JP4539343B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

この発明は、空気調和装置に係り、特に空気の除湿、加湿、冷房、暖房を行う空気調和装置に関するものである。

車両用の空調装置には、車室内の冷房・暖房以外に、窓ガラスの曇りを除去・防止するための除湿性能が求められている。この車両用の空調装置は、機械圧縮式ヒートポンプ（冷凍サイクル）により、冷房と除湿とを行い、エンジンの冷却水により暖房を行っている。

上記の機械圧縮式ヒートポンプでは、送られてきた空気を露点温度まで過冷却し、水分を結露させることで、除湿も兼ねた冷却を行っている。しかしながら、この空気の過冷却のために、機械圧縮式ヒートポンプを大型化する必要があり、車両重量における大きなウエイトを占めてしまう。また、機械圧縮式ヒートポンプは、エンジンヘの負荷も大きいため、従来の車両用の空調において、燃費を悪化させる因子でもあった。更に、従来の車両用の空調装置は、暖房中でも、機械圧縮式ヒートポンプを駆動し、空気の除湿を行っていたため、乗員にとっては、喉の渇きといった不快感を生じさせていた経緯もある。

従来、調湿装置には、車両や室内空調において、機械圧縮式ヒートポンプを廃止し、除湿機能と冷却機能とを分けて、空調を行う技術が提案されている。つまり、除湿剤、吸着剤等を用いて空気の除湿や加湿を行い、ペルチェ素子（ペルチェモジュール）等の熱電素子（熱電交換素子）とにより、冷房と暖房とを行うものである。
また、空気調和装置には、熱電素子を用いた熱交換部と、水分を脱着再生可能な吸湿部材（デシカントロータ）とを適切に配置し、低消費エネルギを図るものがある。
特開２００２−１１５８６９ 特開２０００−１４６２２０

ところで、従来、上記の特許文献１に記載の調湿装置においては、冷房運転の一例として、熱電素子による冷却、吸湿部材による減湿、熱交換器による熱交換という順番で空気の除湿冷房を行っていた。

しかしながら、このような熱電素子による冷却、吸湿部材による減湿、熱交換器による熱交換という順番で空気の除湿冷房行うと、高湿度の空気が装置内に導入されるために、熱電素子による冷却の時点で結露が起こってしまい、期待される程の冷却効果が得られないという不都合があった。また、熱電素子の放熱を利用して、吸湿部材の再生を行っているが、熱電素子の放熱のみでは吸湿部材の再生温度が低く、吸着能力が再生されない可能性がある。つまり、より高温の再生空気を吸湿部材に導入することができれば、吸着能力が完全に再生し、装置全体の除湿冷房能力が増加することができるが、従来では、このような技術を達成することができず、また、車両用の空調に適用することが困難であった。

また、上記の特許文献２においては、車両用の空調装置に関するものであるが、冷房のみの空気調和であり、暖房運転をすることができないという不都合があった。

この発明は、室内の空気を調温あるいは調湿する空気調和装置において、室内の空気を導入する第一導入通路を設け、室外の空気を導入する第二導入通路を設け、前記第一導入通路及び前記第二導入通路から導入された空気を、水分の脱着再生可能な吸湿部材の処理側、熱交換器、熱電素子の吸熱面の順に通過させることにより除湿する除湿手段を設け、前記第一導入通路及び前記第二導入通路から導入された空気を、前記熱交換器、前記熱電素子の放熱面、ヒータ、前記吸湿部材の再生側の順に通過させることにより加湿する加湿手段を設け、前記除湿手段と連絡して該除湿手段により除湿された空気を排出する第一排出通路を設け、前記加湿手段と連絡して該加湿手段により加湿された空気を排出する第二排出通路を設け、前記第一導入通路と前記加湿手段とを連絡し且つ前記第二導入通路と前記除湿手段とを連絡する第一モードと、前記第一導入通路と前記除湿手段とを連絡し且つ前記第二導入通路と前記加湿手段とを連絡する第二モードとを備え、前記第一モードと前記第二モードとのいずれか一方のモードに切り換えられる導入側切換手段を設け、前記導入側切換手段により前記第一モードを選択した時には、前記第一排出通路と室内排出通路とを連絡し且つ前記第二排出通路と室外排出通路とを連絡するとともに、前記導入側切換手段により前記第二モードを選択した時には、前記第一排出通路と前記室外排出通路とを連絡し且つ前記第二排出通路と前記室内排出通路とを連絡するように切り換えられる排出側切換手段を設け、前記導入側切換手段により前記第一モードを選択した後に、前記熱電素子に流す電流の向きを変えることにより除湿暖房運転されることを特徴とする。

この発明の空気調和装置は、熱電素子（ペルチェ素子）、水分の脱着再生可能な吸湿部材（デシカントロータ）、熱交換器、加熱源（ヒータ）等を適切に配置し、少ないエネルギで、室内を設定された温度及び湿度に調節することができ、また、除湿冷房運転、加湿暖房運転、除湿暖房運転の三つの運転モードを備えているので、いずれの季節においても、使用者の要求に対応することが可能となる。

この発明は、少ないエネルギで、室内を設定された温度及び湿度に調節する目的を、熱電素子（ペルチェ素子）、水分の脱着再生可能な吸湿部材（デシカントロータ）、熱交換器、加熱源（ヒータ）等を適切に配置することにより実現するものである。
以下、図面に基づいてこの発明の実施例を詳細且つ具体的に説明する。

図１〜図８は、この発明の実施例を示すものである。

図３において、２は空気調和装置（ＨＶＡＣ：Ｈｅａｔｉｎｇ Ｖｅｎｔｉ１ａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｉｒ−Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）である。この空気調和装置２は、例えば、車両（図示せず）に搭載され、車両用の空調装置として使用され、送風、配風等を行って室内の空気を調温あるいは調湿するものであり、調温、調湿、送風を担う調温装置４を備えている。また、車両には、図示しないが、エンジンが搭載されている。

