JP5191576B1 - 車載用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱器を通過させて車室内へ送出する空気の温度を、より高くすること。
【解決手段】顕熱交換器１０１は、車室内から導入された内気および車室外から導入された外気の少なくとも一方を含む第１の空気と、第１の空気よりも高温である第２の空気との間で熱交換を行う。放熱器１０４は、顕熱交換器１０１により熱交換した第１の空気を加熱して車室内に向けて送出する。導入ダクト１０５は、放熱器１０４から送出された第１の空気の一部を、第２の空気として顕熱交換器１０１へ導入する。排出ダクト１０６は、顕熱熱交換器１０１により熱交換した第２の空気を車室内へ排出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば電気自動車等の車両に搭載される車載用空調装置に関する。

従来、車室外の空気（以下、外気という）と車室内の空気（以下、内気という）の間で熱交換を行い、内気の熱を奪った外気を、放熱器を通過させ、車室内へ送出することにより、暖房機能を実現する車載用空調装置が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００２−２００９１０号公報

しかしながら、特許文献１の車載用空調装置は、以下の問題がある。一般的に、放熱器は、通過する空気に熱を与えて温度を上昇させるものであるが、上昇後の温度は、通過前の温度に依存する。つまり、放熱器は、通過する空気を予め定めた温度に上昇させる機能を有するものではないため、上昇させることができる空気の温度には限度がある。そのため、例えば、外気の温度が低い場合、放熱器を通過した空気の温度があまり上がらず、暖房効果を得られないおそれがある、という問題がある。

本発明の目的は、放熱器を通過させて車室内へ送出する空気の温度を、より高くすることができる車載用空調装置を提供することである。

本発明の車載用空調装置は、車室内から導入された内気および車室外から導入された外気の少なくとも一方を含む第１の空気と、前記第１の空気よりも高温である第２の空気との間で熱交換を行う熱交換器と、前記熱交換器により熱交換した前記第１の空気を加熱して車室内に向けて送出する放熱器と、前記放熱器から送出された前記第１の空気の一部を、前記第２の空気として前記熱交換器へ導入するための導入路と、前記熱交換器により熱交換した前記第２の空気を車室内へ排出するための排出路と、を具備する構成を採る。

放熱器を通過させて車室内へ送出する空気の温度を、より高くすることができる。

本発明の実施の形態に係る車載用空調装置の構成を示す図 本発明の実施の形態に係る車載用空調装置が備える顕熱交換器の構成を示す図 暖房機能の実現に係る従来の構成と、本発明の実施の形態に係る構成とを示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

まず、本発明の実施の形態に係る車載用空調装置の構成について説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る車載用空調装置１００の構成を示す図である。この車載用空調装置１００は、外気の熱を回収して車室内の暖房を行う、いわゆるヒートポンプ式の車両用空調装置である。

車載用空調装置１００には、外気Ａを取り込むための外気取入口１１２と、内気Ｂを取り込みための内気取入口１１６とが設けられている。また、車載用空調装置１００には、外気取入口１１２および内気取入口１１６の開度を調整するためのドア１１１が設けられている。ドア１１１の開度を調整することで、外気Ａと内気Ｂの混合度合いを調整することができる。図１の例では、ドア１１１は、外気Ａと内気Ｂの両方が取り込まれる開度となっている。

ブロアファン１０２は、空気Ｃを取り込んで空調ダクト１１３へ送出する。空気Ｃは、外気Ａのみ、内気Ｂのみ、または、外気Ａと内気Ｂの混合気、のいずれであってもよい。ブロアファン１０２により送出された空気Ｃは、空気Ｆとして、エバポレータ１０３に供給される。

エバポレータ１０３は、空気Ｆと冷媒との間で熱交換することにより、空気Ｆを冷却する。ただし、暖房時など冷却が不要なときには、ヒートポンプの動作が停止されることで、エバポレータ１０３は空気の冷却を行わずに、そのまま空気を通過させる。エバポレータ１０３を経た空気Ｆは、空気Ｇとして、顕熱交換器１０１に供給される。

顕熱交換器１０１は、空気Ｇを取り入れる一方、導入ダクト１０５から、空気Ｇよりも高温の空気Ｉを取り入れる。導入ダクト１０５は、導入口１１５と顕熱交換器１０１を接続し、導入口１１５から取り込んだ空気Ｉを顕熱交換器１０１へ導入するための導入路である。導入口１１５は、空調ダクト１１３において、放熱器１０４の下流側に設けられている。そして、導入口１１５からは、放熱器１０４から送出された空気Ｈの一部が、空気Ｉとして取り込まれる。

