JP3716459B2 - 車両用空気調和機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は特に被空調空気の温度が低い場合に有効な除湿暖房機能を備える車両用空気調和機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は例えば特開昭６３−１２５４３２号公報に示された自動車用空気調和機を示すもので、図において、空気吸入口５、６に送風機８を設け、空気出口端に複数の吹出口１４〜１６を設けた空調ダクト１と、送風機８の吸気口に接続した内外気切替箱７と、空調ダクト１内の上流側から下流側に向けて順次配設した補助ヒータ２と、冷房用のエバポレータ３と、暖房用のヒータコア４と、エバポレータ３の空気出口側に設置した冷却温度検出手段としての冷風温センサ２１と、冷房負荷の変動に応じてコンプレッサ（図示しない）の回転を断続させるための冷風温検出用センサとしてのサーミスタ２２とが設けられている。
【０００３】
次に動作について説明する。冷凍サイクルはその熱負荷が変動すると、つまり被空調空気の温度が上下すると気化潜熱の吸収量も増減し、従ってエバポレータ３の出口部の冷風温度も変動するので、この温度変化をサーミスタ２２によって検出し、熱負荷の減少により上記冷風温度が設定レベル以下に下った時には所定の制御回路（図示せず）によってコンプレッサ（図示せず）を休止させ、温度が設定レベル以上に高まればコンプレッサの運転を再開させる。
【０００４】
エバポレータ３とヒータコア４を共に働かせる除湿暖房運転のもとでは、コンプレッサは極めてひんぱんに運転、停止されることになる。この際、エバポレータ３の出口側冷風温度が例えば３℃に達するよりは少し低い２℃までこの冷風温度が低下したことを冷風温センサ２１が検知すると、所定の制御回路の作動により補助ヒータ２が作動し、この補助ヒータ２を通過する被空調空気が予備的に暖められ、この暖められた被空調空気がエバポレータ３に流入することになり、冷媒サイクルの熱負荷が増大する。
【０００５】
補助ヒータ２が働き過ぎて冷風温センサ２１が４℃以上の温度を検出すると、この時にはコンプレッサを運転中止させる条件は解消するので所定の制御回路の作動により補助ヒータ２の作動を停止させる。
【０００６】
補助ヒータの制御が単純なオン−オフ制御の場合は梅雨時の低外気温、高湿度の時は補助ヒータ２及びコンプレッサがしばしばＯＮ−ＯＦＦをくり返し、快適性が得られないので、補助ヒータ２は図示しないバルブを用いて補助ヒータに通す温水の量をアナログ的に加減している。このためこのバルブの制御回路が複雑な構成となっている。
なお、上記実施例は自動車用空気調和機のものを示したが鉄道車両用においても同様である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の空気調和機は以上のように構成されているので、特に梅雨時の低外気温、高湿度で被空調空気中に水滴状態の湿気が多く存在するような時は、検出温度が低いためコンプレッサが動作せず、補助ヒータの一定温度による加熱のみでは除湿が十分に行えず、また、補助ヒータへの熱源の供給制御が煩雑となるなどの問題点があった。また、車両の屋根の形状は一般に複雑且つ狭小であり、ここに設置する空調機はその形状を特別に工夫してスペースに合うようにする必要がある。
【０００８】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、広範囲の低外気温、高湿度に対応して確実にコンプレッサが動作し快適な被空調空気が得られる車両用空気調和機をより簡単に構成することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の第１の発明に係る車両用空気調和機は、室内気または室外気を導入する吸入口、この吸入口より吸入した空気の吹出口及び送風機を備える空調ダクトと、この空調用ダクト内に、ヒータ及び冷房用エバポレータを配設し、前記ヒータの加熱制御手段と、前記エバポレータの出口側の室温に関連した温湿度センサとを備えるものであり、前記ヒータは互いに発熱容量の異なる複数のヒータとこの各ヒータへの通風路を開閉するダンパとからなる集積ヒータであり、前記空調用ダクト内の、前記冷房用エバポレータの上流側に第１の集積ヒータが設けられ、前記冷房用エバポレータの下流側に第２の集積ヒータが設けられるものである。
