冷却水の温度、もしくは室外熱交換器１５にて外部からの熱の放射による加熱が行われた冷却水の温度とほぼ等しくなる。ペルチェ素子２では、第１面２ａと第２面２ｂとの温度差、言い換えればラジエータ６周りの外気と室外熱交換器１５を通過する冷却水との温度差を利用した発電が行われる。そして、このペルチェ素子２での発電によってバッテリ１７の充電が行われるようになる。

次に、空調装置におけるペルチェ素子２を利用した発電の詳細について、発電ルーチンを示す図９のフローチャートを参照して説明する。この発電ルーチンは、電子制御装置２１を通じて所定時間毎の時間割り込みにて周期的に実行される。

同ルーチンにおいては、まずペルチェ素子２の駆動による第１面２ａや第２面２ｂでの吸熱や加熱が行われていない状況であるか否か、言い換えれば車室７の暖房中や冷房中でない状況であるか否かが判断される（Ｓ１０１）。ここで肯定判定であれば、外気温センサ２４によって検出される外気の温度と、吹き出し温センサ２５によって検出される車室７の温度とが、ほぼ等しい値であるか否かが判断される（Ｓ１０２）。

そして、上記外気の温度と上記車室７の温度とがほぼ等しい値でなければ、言い換えれば上記外気の温度と上記車室７の温度との温度差が大きい場合には、第１発電モードでのペルチェ素子２による発電が行われる（Ｓ１０３）。この第１発電モードでの発電においては、ペルチェ素子２の第１面２ａと第２面２ｂとの温度差が、ラジエータ６周りの外気と車室７内の空気との温度差に対応した値となる。そして、ラジエータ６周りの外気と車室７内の空気との温度差が上述したように大きい状態にあることから、ペルチェ素子２の第１面２ａと第２面２ｂとの温度差も大きくなり、その温度差に基づくペルチェ素子２での発電が効率よく行われる。

しかし、第１発電モードでの発電においては、ラジエータ６周りの外気と車室７の空気との温度差が小さいときには、ペルチェ素子２の第１面２ａと第２面２ｂとの温度差も小さくなり、同ペルチェ素子２を利用しての発電を効率よく行えなくなるおそれがある。このため、Ｓ１０２の処理において、外気の温度と車室７の温度とがほぼ等しい値である旨判断されると、言い換えれば上記外気の温度と上記車室７の温度との温度差が小さい旨判断されると、第２発電モードでのペルチェ素子２による発電が行われる（Ｓ１０４）。この第２発電モードでの発電においては、ペルチェ素子２の第１面２ａと第２面２ｂとの温度差が、ラジエータ６周りの外気と室外熱交換器１５を通過する冷却水との温度差に対応した値となる。

ここで、室外熱交換器１５は、第１循環回路３のラジエータ６周りの外気と、第２循環回路１２の室外熱交換器１５（正確には室外熱交換器１５を通過する冷却水）との温度差の大きくなる箇所、すなわち自動車１８の上面であるルーフ２０上に設けられている。第２発電モードにおいては、ペルチェ素子２の第１面２ａと第２面２ｂとの温度差が、ラジエータ６周りの外気と室外熱交換器１５との温度差に対応した値となる。従って、ラジエータ６周りの外気と室外熱交換器１５との温度差が上述したように大きくなることで、ペルチェ素子２の第１面２ａと第２面２ｂとの温度差も大きくなり、その温度差に基づくペルチェ素子２での発電が効率よく行われる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）ペルチェ素子２を利用した発電を行う際、ラジエータ６周りの外気と車室７内の空気との温度差が小さく上記発電を効果的に行えないとき、第２発電モードが行われてラジエータ６周りの外気と室外熱交換器１５（正確にはそこを通過する冷却水）との温度差に基づき上記発電が行われる。ここで、室外熱交換器１５は、第１循環回路３のラジエータ６周りの外気と第２循環回路１２の室外熱交換器１５を通過する冷却水との温度差の大きくなる箇所に設けられている。従って、ラジエータ６周りの外気と室外熱交換器１５を通過する冷却水との温度差に対応してペルチェ素子２の第１面２ａと第２面２ｂとの温度差も大きくなり、その温度差に基づきペルチェ素子２での発電を効率よく行うことができる。

（２）上記室外熱交換器１５は、自動車１８におけるラジエータ６周りの外気と室外熱交換器１５を通過する冷却水との温度差が大きくなる箇所として、自動車１８の上面であるルーフ２０に設けられている。このように室外熱交換器１５を自動車１８の上面（ルーフ２０）に設けた場合、室外熱交換器１５を通過する冷却水から外部への熱の放射（放熱）や、外部から室外熱交換器１５内の冷却水への太陽熱等の熱の放射による同冷却水の加熱が行われやすくなる。このため、第２循環回路１２を循環して上記室外熱交換器１５にて外部からの加熱が行われたり外部への放熱が行われたりする冷却水と、第１循環回路３を循環してラジエータ６にて外気との間で熱交換される同第１循環回路３の冷却水との温度差が大きくなりやすくなる。これにより、ペルチェ素子２の第１面２ａと第２面２ｂとの温度差も大きくなりやすくなるため、その温度差に基づきペルチェ素子２での発電を効率よく行うことができる。

