JP4853649B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両用空調装置に関する。

特開平８−４００４６号公報 特開２００１−２３９８２０号公報

車両には、複数の好みを有する乗員が同乗する場合が多いため、乗員毎に、湿度、温度、匂等を各人の好みに合わせることが望ましい。しかし、実際には、空気または気流に依存する温度、湿度あるいは（以下、これらを総称して「空調因子」ともいう）の切り分けは難しい。例えば、温度は車室内にて均一であり（噴出し口近辺のみ異なる）、匂いについては混ざってしまうと何のものか判らなくなる。従来は、同情する乗員の立場に優劣により車内全体の空調因子設定が決めており、ある特定の人以外は不満が残る環境になることも多かった。

そこで、特許文献１及び２には、車室内空間をシート別にエアカーテンで区切り、個々のシートの着座空間毎に空調因子を独立して制御する技術が開示されている。

しかし、エアカーテンは層状気流で車室内空間を区画するだけのものであり、エアカーテン気流が入り込みにくい区画空間内部の空調を別途考量する必要があり不経済であった。

本発明の課題は、車両内の予め定められたシートの着座空間を効果的に気流区画でき、かつその区画用の気流を区画対象空間の内部に有効に導入でき、空調効率を高めることができる車両用空調装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び作用・効果

上記の課題を解決するために、本発明の車両用空調装置は、車両内の予め定められたシートの着座空間に対し、当該着座空間の空調状態を他シートの着座空間の空調状態から分離する空調気流を、回転軸線方向が着座面と交差する竜巻状気流の形にてシートに着座する乗員毎に個別に発生させる竜巻発生機構を有し、前記竜巻発生機構は、前記着座面の上方に位置する車両天井部に下降気流の吹き出し口を開口する気流吹き出し機構と、前記シートに対し着座面より下方に前記下降気流を吸い込む吸い込み口を開口する気流吸い込み機構とを有し、前記気流吹き出し機構の前記吹き出し口に、前記下降気流を竜巻化するための旋回流形成手段が設けられ、前記気流吹き出し機構は、前記車両に搭載された主空調装置から、前記竜巻状気流の形成源となる空調気流が導入される、前記吹き出し口を下面側に開口する吹き出し中継チャンバーと、前記吹き出し中継チャンバー内にて前記吹き出し口に臨む位置に配置された吹き出しファンとを有することを特徴とする。この発明によると、車両のシートに、その着座空間（つまり、個々の乗員の占有空間）に竜巻状気流を個別発生する竜巻発生機構を設けた。回転軸線が着座面に対し交差する（つまり上下方向を向く）竜巻状気流により、個々の着座空間が気流区画され、他の着座空間の空調状態から有効に隔離できる。また、竜巻状気流は負圧により渦流の中心に吸い込まれるように流れるので、空調された区画用気流自体を区画対象空間の内部に有効に導入でき、空調効率を高めることができる。また、竜巻発生機構以外に、着座空間内を別途空調する機構を敢えて設ける必要もなくなる。さらに、竜巻状気流内の乗員の体臭や香水の匂等が隣の着座空間に漏れ出したりする不具合も生じにくい。

車両は自動車（特に乗用車）とすることができ、竜巻発生機構は、少なくとも該自動車の運転席と助手席とに個別に設けることができる。また、竜巻発生機構は、該自動車の後部シートにも設けることができる（後部シートが長いす形態の場合は、個々の着座スペース別に設けることができる）。このようにすることで、自動車の各乗員毎に独立性の高い空調空間を効率的に形成することができる。なお、竜巻発生機構を運転席にのみに設けたり、運転席と助手席とからなる前部シートスペース側に設け、後部シートは省略したりするなど、一部のシートにのみ竜巻発生機構を設ける態様も可能である。

次に、本発明の車両用空調装置においては、上記の竜巻状気流に芳香を導入する芳香導入機構を設けることができる。竜巻状気流により区画される個々の着座空間に好みの芳香を導入することができ、かつ、導入された芳香が他の着座空間に拡散する不具合を生じにくい。なお、芳香は、着座空間毎に複数種類の中から独立に選択できるようにしておくと、乗員の好みに合う芳香を随時使用でき、また、隣接する着座空間の異種の芳香と混ざり合ってしまうことも防止できる。

また、本発明の車両用空調装置においては、竜巻状気流の吹き出し温度を調整する吹き出し温度調整機構を設けることができる。これにより、着座空間毎に空調気流の温度を自由に調整することができるようになり、乗員別に適正な空調温度を享受できるので、特定の人以外が暑すぎたり寒すぎたり感じる不満が生じない。

また、竜巻状気流を加湿する加湿機構を設けることができる。これにより、着座空間毎に空調気流の湿度を適度に高めることができるようになり、特に、冬季の暖房使用時には乾燥した空調気流を適度に加湿することにより、肌や喉に優しい空調空間を、着座空間毎に独立して創生することができる。

