JP4514624B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、乗用車などの車両用空調装置に関し、特に吸着式除湿手段を設けた車両用空調装置に関する。

車両用空調装置は、冷却サイクルの一部をなして空気を冷却するエバポレータと、エンジンの排熱を利用したヒータコアとを有し、車室内の冷房及び暖房を行うものである。そして車窓の窓ガラスの曇り止めなどで除湿を行う場合には、エバポレータで空気を冷却し、空気中の水分を結露させて除去することにより絶対湿度を下げる一方、ヒータコアによりこの空気の温度を高めて相対湿度を下げた上で、車室内の窓ガラス近傍等に供給できる仕組みとなっている。

このような車両用空調装置は、例えば外気が−３０℃である一方で車室内温度が２０℃であるような状況も想定されるなど動作条件が厳しく、乗員の呼気として排出される湿気程度でも窓ガラスが曇りやすい前記状況で、安全上問題とならないよう除湿を行って窓ガラスの曇りを防止する必要がある。

他方、乗員の快適性の面では雰囲気の相対湿度５０％程度が望ましく、これより乾燥するとインフルエンザウイルス等の活性が上がり健康上の問題が多くなる。ただし、気温２０℃で相対湿度５０％の空気の露点温度は９℃であり、この湿度では窓ガラスの車室内側表面温度を９℃以上に保たなければ曇りを防止することはできない。さらに、例えば外気温度が０℃以下の場合などは、接触する外気への放熱によって窓ガラスが温度低下しやすくなることから、表面温度を維持するための熱エネルギーも多く必要となる。

以上のように外気温度が極めて低い場合には、エバポレータで空気を冷却して結露により絶対湿度を下げるのにも限界がある。こうしたことから、除湿対象の空気温度が低くても除湿可能な、シリカゲルやゼオライトなどの湿気吸着剤による除湿を併用する車両用空調装置が提案されている。このような従来の車両用空調装置の一例として、特開平９−１５６３４９号公報に記載されたものがある。

前記従来の車両用空調装置は、乾燥剤ユニットによって湿気が吸着され乾燥した空気をデフロスターへ導く一方、乾燥剤ユニットからの湿気の脱着により湿った空気を、デフロスターへ向う空気と熱交換させた後、車外へ排出するようにしたものである。湿気を脱着して湿った空気は比較的大きな熱を保有するものの、この熱を十分回収できないまま外部へ排出するために、熱の損失が大であった。また、乾燥剤ユニットに吸着された湿気を脱着するために用いるヒータの熱としてエンジンの排熱が利用されており、この熱量が不足する場合には十分な防曇効果が得られなかった。

これに対し、乾燥剤ユニットを用いて空気の除湿を行う一方、湿気の脱着で湿った空気を乗員の足下に供給することができるようにした他の車両用空調装置が、特開平９−１５６３５０号公報に開示されている。

なお、これに関連して、従来の車両用の各種空調装置において、デフロスターと足下へ同時に空気を供給する場合、一般に、デフロスターへ供給する空気の量と足下へ供給する空気の量の望ましい割合は、デフロスター分が２０〜３０％、足下分が８０〜７０％程度とされている（例えば、下記非特許文献１参照）。
特開平９−１５６３４９号公報 特開平９−１５６３５０号公報 カーエアコン研究会編著、「カーエアコン」、第２版、株式会社山海堂、ｐ．８５

従来の車両用空調装置は前記各特許文献に記載される構成となっており、前記特許文献２に記載される構成では、湿分を脱着後もなお温かい空気を暖房に有効利用でき、且つ、この湿った空気は足下側へ向うために窓側の曇りに対しての悪影響を避けられるものの、前記非特許文献１によれば、従来の一般的な車両用空調装置で同時にデフロスターと足下へそれぞれ供給される空気の望ましい割合は、デフロスター分が２０〜３０％、足下分が８０〜７０％程度となることから、この割合に合わせて吸着剤の吸着・脱着プロセスの時間割合を設定すると、吸着剤の吸着・脱着プロセスにおいて吸着時間が脱着時間と比較して極端に短くなる。

この場合、湿分吸着対象空気の湿度を十分に下げることができず、デフロスターへ防曇用空気として供給されても十分な防曇効果が発揮できないという問題があった。これに対して吸着時間を長く確保しようとすると、確実に乾燥空気が得られるものの、空気全体における乾燥空気の割合が多くなって車室内が乾燥しすぎ、快適性が損われるという課題を有していた。

本発明は前記課題を解消するためになされたもので、車室内の空調に係る動作条件が厳しくても高い除湿能力を発揮でき、且つ十分な曇り防止機能と快適性確保を両立可能であると共に、特別なコストのかからない車両用空調装置を提供することを目的とする。

