JP2014189142A

JP2014189142A - 車両用空気調和装置

Info

Publication number: JP2014189142A
Application number: JP2013066268A
Authority: JP
Inventors: Kiyokatsu Kodate; 清勝小舘
Original assignee: Keihin Corp
Current assignee: Keihin Corp
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2014-10-06

Abstract

【課題】車両用空気調和装置において、暖房時におけるエネルギ効率をより改善する。
【解決手段】外気取込口２ａから取り込まれた外気Ｘ１が、全熱交換器２ｃ、ペルチェ素子付き熱交換器２ｄを通って車室内に導入され、内気取込口２ｂから取り込まれた内気Ｘ２は、全熱交換器２ｃ、ペルチェ素子付き熱交換器２ｄを通って車室外に導出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用空気調和装置に関するものである。

従来から、車両用空気調和装置では、暖房時における窓の曇りを防止するため、湿度の低い外気を取り込むと共に、乗員による湿気を車外に排気している。つまり、通常、暖房時においては、窓の曇りを防止するために、車内の換気が行われている。このような換気により、車内の暖気が車外に捨てられるため、車内を快適な温度に保つためには、冷たい外気を暖める必要があり、強い暖房性能が必要となる。

また、エンジンを備えていない電気自動車、または熱効率の高いハイブリッド車やディーゼルエンジン車では、モータやエンジン等の駆動源から得られる熱量が小さい。このため、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータ等の加熱装置を別途設置し、この加熱装置を用いて外気を加熱している。

このような理由から、近年の車両用空気調和装置では大きなエネルギを必要としている。この問題に対して、例えば、特許文献１では、全熱交換器を用いて車外に捨てられる暖気と車外から取り込まれる外気とを熱交換し、車外に捨てられる熱量を減少させることでエネルギ効率を向上させている。

特開２０１０−７６５０６号公報

しかしながら、特許文献１のような全熱交換器を用いたとしても、外部から導入される外気を車室内に吐出する温度近くまで十分に暖めることはできない。このため、乗車直後等の早急に車内を暖めたい場合には能力的に不十分である。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、車両用空気調和装置において、暖房時におけるエネルギ効率をより改善することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、外気導入口及び内気導入口を有する内外気切替機構と、外気あるいは内気を上記内外気切替機構に流れ込ませる送風機と、上記内外気切替機構に導入された空気を冷却及び／または加熱して車室内に送風するヒータユニットとを備える車両用空気調和装置であって、上記内外気切替機構の外気導入口の上流側に設置される車両用換気装置を備え、上記車両用換気装置が、外気を取り込む外気取込口と、内気を取り込む内気取込口と、上記外気取込口から取り込まれた外気と上記内気取込口から取り込まされた内気とを熱交換する全熱交換器と、上記全熱交換器を通過した内気から吸熱した熱を、上記全熱交換器を通過した外気に放熱するペルチェ素子付き熱交換器とを備え、上記外気取込口から取り込まれた外気は、上記全熱交換器、ペルチェ素子付き熱交換器を通って車室内に導入され、上記内気取込口から取り込まれた内気は、上記全熱交換器、ペルチェ素子付き熱交換器を通って車室外に導出されるという構成を採用する。

本発明によれば、暖房時において、外気と内気との熱交換が全熱交換器とペルチェ素子付き熱交換器の両方で行われる。ペルチェ素子付き熱交換器は、熱交換空気同士の温度差が小さくても効率が落ちない。また、ペルチェ素子は、熱移動による発熱であることから、ＰＴＣヒータに対して消費電力が少ない。したがって、このような本発明によれば、全熱交換器のみで外気と内気との熱交換を行う場合と比較して、より効率的に外気と内気との熱交換を行うことができ、ヒータユニットにおける消費エネルギを低減させることができる。よって、本発明によれば、車両用空気調和装置において、暖房時におけるエネルギ効率をより改善することができる。

本発明の一実施形態における車両用空気調和装置の概略構成を示す模式図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る車両用空気調和装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

図１は、車両用空気調和装置１の概略構成を示す模式図である。この図に示すように、本実施形態の車両用空気調和装置１は、車両用換気装置２と、内外気切替機構３と、送風機４と、ヒータユニット５とを備えている。

車両用換気装置２は、内外気切替機構３の外気導入口３ａの上流側に設置されており、外気取込口２ａと、内気取込口２ｂと、全熱交換器２ｃと、ペルチェ素子付き熱交換器２ｄとを備えている。

外気取込口２ａは外気Ｘ１を取り込むための入口であり、内気取込口２ｂは内気Ｘ２を取り込むための入口である。なお、車両用換気装置２の内部において、外気Ｘ１の流路と内気Ｘ２の流路とは分離して設けられており、外気Ｘ１と内気Ｘ２とが混合されることはない。

全熱交換器２ｃは、ペルチェ素子付き熱交換器２ｄよりも上流側に配置されている。図１に示すように、全熱交換器２ｃは、複数の板部材２ｃ１と波板部材２ｃ２とが交互に積層配置された構造を有している。これによって、板部材２ｃ１同士の間の空間が流路とされ、この流路が複数段にわたって設けられている。これらの流路は、高さ方向において、交互に外気用流路と内気用流路とされている。また、各外気用流路と内気用流路とに熱伝導効率を向上させるための波板部材２ｃ２が配置されている。

このような全熱交換器２ｃでは、外気用流路を外気が通過し、内気用流路を内気が通過することにより、暖かい内気から冷たい外気へ熱が移動される。なお、本実施形態の車両用空気調和装置１は、暖房を必要とする環境において特有の効果を奏するものであることから、外気が冷たく、内気が暖かいことを前提とする。