調温装置４内には、図１に示す如く、第一ブロアファン（処理側ブロアファン）６・第二ブロアファン（再生側ブロアファン）８と、水分の脱着再生可能な吸湿部材（以下、「デシカントロータ」という）１０と、熱交換器１２と、熱電素子（ペルチェモジュール。以下、「ペルチェ素子」という）１４と、ヒータ１６のヒータコア１８とが設けられているとともに、図３に示す如く、除湿経路２０を備えた除湿手段２２と加湿経路２４を備えた加湿手段２６とが設けられている。

第一・第二ブロアファン６・８は、電気駆動可能であり、後述するブロアファンアクチュエータ９２（図２参照）によって夫々独立して駆動され、調温装置４の内部に空気を送り込む機能を有している。

デシカントロータ１０は、ゼオライトやシリカゲル等の除湿剤を、繊維バインダーと共に円柱状に加工して形成されたものであり、後述するデシカントロータアクチュエータ９４（図２参照）によって一定速度で回転駆動される。つまり、このデシカントロータ１０は、ゼオライト、シリカゲル、セビオライト、活性アルミナ、活性炭、塩化リチウム等の除湿能力を有する材料を単独、若しくは、組み合わせた除湿剤として有し、この除湿剤を、繊維バインダー等と共に円柱状に加工されたものであり、空気中の水分を吸収し、乾燥空気を作る処理側２８と、吸収水分を熱風等によって放出する再生側３０とが区分された形状に構成されている。このデシカントロータ１０を一定速度で回転することにより、処理側２８と再生側３０とが連続して入れ替わり、除湿と水分放出とを繰り返すことができる。

熱交換器１２は、アルミプレート等をフィン状に加工し、後述する二つの空気流を交差させながら熱を交換することができるものであり、この二つの空気流を交差する際には、各空気流を完全に隔離するような形状に構成されている。

ペルチェ素子１４は、Ｎ型半導体とＰ型半導体を組み合わせてペルチェ効果を利用する素子であり、直流電流を流すことにより、一方の表面に吸熱反応が起こる吸熱面３２、他方の表面では発熱反応が起こる放熱面３４として利用することができる。また、このペルチェ素子１４は、電流の向きを逆転させることにより、吸熱面３２と放熱面３４とを入れ替えることも可能である。このペルチェ素子１４は、後述するペルチェモジュール駆動回路９６（図２参照）によって電流値を制御することができ、吸熱量、放熱量をコントロールすることができる。

ヒータ１６のヒータコア１８は、図示しないが、車両用のエンジンの冷却水が導通する熱交換器であり、エンジンの始動後、５分程度で８０〜１００℃の冷却水が導通され、デシカントロータ１０の再生空気を作り出す加熱源として使われるものである。

また、図３に示す如く、空気調和装置２には、配風の役割を担うように、導入側切換手段である導入側四方弁３６と、排出側切換手段である排出側四方弁３８と、室内吹出口４０を構成するようにモード（ＭＯＤＯ）ドア４２・４２とが設けられている。室内吹出口４０は、各吹き出しモードとして、デフロスタ（ＤＥＦ）口部４０−１と、換気（ＶＥＮＴ）口部４０−２と、足元（ＦＯＯＴ）口部４０−３とを備えている。このデフロスタ（ＤＥＦ）口部４０−１と換気（ＶＥＮＴ）口部４０−２と足元（ＦＯＯＴ）口部４０−３とは、モード（ＭＯＤＯ）ドア４２・４２によって選択的に開閉される。

導入側四方弁３６には、室内の空気を導入する第一導入通路４４が連通して設けられるとともに、室外の空気を導入する第二導入通路４６が連通して設けられ、また、除湿経路２０に連絡する除湿側導入通路４８が連通して設けられ、更に、加湿経路２４に連絡する加湿側導入通路５０が連通して設けられている。

この導入側四方弁３６は、第一導入通路４４からの車室内の内気と、第二導入通路４６からの車外の外気とを、調温装置４に導入する役割を有している。この導入側四方弁３６が図３に示す実線の状態では、内気を加湿経路２４に導入するとともに、外気を除湿経路２０に導入し、且つ、この内気と外気とを混合することなく調温装置４に導入することができる。また、導入側四方弁３６を切り換えることにより、図３の実線と破線とを切り換えることができ、調温装置４に導入する空気（内気又は外気）を切り換えることができる。また、この導入側四方弁３６は、第一導入通路４４と加湿手段２６とを連絡し且つ第二導入通路４６と除湿手段２２とを連絡する第一モードと、第一導入通路４４と除湿手段２２とを連絡し且つ第二導入通路４６と加湿手段２６とを連絡する第二モードとを備え、前記第一モードと前記第二モードとのいずれか一方のモードに切り換えられる。

排出側四方弁３８には、除湿手段２２の除湿経路２０と連絡して該除湿手段２２により除湿された空気を排出する第一排出通路５２が連通して設けられているとともに、加湿手段２６の加湿経路２４と連絡して該加湿手段２６により加湿された空気を排出する第二排出通路５４が連通して設けられ、また、室内吹出口４０に連絡する室内排出通路５６が連通して設けられ、更に、室外排出通路５８が連通して設けられている。

この排出側四方弁３８は、調温装置４から排出された空気を、車内又は車外に振り分ける役割を有している。この排出側四方弁３８が図３に示す実線の状態では、除湿経路２０を通ってきた空気を室内排出通路５６への調温空気として、一方、加湿経路２４を通ってきた空気を室外排出通路５８への排気空気として、振り分ける。この排出側四方弁３８を切り換えることにより、図３の実線と破線とを切り換えることができ、調温装置４から出てくる空気を切り換えることができる。

導入側四方弁３６及び排出側四方弁３８は、共に、後述の内外気アクチュエータ９０（図２参照）によって夫々を独立して駆動される。

除湿手段２２は、図１、図３に示す如く、前記第一導入通路４４及び前記第二導入通路４６から導入した空気を、第一ブロアファン６の駆動により、デシカントロータ１０の処理側２８と、熱交換器１２と、ペルチェ素子１４の吸熱面３２との順に通過させることにより除湿する除湿経路２０を構成するものである。