【００１０】
第２の発明による車両用空気調和機は、第１の発明による車両用空気調和機の手段に加えて、集積ヒータの各ヒータの容量比を倍数列としたものである。
【００１１】
第３の発明による車両用空気調和機はバイアス回路と、加算回路とを有するものである。
【００１３】
第４の発明による車両用空気調和機は、第１の発明の手段に加えてヒータとエバポレータの間に設けたサーモセンサと、このサーモセンサの出力によってコンプレッサを制御する制御回路とを有する。
【００１４】
第５の発明による車両用空気調和機は、第１の発明の手段に加えてヒータの上流側に除湿フィルタを有する。
【００１５】
第６の発明による車両用空気調和機は、第４の発明の手段に加えて、複数の可変ヒータと、この複数の可変ヒータの間に挿入された乱流構成部とで構成されたヒータを有する。
【００１６】
第７の発明による車両用空気調和機は、第５の発明の手段に加えて、回動装置を有するヒータ又は除湿フィルタを有する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。図１、図２において、３０は車両用の空気調和機で、室外部３０Ｂに圧縮機３１と、室外熱交換器となる凝縮器３２と、キャピラリチューブ３３を、室内部３０Ａには蒸発器からなる熱交換器３４が配設され、夫々配管３５で接続されている。また、室外部３０Ｂには室外送風機３６、室内部３０Ａには室内送風機３７が設けられている。４６は室内側３０Ａの熱交換器３４の被空調空気の通気の上流側に設けられた例えばニクロム線等から構成された集積ヒータ、４２は車両内に設置された車内温湿度センサである。
【００１８】
図２は図１の集積ヒータ４６の一部分を詳細に示すものである。
図において、４６は室内側の熱交換器３４の通気の上流側に設けられた集積ヒータで、不等熱量、例えば小なる熱量のヒータ４７と大なる熱量のヒータ４８が並設され、夫々の外側に回動装置により半回動自在に動作するダンパ４９、５０が設けられている。なお、その他の構成は図１と同様なので説明を省略する。熱交換器３４の通気の上流側に集積ヒータ４６が設けられているので、導入された被空調空気は集積ヒータ４６内を通過する際に空気内に混在している水滴状の湿気を加熱蒸発させて除去した後、熱交換器３４で冷風に熱交換される。
【００１９】
図には示さないが、集積ヒータ４６の発熱回路は室温が一定以下で除湿という条件で単純にオンオフ制御されるので、その回路構成はきわめて簡素であり、熱量を変化させる制御が簡単になる。
又、ダンパ４９、５０は空調風量設定の大小に応じて開閉するものでも、あるいは、加熱の必要性（室温の低さ）に応じて開閉するものでもよい。
【００２０】
次に動作について説明する。上記構成部品による冷媒の冷凍サイクル動作の部分は一般に行われているものなので説明を省略する。室内部３０Ａにおいて、室内送風機３７により車両内の空気が空気取入れ口から導入され、ヒータ４６によって加熱され室内へ吹出される。
【００２１】
これによって車内温湿度センサ４２はもとの室内温度よりも高い温度を検出するので、コンプレッサ３１が作動しないような低温の日でも、コンプレッサ３１が作動できるようになる。
【００２２】
コンプレッサ３１が作動すると被空調空気は熱交換器３４と熱交換して冷風となって吐出口から車両内に配風される。この際、熱交換器３４を通過する際に、空気内に混在している湿気を冷却凝縮させて除去する。これにより、低外気温、高湿度状態の被空調空気は高外気温、低湿度状態となって車両内に送風される。