竜巻発生機構は、竜巻状気流を車両天井側から床面側に向う下降気流形態で発生させるものとして構成できる。車室内では、床面は土足による泥の持ち込みが多く、埃等も滞留しやすいため、上記のような下降気流形態とすることで、それら泥や埃とうの巻き上がりが防止でき、空調気流をより清浄に保つことができる。また、竜巻の吸引力は意外に強く、上昇気流形態を採用した場合、着衣によっては上に引かれることで思わぬ事態を招来することもありえる。しかし、下降気流形態を採用すればそのような心配も解消できる。

上記の竜巻発生機構は、シートの着座面上方に竜巻状気流を、車両天井側にて着座面側よりも渦旋回寸法が大きくなるように発生させるものとすることができる。このようにすると、発生する竜巻の形状が、着座状態の乗員の上半身前方にて大きく下半身側に向うほど縮小する着座空間にうまく適合し、乗員周囲の空間をより漏れなく一様に空調することができる。また、着座面側で渦旋回寸法を小さくすることで、旋回流をより顕著に発生させることができ、空調状態の隔離性を高めることができる。

この場合、竜巻発生機構は、着座面の上方に位置する車両天井部に下降気流の吹き出し口を開口する気流吹き出し機構と、シートに対し着座面より下方に下降気流を吸い込む吸い込み口を開口する気流吸い込み機構とを有し、それら気流吹き出し機構と気流吸い込み機構との少なくともいずれかに、下降気流を竜巻化するための旋回流形成手段が設けることができる。乗員の着座により塞がれる着座面よりも下方に気流吸い込み機構の吸い込み口を開口し、気流吹き出し機構の吹き出し口を天井に開口することにより、下降気流形態の竜巻状気流をより効率的に発生させることができる。特に、吸い込み口をシートの座部の前方側側面に開口する形で設ければ、より上記の効果を高めることができる。

上記の構成においては、気流吹き出し機構は、吹き出し口を下面側に開口する吹き出し中継チャンバーを有するものとして構成できる。この吹き出し中継チャンバーには、車両に搭載された主空調装置（エアコン）から、竜巻状気流の形成源となる空調気流を導入することができる。この構成によると、主空調装置にて空調済みの（例えば、温度ないし湿度が予め調整された）気流を吹き出し中継チャンバーを介して吹き出し口に供給するので、該中継チャンバーにて竜巻状気流として吹き出し前の気流に対し、種々の調整処理を容易に行なうことができる。

例えば、吹き出し中継チャンバーに、空調気流に芳香を導入する芳香導入通路を連通接続しておけば、吹き出し前の気流に好みの芳香を容易に付与することができる。また、吹き出し中継チャンバーに、該吹き出し中継チャンバーに導入される空調気流の温度が予め定められた上限閾温度を超えているか、又は下限閾温度未満である場合に、該空調気流を補助冷却又は補助加熱する補助温調機構を設けることもできる。例えば、主空調装置（エアコン）から供給される気流は、その起動直後は吹き出し中継チャンバーに至る供給側流通系のクールダウン（例えば、夏季）あるいはウォームアップ（例えば、冬季）が十分に進んでおらず、適正な温度の気流が吹き出せないことがある。しかし、上記のような補助温調機構を設けておけば、そのような供給元の空調気流をより速やかに適正温度に調整して吹き出すことが可能となる。

補助温調機構は、吹き出し中継チャンバー内に特化された局所機構であって、温調動作の即効性がなるべく高いものを使用することが望ましく、例えばペルチェモジュールとして構成されたものを採用することができる。ペルチェモジュールには冷凍機を使用するエアコンのような冷媒配管は全く不要であり、ペルチェモジュールへの電気配線を引き込む程度でよいので構成を大幅に簡略化できる。また、エンジンを始動せずとも、ペルチェモジュールへの電力供給さえなされれば動作が可能であり、温調動作の即効性が高い。さらに、通電極性の反転により冷却機構としても過熱機構としても、いずれでも使用できる利点がある。

気流吹き出し機構は、天井面に沿って形成される吹き出しスリットから層状下降気流を斜め下方に吹き出す複数の単位吹き出し通路部が、各吹き出しスリットの吹き出し傾斜側に位置する末端が、隣接する吹き出しスリットの長手方向途中位置に各々望む位置関係にて、天井面に沿う多角形状の周回経路に沿って配置されたものとして構成できる。この場合、それら単位吹き出し通路部が旋回流形成手段を形成することとなる。この構成によると、スリットにより流速の高められた気流が各単位吹き出し通路部から層状（カーテン状）に吹き出される。このとき、各吹き出しスリットの吹き出し傾斜側に位置する末端が、隣接する吹き出しスリットの長手方向途中位置に各々望む位置関係にて配置されているので、スリットから斜め下方に吹き出される層状気流が、その傾斜方向に隣接するスリットからの層状気流に衝突する。このような層状気流の衝突が、多角形状の周回経路に沿う個々のスリットにて発生することで、上記周回経路に沿う方向への渦流が発生し、竜巻状気流が効果的に形成される。特に、スリット状の単位吹き出し通路部の総数を４とし、それらを正方形状の周回経路に沿って井桁状に配置した場合に渦流発生効果が高い。なお、本発明において「スリット」とは、上記経路に沿って連続形態に形成された細長い孔部の他、上記経路に沿って断続形成された孔部群からなるものも概念に含む。また、スリットを配列する上記周回経路は、シートに着座する乗員の頭上を取り囲むように設定することが、竜巻状気流の乗員に対する相対的な発生位置を適正化する上で望ましい。