加湿手段２６は、図１、図３に示す如く、前記第一導入通路４４及び前記第二導入通路４６から導入した空気を、第二ブロアファン８の駆動により、熱交換器１２と、ペルチェ素子１４の放熱面３４と、ヒータコア１８と、デシカントロータ１０の再生側３０との順に通過させることにより加湿する加湿経路２４を構成するものである。

モードドア４２・４２は、室内排出通路５６からの調温空気を車室吹出口４０の各口部（４０−１、４０−２、４０−３）に振り分ける装置であり、後述するモード（ＭＯＤＥ）アクチュエータ９８（図２参照）によって駆動制御される。このモードドア４２・４２の駆動制御により、室内排出通路５６からの調温空気は、車室内のフロントガラスに吹き付けるデフロスタ口部４０−１、乗員の上半身に吹き付ける換気口部４０−２、乗員の下半身に吹き付ける足元口部４０−３の各モード（ＭＯＤＥ）に振り分けられる。図３においては、モードドア４２・４２が、換気口部４０−２を開放しており、室内排出通路５６からの調温空気は、換気口部４０−２から吹き出すことを意味している。

空気調和装置２は、図３に示す如く、制御手段６０を備えている。この制御手段６０は、エアコン制御部（ＥＣＵ）６２とエアコンパネル６４とからなる。エアコン制御部（ＥＣＵ）６２のコントロールユニット６６には、少なくとも中央演算装置（ＣＰＵ）６８と、読出専用メモリ（ＲＯＭ）７０と、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７２と、入出カポート（Ｉ／Ｏ）７４等が設けられている。

エアコン制御部６２は、外気温度を検出する外気温センサ７６と、外気湿度を検出する外湿度センサ７８と、室内の内気温度を検出する内気温センサ８０と、室内の内気湿度を検出する内湿度センサ８２と、エンジンの冷却水温度を検出する水温センサ８４と、日射量を検出する日射センサ８６とに連絡し、これら各センサからのセンシング情報を入力する。なお、上記の水温センサ８４は、ヒータコア１８に流入するエンジンの冷却水の液温を測定するための素子である。

また、エアコン制御部６２は、ＨＶＣＡモジュール８８において、前記導入側四方弁３６と前記排出側四方弁３８とを夫々独立して駆動する内外気アクチュエータ９０と、前記第一ブロアファン６と前記第二ブロアファン８とを夫々独立して駆動するブロアファンアクチュエータ９２と、前記デシカントロータ１０を一定速度で回転駆動するデシカントロータアクチュエータ９４と、ペルチェ素子１４に直流電流を流すペルチェモジュール駆動回路９６と、室内吹出口４０の各口部を切り換えるモード（ＭＯＤＥ）アクチュエータ９８とに連絡し、これらを駆動制御する。

即ち、このエアコン制御部６２は、エアコンパネル６４からの温度、湿度、風量、モード（ＭＯＤＥ）、内外気取込口等の設定情報、各センサ（外気温センサ７６、外湿度センサ７８、内気温センサ８０、内湿度センサ８２、水温センサ８４、日射センサ８６）からのセンシング情報を入力し、所定のプログラムに従って制御信号に変換し、各アクチュエータ（内外気アクチュエータ９０、ブロアファンアクチュエータ９２、モータ等からなるデシカントロータアクチュエータ９４、ペルチェモジュール駆動回路９６、モードアクチュエータ９８）を駆動する。

この制御手段６０は、前記第一モードと前記第二モードとのいずれか一方のモードに切り換えるように導入側切換手段である導入側四方弁３６を切り換え作動し、また、導入側四方弁３６により第一モードを選択した時には、第一排出通路５２と室内排出通路５６とを連絡し且つ第二排出通路５４と室外排出通路５８とを連絡し、導入側四方弁３６により第二モードを選択した時には、第一排出通路５２と室外排出通路５８とを連絡し且つ第二排出通路５４と室内排出通路５６とを連絡するように排出側切換手段である排出側四方弁３８を切り換え作動する。

つまり、制御手段６０は、第一導入通路４４と加湿経路２４とを連絡し且つ第二導入通路４６と除湿経路２０とを連絡する第一モード（図３の除湿冷房運転）と、第一導入通路４４と除湿経路２０とを連絡し且つ第二導入通路４６と加湿経路２４とを連絡する第二モード（図５の加湿暖房運転）とに、前記導入側四方弁３６及び前記排出側四方弁３８を作動制御するものである。具体的には、導入側四方弁３６により第一モードを選択すると、図３、図４に示す如く、空気調和装置２を除湿冷房運転とし、一方、導入側四方弁３６により第二モードを選択すると、図５、図６に示す如く、空気調和装置２を加湿暖房運転とし、また、導入側四方弁３６により第一モードを選択した後に、熱電素子であるペルチェ素子１４に流す電流の向きを変えることにより、図７、図８に示す如く、空気調和装置２を除湿暖房運転とする。

なお、空気調和装置２は、図示しないが、１２Ｖの鉛バッテリ等の電源を用いて駆動される。

次に、この実施例の作用を説明する。

空気調和装置２の運転においては、導入側四方弁３６の切り換えと、排出側四方弁３８の切り換えとにより、除湿冷房運転や加湿暖房運転等を実現することができる。

先ず、空気調和装置２の除湿冷房運転（第一モード）は、乗員からの温度設定要求が現在の内気温センサ８０の値より低く、また、湿度設定要求が現在の内湿度センサ８２の値より低い時に、使われる。