【００２３】
実施の形態２．
集積ヒータ４６が、必要熱量に応じて制御される場合、車両内に設けられた車内温湿度センサ４２によって被空調空気の温度と湿度が検知比較され、必要に応じて集積ヒータ４６の小なる熱量のヒータ４７又は大なる熱量のヒータ４８のいずれか或いは同時に作動指令されて除湿動作が効率良く調整される。この際、いずれか一方のヒータのみを作動させる場合は他方のヒータをダンパで覆うように動作する。
【００２４】
なお、集積ヒータ４６は小なる熱量のヒータ４７と大なる熱量のヒータ４８で示したが、不等熱量つまり、複数個連設された熱量比を、１、２、４、８…と倍数比で設けると、これら複数のヒータの組合せにより単位熱量の連続した熱量が得られ、除湿量に応じて最適の除湿熱が得られる。
【００２５】
実施の形態３．
図３は第３の発明を示すもので、６０は車内温湿度センサ４２の信号を受けて、その検出温度が一定値を越えれば、リレー５９を動作させてコンプレッサ３１を起動し、その検出温度が一定値を下回れば停止させる変換回路である。
【００２６】
５６は図示しない除湿命令回路の信号により動作し集積ヒータ４６を電源に入・切するリレーである。５７はバイアス回路であり、車内温湿度センサ４２が検出する温度の数度（例えば３℃）に相当する信号を発生する。６１はバイアス回路５７の信号と車内温湿度センサ４２の信号とを加算する加算回路である。
【００２７】
次に動作について説明する。運転者（図示しない）が除湿の操作を行うと、リレー５６が投入され集積ヒータ４６が熱せられる。この時同時にバイアス回路５７からその設定温度に相当する温度信号が加算回路６１から変換回路６０に加算される。変換回路６０は、被空調空気の温度があたかも数度高くなったかのように感知する。これによってコンプレッサ３１が投入され、車内空気温度が低くても除湿運転が行われる。
【００２８】
なお、リレー５６、集積ヒータ４６はそれぞれ１コしか示していないが、集積ヒータ４６のヒータは複数個あり、当然これを制御するリレー５６も複数個あってそれぞれ、異なる条件で制御される。
【００２９】
実施の形態４．
図４は第４の発明を示すもので、図において５１は室内側の熱交換器３４の通気の下流側に設けられた集積ヒータで、不等熱量、例えば小なる熱量のヒータ５２と大なる熱量のヒータ５３が並設され、これら隣接するヒータの接続部に回動装置により半回動自在に動作するダンパ５４と、上記ヒータの外側に熱交換器３４方向に扇状の傾斜開状態とすることができるダンパ５５とが設けられている。なお、その他の構成は上記実施例１と同様なので説明を省略する。
【００３０】
熱交換器３４の通気の下流側に集積ヒータ５１が設けられているので、導入された被空調空気はまず熱交換器３４で冷気状態となり含有している湿気が除去された後、集積ヒータ５１内を通過して温められ相対湿度は更に低下する。この際、集積ヒータ５１のヒータ間に設けられたダンパ５４は作動を必要としないヒータ５２、５３の内いずれかのヒータを覆い、両方のヒータを作動させる場合は熱交換器３４方向に直立するように動作し、両側のダンパ５５は熱交換器３４方向に扇状に傾斜開状態となって吐出された冷気を集積ヒータ５１内に導入するように設けられている。
【００３１】
以上のように熱交換器３４の下流側に小なる熱量のヒータ５２と大なる熱量のヒータ５３からなる集積ヒータ５１を設けたので、熱交換器３４の冷房能力を増すことなく湿気量の多小に応じて車内温湿度センサ４２の検知により効率良く対応できる。
【００３２】
集積ヒータ５１のヒータの制御はオン−オフ制御であり、ダンパ５４、５５の制御もオン−オフ（開、閉）で行うので、その制御回路は図１１に示した従来のものより簡単なものとすることができる。
【００３３】
実施の形態５．
