JP2013203326A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器に露または霜が溜まってしまうことを防止し、それにより長い期間にわたって有効な熱交換が行えなくなるといった事態を回避できる車両用空調装置を提供すること。
【解決手段】この車両用空調装置は、第１熱交換流路と第２熱交換流路とを有し、第１熱交換流路と第２熱交換流路との間で熱を交換する顕熱交換器１１と、外気取入口から導入された外気を、第１熱交換流路を通過させて車室内へ送出可能なインテーク風路２２と、外気取入口から導入された外気を、第１熱交換流路を介さずに車室内へ送出可能なバイパス風路２３と、車室内から送出される内気を、前記第２熱交換流路を通過させて車室外へ送出可能な内気導入流路１５ａと、顕熱交換器１１への着霜が検知された場合、外気取入口から導入された外気を、インテーク風路２２に導入する量よりもバイパス風路２３に導入する量を多くする風路切替ドア１９と、を具備する構成を採る。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換器を備えた車両用空調装置に関する。

車両用の空調装置においては、暖房時に車室内の換気を行う場合に、顕熱交換器又は全熱交換器などの熱交換器が利用されることがある。これらの熱交換器は、車室内から送り出される温かい空気（内気と呼ぶ）と車外から取り込まれる冷たい空気（外気と呼ぶ）とを、互いに隣接した２系統の流路にそれぞれ流して、排気から吸気へ熱を移動させる。この熱の回収によって、空調装置において暖房運転の省エネルギー化を図ることができる。

このような熱交換器を備えた車両用空気調和装置が、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１では、顕熱交換器を用いて、車内から排出する内気と車外から導入する外気とで熱交換することにより、内気の熱を外気に回収させ、空調効率を向上させている。

特開２００２−２００９１０号公報

熱交換器においては、外気温が非常に低い場合に、内気の流路に露または霜が発生（以下、着霜とよぶ）することがある。熱交換器に露または霜が生じた場合、これらが除去されるまで熱交換器の熱交換効率が大きく低下するという問題がある。また、熱交換器に、一度、露または霜が溜まってしまうと、これらの除去に長い時間を要し、その間、有効な熱交換を行えなくなるという問題がある。

本発明の目的は、熱交換器に露または霜が溜まってしまうことを防止し、それにより長い期間にわたって有効な熱交換が行えなくなるといった事態を回避できる車両用空調装置を提供することである。

本発明の一態様に係る車両用空調装置は、第１熱交換流路と第２熱交換流路とを有し、前記第１熱交換流路を流れる空気と前記第２熱交換流路を流れる空気との間で熱を交換する熱交換器と、外気取入口から導入された外気を、前記第１熱交換流路を通過させて車室内へ送出可能な吸気流路と、外気取入口から導入された外気を、前記第１熱交換流路を介さずに車室内へ送出可能なバイパス流路と、車室内から送出される内気を、前記第２熱交換流路を通過させて車室外へ送出可能な排気流路と、前記外気取入口から導入された外気を前記吸気流路、および、バイパス流路へ分配する風路切替部と、を具備し、前記風路切替部は、前記熱交換器への着霜が検知された場合、前記バイパス流路に導入する前記外気取入口から導入された外気の量を、前記吸気流路に導入する前記外気取入口から導入された外気の量よりも多くする構成を採る。

本発明によれば、熱交換器の第２流路に導入される外気の量を抑制することによって、熱交換器に発生した露または霜を、第２熱交換流路を通過する車室内から送出される内気により速やかに除去できる。したがって、露または霜の発生により長い期間に渡って有効な熱交換を行えなくなるという事態を回避できる。

本発明の一実施の形態に係る車両用空調装置の要部を示す構成図 顕熱交換器の構成を示す斜視図 風路切替ドア周辺の構成を示す図 本発明の一実施の形態に係る制御部により実行される風路切替ドア制御処理の手順を示すフローチャート