この除湿冷房運転においては、導入側四方弁３６と排出側四方弁３８とを図３の実線で示すように切り換えて、つまり、図３に示す如く、導入側四方弁３６が、第一導入通路４４と加湿側導入通路５０とを切り換え連絡するとともに、第二導入通路４６と除湿側導入通路４８とを切り換え連絡し、一方、排出側四方弁３８が、第一排出通路５２と室内排出通路５６とを切り換え連絡するとともに、第二排出通路５４と室外排出通路５８とを切り換え連絡し、これにより、除湿経路２０には、第二導入通路４６からの外気（図４の点Ａ）を取り込むとともに、加湿経路２４には、第一導入通路４４からの内気（図４の点Ｅ）を取り込む。この除湿冷房運転では、図４に示す如く、空気温度と絶対湿度との状態線図で運転される。

そして、この除湿冷房運転において、先ず、点Ａの第二導入通路４６からの外気は、図１、図３に示す如く、第一ブロアファン６によって調温装置４内に送られ、デシカントロータ１０の処理側２８を通過し、そして、この処理側２８を通過する際に、内部の除湿剤と接触して除湿される。

このとき、図４に示す如く、点Ａの空気は、等エンタルピ過程で状態変化を起こし、温度の上昇、絶対湿度の低下を起こして、点Ｂの状態となる。この点Ｂの空気は、熱交換器１２へと導入され、加湿経路２４に送られる点Ｅの空気と熱交換を行う。この点Ｅの空気は、第一導入通路４４からの内気が第二ブロアファン８によって調温装置４内に導入されたものである。

また、点Ｂの空気は、点Ｅの空気に対して放熱を行い、温度が低下して、点Ｃの状態となる。逆に、点Ｅの空気は、吸熱して点Ｆの状態となる。点Ｃの空気は、ペルチェ素子１４の吸熱面３２を通過し、熱が吸収されて点Ｄの状態となり、調温装置４から排出側四方弁３８に向かって放出される。

この排出側四方弁３８は、図３の実線で示すように、第一排出通路５２と室内排出通路５６とを切り換え連絡するとともに、第二排出通路５４と室外排出通路５８とを切り換え連絡し、除湿経路２０を通ってきた空気を、室内排出通路５６から調温空気として車内に吹出す経路を選択する。

図４に示す如く、点Ｄの空気は、モードドア４２・４２に遮られていない換気口部４０−２より車内に吹き出される。この点Ｄの空気は、点Ａの空気に比べて、低温且つ低湿の空気となり車室内を除湿冷房できる。

一方、図４に示す如く、加湿経路２４の点Ｆの空気は、ペルチェ素子１４の放熱面３４を通過し、加熱され点Ｇの状態となり、さらに、ヒータコア１８に導入され、エンジンの冷却水によりさらに加熱されて、点Ｈの状態となる。この点Ｈの空気は、デシカントロータ１０の再生側３０を通過し、処理側２８で吸収された水分を奪い取る。つまり、点Ｈの空気は、再生側３０を通過することで、等エンタルピ過程で状態変化を起こし、温度の低下、絶対湿度の上昇を起こして、点Ｉの状態となり、調温装置４から排出側四方弁３８に向かって放出される。

デシカントロータ１０の再生側３０は、高温の空気が通過したことで、再び、水分吸収能力を回復し、回転移動して、処理側２８へと回り、除湿経路２０に入ってきた空気を除湿できる。また、加湿経路２４を通ってきた点Ｉの空気は、排出側四方弁３８では、図３の実線で示すように、車外排出通路５８への排気空気として振り分けられ、最終的に、車外へ排出される。このとき、車内には、点Ｄの空気が入り、乗員、車室内を冷房した後、第一導入通路４４からの内気として、加湿経路２４へ回されることになる。

そして、このときの空気を、点Ｄ’とする。この点Ｄ’の空気は、熱交換器１２にて、点Ｂの空気と熱交換することになる。しかし、最初に熱交換したＥ点の空気に比べ、Ｄ’点の空気は、低温であることから、熱交換効率が上昇し、点Ｂではたくさん放熱できることとなり、これにより、最終的には、点Ｄの空気よりもさらに低温の空気を車内に導入することが可能となる。

この方法では、車内には、常に、第二導入通路４６からの外気を取り込んだ新鮮な空気を導入することができる。但し、第二導入通路４６からの外気が新鮮でない場合は、この限りではない。つまり、この外気の悪臭等の問題により、内気循環で冷房を行いたい場合もある。

この場合には、導入側四方弁３６を作動操作し、第一導入通路４４からの内気を除湿経路２０に導入するように内外気アクチュエータ９０を作動操作すればよい。これにより、第一導入通路４４からの内気は、除湿経路２０内の、デシカントロータ１０の処理側２８、ペルチェ素子１４の吸熱面３２等を通ることが可能となり、除湿冷房される。この除湿冷房された空気は、排出側四方弁３８を作動操作して、車内排出通路５６への調温空気として車内に吹き出す経路を選択することで、内気循環経路を達成することができる。

次に、空気調和装置２の加湿暖房運転（第二モード）は、乗員からの温度設定要求が現在の内気温センサ８０の値より高く、また、湿度設定要求が現在の内湿度センサ８２の値より高い時に使われる。

この加湿暖房運転においては、導入側四方弁３６と排出側四方弁３８とを図５の実線で示すように切り換えて、つまり、図５に示す如く、導入側四方弁３６が、第一導入通路４４と除湿側導入通路４８とを切り換え連絡するとともに、第二導入通路４６と加湿側導入通路５０とを切り換え連絡し、一方、排出側四方弁３８が、第一排出通路５２と室外側排出通路５８とを切り換え連絡するとともに、第二排出通路５４と室内側排出通路５６とを切り換え連絡し、これにより、除湿経路２０には、第一導入通路４４からの内気（図６の点Ｊ）を取り込むとともに、加湿経路２４には、第二導入通路４６からの外気（図６の点Ｍ）を取り込む。この加湿暖房運転時には、調温装置４のペルチェ素子１４は、駆動しない。この除湿冷房運転では、図６に示す如く、空気温度と絶対湿度との状態線図で運転される。