図５は第４の発明の他の実施形態を示すもので、構成は図４と同様なので詳細な説明を省略する。熱交換器３４の通気の上流側にダンパ４９、５０を有する集積ヒータ４６が設けられ、下流側にダンパ５４、５５を有する集積ヒータ５１が設けられている。室内送風機３７によって導入された被空調空気は、まず集積ヒータ４６で含んでいた水滴が加熱除湿されてから熱交換器３４で熱交換されて冷風となり、次に集積ヒータ５１によって更に除湿される。
【００３４】
この際、車内温湿度センサ４２によって被空調空気の温度と湿度が検知されているので設定値と比較され、必要に応じて集積ヒータ４６、５１の夫々の小なる熱量のヒータ４７、５２と大なる熱量のヒータ４８、５３が作動指令されて除湿動作が効率良く調整作動される。集積ヒータ５１は第２の集積ヒータである。
【００３５】
このように、熱交換器３４の通気の上流側と下流側に集積ヒータ４６、５１を設けたので、前後のヒータの大きさを適度に選ぶことで車両の屋根の複雑な形に合わせた空調機を構成することができる。また、特に梅雨時の低外気温、高湿度および乗客人数の変動による車内環境に即応して、車内温湿度センサ４２の作動により、車内温度を下げずに車内湿度を効率良く下げることが容易となる。
【００３６】
さらに、集積ヒータ４６、５１の夫々の組合せにより多数の熱量値が得られる効果がある。集積ヒータ４６、５１とダンパ４９、５０、５４、５５は全てオン、オフ、開閉制御され、連続制御される必要はないので装置の制御回路が簡単に構成できる。
【００３７】
実施の形態６．
この発明の他の実施の形態を図について説明する。図６において、３８は熱量が連続して可変可能な例えば電気抵抗式の可変ヒータ、３９はサーモセンサで、室内部３０Ａの被空調空気の上流側から可変ヒータ３８、サーモセンサ３９、熱交換器３４の順に配設されている。４２は車両内に設けられた車内温湿度センサである。
【００３８】
これら構成部品からなる空気調和機３０の熱交換器３４による熱交換動作は車内温度が設定値より低い場合は通常圧縮機３１の稼動をＯＦＦし、熱交換器３４への冷媒の供給を停止して熱交換動作を停止し被空調空気の過冷却を防止するように構成されている。なお、本実施の形態においては、圧縮機３１の動作は冷房時には車内温湿度センサ４２の検出値よりサーモセンサ３９の検出値が優先して作動するように、制御回路（図示しない）が設けられている。
【００３９】
この制御回路は例えば車内温湿度センサ４２の検出温度が低くてもサーモセンサ３９の検出温度が一定値以上であれば圧縮機３１を作動させる。即ち、圧縮機３１のＯＮ動作は温湿度センサ４２とサーモセンサ３９とのＯＲ条件動作であり、圧縮機３１のＯＦＦ動作は、温湿度センサ４２とサーモセンサ３９とのＡＮＤ条件動作である。
【００４０】
次に動作について説明する。上記構成部品による冷媒の冷凍サイクルは一般に行われているので説明を省略する。室内部３０Ａにおいて、室内送風機３７により車内の空気が空気取入れ口から導入され、まず可変ヒータ３８を通過する際に加熱され、この昇温された被空調空気をサーモセンサ３９で検知することによりコンプレッサ３１の作動を続行させて熱交換器３４にて熱交換を行ない冷気として車内に流出させる。なお、可変ヒータ３８が設けられているので、サーモセンサ３９および車内温湿度センサ４２とによって発熱量の変更を行ない、適切な空調空気を容易に得ることができる。
【００４１】
以上のように、特に梅雨時の低外気温、高湿度の時の車両内空気は低温状態で水滴なども含むので、圧縮機のＯＦＦ動作により熱交換器が冷却作動しない状態ではヒータによる除湿のみを行っても被空調空気が昇温したまま車両内に流出して不具合となるので、可変ヒータ３８で昇温した被空調空気を車内温度のダミー温度としてサーモセンサ３９に認識させることにより、コンプレッサ３１と熱交換器３４を稼動させて冷風を得るものである。
可変ヒータ３８は図１の集積ヒータ４６でもよい。
【００４２】
実施の形態７．
図７は第６の発明の実施の一形態を示すもので、図において４１は除湿フィルタで可変ヒータの通気上流側に設けられ下方に除湿された水分を受けるドレンパン（図示せず）が設置され車外に排水するように設けられている。なお、その他の構成は図１と同様なので説明を省略する。