ペルチェ素子付き熱交換器２ｄは、全熱交換器２ｃの下流側に配置されている。図１に示すように、ペルチェ素子付き熱交換器２ｄは、複数の板状のペルチェ素子２ｄ１と波板部材２ｄ２とが交互に積層配置された構造を有している。これによって、ペルチェ素子２ｄ１同士の間の空間が流路とされ、この流路が複数段にわたって設けられている。これらの流路は、高さ方向において、交互に外気用流路と内気用流路とされている。また、各外気用流路と内気用流路とに熱伝導効率を向上させるための波板部材２ｄ２が配置されている。

ペルチェ素子２ｄ１は、吸熱部と放熱部とが半導体層を挟んで貼り合されることによって板状とされており、吸熱部及び放熱部が電源と接続され、吸熱部で吸熱した熱を放熱部から放熱する。このペルチェ素子２ｄ１は、吸熱部が内気用流路側に向き、放熱部が外気用流路側に向くように配置されている。このようなペルチェ素子付き熱交換器２ｄでは、外気用流路を外気が通過し、内気用流路を内気が通過することにより、暖かい内気から冷たい外気へ熱が移動される。

内外気切替機構３は、送風機４に外気あるいは内気を供給するものであり、取り込む空気を外気と内気とで切り替えるためのダンパ（不図示）を備えている。この内外気切替機構３は外気導入口と内気導入口とを備えており、外気導入口に車両用換気装置２が接続されている。つまり、内外気切替機構３は、外気を取り込む場合には、車両用換気装置２から供給される外気Ｘ１を取り込む。

送風機４は、内外気切替機構３の下流側に設置されており、内外気切替機構３に取り込まれた空気をヒータユニット５に向けて圧送する。ヒータユニット５は、送風機４から供給される空気を、湿度及び温度調整された調和空気として車室内に供給する。

このような構成を有する車両用空気調和装置１では、暖房時において、車両用換気装置２の外気取込口２ａから取り込まれた外気Ｘ１は、全熱交換器２ｃを通過することで加熱され、その後、ペルチェ素子付き熱交換器２ｄを通過することでさらに加熱される。車両用換気装置２から排出された外気Ｘ１は、内外気切替機構３を介して送風機４に供給され、送風機４で圧送されてヒータユニット５に供給される。このようにしてヒータユニット５に供給された外気Ｘ１は、全熱交換器２ｃ及びペルチェ素子付き熱交換器２ｄで既に加熱されていることから、ヒータユニット５において少ないエネルギで調和空気とされる。

また、車両用換気装置２の内気取込口２ｂから取り込まれた内気Ｘ２は、全熱交換器２ｃを通過することで吸熱されて冷却され、その後、ペルチェ素子付き熱交換器２ｄを通過することでさらに吸熱されて冷却される。つまり、内気Ｘ２に含まれる熱は、全熱交換器２ｃとペルチェ素子付き熱交換器２ｄを通過するごとに外気Ｘ１に伝熱される。

以上のような本実施形態の車両用空気調和装置１によれば、暖房時において、外気Ｘ１と内気Ｘ２との熱交換が全熱交換器２ｃとペルチェ素子付き熱交換器２ｄの両方で行われる。ペルチェ素子付き熱交換器２ｄは、熱交換空気同士の温度差が小さくても効率が落ちない。また、ペルチェ素子は、熱移動による発熱であることから、ＰＴＣヒータに対して消費電力が少ない。したがって、このような本発明によれば、全熱交換器２ｃのみで外気Ｘ１と内気Ｘ２との熱交換を行う場合と比較して、より効率的に外気Ｘ１と内気Ｘ２との熱交換を行うことができ、ヒータユニット５における消費エネルギを低減させることができる。よって、本実施形態の車両用空気調和装置１によれば、暖房時におけるエネルギ効率をより改善することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態においては、車両用空気調和装置１に車両用換気装置２が組み込まれた構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、車両用換気装置２を、車両用空気調和装置１と別に設置しても良い。このような場合には、外気Ｘ１が調和空気とされることなく、全熱交換器２ｃ及びペルチェ素子付き熱交換器４ｄによって加熱されて車室内に供給される。

１……車両用空気調和装置、２……車両用換気装置、２ａ……外気取込口、２ｂ……内気取込口、２ｃ……全熱交換器、２ｃ１……板部材、２ｃ２……波板部材、２ｄ……熱交換器、２ｄ１……ペルチェ素子、２ｄ２……波板部材、３……内外気切替機構、３ａ……外気導入口、４……送風機、４ｄ……ペルチェ素子付き熱交換器、５……ヒータユニット、Ｘ１……外気、Ｘ２……内気

Claims

外気導入口及び内気導入口を有する内外気切替機構と、外気あるいは内気を前記内外気切替機構に流れ込ませる送風機と、前記内外気切替機構に導入された空気を冷却及び／または加熱して車室内に送風するヒータユニットとを備える車両用空気調和装置であって、
前記内外気切替機構の外気導入口の上流側に設置される車両用換気装置を備え、
前記車両用換気装置は、
外気を取り込む外気取込口と、
内気を取り込む内気取込口と、
前記外気取込口から取り込まれた外気と前記内気取込口から取り込まされた内気とを熱交換する全熱交換器と、
前記全熱交換器を通過した内気から吸熱した熱を、前記全熱交換器を通過した外気に放熱するペルチェ素子付き熱交換器と
を備え、
前記外気取込口から取り込まれた外気は、前記全熱交換器、ペルチェ素子付き熱交換器を通って車室内に導入され、
前記内気取込口から取り込まれた内気は、前記全熱交換器、ペルチェ素子付き熱交換器を通って車室外に導出される
ことを特徴とする車両用空気調和装置。