この加湿暖房運転において、先ず、点Ｊの第一導入通路４４からの内気が、第一ブロアファン６によって調温装置４内に送られ、デシカントロータ１０の処理側２８を通過し、そして、この処理側２８を通過する際に、内部の除湿剤と接触し、除湿される。このとき、点Ｊの空気は、等エンタルピ過程で状態変化を起こし、温度の上昇、絶対湿度の低下を起こして、点Ｋの状態となる。この点Ｋの空気は、熱交換器１２へと導入され、加湿経路２４に送られる点Ｍの空気と熱交換を行う。この点Ｍの空気は、第二導入通路４６からの外気が第二ブロアファン８によって調温装置４内に導入されたものである。この点Ｋの空気は、点Ｍの空気に対して放熱を行い、温度が低下して点Ｌの状態となる。

逆に、点Ｍの空気は、吸熱して点Ｎの状態となる。点Ｌの空気は、ペルチェ素子１４の吸熱面３２を通るが、ペルチェ素子１４が、加湿暖房時においては駆動しないため、温度変化なく、調温装置４から排出側四方弁３８に向かって放出される。

この排出側四方弁３８は、図５の実線で示す如く、除湿経路２０を通ってきた空気を、車外排出経路５８への排出空気として車外へ放出する経路を選択し、点Ｌの空気は、車外へ放出される。

一方、加湿経路２４の点Ｎの空気は、ペルチェ素子１４の放熱面３４を通るが、ペルチェ素子１４が、加湿暖房時においては駆動しないため、温度変化なくヒータコア１８へ導入され、そして、このヒータコア１８では、エンジンの冷却水により加熱され、点Ｏの状態になる。この点Ｏの空気は、デシカントロータ１０の再生側３０を通過し、処理側２８で吸収された水分を奪い取る。つまり、点Ｏの空気は、再生側３０を通過することで、等エンタルピ過程で、状態変化を起こし、温度の低下、絶対湿度の上昇を起こして、点Ｐの状態となり、調温装置４から排出側四方弁３８に向かって放出される。

デシカントロータ１０の再生側３０は、高温空気が通過したことで、再び水分吸収能力を回復し、回転移動して、処理側２８への回り、除湿経路２０に入ってきた空気を除湿できる。そして、加湿経路２４から吹き出された点Ｐの空気は、排出側四方弁３８の図５における実線で示す経路を通り、車内排出経路５６への調温空気として車内に吹き出される。

点Ｐの空気は、図５におけるモードドア４２・４２に遮られていない足元口部４０−３から車内に吹き出される。この点Ｐの空気は、点Ｍの空気に比べて、高温且つ高湿の空気となり、車室内を加湿暖房することができる。そして、車内には、点Ｐの空気が入り、乗員、車室内を暖房した後、第一導入通路４４からの内気として、除湿経路２０へ回されることになる。

このときの空気を、点Ｐ’とする。この点Ｐ’の空気は、デシカントロータ１０の処理側２８へと入り、除湿剤によって除湿され点Ｑの空気となる。この点Ｑの空気は、熱交換器１２にて、点Ｍの空気と熱交換することになる。最初に熱交換した点Ｋの空気に比べ、点Ｑの空気は、高温であることから熱交換効率が上昇し、点Ｍではたくさん吸熱できることとなり、最終的には、点Ｐの空気よりもさらに高温の空気を車内に導入することが可能となる。

この方法では、車内には、常に、第二導入通路４６からの外気を取り込んだ新鮮な空気として導入できる。但し、第二導入通路４６からの外気が新鮮でない場合は、この限りではない。つまり、この第二導入通路４６からの外気の悪臭等の問題により、内気循環で暖房を行いたい場合もある。

この場合には、導入側四方弁３６を作動操作し、第一導入通路４４からの内気を加湿経路２４に導入するように内外気アクチュエータ９０を作動操作すればよい。これにより、第一導入通路４４からの内気は、加湿経路２４内の、ヒータコア１８、デシカントロータ１０の再生側３０等を通ることが可能となり、加湿暖房される。この加湿暖房された空気は、排出側四方弁３８を操作し、車内排出通路５６への調温空気として車内に吹出す経路を選択することで、内気循環経路を達成することができる。

ところで、通常、窓ガラスの曇り防止または曇り除去には、上記の除湿冷房運転を用い、デフロスタ口部４０−１から吹出すようにすればよいが、冷房まで行ってしまうと、春季や秋季などでは、乗員に冷温による不快感を与える可能性もある。

そこで、この実施例における空気調和装置２においては、除湿暖房運転を行って、ペルチェ素子１４に流す電流を制御して温度調節を行い、上記の不快感を解消する。

この空気調和装置２の除湿暖房運転は、乗員からの温度設定要求が現在の内気温センサ８０の値より高く、また、湿度設定要求が現在の内湿度センサ８２の値より低い時に使われる。

この除湿暖房運転においては、導入側四方弁３６と排出側四方弁３８とを図７の実線で示すように切り換えて、つまり、図７に示す如く、導入側四方弁３６が、第一導入通路４４と加湿側導入通路５０とを切り換え連絡するとともに、第二導入通路４６と除湿側導入通路４８とを切り換え連絡し、一方、排出側四方弁３８が、第一排出通路５２と室内排出通路５６とを切り換え連絡するとともに、第二排出通路５４と室外排出通路５８とを切り換え連絡し、これにより、除湿経路２０には、第二導入通路４６からの外気（図８の点Ａ）を取り込むとともに、加湿経路２４には、第一導入通路４４からの内気を取り込む。図８に示す如く、この除湿冷房運転では、空気温度と絶対湿度との状態線図で運転される（再生側３０の空気は、省略した）。

この除湿暖房運転において、第二導入通路４６からの外気を導入した点Ａの空気は、デシカントロータ１０の処理側２８にて処理され、点Ｂの空気になり、そして、熱交換器１２にて熱交換されて点Ｃの空気になる。