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（一実施の形態）
図１は、本発明の一実施の形態に係る車両用空調装置の要部を示す構成図である。

本実施の形態の車両用空調装置は、図１に示すように、熱交換器としての顕熱交換器１１、ファン１２、エバポレータ１３、ヒーター１４、内気導入流路１５、内気排出流路１６、外気導入流路１７、送風流路１８、風路切替ドア１９、インテークドア２０、および、温風切替ドア２１を備えている。

内気導入流路１５は、その導入口が車室内に通じる一方、送出側が主流路１５ａ（排気流路に相当）と副流路１５ｂとに分岐している。主流路１５ａは顕熱交換器１１の内気導入側に接続され、副流路１５ｂは顕熱交換器１１の外気導入側に面している。

外気導入流路１７は、その導入口が車外の空気の流入箇所に面している。送風流路１８は、その送出口が車室内へ通じている。

内気排出流路１６は、その送出口が車外へ空気を排出できる箇所に面している。なお、内気排出流路１６から送りだされる空気は車外に直接に排出せずに、一部を空調装置に戻して利用することも可能である。

図２には、顕熱交換器１１を表わした斜視図を示す。

顕熱交換器１１は、図２に示すように、流路が固定された静止型の熱交換気である。顕熱交換器１１は、隣接する２系統の流路Ａ，Ｂを有し、一方の流路Ａ（第２熱交換流路に相当）に高い温度の空気を流し、他方の流路Ｂ（第１熱交換流路に相当）に低い温度の空気を流す。それにより、顕熱交換器１１では、流路Ａと流路Ｂとの空気を混合せずに流路Ａの空気の熱を流路Ｂの空気へ移動させることができる。各系統の流路Ａ，Ｂには多数の細かい流路が設けられ、各系統の細かい流路を互いに交差させて配置することで２系統の流路Ａ，Ｂの接触面積を大きくしている。

顕熱交換器１１には、内気導入流路１５と内気排出流路１６とが流路Ａの一端と他端とにそれぞれ接続されている。また、顕熱交換器１１には、外気導入流路１７とファン１２の吸入口とが流路Ｂの一端と他端とにそれぞれ接続されている。ファン１２の送風口は送風流路１８に接続されている。

顕熱交換器１１の流路Ｂの導入口は、インテークドア２０の開度によって内気導入流路１５の副流路１５ｂにも通じるようになっている。なお、副流路１５ｂから顕熱交換器１１の流路Ｂに導入される内気の量は、車室内の湿度上昇を抑えるために、外気の導入量を含めた総合吸気量の所定の割合（例えば３０％）以下に制限される。

上記のような顕熱交換器１１と各流路との接続により、顕熱交換器１１の流路Ａに車室内から排出される内気が通り、顕熱交換器１１の流路Ｂに車外から吸入される外気が主に通る。そして、顕熱交換器１１において、排出される内気から吸入される外気へ熱が移動して、換気の際に排気の熱回収が行われる。

図３には、風路切替ドア１９周辺の構成を示す。

風路切替ドア１９は、顕熱交換器１１に通じるインテーク風路２２（吸気流路に相当）と、外気取入口から導入された外気を、顕熱交換器１１の第１熱交換流路を介さずに車室内へ送出可能な風路であるバイパス風路２３（バイパス流路に相当）とを切り替えるドアである。

すなわち、風路切替ドア１９は、外気取入口から導入された外気をインテーク風路２２、および、バイパス風路２３へ分配する風路切替部の役割をなす。

図示しない制御部２５が顕熱交換器１１において着霜を検知すると、風路切替ドア１９は、制御部２５からの制御により、外気（または、外気および内気の混合空気）のインテーク風路２２への流入を抑制（または遮断）し、バイパス風路２３への流入を促進するよう、風路切替ドア１９の開度を調整する。すなわち、風路切替ドア１９は、顕熱交換器１１への着霜が検知された場合、バイパス風路２３に導入する外気取入口から導入された外気（または、外気および内気の混合空気）の量を、インテーク風路２２に導入する外気取入口から導入された外気の量よりも多くする。風路切替ドア１９は、外気取入口から導入された外気をインテーク風路２２へ導入せず、全てバイパス風路２３に導入するように制御することも可能である。