また、気流吸い込み機構は、下降気流を該吸い込み口から渦流形態に吸い込む渦流吸い込みファンを有してなるものとして構成できる。各吹き出しスリットからの層状気流の相互衝突により生じた渦流を、気流吸い込み機構側で渦流形態に吸い込むことで、竜巻状気流をより確実に発生させることができる。特に、吸い込み口が座部の前方側側面に開口している場合のように、吸い込み口形成面の法線方向が、吹き出し口側（天井側）の渦中心軸方向と一致していない場合であっても、該吹き出し口側にて発生した竜巻の中心軸線を吸い込み口側に強制的に曲げながら、竜巻状気流を安定的に発生させることができる。

この場合、気流吸い込み機構は、前端面側に吸い込み口を開口するガイド筒を有し、該ガイド筒の後端側開口部に臨む位置に渦流吸い込みファンを配置することができる。そして、渦流吸い込みファンの吸い込み下流側に吹き出される排出気流の一部をガイド筒の内側に戻す気流戻り通路が設け、ガイド筒の内周面に、該気流戻り通路からの戻り気流を、当該内周面の周方向における複数箇所にて、渦流吸い込みファンの回転接線方向から半径方向内側に向けて所定角度傾斜させた渦巻き込み方向に吹き出す戻り気流吹き出し通路部を形成することができる。このようにすると、吸い込みファンが吸い込んだ気流の一部を吸い込み側のガイド筒側に還流させ、その還流気流を渦巻き込み方向に吹き出すことにより、吸い込み口側にて竜巻状気流の渦流状態をより安定的に維持することができる。

上記の複数の竜巻発生機構が、対応する複数のシートに対して個別に設けられている場合、それら複数の竜巻発生機構の動作を独立に制御する竜巻発生機構独立制御手段を設けることができる。これにより、各シートの乗員毎に、竜巻状気流の発生状態を所望の内容に調整することができる。また、竜巻状気流として吹き出し前の気流の温度、加湿、芳香付与といった調整処理も独立して制御を行なうことができ、気流の空調状態も各シートの乗員毎に、好みの内容に調整することができる。この場合、制御対象となる竜巻発生機構を選択する制御対象竜巻発生機構選択手段を設けることができ、竜巻発生機構独立制御手段は、選択された竜巻発生機構についてのみ動作制御を行なうものとして構成できる。この選択は着座したユーザー操作に基づいて行なうこともできるし、ユーザー操作とは無関係に車両側にて自発的に行なうことも可能である。

例えば、制御対象竜巻発生機構選択手段にシートへの乗員の着座を検出する着座検出手段を設け、制御対象竜巻発生機構選択手段を、該乗員の着座検知されたシートに対応する竜巻発生機構を制御対象として選択するよう構成することができる。このようにすると、着座のあるシートに対してのみ竜巻発生機構の動作制御が行なわれるので効率的である。

次に、竜巻発生機構を複数設ける場合、車両の互いに隣接するシート対（左右又は前後）に対し、それらシート間で旋回方向が互いに逆となるように竜巻状気流を個別に発生させるものとして構成することができる。これにより、竜巻状気流の隣接位置での渦流回転接線方向が一致し、両竜巻状気流が相殺減衰することを効果的に防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態を示す車両用空調装置の模式図である。車両用空調装置１は、車両内のシート１００の着座空間に対し、当該着座空間の空調状態を他シート１００の着座空間の空調状態から分離する空調気流を、回転軸線方向が着座面４Ｙと交差する竜巻状気流ＴＮの形にて、シート１００に着座する乗員ＨＫ毎に個別に発生させる竜巻発生機構１３０を有してなる。この実施形態において車両は、図２に示すごとく自動車（乗用車）Ａであり、竜巻発生機構１３０は、該自動車Ａの運転席１００ＦＲ、助手席１００ＦＬ及び両後部シート１００ＲＲ，ＲＬに個別に設けられている。

図１に戻り、竜巻発生機構１３０は、竜巻状気流ＴＮを車両天井側から床面側に向う下降気流形態で発生させるものとして構成されている。車室内では、床面は土足による泥の持ち込みが多く、埃等も滞留しやすいため、上記のような下降気流形態とすることで、それら泥や埃とうの巻き上がりが防止でき、空調気流ＡＰをより清浄に保つことができる。また、竜巻の吸引力は意外に強く、上昇気流形態を採用した場合、着衣によっては上に引かれることで思わぬ事態を招来することもありえる。しかし、下降気流形態を採用すればそのような心配も解消できる。