ここで、この除湿冷房運転時には、点Ｃの空気が、ペルチェ素子１４の吸熱面３２により冷却され、点Ｄの空気となるが、導入側四方弁３６により第一モードに選択された後に、ペルチェ素子１４に流す電流の向きを変えることにより、図７に示す如く、吸熱面３２と放熱面３４との位置を替えることができ、点Ｃの空気を加熱することもできる。つまり、空気調和装置２は、加熱により点Ｃの空気を、点Ｒの空気にすることができ、除湿暖房空気を車内に導入する、除湿暖房運転される。

また、ペルチェ素子１４に電流を流さない状態（ＯＦＦ）にすれば、点Ｃの空気を、そのまま車内排出通路５６への調温空気として車内に導入することも可能である。

従って、この実施例における空気調和装置２においては、室内の空気を導入する第一導入通路４４を設け、室外の空気を導入する第二導入通路４６を設け、前記第一導入通路４４及び前記第二導入通路４６から導入された空気を、水分の脱着再生可能な吸湿部材であるデシカントロータ１０の処理側２８、熱交換器１２、熱電素子であるペルチェ素子１４の吸熱面３２の順に通過させることにより除湿する除湿手段２２を構成し、前記第一導入通路４４及び前記第二導入通路４６から導入された空気を、前記熱交換器１２、前記ペルチェ素子１４の放熱面３４、ヒータコア１８、前記デシカントロータ１０のの再生側３０の順に通過させることにより加湿する加湿手段２６を構成し、前記除湿手段２２と連絡して該除湿手段２２により除湿された空気を排出する第一排出通路５２を設け、前記加湿手段２６と連絡して該加湿手段２６により加湿された空気を排出する第二排出通路５４を設け、前記第一導入通路４４と前記加湿手段２４とを連絡し且つ前記第二導入通路４６と前記除湿手段２２とを連絡する第一モードと、前記第一導入通路４４と前記除湿手段２２とを連絡し且つ前記第二導入通路４６と前記加湿手段２６とを連絡する第二モードとを備え、前記第一モードと前記第二モードとのいずれか一方のモードに切り換えられる導入側切換手段である導入側四方弁３６を設け、導入側四方弁３６により前記第一モードを選択した時には、第一排出通路５２と室内排出通路５６とを連絡し且つ第二排出通路５４と室外排出通路５８とを連絡するとともに、導入側四方弁３６により前記第二モードを選択した時には、第一排出通路５２と室外排出通路５６とを連絡し且つ第二排出通路５４と室内排出通路５６とを連絡するように切り換えられる排出側切換手段である排出側四方弁３８を設けている。

これにより、ペルチェ素子１４、水分の脱着再生可能な吸湿部材であるデシカントロータ１０、熱交換器１２、加熱源であるヒータコア１８等を適切に配置し、少ないエネルギで、室内を設定された温度及び湿度に調節することができ、また、除湿冷房、加湿暖房、除湿暖房の三つの運転モードを備えているので、どの季節においても、使用者の要求にこたえることが可能となる。

また、空気調和装置２は、導入側四方弁３６により前記第一モードを選択した時には、除湿冷房運転することから、常に、室外（外気）から取り込んだ新鮮な空気により、除湿冷房運転することができる。

更に、空気調和装置２は、導入側四方弁３６により前記第二モードを選択した時には、加湿暖房運転することから、常に、室外（外気）から取り込んだ新鮮な空気により、加湿暖房運転することができる。また、車両用においては、従来行えなかった運転モードを実現することが可能である。

更にまた、空気調和装置２は、導入側四方弁３６により前記第一モードを選択した後に、ペルチェ素子１４に流す電流の向きを変えることにより除湿暖房運転とすることから、ペルチェ素子１４に流す電流方向を変更するだけで、除湿冷房から除湿暖房へ切り換えることができる。

また、空気調和装置２を車両に搭載した場合には、低エネルギで空気調和装置２を稼動することができるので、エンジンヘの負荷を低減することが可能である。これにより、エンジンの燃料消費量を低減することが可能である。

即ち、この実施例の空気調和装置２によれば、車内からの内気と車外からの外気とを夫々独立して調温装置４に送り込める電気駆動可能な第一、第二ブロアファン６、８を備え、また、ゼオライト、シリカゲル、セビオライト、活性アルミナ、活性炭、塩化リチウム等の除湿能力を有する材料を単独、若しくは、組み合わせた除湿剤として有し、この除湿剤を、繊維バインダー等と共に円柱状に加工したデシカントロータ１０を備え、このデシカントロータ１０は、モータ等のデシカントロータアクチュエータ９４により回転可能であり、また、このデシカントロータ１０は、乾燥空気を作る処理側２８と吸収水分を熱風等により放出する再生側３０とが区分された形状である。

これにより、ペルチェ素子１４を用いた冷暖房部分、水分の脱着再生可能な吸湿部材であるデシカントロータ１０、熱交換器１２、加熱源であるヒータコア１８等を適切に配置することにより、従来使用されている空調装置に比べて、低エネルギで温度、湿度の調節が可能な空調装置を提供することができる。

つまり、この実施例における空気調和装置２は、従来の機械圧縮式ヒートポンプを用いた空調装置に比べ、湿度分を効率よく除去できるため、消費エネルギの少ない除湿冷房運転を行うことが可能である。また、従来の車両用の空調装置では行えなかった加湿暖房運転も行うことが可能である。更に、除湿冷房、加湿暖房、除湿暖房運転といった車両用の空調装置に必要な三つの運転モードを有することができ、オールシーズンで駆動可能な車両用の空調装置を提供することができる。