このような風路切替ドア１９を設けることにより、顕熱交換器１１において着霜を検知した場合には、冷たい外気の顕熱交換器１１への流入を回避し、車内からの暖かい内気を顕熱交換器１１に流入させることにより、内気の熱で霜を溶かすことができる。

ファン１２は、外気導入流路１７（または、外気導入流路１７および副流路１５ｂ）から外気（または、外気および内気の混合空気）を吸入し、この吸入した空気を送風流路１８を介して車室内へ送る圧力を発生させる（図１中、帯状の矢印で空気の流れを示す）。

エバポレータ１３は、ヒートポンプを利用して冷却された冷媒を内部に流し、この冷媒と通過する空気との間で熱交換を行って空気を冷却する機器であり、送風流路１８の途中に設けられている。暖房時など冷却が不要なときには、ヒートポンプの動作が停止されることで、エバポレータ１３は空気の冷却を行わずに、そのまま空気を通過させる。

ヒーター１４は、通過する空気を温める機器である。ヒーター１４は、ヒートポンプを利用して熱せられた冷媒を流すコンデンサ、或いは、他の熱源がある場合には、この熱源から熱を導いて高温にされた熱交換器などから構成することができる。

温風切替ドア２１は、ヒーター１４に空気を流すか否かを切り替えるドアである。

インテークドア２０は、外気導入流路１７と内気導入流路１５の副流路１５ｂとの合流箇所に設けられ、顕熱交換器１１の流路Ｂへ吸入される外気と内気との割合を調整するドアである。先にも説明したが、換気動作の際には、車室内の湿度の上昇を抑えるため、内気の割合は所定以下（例えば３０％以下）に制限される。

インテークドア２０は、特に制限されないが、回動するドア形式の形態である。インテークドア２０は、アクチュエータ２０ａにより電気的な制御によって開閉動作する。インテークドア２０の開閉口および副流路１５ｂは、流路Ｂに導入される内気が、顕熱交換器１１の内気導入口（流路Ａの導入口）に近い領域に多く供給されるように配置されている。

顕熱交換器１１の流路Ａには、車室内から送出される内気を導入する導入口近傍（入口側）において温かく水蒸気量の多い内気Ｇ１が通過し、出口側において冷やされた内気Ｇ２が通過する。そのため、入口側と出口側とで冷却度合いが同一であると、入口側において冷えた外気があたり、露又は霜がより発生する。そこで、この流路Ａの入口側付近の流路Ｂへ導入される空気の温度をできるだけ上げておくことが望ましい。この実施の形態では、車室内から送出される内気を流路Ｂへ導入する導入口（すなわち、副流路１５ｂの排出口）を、外気取入口よりも、車室内から送出される内気を流路Ａへ導入する導入口（すなわち、主流路１５ａの排出口）に近い側に配置する。このようにすることで、顕熱交換器１１の流路Ｂへ内気を含める場合に、流路Ａの入口側に温かい内気が多く混合されるので、入口側の冷却度を少し低くして、流路Ａの入口側に多くの露又は霜が発生することを防止できる。

なお、上述した制御部２５では、顕熱交換器１１の流路Ｂの導入口（例えば導入口の中央）に配置された温度センサから流路Ｂに導入される空気の温度を、車室内の温度を検出する温度センサから車室内の温度を、車室内の湿度を検出する湿度センサから車室内の湿度をそれぞれ取得し、内気の露点温度を算出する。ただし、各センサは図には明示していない。

