JP5492861B2 - 車両、空調装置、および空調方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車などの車両の乗車空間を冷却する車両、空調装置、および空調方法に関する。

自動車などの車両は、一般的に、その乗車空間を冷却するために、ユーザが乗車し、ユーザがイグニッションキーを操作してエンジンを起動することにより、冷却動作を開始する空気調和装置を有する。

特開２００６−１６８４７６号公報 特開２０１０−２１６７３９号公報 特開２００８−２９６９０１号公報 特開２００７−１６８４６６号公報 特開２００８−１８３９９６号公報 特開２００５−２３８９１１号公報 特開２００７−２９７９６５号公報

しかしながら、このような従来の空気調和装置では、ユーザが乗車し、ユーザがイグニッションキーを操作してエンジンを起動することにより冷却サイクルを回し始めるため、実際に乗車空間が冷却され始めるまでに時間遅れが生じる。
特に、車両が炎天下に置かれたような状況では、乗車空間が熱せられており、乗車空間が冷却されるまで、ユーザは、暑い乗車空間に耐えなければならない。

特許文献は何れもこのような従来の課題を解決するもので、特許文献１から６は、圧縮した空気を乗車空間に放出する技術を開示する。
特許文献７は、排出ガスの圧力や熱を利用した発電・空気冷却システムを開示する。

ところで、このように圧縮した空気を乗車空間に放出する機構では、空気の圧縮に利用するエネルギについて考慮されなければならない条件が存在する。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、圧縮空気の適切な充填が可能な冷却装置を提供することを目的としている。

本発明の第１の観点に係る車両は、ユーザが乗車する車両の乗車空間と、圧縮空気を貯蔵可能なタンクと、乗車空間に対してタンクに貯蔵された圧縮空気を放出させる制御部と、タンクを収容する断熱ケースと、断熱ケースと連通し、断熱ケース外の空気を断熱ケースの内部へ導入するダクトと、ダクトを開閉する弁と、を有する。そして、制御部は、タンクに貯蔵された圧縮空気を冷却または加熱する場合には弁を開いて、当該車両の動力源および電源の負担にならないエネルギを使用して冷却または加熱された外気を断熱ケース内へ導入する。

好適には、タンクに圧縮される圧縮空気は、当該車両の減速期間において車輪より伝達される回転力、排気ブレーキの排気圧力、または、排気ブレーキにより作動する圧縮装置により圧縮されてよい。

好適には、タンクに貯蔵された圧縮空気は、当該車両の車内に取り入れられ若しくは冷却された空気、走行風、空気調和装置の冷媒、当該車両のエンジン若しくはトランスミッションの駆動力を用いて生成される冷媒、または、バッテリ若しくはジェネレータの電力を用いて生成される冷媒、により冷却されてよい。

好適には、前記タンクに貯蔵された圧縮空気は、当該車両の車内に取り入れられ若しくは加熱された空気、車体の熱、空気調和装置の熱媒体、当該車両のエンジン若しくはトランスミッションの駆動力を用いて生成される熱媒体、バッテリ若しくはジェネレータの電力を用いて生成される熱媒体、エンジンの熱若しくは排気熱、または、ブレーキ若しくはトランスミッションの熱、により加熱されてよい。

好適には、当該車両のエンジンブレーキがかかっている期間の車輪より伝達される回転力により、タンクに空気を圧縮し、タンクに貯蔵された圧縮空気を冷却する場合には、当該車両の車内に取り入れられ若しくは冷却された空気により冷却し、タンクに貯蔵された圧縮空気を加熱する場合には、当該車両のエンジンの熱若しくは排気熱により加熱してよい。