本発明に係る車両用空調装置は、吸着機能を有する除湿ロータを備え、この除湿ロータを少なくとも吸着ゾーン、脱着ゾーン、パージゾーンとに分割し、且つ前記各ゾーンへ同方向に空気を流すようにし、脱着ゾーンの大きさを吸着ゾーンの２倍以上とすると共に、吸着ゾーンに入る空気の一部をパージゾーンに流し、パージゾーンを通過した空気と脱着ゾーンを通過した空気とを混合して車室内に供給するようにしたものである。

本発明の車両用空調装置は上記の如く構成したので、除湿ロータはパージゾーンで十分に冷却されてから吸着ゾーンへと入ることとなり、吸着ゾーンが狭くても吸着能力を発揮でき、また、パージゾーンを出た空気が脱着ゾーンを出た空気に加わる形で車室へ送出されるため、こうした乾燥空気以外の空気量を多くすることができる。つまり、デフロスターへ送られる空気量と暖房用の空気量との比を理想的なものとすることができる。このため、デフロスターへ十分に乾燥した空気を適量送ることができる上、同時に乗員に対しては加湿された空気を十分な量供給でき、車室内の快適性を確保できる。

以下、本発明の車両用空調装置の一実施形態について図に沿って詳細に説明する。図１は本実施形態に係る車両用空調装置の断面図であり、デフロスト・モードの状態を示す。ファン１は、外気ＯＡあるいは車室内からの還気ＲＡをエバポレータ２へ送るものである。エバポレータ２は、コンプレッサ（図示せず）等と共に冷却サイクルの一部をなし、コンプレッサから送られる冷媒を気化することによって、ここを通過する空気を冷却する公知の装置である。デフロスト・モードでは、冷媒を循環させてエバポレータ２を空気冷却可能な状態としている。

エバポレータ２の下流側にはエアーミックスダンパ３が配設され、このエアーミックスダンパ３によってエバポレータ２を通過した空気の通路が制御される。図１のデフロスト・モードの状態ではエアーミックスダンパ３は中間位置をとっており、エバポレータ２を通過した空気は、除湿ロータ６の吸着ゾーン７へ湿分吸着対象の空気を導く吸着側通路４と、脱着ゾーン１０へ湿分脱着用の空気を導く脱着側通路５との両方へ送られる。

除湿ロータ６は、ガラスペーパやセラミックペーパなどの無機繊維紙をハニカム（蜂の巣）状に形成し、これに合成ゼオライトやシリカゲルなどの吸湿剤を担持させロータ状にした公知のものである。この除湿ロータ６はギヤドモータ（図示せず）等によって、毎分１／３回転程度のゆっくりとした回転速度で回転駆動され、ロータ全体で同じ一方向に空気を通過させる。この除湿ロータ６の入口側及び出口側の各端面に、吸着側通路４と脱着側通路５間を隔離する隔壁１８、１９の端部をなすシール部材（図示せず）が接して、吸着ゾーン７、パージゾーン８、及び脱着ゾーン１０を区分している。このうち、入口側の隔壁１８端部をなすシール部材が、ちょうど除湿ロータ６の脱着ゾーン１０となる略扇状領域を規定する一方、出口側の隔壁１９端部をなすシール部材が、除湿ロータ６の吸着ゾーン７となる略扇状領域を規定する状態となっている。

除湿ロータ６に設定される吸着ゾーン７の大きさは、脱着ゾーン１０の大きさの１／２以下である。これは、吸着ゾーン７を通過した乾燥空気がデフロスト空気として窓の防曇に用いられるものであり、大きな風量を必要としないことによる。この脱着ゾーン１０の１／２以下となる吸着ゾーン７を、除湿ロータ６は短時間で通過することとなり、除湿ロータ６が吸着ゾーン７に入る前に吸湿剤を十分に冷却しないと、吸着ゾーン７で吸着機能を十分に発揮させられないが、吸着ゾーン７の前段側には、エバポレータ２を通過して冷却された空気との接触により吸湿剤を十分に冷却させるためのパージゾーン８を設定しており、吸着ゾーン７で十分な吸着能力が得られるようにしている。

この除湿ロータ６の入口側端面と出口側端面では、隔壁１８、１９端部をなすシール部材が接して区分される各領域の除湿ロータ６中心軸に対する角度範囲がそれぞれ異なっており、この角度差によってパージゾーン８が構成される。図４において、除湿ロータ６の各端面にシール部材が接する状態を二重実線及び二重破線で表すと共に、前記各端面のそれぞれの反対面における前記シール部材位置のちょうど反対側にあたる箇所をそれぞれ一点鎖線で表している。この図４に示すように、除湿ロータ６の各端面側にそれぞれ一対あるシール部材のうち、除湿ロータ６の吸着ゾーン７と脱着ゾーン１０との間を仕切るシール部材の位置は入口側と出口側で一致するものの、パージゾーン８と他の各ゾーンとの間を仕切るシール部材の位置が除湿ロータ６の入口側と出口側とで異なり、入口側では脱着ゾーン１０の終端、すなわち脱着ゾーン１０とパージゾーン８との間にシール部材があるのに対し、出口側では吸着ゾーン７の始端、すなわち吸着ゾーン７とパージゾーン８との間にシール部材がある。