上記の竜巻発生機構１３０は、シート１００の着座面４Ｙ上方に竜巻状気流ＴＮを、車両天井側にて着座面４Ｙ側よりも渦旋回寸法が大きくなるように発生させるものとされ、着座状態の乗員ＨＫの上半身前方にて大きく下半身側に向うほど縮小する着座空間にうまく適合した竜巻形状となっている。具体的には、着座面４Ｙの上方に位置する車両天井部に下降気流ＤＳの吹き出し口２１Ｓを開口する気流吹き出し機構５と、シート１００に対し着座面４Ｙより下方に下降気流ＤＳを吸い込む吸い込み口６Ｓを開口する気流吸い込み機構６とを有する。吸い込み口６Ｓは、シート１００の座部４の前方側側面に開口する形で設けられている。

図３に示すように、気流吹き出し機構５は、吹き出し口２１Ｓを下面側に開口する吹き出し中継チャンバー２０を有する。この吹き出し中継チャンバー２０には、車両に搭載された主空調装置１４０（エアコン：図６）からの、竜巻状気流ＴＮの形成源となる空調気流ＡＰが主通路１３を介して導入される。空調気流ＡＰは、該中継チャンバー２０にて竜巻状気流ＴＮとして吹き出し前に、種々の調整処理がなされる。また、主通路１３には後述の加湿機構３１（図６）からの加湿空気が導入される。

具体的には、吹き出し中継チャンバー２０に、空調気流ＡＰに芳香ＡＳを導入する芳香導入通路１４が連通接続され、吹き出し前の気流に好みの芳香ＡＳを容易に付与できるようになっている。芳香導入通路１４には図６の香発生機構３０が接続されている。この香発生機構３０は、芳香剤のタンク（液状芳香剤であれば霧化機が随伴する）あるいはボンベ３０Ｂと、その芳香導入通路１４への供給量を調整する電磁バルブ３０Ｖ等を有するもので、香りの異なる複数種の芳香剤を適宜選択できるよう複数組が設けられている。

また、吹き出し中継チャンバー２０には温調機構１１が設けられている。該温調機構１１は、起動直後の主空調装置１４０（エアコン）から供給されるクールダウン（夏季）ないしウォームアップ（冬季）の十分に進んでいない気流を、適正な温度に予備温調するとともに、気流が主空調機構１４０側で標準温度に温調された後は、乗員の好みの設定値に補助調整する役割を果たす。本実施形態では該温調機構はペルチェモジュール１１として構成されている。

ペルチェモジュール１１は、一方の面が吸熱面（つまり、冷却側）、他方の面が放熱面となるように、厚さ方向に直流通電駆動される周知のペルチェ素子５１と、順方向通電時に冷却側となる面に密着配置される金属製の冷却ブロック５２と、同じく放熱側となる面に密着配置される金属製の放熱用ヒートシンク５３とを有する。放熱用ヒートシンク５３の裏面には放熱を促進するための図示しないフィンが一体化される。

図８は、上記ペルチェモジュール１１を駆動するペルチェドライバ１０の回路構成例を示すものである。駆動電源は、ペルチェ素子への過電圧印加防止を考慮して、絶縁型に構成されている。具体的には、車載バッテリー電圧＋Ｂを入力電圧として受電する入力側ＤＣ電源１５０を有し、そのＤＣ出力電圧が、昇圧用発振回路１５３により駆動される昇圧スイッチング用トランジスタ１５２（本実施形態ではパワーＦＥＴにて構成され、昇圧スイッチング周波数は１０〜３０ｋＨｚ：例えば、１５ｋＨｚ）によりスイッチングされつつ、昇圧用のトランス１５１の１次側に入力される。該トランス１５１の２次側昇圧出力電圧は８〜１５Ｖ（例えば１２Ｖ）である。なお、昇圧用発振回路１５３は、トランス１５１の一次側インダクタンスの一部を流用した自励式発振回路として構成されている。

トランス１５１の２次側昇圧出力電圧は、ダイオード１５４Ｄにより半波整流され、さらにコンデンサ１５４Ｃにより平滑化された後、ＰＷＭスイッチング用トランジスタ１５５に入力される。ＰＷＭスイッチング用トランジスタ１５５はパワーＦＥＴにて構成され、ＥＣＵ１０３が決定するデューティ比（例えば５０〜１００％）にてＰＷＭスイッチングされる。ＥＣＵ１０３は、乗員の体温と車室温とに応じて、このデューティ比を適宜調整することにより、ペルチェ素子の出力調整を行なう。ＰＷＭスイッチング用トランジスタ１５５は、ゲート駆動用トランジスタ１５６を介してフォトカプラ１６３によりスイッチングされる。