図４には、制御部２５により実行される風路切替ドアの制御処理のフローチャートを示す。

この制御処理は、車両の電気系統が電源オンされている間、所定周期（例えば５分周期）で繰り返し実行される。

なお、車両用空調装置が、換気動作（ファン１２の駆動）の作動と停止とを切替え可能な構成である場合には、換気動作の作動時にのみ、図４の制御処理が繰り返し実行されるように構成してもよい。また、インテークドア２０の開閉により、外気導入の有無が切り替えられる構成である場合には、外気導入が行われている期間のみ、図４の制御処理が繰り返し実行されるように構成してもよい。

この制御処理が開始されると、制御部２５は、風路切替ドア１９を顕熱交換器１１へ空気が流れるように制御する（スタート）。

その後、車内温度Ｔｉと車内湿度Ｒａとを取得する。ここでいう、「車内」とは乗員が搭乗可能な車室内を意味する。続いて、制御部２５は、車内温度Ｔｉと車内湿度Ｒａとから車室内の露点温度Ｔｄを算出する（ステップＳ１１）。

図４の制御処理において、制御部２５は、顕熱交換器導入空気温度（以下、単に「導入空気温度」という）Ｔｓが露点温度Ｔｄより低いと判定した場合（ステップＳ１２の“Ｙｅｓ”）、処理をステップＳ１３に進める。低くないと判定した場合（ステップＳ１２の“Ｎｏ”）、制御部２５は、処理をステップＳ１７に進める。ステップＳ１７では、制御部２５は、外気取り入れ口から導入した全ての空気が顕熱交換器１１へ流れるように風路切替ドア１９を制御する。

ステップＳ１３では、制御部２５は、顕熱交換器１１の流路Ｂの導入空気温度Ｔｓを取得し、この導入空気温度Ｔｓが任意の温度Ｔｘよりも低いと判定した場合（ステップＳ１３の“Ｙｅｓ”）、処理をステップＳ１４に進める。制御部２５は、低くないと判定した場合（ステップＳ１３の“Ｎｏ”）、処理をステップＳ１７に進める。ここで任意の温度Ｔｘは顕熱交換器１１に付着した露が凍結する温度であり、例えば−１℃である。

制御部２５は、経過時間ｔｎを一旦０として時間のカウントを開始し（ステップＳ１４）、処理をステップＳ１５に進める。制御部２５は、経過時間ｔｎが任意の時間ｔｙだけ経過するまで現在の状態を保持し、経過後に処理をステップＳ１６に進める（ステップＳ１５）。ここで、任意の時間ｔｙは霜が形成されるのに掛かる時間であり、例えば３０分である。

制御部２５は、外気取り入れ口から導入した全ての空気がバイパス風路２３へ流れるように風路切替ドア１９を制御し（ステップＳ１６）、処理をステップＳ１８に進める。

制御部２５は、経過時間ｔｎを一旦０として時間のカウントを開始し、処理をステップＳ１９に進める（ステップＳ１８）。

制御部２５は、経過時間ｔｎが任意の時間ｔｚだけ経過するまで現在の状態を保持し、経過後に処理をステップＳ１７に進める（ステップＳ１９）。ここで任意の時間ｔｚは除霜するのに掛かる時間であり、例えば１０分である。

ステップＳ１７では、制御部２５は、外気取り入れ口から導入した全ての空気が顕熱交換器１１へ流れるように風路切替ドア１９を制御する。

このような風路切替ドア１９の開度の調整により、顕熱交換器１１に霜が形成された場合には、外気取入口から導入された外気をバイパス風路２３に全て流れるようにして、冷たい外気を顕熱交換器１１には通さず、暖かい内気のみを顕熱交換器１１に通すことで速やかに除霜を行い、空調効率の低下を最小限に抑える事ができる。一方、顕熱交換器１１に霜が形成されていない状態では、インテーク風路２２側を全開にして、内気の熱を、導入した冷たい外気に取り込み、空調効率を向上させることができる。