本発明の第２の観点に係る空調装置は、ユーザが乗車する車両の乗車空間を冷却する空調装置であって、圧縮空気を貯蔵可能なタンクと、乗車空間に対してタンクに貯蔵された圧縮空気を放出させる制御部と、タンクを収容する断熱ケースと、断熱ケースと連通し、断熱ケース外の空気を断熱ケースの内部へ導入するダクトと、ダクトを開閉する弁と、を有する。そして、制御部は、タンクに貯蔵された圧縮空気を冷却または加熱する場合には弁を開いて、当該車両の動力源および電源の負担にならないエネルギを使用して冷却または加熱された外気を断熱ケース内へ導入する。

本発明の第３の観点に係る空調方法は、ユーザが乗車する車両の乗車空間を冷却する圧縮空気をタンクに貯蔵する空調装置の空調方法であって、弁により開閉可能なダクトを備える貯蔵ケース内に収容されたタンクに圧縮空気を貯蔵し、弁を開いて、当該車両の動力源および電源の負担にならないエネルギを使用して冷却または加熱された外気をダクトから断熱ケースの内部へ導入し、タンクに貯蔵された圧縮空気を冷却または加熱し、冷却または加熱されたタンク内の圧縮空気を、乗車空間へ放出する。

好適には、当該車両の動力源および電源の負担にならないエネルギを使用して、タンクに圧縮空気を貯蔵してよい。

本発明では、タンクに蓄積していた圧縮空気を、車両の動力源および電源の負担にならないエネルギを使用し、乗車空間へ放出する。
乗車空間は、乗車空間へ放出された圧縮空気により冷却される。
その結果、本発明では、車内を直ちに冷却できる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る空調装置を用いた、自動車の車体の部分透視の側面図である。 図２は、図１の自動車に搭載される空調装置の構成図である。 図３は、図２のコントローラによる急速冷暖房プロセスのフローチャートである。 図４は、本発明の第２実施形態に係る空調装置の、圧縮系部分の構成図である。 図５は、図４の空調装置の圧縮工程のフローチャートである。 図６は、図４の空調装置の、加熱冷却系部分の構成図である。 図７は、図６の空調装置の貯蔵工程のフローチャートである。 図８は、本発明の第２実施形態に係る空調装置の、圧縮系部分の変形例の構成図である。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る空調装置を用いた、自動車１の部分透視の側面図である。

図１の自動車１は、車体２を有する。
車体２の中央部には、ユーザが乗り込む乗車空間３を有する。
乗車空間３内には、ユーザが着座する座席４が２列で設けられている。
車体２の乗車空間３の側面には、ユーザが乗車するために開閉するドアパネル５が設けられている。
ドアパネル５の上部には、ウィンドウガラス６が上下移動可能に設けられている。
ユーザは、ドアパネル５を開閉して乗車して座席４に座ることができる。
ユーザは、ドアパネル５の内面に設けられた開閉スイッチを操作してウィンドウガラス６を開閉することができる。

乗車空間３は、ドアパネル５およびウィンドウガラス６を閉じた状態で、外から隔離された空間となる。
このような乗車空間３では、たとえば夏の暑い日射などで室温が大幅に上昇する。また、ハンドル、座席４などの内装品の表面温度も上昇し、ユーザにとって乗車空間３を急激に冷却する必要が生じる。
一般的な自動車１では、乗車したユーザがイグニッションキーを操作してエンジンを始動し、空気調和装置を起動し、これに伴ってコンプレッサを駆動することで空気調和装置の冷却サイクルが始動することにより、乗車空間３の空気が冷却される。
しかしながら、このように空気調和装置を用いて乗車空間３を冷却する場合、熱交換器を利用して乗車空間３の空気を直接に冷却するため、ユーザが乗車してから乗車空間３が冷却されるまでに時間がかかる。
そこで、本実施形態では、乗車しようとするユーザが乗車する前に、圧縮空気を乗車空間へ放出することで乗車空間を急激に冷却する冷却装置１０を用いる。