（３）更に、上記ラジエータ６は、自動車１８のフロントフェンダ１９に設けられている。このため、第２循環回路１２を循環する冷却水であって室外熱交換器１５にて外部からの加熱が行われたり外部への放熱が行われたりする冷却水と、第１循環回路３を循環してラジエータ６にて外気との間で熱交換される同第１循環回路３の冷却水との温度差が、より一層生じやすくなる。ここで、ペルチェ素子２を利用した発電は、車室７の冷房や暖房といった空調を行う必要のない自動車１８の運転停止時に行われることが多い。自動車１８の運転停止時には、同フロントフェンダ１９に設けられたラジエータ６周りの外気がフロントフェンダ１９周りから逃げにくくなることから、そのラジエータ６にて外気と熱交換される第１循環回路３の冷却水の温度が変化しにくくなる。これに対し、第２循環回路１２を循環する冷却水は、自動車１８の上面（ルーフ２０）に設けられた室外熱交換器１５にて外部からの加熱が行われたり外部への放熱が行われたりして温度変化しやすくなる。以上により、室外熱交換器１５を通過する第２循環回路１２の冷却水と、ラジエータ６を通過する第１循環回路３の冷却水との温度差がより一層生じやすくなる。その結果、ペルチェ素子２の第１面２ａと第２面２ｂとの温度差も一層生じやすくなり、その温度差に基づきペルチェ素子２での発電を効率よく行うことができるようになる。

（４）上記室外熱交換器１５は、ルーフ２０上で水平方向に延びるパネル状に形成されている。このように室外熱交換器１５をルーフ２０上で水平方向に延びるパネル状に形成することにより、室外熱交換器１５を通過する冷却水から外部への熱の放射（放熱）や、外部から室外熱交換器１５内の冷却水への太陽熱等の熱の放射による同冷却水の加熱が行われやすくなる。

（５）更に、上記室外熱交換器１５は黒色とされている。このように室外熱交換器１５を黒色とすることにより、室外熱交換器１５を通過する冷却水から外部への熱の放射（放熱）や、外部から室外熱交換器１５内の冷却水への太陽熱等の熱の放射による同冷却水の加熱が、より一層行われやすくなる。

なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・室外熱交換器１５の色を黒以外の色にしてもよい。
・室外熱交換器１５を必ずしも水平方向に延びるパネル状とする必要はなく、自動車１８に対する取り付け位置等に応じて適宜形状を変更してもよい。

・室外熱交換器１５を自動車１８におけるルーフ２０以外の上面、例えばエンジンフード上に取り付けてもよい。
・室外熱交換器１５を自動車１８の上面以外の箇所に取り付けてもよい。

・ラジエータ６を必ずしも自動車１８のフロントフェンダ１９に取り付ける必要はなく、それ以外の箇所に取り付けることも可能である。
・除湿暖房を行わないのであれば、第１循環回路３における経路３ｂ及び第１室内熱交換器８を省略することも可能である。

２…ペルチェ素子、２ａ…第１面、２ｂ…第２面、３…第１循環回路、３ａ，３ｂ…経路、５…ポンプ、６…ラジエータ、７…車室、８…第１室内熱交換器、９…エアダクト、１０…ブロワ、１１…第１切換弁、１２…第２循環回路、１２ａ，１２ｂ…経路、１３…ポンプ、１４…第２室内熱交換器、１５…室外熱交換器、１６…第２切換弁、１７…バッテリ、１８…自動車、１９…フロントフェンダ、２０…ルーフ、２１…電子制御装置、２２…除湿スイッチ、２３…室温設定スイッチ、２４…外気温センサ、２５…吹き出し温センサ、２６…日射量センサ。

Claims (5)

1. 極性の反転を通じて吸熱側と加熱側とが第１面と第２面との間で変化するペルチェ素子と、前記ペルチェ素子の第１面との間で熱交換される熱媒体が循環する第１循環回路に設けられて前記熱媒体と外気との間での熱交換を行うラジエータと、前記ペルチェ素子の第２面との間で熱交換される熱媒体が循環する第２循環回路に設けられて前記熱媒体と車室に送られる空気との間での熱交換を行う室内熱交換器とを備え、前記ペルチェ素子は、同素子による吸熱や加熱が行われていないとき、第１面と第２面との温度差に基づいて発電を行う車両の空調装置において、
   前記室内熱交換器をバイパスするように前記第２循環回路に形成されたバイパス通路と、
   前記バイパス通路に設けられて同通路を通過する熱媒体から外部への放熱や同熱媒体に対する外部からの加熱を行うことの可能な室外熱交換器と、
   前記第２循環回路を循環する熱媒体の流通経路が前記バイパス通路と前記室内熱交換器とのいずれか一方となるよう切り換え動作する切換弁と、
   を備えることを特徴とする車両の空調装置。
2. 前記室外熱交換器は、車両の上面に設けられている請求項１記載の車両の空調装置。
3. 前記ラジエータは、車両のフロントフェンダに設けられている請求項２記載の車両の空調装置。
4. 前記室外熱交換器は、水平方向に延びるパネル状に形成されている請求項２記載の車両の空調装置。
5. 前記室外熱交換器は、黒色とされている請求項４記載の車両の空調装置。

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