【００４３】
室内部３０Ａを流れる被空調空気の上流側から除湿フィルタ４１、可変ヒータ３８、サーモセンサ３９および熱交換器３４の順に配設されているので、被空調空気内に混在している湿気、水滴等が、まず除湿フィルタ４１で除去され、残りの湿気、水滴は可変ヒータ３８で除去して熱交換器３４に送り込む。このように可変ヒータ３８で除去するべき湿気量を少くして可変ヒータ３８の発熱量を減小させて被空調空気の昇温をなるべく低くして熱交換器３４の負荷を減小させる。
【００４４】
なお、除湿フィルタ４１と可変ヒータ３８とは図８に示すような構成でもよい。即ち、図において４０は積層可変ヒータで、例えばニクロム線等からなる第１のヒータ４３と第２のヒータ４４間に、例えば整流片を千鳥状に配設した乱流構成部４５を有する構成となっている。室内部に導入された被空調空気は積層可変ヒータ４０の第１のヒータ４３で加熱除湿された後、乱流構成部４５で方向変換等で混じり合い乱流となって次の第２のヒータ４４で更に残りの湿気が除湿されて、下流側に設けられた熱交換器３４に導入され冷風となって車両内に送り出される。
【００４５】
このように積層可変ヒータ４０を設けることにより、第１のヒータ４３および第２のヒータ４４で加熱除湿するので、１つのヒータの加熱温度は低温でもよいので熱交換器３４の冷房能力を増す必要もなく、また、乱流構成部４５で混流となるので除湿効率が良くなる。
【００４６】
実施の形態８．
図９、図１０は第７の発明の実施の一形態を示すもので、図において６６は回動フィルタで、除湿フィルタ６７の幅方向端部に例えば減速モータからなる回動装置６８が設けられている。６９は上記と同様の回動装置で可変ヒータ３８の幅方向端部に設けられている。なお、可変ヒータ３８の通気上流側に除湿フィルタ６７が設けられている。
【００４７】
まず、除湿作動する際は、図９に示す如く可変ヒータ３８と除湿フィルタ６７の作動面が被空調空気の流れと直交して対面するように位置されて夫々除湿動作する。次に、除湿動作しない際は、図１０に示す如く回動装置６８、６９の回動により除湿フィルタ６７、可変ヒータ３８が９０°回動して空気の流れと並行の状態となり被空調空気の流れ抵抗を阻害しないように構成されている。
【００４８】
なお、湿気量に応じて、可変ヒータ３８または除湿フィルタ６７のいずれか一方だけ作動するようにすることも可能である。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように第１の発明によれば、熱交換器の上流側に複数のヒータからなる集積ヒータを設けたので低温時におけるコンプレッサを用いた除湿運転制御を簡単な構成で行うことができる。また、集積ヒータによる加熱をより細かく制御できる。
【００５０】
第２の発明によれば、集積ヒータは、倍数列の容量からなる複数のヒータが用いられているので、簡単なオンオフ制御でありながら、ほぼ連続的にヒータ容量を変えることができる。
【００５１】
第３の発明によれば、集積ヒータの回路の投入と同時に、温度センサの検出信号に数度の温度上昇に相当するバイアス信号が加算されるので、被空調空気の温度が低くても、コンプレッサを用いた除湿運転を行うことができる。
【００５３】
第４の発明によれば、可変ヒータの下流側でエバポレータの上流側にサーモセンサを設けて被空調空気の昇温を検知させて、ダミー温度とし、圧縮機のＯＦＦ作動を阻止し熱交換器を動作させるようにしたので、被空調空気の空調および除湿が効率良くできる効果がある。
【００５４】
また、第５の発明によれば、可変ヒータの通気上流側に除湿フィルタを設けて被空調空気内の湿気をあらかじめ除去するようにしたので、可変ヒータの除湿熱量を減小させ熱交換器の冷房能力を増加することなく空調ができる。
【００５５】
また、第６の発明は、複数のヒータの間に乱流構成部を設けた積層可変ヒータにより、低温で除湿効率が向上できる。