また、アルミプレート等をフィン状に加工し、二つの空気流を隔離しながら交差させ、互いの空気流の熱を交換できる熱交換器１２を備え、また、Ｎ型半導体とＰ型半導体を組み合わせて得られるペルチェ効果を持つペルチェ素子１４を備え、直流電流によりペルチェ素子１４の両面が吸熱面３２と放熱面３４とに分けられ、電流を逆流させれば、吸熱面３２と放熱面３４とが逆転するペルチェ素子１４であり、直流電流量、電流の逆転等を制御できるペルチェモジュール駆動回路９６を備え、更に、車両用のエンジン冷却水が流通し、空気の加熱源として利用できるヒータコア１８を備え、第一、第二ブロアファン６、８によって送風された調温装置４内の二つの空気流のうち、一つはデシカントロータ１０の処理側２８、熱交換器１２、ペルチェ素子１４の吸熱面３２を通る除湿経路２０、もう一つは、熱交換器１２、ペルチェ素子１４の放熱面３４、ヒータコア１８、デシカントロータ１０の再生側３０を通る加湿経路２４であり、車内からの内気と車外からの外気を分離して、調温装置４に振り分けられる導入側四方弁３６を備え、調温装置４から排出された空気を車内か車外かに振り分けられる排出側四方弁３８を備え、上記の二つの四方弁３６、３８は、モータ等の内外気アクチュエータ９０により、夫々独立で電気駆動可能であり、調温装置４によって調温された空気を車内に導入する際に、各吹き出しモードに分離できるモードドア４２・４２を備え、このモードドア４２・４２は、モータ等のモードアクチュエータ９８により電気制御可能であり、各吹き出しモードは、車室内のフロントガラスに吹き付けるデフロスタ口部４０−１、乗員の上半身に吹き付ける換気口部４０−２、乗員の下半身に吹き付ける足元口部４０−３の三種類を有し、上記の各アクチュエータ類、駆動回路等を一意的に制御できるエアコン制御部６２を備え、このエアコン制御部６２には、乗員からの設定情報を受け取ることができるようなエアコンパネル６４が備えられ、現在の温度や湿度情報、エンジン冷却水温などの情報をセンシングし、エアコン制御部６２にその情報を電子信号で知らせることができるセンサを備えている。

これにより、この実施例において、除湿、冷却、加熱、熱交換、除湿剤再生等をより効率的に行え、且つ、車両用に適した空調装置を提案することを目的としている。具体的には、ペルチェ素子１４による空気の冷却を行う前に、デシカントロータ１０の除湿剤による空気の除湿を行えば、結露の心配なく、冷房を行える。また、車両にはエンジンの冷却水があるので、その冷却水を加温するヒータコア１８を設け、デシカントロータ１０の除湿剤の再生温度を高温にし、吸着能力の再生に当てることができる。

また、冷暖房源であるペルチェ素子１４は、ＯＮ・ＯＦＦや強弱が自由に制御することができ、また、電流の向き等により、冷暖房の逆転等も制御することができる。また、除湿・加湿源であるデシカントロータ１０も、ＯＮ・ＯＦＦにより自由に制御できる。以上により、細かい温度制御、湿度制御が可能となる空気調和装置２を提供することができる。

なお、この発明は、上述の実施例に限定されず、種々応用改変が可能であることは、勿論である。

例えば、加湿暖房時には、加湿量によっては車室内の窓ガラスが曇ってしまうおそれがある。こういった場合は、図９のような構成にして、除湿経路２０を通ってきた空気の一部をデフロスタ口部４０−１から吹き出すようにすればよい。つまり、加湿暖房運転中は、図６の点Ｐの空気が足元口部４０Ｃより吹き出ているが、湿度の低い点Ｌの空気の一部をデフロスタ口部４０Ａから吹き出すことにより、窓ガラスの曇りを防止できるとするものである。

この場合、図９に示す如く、空気調和装置２は、第一排出通路５２から排出される排出空気の一部を車室内デフロスタ通路から排出できるような分岐通路を備えている。具体的には、除湿経路２０の出口にデフロスタ口部４０Ａにつながる分岐通路としてのバイパスライン１０２を設け、バイパスラインドア１０４によって風量を制御すればよい。バイパスライン１０２を使用しないときは、バイパスラインドア１０４を図９の点線位置まで動かすことで、バイパスライン１０２に風を流し込まず、通常の加湿暖房運転が可能となる。

この加湿暖房運転の制御に入るには、内湿度センサ８２から得られる車内の湿度（湿気）が、外気温センサ７６から得られる外気温によって結露するかどうかによって判断する。

また、乗員にデフロスタ口部４０−１と足元口部４０−３とから同時に風を吹き込ませるデフロスタ（ＤＥＦ）・足元（ＦＯＯＴ）モードを選択させるようにすることも可能である。また、バイパスラインドア１０４を、通常用いているモード（ＭＯＤＥ）ドア４２の一部として加工することも可能である。

これにより、この加湿暖房時において、フロントウィンドウ及びサイドウィンドウのみの曇りを防止することができるので、運転に支障なく加湿暖房をすることが可能となる。

また、空気調和装置２は、車両用に限定した空調装置であるが、一般の住宅用、オフィスや工場等の空調に用いることも可能である。この場合、ヒータコア１８に代わる熱源としては、電気ヒータ等を用いればよい。また、エンジン、マイクロガスタービン、燃料電池等の排熱を得られる機器の排熱を導入できる形をとることも可能である。

更に、ペルチェ素子１４の駆動電流の供給源は、必要電力に応じて別の電源から供給することも可能である。具体的に、電源は、ハイブリッド車に用いているハイブリッドバッテリ、電気自動車のバッテリ、燃料電池自動車の燃料電池等である。

また、車両ではなく、一般住宅、オフィス、工場などの空調に用いる場合は、室内の電気を導入する等して電力を供給することも可能である。

更にまた、第一、第二ブロアファン６、８は、二つにする必要はなく、ブロアファンを一つで除湿経路２０、加湿経路２４の二つの経路に独立して送風できる形状にすることも可能である。

温度センサと湿度センサとを統一して、温湿度センサモジュールとして配置することも可能である。

悪臭やタバコの煙等の汚染空気を清浄化するために、内気、外気の取り込み口近傍に、空気清浄用フィルタを設けることも可能である。

また、デシカントロータ１０に空気清浄機能を持たせて、フィルタの代わりをさせることも可能である。

更に、エアコンパネル６４にオートモードを設定できるボタンなどを追加することも可能である。この場合、センサの読み込み値から、自動でアクチュエータを駆動できるマップ等をエアコン制御部６２内に記憶させ、除湿冷房、加湿暖房、除湿暖房の各モードを自動で運転できるようにしてもよい。