顕熱交換器１０１は、空気Ｇと空気Ｉの熱交換を行う。この熱交換により、空気Ｉの熱が空気Ｇに移動する。顕熱交換器１０１は、熱交換を行った空気Ｇを、空気Ｋとして放熱器１０４に供給する。その一方、顕熱交換器１０１は、熱交換を行った空気Ｉを、空気Ｊとして排出ダクト１０６へ送り出す。この空気Ｊは、排出ダクト１０６に設けられた排出口１１８から車室内へ排出される。排出ダクト１０６は、顕熱交換器１０１と排出口１１８を接続し、熱交換後の空気Ｉを排出口１１８から車室内へ排出するための排出路である。排出口１１８は、図１では、顕熱交換器１０１の真下に位置しているが、実際には、排出口１１８から排出された空気Ｉが乗員に直接当たらない場所に位置している。すなわち、排出口１１８は、例えば、インパネ裏側、または、センターコンソールに設けられる。

なお、顕熱交換器１０１の詳細については、図２を用いて後述する。

排出口１１８から送出された空気Ｊは、車室内を循環し、空気Ｂとして内気取入口１１６から再び取り込まれる。

なお、顕熱交換器１０１にはミックスドア１１４が設けられており、ミックスドア１１４の開度を調整することが可能である。これにより、エバポレータ１０３を経た空気Ｇの一部を、顕熱交換器１０１および放熱器１０４を介さずに車室内に導入することができる。

放熱器１０４は、通過する空気を温める機器である。放熱器１０４は、ヒートポンプを利用して熱せられた冷媒を流すコンデンサ、または、他の熱源がある場合には、この熱源から熱を導いて高温にされた熱交換器などから構成することができる。放熱器１０４は、顕熱交換器１０１から取り込んだ空気Ｋを通過させることで、空気Ｋの温度を上昇させる。そして、放熱器１０４は、温度を上昇させた空気Ｋを、空気Ｈとして送出口１２０へ向けて送出する。ここで、送出口１２０は、送出された空気Ｈが乗員に直接当たる場所に位置している。空気Ｈが乗員に直接当たる場所は、例えば、乗員の足元などが挙げられる。

放熱器１０４から送出された空気Ｈは、そのほとんどが送出口１２０から車室内へ送出されるが、上述した通り、一部は空気Ｉとして導入口１１５へ取り込まれる。送出口１２０から送出された空気Ｈは、車室内を循環し、空気Ｂとして内気取入口１１６から再び取り込まれる。

なお、上記説明において、空気Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｆ、Ｇ、Ｋ、およびＨは「第１の空気」の一例であり、空気Ｉ、Ｊは「第２の空気」の一例である。

以上で、本実施の形態に係る車載用空調装置の構成についての説明を終える。

次に、本実施の形態に係る車載用空調装置が備える顕熱交換器について説明する。

図２は、顕熱交換器１０１を表わす斜視図である。

顕熱交換器１０１は、図２に示すように、流路が固定された静止型の熱交換気である。顕熱交換器１０１は、隣接する２系統の流路Ｘ，Ｙを有し、一方の流路Ｘに高い温度の空気（例えば上記空気Ｉ）を流し、他方の流路Ｙに低い温度の空気（例えば上記空気Ｇ）を流す。それにより、顕熱交換器１０１では、流路Ｘと流路Ｙとの空気を混合せずに流路Ｘの空気の熱を流路Ｙの空気へ移動させることができる。各系統の流路Ｘ，Ｙには多数の細かい流路が設けられ、各系統の細かい流路を互いに交差させて配置することで２系統の流路Ｘ，Ｙの接触面積を大きくしている。

以上で、本実施の形態に係る車載用空調装置が備える顕熱交換器についての説明を終える。

次に、本実施の形態の車載用空調装置１００で得られる暖房効果について、従来の構成と比較して説明する。

図３（ａ）は従来の車載用空調装置の構成の一部を示しており、図３（ｂ）は本実施の形態の車載用空調装置１００の構成の一部を示している。

図３（ａ）に示す従来の構成では、０℃の空気Ｇは、放熱器１０４を通過した後、４０℃に昇温した空気Ｈとして車室内へ送出される。送出される空気Ｈの風量は、空気Ｇの風量と変わらない。よって、車室内へは、放熱器１０４へ取り込まれた風量の１００％が送出されることになる。空気Ｈは、乗員の足元など、乗員に直接当たる場所から送出される。

このように、図３（ａ）に示す構成では、４０℃の空気Ｈが１００％の風量で、乗員に直接当たるように送出される。このとき、車室内において、送出された空気Ｈが循環することで、車室内にもともとあった冷たい空気も循環する。よって、乗員は、例えば、４０℃の空気Ｈを足元だけに浴びながら、それよりも冷たい空気を上半身に浴びることになり、不快に感じる。