このために入口側では吸着ゾーン７とパージゾーン８とを区分する手段がないが、出口側で区分されているために実質的には吸着ゾーン７とパージゾーン８との間を区分できる。同様に、出口側では脱着ゾーン１０とパージゾーン８との間を区分する手段がないが、入口側で区分されているために実質的には脱着ゾーン１０とパージゾーン８との間を区分でき、結果として、それぞれのシール部材の作用によって各ゾーン間を適切に区分でき、除湿ロータ６には吸着ゾーン７、パージゾーン８、及び脱着ゾーン１０の３つのゾーンが設定される。

このように、除湿ロータ６の隔壁１８、１９端部位置で区分される略扇状領域の角度範囲を入口側と出口側とで異ならせ、除湿ロータ６の脱着ゾーン１０終端位置から吸着ゾーン７始端位置までの領域を通じて除湿ロータ６入口側の吸着側通路４と出口側の脱着側通路５とを連通させ、この連通領域をパージゾーン８として用いることにより、パージゾーン８を設けるために特段の部材を必要とするものではなく、安価に構成することができる。

除湿ロータ６の下流側には、足下吐出口１１への空気の吹出を制御する足下ダンパ１２、乗員の顔位置へ向かう空気の吹出を制御する前面ダンパ１３、及び、デフロスト吐出口１６への空気の吹出を制御するデフロストダンパ１５がそれぞれ配設されると共に、除湿ロータ６下流側における吸着側通路４と脱着側通路５の連通状態を制御する仕切ダンパ１４が配置される。

続いて、車両用空調装置のデフロスト・モードにおける動作について説明する。外気ＯＡあるいは車室内からの還気ＲＡは、ファン１によりエバポレータ２へ送られ、このエバポレータ２を通過して冷却される。エバポレータ２を通過した空気は、中間位置をとるエアーミックスダンパ３位置を通り、吸着側通路４と脱着側通路５の両方へ送られる。

吸着側通路４へ送られた空気は、吸着側通路４を進んで、回転駆動される除湿ロータ６の吸着ゾーン７とパージゾーン８とを通過する。吸着ゾーン７を通過した空気は乾燥空気となり、吸着熱によって乾燥空気の温度は上昇する。この吸着ゾーン７通過により得られた乾燥空気は、デフロスト吐出口１６から吹出し、窓ガラスの車室内側表面へ当てられる。窓ガラスは温度の上昇した乾燥空気によって曇りが除去あるいは防止される。つまり、このモードではデフロストダンパ１５が開放されている。

一方、脱着側通路５へ送られた空気はヒータ・コイル９で加熱され、除湿ロータ６の脱着ゾーン１０を通過し、高温・多湿空気となる。そしてこの高温・多湿空気はパージゾーン８を通過した空気と混合され足下吐出口１１から乗員の足下に吹出される。つまり、このモードでは足下ダンパ１２が開放され、前面ダンパ１３が閉鎖され、さらに仕切ダンパ１４が閉鎖されている。

以上の動作の過程で、回転する除湿ロータ６は脱着ゾーン１０で加熱され、吸着した湿気を放出する。続いて除湿ロータ６はパージゾーン８に進み、ここであらかじめエバポレータ２により冷却された空気で吸着剤を十分に冷却され、吸着の準備を整える。さらに除湿ロータ６は吸着ゾーン７に達し、脱着ゾーン１０の１／２以下の面積であるこの吸着ゾーン７を短時間で通過するが、あらかじめパージゾーン８で冷却されていることから、吸着ゾーン７では短時間でも十分な吸着能力を発揮することができる。

また、前記動作に際し、車両への乗車人数が少ない場合には室内還気ＲＡを、乗車人数が多い場合は外気ＯＡをそれぞれ除湿ロータ６側へ送るように吸気ダンパ１７を切り替えるとよい。さらに、外気温度が十分低い場合には、エバポレータ２を空気冷却可能な状態とせず、外気ＯＡを温度低下させることなく除湿ロータ６へ送るようにしてもよい。

次に、図２に示す暖房モードについて説明する。このモードでは除湿ロータ６の回転を止め、除湿ロータ６の機能を停止させる。そして空気の全量がヒータコイル９及び脱着側通路５を通過するようエアーミックスダンパ３を操作する。また仕切ダンパ１４と足下ダンパ１２を開け、デフロストダンパ１５と前面ダンパ１３を閉じる。