ペルチェ素子は導通断面積の大きい金属導体として構成されているので、ＰＷＭスイッチング電圧波形をペルチェ素子へ直接入力すると、波形エッジでの電流遮断時に渦電流が発生し、目的の極性と逆方向の電圧が供給されて冷却効率を低下させるジュール熱が多量に発生するので好ましくない。そこで、本実施形態では、コイル１５８とコンデンサ１５９とを有した駆動平滑化回路２０１により、上記ＰＷＭスイッチング電圧波形をディーティ比に応じた直流駆動電圧（出力電圧範囲は、例えば６〜１２Ｖ：出力電流範囲は、例えば３〜６Ａ）として平滑化し、極性切替スイッチ１６０を介してペルチェモジュール１１に供給するようにしている。なお、ＰＷＭスイッチング周波数は例えば１〜５ｋＨｚであり、昇圧スイッチング周波数よりも小さく設定される。

極性切替スイッチ１６０は、本実施形態ではリレースイッチとして構成され、リレー駆動トランジスタ１６２を介してフォトカプラ１６５により動作制御される（ここでは、リレー駆動トランジスタ１６２がＯＦＦのとき、端子１６０Ａが電源入力／端子１６０Ｂが接地となり（順方向極性）、同じくＯＮのときは端子１６０Ａが接地／端子１６０Ｂが電源入力となるよう（逆方向極性）、スイッチ１６０が切り替わる）。

なお、本実施形態では車載バッテリー電圧＋Ｂの変動を補償するために昇圧回路を組み込んでいるが、ペルチェ素子の動作が保障できる場合、例えば、ペルチェ素子への駆動出力電圧範囲が車載バッテリー電圧＋Ｂの変動範囲よりも常時小さいことが保障できる場合には、この昇圧回路を省略することも可能である。この場合、ペルチェ素子への出力段に電圧モニタリング部を追加し、ＰＷＭスイッチングのデューティ比制御にこれをフィードバックして電圧を安定化するレギュレータ部を追加すればよい。また、ペルチェ素子への駆動出力電圧が車載バッテリー電圧＋Ｂの変動範囲を若干上回る場合にあっても、該レギュレータ部を周知の昇圧型ステップアップ回路として構成すれば、昇圧回路は同様に省略できる。

図３に戻り、気流吹き出し機構５は、吹き出しファン１２を有する。この吹き出しファン１２は、本実施形態では吹き出し中継チャンバー２０内にて吹き出し口２１Ｓに臨む位置に配置されている。吹き出し口２１Ｓは複数の吹き出しスリット２１Ｓからなる。具体的には、天井面に沿って形成される吹き出しスリット２１Ｓから層状下降気流ＤＳを斜め下方に吹き出す複数の単位吹き出し通路部２１が突出形成されている。図４に示すように、これらの単位吹き出し通路部２１は、各吹き出しスリット２１Ｓの吹き出し傾斜側に位置する末端が、隣接する吹き出しスリット２１Ｓの長手方向途中位置に各々望む位置関係にて、天井面に沿う多角形状の周回経路に沿って配置されている（単位吹き出し通路部２１が旋回流形成手段を形成する）。図３に示すように、スリットにより流速の高められた気流が各単位吹き出し通路部２１から層状（カーテン状）に吹き出される。このとき、各吹き出しスリット２１Ｓの吹き出し傾斜側に位置する末端が、隣接する吹き出しスリット２１Ｓの長手方向途中位置に各々望む位置関係にて配置されているので、スリットから斜め下方に吹き出される層状気流が、その傾斜方向に隣接するスリットからの層状気流に衝突する。このような層状気流の衝突が、多角形状の周回経路に沿う個々のスリットにて発生することで、上記周回経路に沿う方向への渦流、すなわち竜巻状気流ＴＮが発生する。本実施形態では、スリット状の単位吹き出し通路部２１の総数は４であり、それらを正方形状の周回経路に沿って井桁状に配置している。また、スリットを配列する上記周回経路は、シート１００に着座する乗員ＨＫの頭上を取り囲むように設定されている。

次に、気流吸い込み機構６は、下降気流ＤＳを該吸い込み口６Ｓから渦流形態に吸い込む渦流吸い込みファン６２を有する。各吹き出しスリット２１Ｓからの層状気流の相互衝突により生じた渦流は、気流吸い込み機構６側で渦流形態に吸い込まれ、竜巻状気流ＴＮの発生状態が安定的に維持される。また、吸い込み口６Ｓは座部４の前方側側面に開口しており、吸い込み口６Ｓ形成面の法線方向は、吹き出し口２１Ｓ側（天井側）の渦中心軸方向と一致していない。しかし、吸い込み口６Ｓ側にて竜巻状気流ＴＮは、中心軸線が吸い込み口６Ｓ側に強制的に曲げられつつ渦流形態に吸い込まれることとなる。