図２は、図１の自動車１に搭載される急速空調装置１０の構成図である。
図２の急速空調装置１０は、図１の乗車空間３に対して圧縮空気を放出することにより、乗車空間３を冷却するものである。
急速空調装置１０は、圧縮ユニット１１、吸気ダクト１２、吸気弁１３、タンク１４、排気ダクト１５、排気弁１６、コントローラ１７、冷却ユニット２２、および加熱ユニット２３を有する。
急速空調装置１０は、タンク１４の圧縮空気の圧力を検出する圧力センサ２０と、タンク１４の圧縮空気の温度を検出する温度センサ２１と、を有する。

圧縮ユニット１１は、コントローラ１７により起動および停止が制御され、起動中に空気を吸引して圧縮して出力するコンプレッサを有する。コントローラ１７は、起動中の圧縮ユニット１１の能力を制御してよい。
圧縮ユニット１１の吸気口１８は、乗車空間３に設けられても、自動車１の外（乗車空間３外）に設けられてもよい。乗車空間３外の外気を吸引する場合、圧縮ユニット１１は、走行速度に応じて吸引能力を調整しても、停車中に吸引するようにしてもよい。外気の気圧の変動などにより、圧縮ユニット１１に過度な負荷が作用し難くなる。乗車空間３内の内気を吸引する場合、乗車空間３の気圧が下がる。このため、たとえば自動車１に搭載された空気調和装置を外気導入モードに設定した状態で、圧縮ユニット１１が吸引すればよい。内気は、一般的に空気調和装置により温度および湿度が調整される。内気は、外気よりも、タンク１４に貯蔵する空気中の湿気を抑制し、当該空気を乗車空間３へ再放出した後の冷却効果および湿度上昇の抑制効果を期待できる。

圧縮ユニット１１には、車体２に搭載されるエンジン７の回転駆動力を動力源として利用可能であるが、本実施形態では、車両の動力源および電源の負担にならないエネルギを使用する。
圧縮ユニット１１は、たとえば、車両のエンジンブレーキがかかっている減速期間において、車輪より伝達される回転力を利用してコンプレッサを駆動して空気を圧縮する。
あるいは、排気ブレーキの排気圧力を利用して空気を圧縮したり、または、排気ブレーキの排気圧力により駆動するコンプレッサで空気を圧縮したりしても良い。
このため、図１に示すように、圧縮ユニット１１は、エンジンルームに設けるとよい。この場合、エンジン７の出力軸と圧縮ユニット１１のコンプレッサの入力軸との間に、電磁クラッチを設ける。電磁クラッチを切ることにより、エンジン７の動作中に圧縮ユニット１１のコンプレッサを停止できる。また、減速中に電磁クラッチを接続することにより、車両のエンジンブレーキがかかっている期間に車輪より伝達される回転力により、コンプレッサを作動できる。
この他にもたとえば、圧縮ユニット１１は、車体２に搭載されるバッテリ、ジェネレータ、太陽光パネルの電力、又は家庭用電源を動力源として利用してよい。
また、急速空調装置１０の圧縮ユニット１１のコンプレッサは、車両に搭載されている空気調和装置のコンプレッサと一体化してもよい。

吸気ダクト１２は、圧縮ユニット１１とタンク１４とを接続する。
圧縮ユニット１１により圧縮された空気は、吸気ダクト１２を通じてタンク１４へ供給される。

吸気弁１３は、吸気ダクト１２に設けられる。吸気弁１３は、コントローラ１７により開閉制御される。
吸気弁１３が開状態である場合、圧縮ユニット１１により圧縮された空気はタンク１４へ供給される。
吸気弁１３が閉状態である場合、吸気ダクト１２が遮断され、圧縮ユニット１１からタンク１４への圧縮空気の供給が停止する。タンク１４側から圧縮ユニット１１へ圧縮空気が逆流しない。