これによって、空気は全量ヒータ・コイル９を通過し、高温になって足下吐出口１１から乗員の足下に吹出される。空気の全量がヒータ・コイル９を通過すると車室内温度が上昇し過ぎる場合には、エアーミックスダンパ３の角度を調整して、ヒータ・コイル９を通過する空気の量と通過しない空気の量との比を調節して空気を所望の温度にする。

さらに、図３に示す冷房モードについて説明する。このモードでも除湿ロータ６の回転を止め、除湿ロータ６の機能を停止させる。そして空気がヒータ・コイル９を通過しないようにエアーミックスダンパ３を操作する。また仕切ダンパ１４と前面ダンパ１３を開け、デフロストダンパ１５と足下ダンパ１２を閉じる。

これによって、エバポレータ２を通過して低温になった空気がヒータ・コイル９を通過せず低温を維持したまま、前面ダンパ１３を通過して乗員の顔に向かって吹出される。エアーミックスダンパ３がヒータ・コイル９を通過する空気量をゼロにすると空気の温度は最も低くなるが、この温度が低すぎる場合には、エアーミックスダンパ３を操作してヒータ・コイル９を通過する空気量を増加させ、所望の温度になるよう調整する。

本発明によれば、動作条件が厳しくても高い除湿能力を発揮し、十分な曇り防止機能を発揮可能で、かつ特別なコストのかからない車両用空調装置を提供することができる。

本発明の車両用空調装置のデフロスト・モードを示す断面図である。 本発明の車両用空調装置の暖房モードを示す断面図である。 本発明の車両用空調装置の冷房モードを示す断面図である。 本発明の車両用空調装置の除湿ロータ部分を示す斜視図である。

符号の説明

１ ファン
２ エバポレータ
３ エアーミックスダンパ
４ 吸着通路
５ 脱着通路
６ 除湿ロータ
７ 吸着ゾーン
８ パージゾーン
９ ヒータ・コイル
１０ 脱着ゾーン
１１ 足下吐出口
１２ 足下ダンパ
１３ 前面ダンパ
１４ 仕切ダンパ
１５ デフロストダンパ
１６ デフロスト吐出口
１７ 吸気ダンパ
１８、１９ 隔壁
ＯＡ 外気
ＲＡ 車室内還気

Claims (3)

1. 湿気吸着剤を備える除湿ロータを有し、且つ当該除湿ロータの空気流通部分が、流通する空気に対する湿分の吸着ゾーンと脱着ゾーンとに少なくとも分けて使用される吸着式除湿部を用いて、処理対象の空気を除湿処理した上で車室内空間へ連続的に供給可能な車両用空調装置において、
   前記除湿ロータが、脱着ゾーンの大きさを前記吸着ゾーンの２倍以上に設定されると共に、脱着ゾーンと吸着ゾーンの間にパージゾーンを設定され、前記各ゾーンに対しロータ回転軸方向と略平行となる同一方向に空気を供給されてなり、
   前記除湿ロータの吸着ゾーンへ向け供給される湿分吸着対象空気の一部を、前記パージゾーンに流入させ、且つパージゾーンを通過した空気と前記脱着ゾーンを通過した空気とを混合させつつ、前記吸着ゾーンで除湿された乾燥空気とは別に車室内空間へ送出することを特徴とする車両用空調装置。
2. 除湿ロータの空気入口側に、吸着ゾーンに供給される湿分吸着対象空気と脱着ゾーンに供給される湿分脱着用空気の各流路を区画する隔壁を配設すると共に、除湿ロータの空気出口側に、吸着ゾーンで湿分を吸着された乾燥空気と脱着ゾーンで湿分を脱着した後の湿り空気の各流路を区画する隔壁を配設し、
   前記空気入口側の隔壁端部が、前記除湿ロータの空気入口側端面近傍に位置し、且つ脱着ゾーンとなる略扇状領域を規定すると共に、前記空気出口側の隔壁端部が、除湿ロータの空気出口側端面近傍に位置し、且つ吸着ゾーンとなる略扇状領域を規定し、
   前記空気入口側の隔壁端部のうち脱着ゾーン終端位置を規定する部分に対し、前記空気出口側の隔壁端部のうち吸着ゾーン始端位置を規定する部分が、除湿ロータ回転方向に所定角度分ずらして配置され、除湿ロータの脱着ゾーン終端から前記所定角度にわたる略扇状領域が前記パージゾーンをなすことを特徴とする前記請求項１記載の車両用空調装置。
3. 車室内空間への空調動作モードとして、前記除湿ロータを回転させて除湿を行うデフロスト・モード、除湿ロータを停止させて冷房を行う冷房モード、除湿ロータを停止させて暖房を行う暖房モードの少なくとも三つを有することを特徴とする前記請求項１又は２に記載の車両用空調装置。

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