また、気流吸い込み機構６は、前端面側に吸い込み口６Ｓを開口するガイド筒６４を有し、該ガイド筒６４の後端側開口部に臨む位置には気流排出筒６３（車外又は自動車の空調用排気ダクトに連通している）が設けられ、その内部に渦流吸い込みファン６２が配置されている。また、渦流吸い込みファン６２の吸い込み下流側には、気流排出筒６３に一端が連通する形で、吹き出される排出気流の一部をガイド筒６４の内側に戻す気流戻り通路６５が設けられている。そして、ガイド筒６４の内周面には、図５に示すように、該気流戻り通路６５からの戻り気流を、当該内周面の周方向における複数箇所にて、渦流吸い込みファン６２の回転接線方向から半径方向内側に向けて所定角度傾斜させた渦巻き込み方向に吹き出す戻り気流吹き出し通路部６６が、予め定められた角度間隔で形成されている。渦流吸い込みファン６２が吸い込んだ気流の一部が気流戻り通路６５を通って吸い込み側のガイド筒６４側に還流する。そして、その還流気流は、各気流吹き出し通路部６６から渦巻き込み方向に吹き出され、竜巻状気流ＴＮの渦流状態がより安定的に維持される。

図６は、車両用空調装置１の電気的構成の一例を示すブロック図である。主体をなすのは制御部９０であり、これに、各座席別の竜巻発生機構１３０ＦＲ、ＦＬ，ＲＲ，ＲＬが接続されている。制御部９０は、乗員判定ＥＣＵ１０４及び制御ＥＣＵ１０３を有する。

乗員判定ＥＣＵ１０４には、カメラ１１０と着座センサ１１４とが接続されている。カメラ１１０は、図２に示すように、各シート１００ＦＲ，ＦＬ，ＲＲ，ＲＬを正面から撮影するものであり、各乗員の上半身が包含されるように撮影視野が定められており、乗員の着座の有無を特定するのに用いられる。着座センサ１１４は各シート１００ＦＲ，ＦＬ，ＲＲ，ＲＬの座部に埋設された荷重センサ等で構成され、乗員の着座の有無を補助的に検出する。例えば、着座センサ１１４が荷重検知し、かつ、カメラ１１０の撮影視野に乗員の顔画像が検出された場合に着座ありと検出する方式を採用することにより、シートへの荷物載置や外乱光等による誤検出防止を図ることができる。また、着座センサ１１４の併用により、顔画像の特定精度を多少低くしても着座検知の精度を確保することができ、アルゴリズムの軽量化に寄与する。なお、顔画像の検出アルゴリズムについては周知であるので、詳細な説明は略する。この乗員判定ＥＣＵ１０４が取得した各シートへの乗員判定情報が制御ＥＣＵ１０３に渡される。

制御ＥＣＵ１０３には、複数のシート１００ＦＲ，ＦＬ，ＲＲ，ＲＬに対して個別に設けられている、前述の竜巻発生機構１３０ＦＲ，ＦＬ，ＲＲ，ＲＬの動作を独立に制御するための、空間ドライバ（竜巻発生機構独立制御手段）１２０ＦＲ，ＦＬ，ＲＲ，ＲＬが接続されている。各空間ドライバはいずれも同一の構成を有しているが、運転席側の空間ドライバ１３０ＦＲで代表させて説明すれば、吹き出しファンドライバ１０２、ペルチェドライバ１０１、香ドライバ１０３、加湿ドライバ１０４及び渦流吸い込みファンドライバ１０５を有し、前述の吹き出しファン１２、ペルチェモジュール１１、香発生機構３０、加湿機構３１及び渦流吸い込みファン６２がそれぞれ接続されている。

また、制御ＥＣＵ１０３には、上記竜巻発生機構１３０ＦＲ，ＦＬ，ＲＲ，ＲＬの動作設定を個別に調整するための操作部（各座席の乗員が操作できる位置に設けられる）１２１ＦＲ，ＦＬ，ＲＲ，ＲＬも接続されている。該操作部は、温度調整スイッチ、加湿スイッチ及び香選択スイッチを有する。制御ＥＣＵ１０３は、温度調整スイッチによる設定温度に応じて前述のペルチェモジュール１１の駆動極性及び出力を調整する。また、加湿スイッチの操作状態に応じて加湿機構よる加湿空気の導入量を調整する。さらに、香選択スイッチの操作状態に応じて、香発生機構３０による芳香の種別及び導入量を調整する。また、制御ＥＣＵ１０３には、車室温センサ１１２が接続され、車室内の温度がモニタリングされるとともに、標準温度の空調気流ＡＰが得られるように主空調機構１４０の動作制御がなされる。このように、各シートの乗員毎に、竜巻状気流の気流温度、加湿状態及び芳香など、その調整処理が、個別の空間ドライバ１２０ＦＲ、ＦＬ，ＲＲ，ＲＬにより独立して制御される。

また、制御ＥＣＵ１０３は、乗員判定ＥＣＵ１０４にて乗員の着座が検出されていないシートに対する竜巻発生機構につき、その動作が停止するように制御を行なう（なお、竜巻状気流の発生を完全停止するのではなく、車室内全体の気流状態を安定化させるために、予め定められたアイドリング流速にて竜巻状気流を発生させるようにしてもよい）。