タンク１４は、圧縮空気を貯蔵する。タンク１４は、たとえばステンレスなどの金属製、強化プラスチック製でよい。これらの素材によるタンク１４は、高い圧力で圧縮空気を貯蔵できる。
例えば乗車空間の容積が４０００Lの車両に対し、４０Lのタンクに１００気圧で圧縮空気を保存し、制御部が乗車空間に室温より低い乗車空間の容積に等しい程度の圧縮空気を放出することで、乗車空間内の高い室温の空気を車室外に押し出し、膨張することで冷却された圧縮空気が乗車空間の空気と入れ替わることで乗車空間の室温を下げることができる。そのため、タンク１４の容量および形状に特段の制限はないが、好適にはタンクの容量は乗車空間の容積と同じかそれ以上としてよい。また、乗車空間の空気と膨張した圧縮空気が入れ替わるのではなく、乗車空間の容積よりも少ない圧縮空気を乗車空間に放出することで乗車空間の高い室温を低減してもよい。タンク１４の容量が大きいほど、大量の圧縮空気を蓄積できる。
タンク１４は、自動車１または急速空調装置１０に固定されても、着脱可能でもよい。タンク１４が着脱可能である場合、タンク１４を交換できる。予め圧縮空気を封入したタンク１４を取り付けることにより、圧縮ユニット１１を用いることなく、圧縮空気を乗車空間３へ放出することが可能になる。タンク１４に圧縮空気とともにアロマオイルや芳香剤を同時封入することにより、車内の消臭効果を期待できる。
タンク１４の設置場所には、特に制限はない。自動車１等に要求される安全基準などに基づいて、適切な箇所に設置すればよい。図１では、タンク１４は、エンジンルームに設けられている。タンク１４は、カーゴスペース、または乗車空間３に設置してよい。乗車空間３に設置する場合、タンク１４は、直射日光が当たらない箇所または高温となり難い箇所に設置するとよい。
なお、急速空調装置１０は、複数個のタンク１４を有してよい。複数個のタンク１４は、それらが独立して圧縮空気を蓄積し乗車空間３へ供給するものでも、一方のタンク１４から他方のタンク１４へ圧縮空気を供給するものでもよい。

排気ダクト１５は、タンク１４と乗車空間３とを接続する。
タンク１４から排気された圧縮空気は、排気ダクト１５を通じて自動車１の乗車空間３へ供給される。
排気ダクト１５の排気口１９は、乗車空間３に設けられる。排気口１９は、ノズル形状でよい。排気口１９をノズル形状とすることで、排気ダクト１５内で圧力を保ったまま圧縮空気を乗車空間３へ吐出できる。
排気口１９の配置、向き、個数には特段の制限はない。空気調和装置の排気口を利用してよい。また、排気口１９は、空気調和装置のダクトに接続されてもよい。
ただし、圧縮された空気には、それが膨張することにより気温を下げる効果があるだけでなく、それを吹き付けた物体の表面温度を下げる効果がある。このため、シート、ハンドル、ダッシュボードなどの高温となる箇所またはユーザが直接接触する箇所に対して、圧縮空気を直接吹き付けることができる位置、向きで、排気口１９を設けるとよい。たとえばピラー、ルーフなどに下向きに排気口１９を設ければよい。
図１では、複数の排気口１９の一部は、ルーフに下向きに設けられ、圧縮空気を座席４に吹き付けるように配置されている。また、複数の排気口１９の残部は、座席４内に上向きに設けられ、圧縮空気を座席４から乗車空間３に吹き出すように配置されている。

排気弁１６は、排気ダクト１５に設けられる。排気弁１６は、コントローラ１７により開閉制御される。
排気弁１６が閉状態である場合、排気ダクト１５が遮断され、タンク１４内の圧縮空気はタンク１４内に留まり貯蔵される。圧縮ユニット１１の動作中に排気弁１６を閉じることにより、タンク１４内の空気圧が高まる。
排気弁１６が開状態である場合、タンク１４に貯蔵された圧縮空気は、乗車空間３へ放出される。