これに対し、図３（ｂ）に示す本実施の形態の構成では、０℃の空気Ｇは、顕熱交換器１０１において５０℃の空気Ｉとの熱交換により１０℃に昇温し、空気Ｋとして放熱器１０４へ送出される。一方、上記熱交換によって空気Ｇに３０℃の熱を奪われた空気Ｉは、２０℃の空気Ｊとして車室内へ排出される。この空気Ｊの風量は、顕熱交換器１０１へ取り込まれた空気Ｇの風量の２０％である。なお、空気Ｊは、インパネ裏側またはセンターコンソールなど、乗員に直接当たらない場所に排出される。

図３（ｂ）において、顕熱交換器１０１から送出された１０℃の空気Ｋは、放熱器１０４を通過した後、５０℃に昇温し、空気Ｈとして放熱器１０４から送出される。このとき、５０℃の空気Ｈは、一部が空気Ｉとして導入ダクト１０５へ取り込まれ、残りが車室内へ送出される。空気Ｉの風量は、顕熱交換器１０１へ取り込まれた空気Ｇの風量の２０％である。また、車室内へ送出される空気Ｈの風量は、顕熱交換器１０１へ取り込まれた空気Ｇの風量の８０％である。空気Ｉは、上述した通り、空気Ｊとなり、車室内において乗員に直接当たらない場所に排出される。空気Ｈは、乗員の足元など、乗員に直接当たる場所から送出される。

このように、図３（ｂ）に示す構成では、５０℃の空気Ｈと２０℃の空気Ｊが分散して送出される。そして、５０℃の空気Ｈは８０％の風量で、乗員に直接当たるように送出され、２０℃の空気Ｊは２０％の風量で、乗員に直接当たらないように送出される。このとき、車室内において、送出された空気Ｈが循環することで、空気Ｊも循環する。よって、乗員は、図３（ａ）の場合と比較して、直接浴びる空気Ｈの風量は減るが、より温度が高い空気を足元に浴びることができるとともに、上半身には２０℃の空気Ｊを浴びることができる。よって、乗員は、図３（ａ）の場合と比較して、不快さを解消できる。

以上説明したように、本実施の形態の車載用空調装置は、放熱器から車室内へ送出する空気の一部を顕熱交換器に戻し、その熱を利用して熱交換を行う構成であるので、放熱器を通過させて車室内へ送出する空気の温度を、より高くすることができる。

また、本実施の形態の車載用空調装置は、顕熱交換器で熱交換を行った空気を車室内へ排出する構成であるので、顕熱交換器で熱交換を行った空気を車室外へ排出するための開口部（穴）を設ける必要がない。

なお、上記の実施の形態において、顕熱交換器１０１を用いたが、本発明はこれに限らず、顕熱交換器１０１に代えて、全熱交換器を用いることも可能である。ただし、顕熱交換器を用いる方が、車室内の窓曇りを防止する観点で有利である。顕熱交換器は全熱交換器と異なり、熱量だけを交換し、潜熱（水蒸気）の交換は行なわないからである。

本発明にかかる車載用空調装置は、例えば電気自動車等の車両に搭載するのに好適である。

１００ 車載用空調装置
１０１ 顕熱交換器
１０２ ブロアファン
１０３ エバポレータ
１０４ 放熱器
１０５ 導入ダクト
１０６ 排出ダクト
１１１ ドア
１１２ 外気取入口
１１３ 空調ダクト
１１４ ミックスドア
１１５ 導入口
１１６ 内気取入口
１１８ 排出口
１２０ 送出口

Claims (5)

1. 車室内から導入された内気および車室外から導入された外気の少なくとも一方を含む第１の空気と、前記第１の空気よりも高温である第２の空気との間で熱交換を行う熱交換器と、
   前記熱交換器により熱交換した前記第１の空気を加熱して車室内に向けて送出する放熱器と、
   前記放熱器から送出された前記第１の空気の一部を、前記第２の空気として前記熱交換器へ導入するための導入路と、
   前記熱交換器により熱交換した前記第２の空気を車室内へ排出するための排出路と、
   を具備する、車載用空調装置。
2. 前記排出路は、
   前記第２の空気を車室内へ排出するための排出口を具備し、
   前記排出口は、
   当該排出口から排出した前記第２の空気が乗員に直接当たらない場所に設けられる、
   請求項１記載の車載用空調装置。
3. 前記排出口は、
   インパネ裏側、または、センターコンソールに設けられる、
   請求項２記載の車載用空調装置。
4. 前記熱交換器は、
   前記放熱器の上流側かつ近傍に位置する、
   請求項１記載の車載用空調装置。
5. 前記熱交換器は、
   顕熱交換器である、
   請求項１記載の車載用空調装置。
   

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