ステップＳ１７で風路切替ドア１９の開度を調整したら、制御部２５は、この制御処理を終了する。制御部２５は、所定の周期で、再度この制御処理を開始する。

以上のように、本実施の形態の車両用空調装置によれば、内気の露点温度と顕熱交換器１１の流路Ｂの導入空気温度との関係から、顕熱交換器１１への着霜状態を推定し、着霜した場合でも、顕熱交換器１１へ冷たい外気の導入を無くし、暖かい内気のみを導入することで速やかに除霜を行い、顕熱交換器１１の熱交換効率の低下を最小限に抑える。また、着霜していない場合には、顕熱交換器１１の暖かい内気と冷たい外気とで熱交換を行うことで、空調効率を高めることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明した。

なお、上記実施の形態では、風路切替ドア１９をバイパス風路２３側の全開（インテーク風路２２側を全閉）とインテーク風路２２側を全開（バイパス風路２３側を全閉）とで切り替える例をとって説明したが、風路切替ドア１９の開度は段階的に調整してもよい。例えば、バイパス風路２３側とインテーク風路２２側との配風比が１：９、３：７、５：５、７：３、９：１といった具合になるように、開度を調整することが考えられる。

また、上記実施の形態では、風路切替ドア１９をドアの開閉により流量を変更する形態を採用した例をとって説明したが、風路切替ドア１９は、例えば様々な弁に採用されている公知の形態を適用することができる。

また、上記実施の形態では、熱交換器として、顕熱交換器を適用した構成を例にとって説明したが、全熱交換器を適用した構成を採用することもできる。また、上記実施の形態では、冷房および暖房が可能な車両用空調装置を例示したが、本発明に係る車両用空調装置は換気のみを行う構成としてもよい。

本発明にかかる車両に搭載される換気装置または冷暖房装置に適用できる。

１１ 顕熱交換器
１２ ファン
１５ 内気導入流路
１６ 内気排出流路
１７ 外気導入流路
１８ 送風流路
１９ 風路切替ドア
２０ インテークドア
２２ インテーク風路
２３ バイパス風路

Claims (5)

1. 第１熱交換流路と第２熱交換流路とを有し、前記第１熱交換流路を流れる空気と前記第２熱交換流路を流れる空気との間で熱を交換する熱交換器と、
   外気取入口から導入された外気を、前記第１熱交換流路を通過させて車室内へ送出可能な吸気流路と、
   外気取入口から導入された外気を、前記第１熱交換流路を介さずに車室内へ送出可能なバイパス流路と、
   車室内から送出される内気を、前記第２熱交換流路を通過させて車室外へ送出可能な排気流路と、
   前記外気取入口から導入された外気を前記吸気流路、および、バイパス流路へ分配する風路切替部と、を具備し、
   前記風路切替部は、前記熱交換器への着霜が検知された場合、前記バイパス流路に導入する前記外気取入口から導入された外気の量を、前記吸気流路に導入する前記外気取入口から導入された外気の量よりも多くする、
   車両用空調装置。
2. 前記風路切替部は、前記熱交換器への着霜が検知された場合、前記外気取入口から導入された外気を全て前記バイパス流路に導入する、
   請求項１記載の車両用空調装置。
3. 前記外気取入口から導入された外気に、車室内から送出される内気を導入する副流路をさらに備え、
   前記外気取入口から導入された外気と車室内から送出される内気との混合空気が前記風路切替部へ導入される、
   請求項１記載の車両用空調装置。
4. 前記副流路から前記第１熱交換流路へ車室内から送出される内気を導入する導入口は、前記外気取入口よりも前記第２熱交換流路へ車室内から送出される内気を導入する導入口に近い側にある、
   請求項３記載の車両用空調装置。
5. 前記熱交換器は、顕熱交換器である、
   請求項１記載の車両用空調装置。
   

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