コントローラ１７は、圧縮ユニット１１、吸気弁１３、排気弁１６、圧力センサ２０、冷却ユニット２２、加熱ユニット２３などの急速空調装置１０の各部に接続される。コントローラ１７は、急速空調装置１０を制御する。
急速空調装置１０は、圧縮ユニット１１で空気を圧縮し、圧縮した空気をタンク１４に貯蔵し、タンク１４に貯蔵した圧縮空気を乗車空間３へ放出する。乗車空間３へ放出された圧縮空気は、乗車空間３で膨張し、この膨張の際の吸熱効果により、乗車空間３内の空気を冷却する。また、圧縮空気が吹き付けられた箇所は、冷却される。
なお、コントローラ１７は、圧縮空気を貯蔵するタンク１４をヒータにより加熱したり又はサーミスタにより冷却したりしてよい。これにより、圧縮空気の放出前温度を調整し、圧縮空気を放出した後の乗車空間３の室温を調整するができる。
コントローラ１７は、制御プログラムを記憶するメモリと、制御プログラムを実行する中央処理装置とを有する。コントローラ１７は、独立したコントローラ１７でよいが、自動車１のエンジン７を制御するＥＣＵ（Engine Control Unit）３１の一部として実現されても、空気調和装置のコントローラに実現されてもよい。
コントローラ１７には、制御の処理または判断に使用する各種の情報を得るために、車両の走行制御信号、各種の検出信号が入力される。このような信号としては、たとえば、イグニッションキーの状態の検出信号、エンジン７の起動信号若しくは停止信号、速度パルス信号、ブレーキの操作信号、リモートコントロール開閉キーの検出信号、ドアパネル５のロック開錠信号若しくは施錠信号がある。これらの信号は、たとえばＥＣＵ３１から入力される。この他にも、たとえば、外気温センサ、内気温センサ若しくは日照センサの検出信号がある。
なお、コントローラ１７は、時刻や時間を計測するタイマ、携帯電話機などと通信する無線通信部などを備えてよい。

冷却ユニット２２は、タンク１４に貯蔵された圧縮空気を冷却する。冷却ユニット２２は、コントローラ１７により起動および停止が制御される。
冷却ユニット２２は、急速空調装置１０の専用ユニットであってもよいが、本実施形態では、車両の既存設備を流用しつつ、車両の動力源および電源の負担にならないエネルギを使用する。
具体的には、冷却ユニット２２は、たとえば、当該車両の車内に取り入れられ若しくは冷却された空気、走行風、空気調和装置の冷媒、当該車両のエンジン７若しくはトランスミッションの駆動力を用いて生成される冷媒、または、バッテリ若しくはジェネレータの電力を用いて生成される冷媒、により、タンク１４に貯蔵された圧縮空気を冷却する。

加熱ユニット２３は、タンク１４に貯蔵された圧縮空気を加熱する。加熱ユニット２３は、コントローラ１７により起動および停止が制御される。
加熱ユニット２３は、急速空調装置１０の専用ユニットであってもよいが、本実施形態では、車両の既存設備を流用しつつ、車両の動力源および電源の負担にならないエネルギを使用する。
具体的には、加熱ユニット２３は、たとえば、当該車両の車内に取り入れられ若しくは加熱された空気、車体２の熱、空気調和装置の熱媒体、当該車両のエンジン７若しくはトランスミッションの駆動力を用いて生成される熱媒体、バッテリ若しくはジェネレータの電力を用いて生成される熱媒体、エンジンの熱若しくは排気熱、または、ブレーキ若しくはトランスミッションの熱、により、タンク１４に貯蔵された圧縮空気を加熱する。