【００５６】
第７の発明によれば、除湿動作時には除湿フィルタおよび／または可変ヒータを流れに対向させ、除湿を必要としない時は除湿フィルタまたは可変ヒータを流れに並行にさせるようにしたので、通気抵抗を減ずる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による車両用空気調和機を示す概要図である。
【図２】 図１の部分詳細図である。
【図３】 この発明の実施の形態３を示す回路図である。
【図４】 この発明の実施の形態４による車両用空気調和機を示す詳細図である。
【図５】 この発明の実施の形態５による車両用空気調和機を示す詳細図である。
【図６】 この発明の実施の形態６による車両用空気調和機の構成を示す概要図である。
【図７】 この発明の実施の形態７による車両用空気調和機の一部分を示す詳細図である。
【図８】 この発明の実施の形態７の他の形態による車両用空気調和機の一部を示す詳細図である。
【図９】 この発明の実施の形態８による車両用空気調和機を示す詳細図である。
【図１０】図９のヒータ、フィルターが回動した状態を示す図である。
【図１１】 従来の空気調和機を示す概要図である。
【符号の説明】
３０ 空気調和機 ３４ 熱交換器
３７ 室内送風機 ３８ 可変ヒータ
３９ サーモセンサ ４０ 積層可変ヒータ
４１ 除湿フィルタ ４２ 車内温湿度センサ
４３ 第１のヒータ ４４ 第２のヒータ
４５ 乱流構成部 ４６ 集積ヒータ
４７ 小なる熱量のヒータ
４８ 大なる熱量のヒータ ４９、５０ ダンパ
５１ 集積ヒータ ５２ 小なる熱量のヒータ
５３ 大なる熱量のヒータ ５４、５５ ダンパ
５６ リレー ５７ バイアス回路
５９ リレー
６０ 変換回路 ６６ 回動フィルタ
６７ 除湿フィルタ ６８ 回動装置
６９ 回動装置

Claims (7)

1. 室内気または室外気を導入する吸入口、この吸入口より吸入した空気の吹出口及び送風機を備える空調ダクトと、この空調用ダクト内に、ヒータ及び冷房用エバポレータを配設し、前記ヒータの加熱制御手段と、前記エバポレータの出口側の室温に関連した温湿度センサとを備える車両用空気調和機において、
   前記ヒータは互いに発熱容量の異なる複数のヒータとこの各ヒータへの通風路を開閉するダンパとからなる集積ヒータであり、前記空調用ダクト内の、前記冷房用エバポレータの上流側に第１の集積ヒータが設けられ、前記冷房用エバポレータの下流側に第２の集積ヒータが設けられるものであることを特徴とする車両用空気調和機。
2. 集積ヒータの各ヒータの容量が、ほぼ、２倍，４倍，８倍との倍数列をなすように構成されたことを特徴とする請求項１記載の車両用空気調和機。
3. エバポレータの出口側の室温に関連した温湿度センサの数度に相当する出力信号を発生するバイアス回路と、集積ヒータへの電力供給と同時に、前記バイアス回路の信号を前記温湿度センサの信号に加算する加算回路とを有することを特徴とする請求項１記載の車両用空気調和機。
4. ヒータと冷房用エバポレータとの間に設けられ被空調空気の温度を検出するサーモセンサと、このサーモセンサの出力によって、前記エバポレータに冷媒を供給するコンプレッサを制御する制御回路を有することを特徴とする請求項１記載の車両用空気調和機。
5. 第１の集積ヒータの上流側に除湿フィルタを有することを特徴とする請求項１記載の車両用空気調和機。
6. ヒータは発熱量が変化可能な複数の可変ヒータと、この複数の可変ヒータの間に挿入された乱流構成部とで構成されたものであることを特徴とする請求項４記載の車両用空気調和機。
7. ヒータ又は除湿フィルタは、幅、長さに比し、その厚みをうすく構成され、被空調空気の流れに対してその面が直交又は、並行するように回動できる回動装置を備えたものであることを特徴とする請求項５記載の車両用空気調和機。

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