なお、各竜巻発生機構１３０の吹き出しファンドライバ１０２及び吸い込みファンドライバ１０５は、図２に示すように、車両の互いに隣接するシート対１００ＦＲ，ＦＬ（左右又は前後）について、それらシート１００間で竜巻状気流Ｆの旋回方向が互いに逆となるように、吹き出しファン１２及び吸い込みファン６２の回転駆動方向を定めてある。これにより、竜巻状気流の隣接位置での渦流回転接線方向が一致し、両竜巻状気流が相殺減衰することを効果的に防止することができる。

以下、車両用空調装置１の動作について説明する。
まず、図６のカメラ１１０及び着座センサ１１４により、どのシートに乗員が着座したかを検出する。そして、エンジン始動後、着座が特定できたシートについて対応する竜巻発生機構１３０の動作を開始する。このとき、主空調機構１４０は、車室内温度に応じて周知のアルゴリズムに従い、気流温度及び風量が制御されつつ動作を開始する。このとき、ペルチェモジュール１１は、気流温度が上限閾温度（例えば３０℃）よりも高ければ冷却モードにて動作し、同じく下限閾温度（例えば１０℃）よりも低ければ加熱モードにて動作する（両閾値の間であれば動作は休止する）。

着座した乗員は好みに応じ、操作部１２１の温調スイッチを操作することで、吹き出し気流の温度を微調整することができる。温調スイッチによる温度設定値が、主空調機構１４０の供給気流温度よりも高い場合は、ペルチェモジュール１１は空調機構１４０により供給される気流を加熱する方向に動作し、同じく低い場合は冷却する方向に動作する。特に、夏季の炎天下であれば、供給気流がクールダウンするまでに相当時間がかかり、供給気流も乗車直後はほとんど熱風に近いから、カメラ１１０及び着座センサ１１４により乗車検知された直後は、ペルチェモジュール１１を冷却モードで動作させ、供給気流を補助冷却することが極めて効果的である。同じく冬季はペルチェモジュール１１を加熱モードで動作させ、供給気流を補助加熱することが効果的である。

このようにして、座席（乗員）毎に温調された空調気流は、図２に示すごとく、回転軸線が着座面４Ｙに対し交差する（つまり上下方向を向く）竜巻状気流ＴＮにより、個々の着座空間が気流区画された形で吹き出されるので、他の着座空間の温調状態から有効に隔離できる。また、竜巻状気流ＴＮは負圧により渦流の中心に吸い込まれるように流れるので、個別調整された空調気流を着座空間すなわち着座面上方の限定された空間に集中できるので、空調効率も高い。

また、各座席の乗員は、操作部１２１の加湿スイッチを操作することで空調気流への加湿を行なうことができる。また、香選択スイッチを操作することで、好みの芳香を空調気流に導入することができる。これらの加湿状態や芳香も、竜巻状気流ＴＮによる隔離効果により、隣り合う着座空間内で互いに混ざり合うことが抑制される。

なお、カメラ１１０による顔認識等により乗員が誰であるかを特定し、その乗員別に予め登録されている空調条件（例えば、空調温度、加湿レベル、芳香導入の有無及び芳香種別など）を読み出して、その乗員が着座している座席の竜巻発生機構の動作設定を自動で行なうようにしてもよい。

本発明の車両用空調装置に使用する竜巻発生機構の一例を示す模式図。 竜巻発生機構の配置例を示す平面模式図。 図１の竜巻発生機構の詳細を示す図。 図３の気流吹き出し機構の底面図。 同じく気流吸い込み機構の平面図。 本発明の車両用空調装置の電気的構成の一例を示すブロック図。 ペルチェドライバの電気的構成の一例を示す回路図。

符号の説明

１ 車両用空調装置
１００ シート
２ ヘッドレスト
３ シートバック部
４ 座部
４Ｙ 着座面
５ 気流吹き出し機構
６ 気流吸い込み機構
６Ｓ 吸い込み口
ＡＰ 空調気流
ＴＮ 竜巻状気流
１１ ペルチェモジュール（吹き出し温度調整機構、補助温調機構）
１４ 芳香導入通路
２０ 吹き出し中継チャンバー
２１ 単位吹き出し通路部
２１Ｓ 吹き出し口
３０ 芳香発生機構
３１ 加湿機構
６２ 渦流吸い込みファン
６４ ガイド筒
６５ 気流戻り通路
６６ 気流吹き出し通路部
１２０ 空間ドライバ（竜巻発生機構独立制御手段）
１３０ 竜巻発生機構
１４０ 主空調装置（吹き出し温度調整機構）

Claims (20)