次に、図２の急速空調装置１０の動作を説明する。
図３は、図２の急速空調装置１０の急速冷暖房プロセスのフローチャートである。

図３の全体制御において、急速空調装置１０のコントローラ１７は、まず、空気の圧縮工程を実行する（ステップＳＴ１）。
コントローラ１７は、たとえば車両の減速中に、圧縮工程を実行する。
圧縮工程において、コントローラ１７は、吸気弁１３を開き、排気弁１６を閉じた状態で、圧縮ユニット１１を動作させて、タンク１４へ圧縮した空気を供給する。電磁クラッチを用いる場合、コントローラ１７は、これを接続する。
コントローラ１７は、タンク１４の圧力を検出する圧力センサ２０の検出信号や、メモリに記憶されている急速空調装置１０のサイクルを示すフラグに基づいて、タンク１４の圧縮空気の有無を判断し、圧縮空気が貯蔵されていない場合に圧縮ユニット１１を動作させるようにしてよい。
圧縮途中において減速が終了すると、コントローラ１７は、吸気弁１３を閉じ、電磁クラッチを開く。圧縮は中断される。
再度、減速状態になると、コントローラ１７は、吸気弁１３を開き、電磁クラッチを閉じる。
コントローラ１７は、車両の走行中に、当該制御を繰り返す。これにより、タンク１４には、圧縮空気が貯蔵される。
また、コントローラ１７は、圧力センサ２０により検出された圧力が所定の基準値を超えると、当該圧縮工程を終了する。

コントローラ１７が圧縮工程を終了すると、圧縮ユニット１１を停止し、吸気弁１３を閉じる。電磁クラッチを用いる場合、コントローラ１７は、これを遮断する。
これにより、吸気弁１３および排気弁１６がともに閉じた状態になり、タンク１４には、基準値以上の圧力の圧縮空気が貯蔵される（貯蔵工程、ステップＳＴ２）。
なお、タンク１４への圧縮空気の貯蔵を停止する所定の基準圧力は、大気圧より高ければよく、たとえば数Ｍｐａである。

ところで、空気は圧縮されることにより発熱する。
タンク１４に収容された圧縮空気は、圧縮完了後にタンク１４とともに冷却される。
たとえばタンク１４が断熱構造でない場合、圧縮空気の温度は、タンク１４の外気温と同じ温度まで冷却される。
よって、このタンク１４に圧縮空気を供給した後の貯蔵工程において、タンク１４内の圧縮空気の温度は、たとえば常温に冷却される。

ただし、本実施形態では、コントローラ１７は、貯蔵工程において、タンク１４に貯蔵された圧縮空気を加熱または冷却する。
たとえば、コントローラ１７は、タンク１４の圧縮空気を乗車空間３へ放出することにより乗車空間３の温度が空気調和装置に設定された温度となるように、タンク１４に貯蔵された圧縮空気の必要熱量を演算する。
コントローラ１７は、タンク１４に貯蔵された圧縮空気の熱量がその必要熱量となるように、制御を実行する。

タンク１４に貯蔵された圧縮空気の熱量が少ない場合、コントローラ１７は、加熱ユニット２３を動作させる。
加熱ユニット２３は、たとえば温まったエンジン７の排熱、空気調和装置のヒータの熱を流用して、タンク１４の圧縮空気を加熱する。
コントローラ１７は、温度センサ２１により検出された圧縮空気の温度が所望の温度になると、加熱ユニット２３を停止する。

タンク１４に貯蔵された圧縮空気の熱量が多い場合、コントローラ１７は、冷却ユニット２２を動作させる。
冷却ユニット２２は、たとえば車内に取り入れられた空気、空気調和装置の冷媒または冷却された空気を流用して、タンク１４の圧縮空気を冷却する。
コントローラ１７は、温度センサ２１により検出された圧縮空気の温度が所望の温度になると、冷却ユニット２２を停止する。

次に、コントローラ１７は、放出工程を実行する（ステップＳＴ３）。
コントローラ１７は、たとえばユーザが乗車した時、乗車した後、または乗車しそうな状況にある時、放出工程を開始する。
放出工程において、コントローラ１７は、吸気弁１３を閉じたまま、排気弁１６を開く。
これにより、タンク１４に蓄積されていた圧縮空気は、排気ノズルを通じて乗車空間３へ排気される。
圧縮空気は、乗車空間３内で膨張し、膨張に伴う吸熱反応により乗車空間３の室温を低下させる。
なお、この放出工程において、乗車空間３の圧力上昇を抑制するために、コントローラ１７は、ウィンドウガラス６を開ける制御を併せて実行してよい。あるいは、コントローラ１７は、空気調和装置を外気導入モードに併せて制御してよい。コントローラ１７は、このように乗車空間３に通気口が設けられた状態で圧縮空気の放出を開始すればよい。コントローラ１７は、ウィンドウガラス６やドアパネル５が開けられたことを検出して、圧縮空気の放出を開始してよい。