また、ヒータコア１８に流すエンジン冷却水の流量を制御して、加湿暖房時の温度制御をより細かく制御することも可能である。具体的には、ヒータコア１８とエンジンの間の配管に、電気制御できる弁を取り付け、エアコン制御部６２等により、弁の開放度合いを制御し、エンジン冷却水の流量を制御すればよい。

日射センサ８６からの情報により、冷房を強くする制御を加えることも可能である。具体的には、日射が車内に侵入すると、乗員の上半身に直射する状態になり、腕や顔が熱くなり、不快感を与える。これを防ぐために、日射センサ８６により日射強度を測定し、ペルチェ素子１４の吸熱面３２の能力を制御することで、腕や顔の熱を取り除き、快適性を向上させることができる。

水温センサ８４からの情報により、車内に吹き込む風量を制御することも可能である。

つまり、除湿冷房時には、エンジンの冷却水の液温度が低い場合、デシカントロータ１０の再生側３０に吹き込む風の温度が低くなり、十分な除湿剤の再生が望めなくなる。この場合には、風量を弱くして、液温が上がるにつれて風量を強くしていき、除湿剤の再生温度を上げる制御を行うとよい。

また、この加湿暖房時においては、エンジンの冷却水の液温度が低いと、車内に冷風が吹き出るようになり、不快感を与える。この場合も、風量を弱くして、液温が上がるにつれて風量を強くしていき、不快感を与えない制御を加えるとよい。

調温空気の車内排気通路５６に調温空気温度センサや調温空気湿度センサ等を付けて、エアコン制御部６２に信号として伝達する手段を持たせることも可能である。この場合、車内に吹き出す空気の温度、湿度がわかり、設定温度、設定湿度になるまでのタイムラグも計算できるようになり、調温装置２の制御がより細かく設定できるようになる。

また、吸湿部材の処理側の手前に、この処理側の空気導入面域全体に空気を分散可能な空気分散部材を設けることにより、導入空気を処理側の空気導入面域全体に分散させて除湿性能を向上することが可能となる。

熱電素子（ペルチェ素子）、水分の脱着再生可能な吸湿部材（デシカントロータ）、熱交換器、加熱源（ヒータ）等を適切に配置することを、他の装置にも適用することができる。

空気調和装置のシステム構成図である。 空気調和装置の制御ブロック図である。 除湿冷房運転時における制御回路図である。 除湿冷房運転時における空気温度と絶対湿度との状態線図である。 加湿暖房運転時における制御路図である。 加湿暖房運転時における空気温度と絶対湿度との状態線図である。 除湿暖房運転時における制御回路図である。 除湿暖房運転時における空気温度と絶対湿度との状態線図である。 その他の変形例における加湿暖房運転時における制御回路図である。

符号の説明

２ 空気調和装置
４ 調温装置
６ 第一ブロアファン
８ 第二ブロアファン
１０ デシカントロータ
１２ 熱交換器
１４ ペルチェ素子
１６ ヒータ
１８ ヒータコア
２０ 除湿経路
２２ 除湿手段
２４ 加湿経路
２６ 加湿手段
２８ 処理側
３０ 再生側
３２ 吸熱面
３４ 放熱面
３６ 導入側四方弁
３８ 排出側四方弁
４０ 室内吹出口
４２ モードドア
４４ 第一導入通路
４６ 第二導入通路
４８ 除湿側導入通路
５０ 加湿側導入通路
５２ 第一排出通路
５４ 第二排出通路
５６ 室内排出通路
５８ 室外排出通路
６０ 制御手段
６２ エアコン制御部
６４ エアコンパネル
７６ 外気温センサ
７８ 外湿度センサ
８０ 内気温センサ
８２ 内湿度センサ
８４ 水温センサ
８６ 日射センサ
８８ ＨＶＣＡモジュール
９０ 内外気アクチュエータ
９２ ブロアファンアクチュエータ
９４ デシカントロータアクチュエータ
９６ ペルチェモジュール駆動回路
９８ モードアクチュエータ

Claims (1)

1. 室内の空気を調温あるいは調湿する空気調和装置において、室内の空気を導入する第一導入通路を設け、室外の空気を導入する第二導入通路を設け、前記第一導入通路及び前記第二導入通路から導入された空気を、水分の脱着再生可能な吸湿部材の処理側、熱交換器、熱電素子の吸熱面の順に通過させることにより除湿する除湿手段を設け、前記第一導入通路及び前記第二導入通路から導入された空気を、前記熱交換器、前記熱電素子の放熱面、ヒータ、前記吸湿部材の再生側の順に通過させることにより加湿する加湿手段を設け、前記除湿手段と連絡して該除湿手段により除湿された空気を排出する第一排出通路を設け、前記加湿手段と連絡して該加湿手段により加湿された空気を排出する第二排出通路を設け、前記第一導入通路と前記加湿手段とを連絡し且つ前記第二導入通路と前記除湿手段とを連絡する第一モードと、前記第一導入通路と前記除湿手段とを連絡し且つ前記第二導入通路と前記加湿手段とを連絡する第二モードとを備え、前記第一モードと前記第二モードとのいずれか一方のモードに切り換えられる導入側切換手段を設け、前記導入側切換手段により前記第一モードを選択した時には、前記第一排出通路と室内排出通路とを連絡し且つ前記第二排出通路と室外排出通路とを連絡するとともに、前記導入側切換手段により前記第二モードを選択した時には、前記第一排出通路と前記室外排出通路とを連絡し且つ前記第二排出通路と前記室内排出通路とを連絡するように切り換えられる排出側切換手段を設け、前記導入側切換手段により前記第一モードを選択した後に、前記熱電素子に流す電流の向きを変えることにより除湿暖房運転されることを特徴とする空気調和装置。

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