1. 車両内の予め定められたシートの着座空間に対し、当該着座空間の空調状態を他シートの着座空間の空調状態から分離する空調気流を、回転軸線方向が着座面と交差する竜巻状気流の形にて前記シートに着座する乗員毎に個別に発生させる竜巻発生機構を有し、
   前記竜巻発生機構は、前記着座面の上方に位置する車両天井部に下降気流の吹き出し口を開口する気流吹き出し機構と、前記シートに対し着座面より下方に前記下降気流を吸い込む吸い込み口を開口する気流吸い込み機構とを有し、前記気流吹き出し機構の前記吹き出し口に、前記下降気流を竜巻化するための旋回流形成手段が設けられ、
   前記気流吹き出し機構は、
   前記車両に搭載された主空調装置から、前記竜巻状気流の形成源となる空調気流が導入される、前記吹き出し口を下面側に開口する吹き出し中継チャンバーと、
   前記吹き出し中継チャンバー内にて前記吹き出し口に臨む位置に配置された吹き出しファンとを有することを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記車両が自動車であり、前記竜巻発生機構が少なくとも該自動車の運転席と助手席とに個別に設けられている請求項１記載の車両用空調装置。
3. 前記竜巻発生機構が該自動車の後部シートにも設けられている請求項２記載の車両用空調装置。
4. 前記竜巻状気流に芳香を導入する芳香導入機構を有する請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
5. 前記竜巻状気流の吹き出し温度を調整する吹き出し温度調整機構を有する請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
6. 前記竜巻状気流を加湿する加湿機構を有する請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
7. 前記竜巻発生機構は、前記竜巻状気流を車両天井側から床面側に向う下降気流形態で発生させるものである請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
8. 前記竜巻発生機構は、前記シートの着座面上方に前記竜巻状気流を、車両天井側にて着座面側よりも渦旋回寸法が大きくなるように発生させるものである請求項７記載の車両用空調装置。
9. 前記気流吸い込み機構は前記吸い込み口を前記シートの座部の前方側側面に開口する形で設けられている請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
10. 前記吹き出し中継チャンバーに、前記空調気流に芳香を導入する芳香導入通路が連通接続されている請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
11. 前記吹き出し中継チャンバーには、該前記吹き出し中継チャンバーに導入される前記空調気流の温度が予め定められた上限閾温度を超えているか、又は下限閾温度未満である場合に、該空調気流を補助冷却又は補助加熱する補助温調機構が設けられている請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
12. 前記補助温調機構がペルチェモジュールとして構成されている請求項１１記載の車両用空調装置。
13. 前記気流吹き出し機構は、前記天井面に沿って形成される吹き出しスリットから層状下降気流を斜め下方に吹き出す複数の単位吹き出し通路部が、各吹き出しスリットの吹き出し傾斜側に位置する末端が、隣接する吹き出しスリットの長手方向途中位置に各々望む位置関係にて、前記天井面に沿う多角形状の周回経路に沿って配置されてなり、それら単位吹き出し通路部が前記旋回流形成手段を形成してなる請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
14. 前記単位吹き出し通路部の総数が４であり、それらが正方形状の周回経路に沿って井桁状に配置されてなる請求項１３記載の車両用空調装置。
15. 前記気流吸い込み機構は、前記下降気流を該吸い込み口から渦流形態に吸い込む渦流吸い込みファンを有してなる請求項１ないし請求項１４のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
16. 前記気流吸い込み機構は、前端面側に前記吸い込み口を開口するガイド筒を有し、該ガイド筒の後端側開口部に臨む位置に前記渦流吸い込みファンが配置されてなり、
    前記渦流吸い込みファンの吸い込み下流側に吹き出される排出気流の一部を前記ガイド筒の内側に戻す気流戻り通路が設けられ、
    前記ガイド筒の内周面には、該気流戻り通路からの戻り気流を、当該内周面の周方向における複数箇所にて、前記渦流吸い込みファンの回転接線方向から半径方向内側に向けて所定角度傾斜させた渦巻き込み方向に吹き出す戻り気流吹き出し通路部が形成されてなる請求項１５記載の車両用空調装置。
17. 複数の前記竜巻発生機構が、対応する複数のシートに対して個別に設けられるとともに、それら複数の前記竜巻発生機構の動作を独立に制御する竜巻発生機構独立制御手段を有する請求項１ないし請求項１６のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
18. 制御対象となる前記竜巻発生機構を選択する制御対象竜巻発生機構選択手段を備え、前記竜巻発生機構独立制御手段は、選択された竜巻発生機構についてのみ動作制御を行なう請求項１７に記載の車両用空調装置。
19. 前記制御対象竜巻発生機構選択手段は、前記シートへの乗員の着座を検出する着座検出手段を有し、前記制御対象竜巻発生機構選択手段は、該乗員の着座検知されたシートに対応する竜巻発生機構を前記制御対象として選択する請求項１８に記載の車両用空調装置。
20. 前記竜巻発生機構は、前記車両の互いに隣接するシート対に対し、それらシート間で旋回方向が互いに逆となるように前記竜巻状気流を個別に発生させるものである請求項１ないし請求項１９のいずれか１項に記載の車両用空調装置。

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