以上のように、コントローラ１７は、圧縮空気を乗車空間３に放出するために、圧縮工程、貯蔵工程および放出工程を１回の冷却サイクルとして実行する。
これにより、放出後の乗車空間３の室温は、放出前と比べて低下する。
急速空調装置１０は、乗車空間３を冷却できる。
コントローラ１７が冷却サイクルを繰り返し実行することにより、乗車空間３を複数回にわたって冷却できる。
また、本実施形態の急速空調装置１０では、空気を圧縮したら直ちに乗車空間３へ放出するのではなく、貯蔵工程を経ている。
この貯蔵工程での放熱期間を経ることにより、圧縮空気の温度は、圧縮完了時の温度より低下し、たとえば常温になる。
低温化した圧縮空気を乗車空間３へ放出することにより、圧縮直後の高温の圧縮空気を放出する場合に比べて、より多くの室温低下を期待できる。

この冷却サイクルの圧縮工程において、コントローラ１７は、たとえば車両のエンジンブレーキがかかっている期間に車輪より伝達される回転力により、車両の動力源および電源の負担にならないエネルギを使用して、空気を圧縮する。
貯蔵工程において加熱する場合、コントローラ１７は、たとえばエンジン７の排熱により、車両の動力源および電源の負担にならないエネルギを使用して、タンク１４に貯蔵された圧縮空気を加熱する。
貯蔵工程において冷却する場合、コントローラ１７は、たとえば空気調和装置の冷媒により、車両の動力源および電源の負担にならないエネルギを使用して、タンク１４に貯蔵された圧縮空気を冷却する。
このように、本実施形態の急速空調装置１０は、車両の動力源および電源の負担にならないエネルギを使用して、空気を圧縮し、加熱し、冷却する。
よって、急速空調装置１０は、低負荷、排熱、余剰なエネルギを使用して、空気を圧縮し、加熱し、冷却できる。

［第２実施形態］
第１実施形態は、圧縮空気を用いて乗車空間３を冷却する急速空調装置１０の、基本的な構成および動作の例である。
第２実施形態は、さらに具体的な急速空調装置１０の例である。
第２実施形態での車両および急速空調装置１０の基本構成は、第１実施形態のものと同様である。

図４は、本発明の第２実施形態に係る急速空調装置１０の、圧縮系部分の構成図である。
図４の急速空調装置１０は、タンク１４に空気を圧縮する圧縮ユニット１１として、コンプレッサ２４と、電磁クラッチ２５とを有する。

コンプレッサ２４には、たとえば容積型ポンプを使用できる。容積型ポンプは、吸気口１８から空気などの流体を吸引し、吸引した流体の容積を減らす動作をすることにより流体を圧縮する。容積型ポンプには、たとえばギアポンプ、ダイヤフラムポンプ、ピストンポンプ、プランジャーポンプがある。ギアポンプは、回転運動により流体を圧縮する。ダイヤフラムポンプ、ピストンポンプ、プランジャーポンプは、往復運動により流体を圧縮する。
本実施形態の急速空調装置１０は、圧縮した空気を直接に乗車空間３へ放出する。乗車空間３の汚染を抑制するため、コンプレッサ２４には、オイルレスタイプのものを使用するのが望ましい。急速空調装置１０の圧縮空気をそのまま乗車空間３へ放出するのではなく、圧縮空気の冷気を熱交換器によりたとえば外気などの別の空気に伝えて乗車空間３へ供給してよい。

電磁クラッチ２５は、エンジン７の出力軸とコンプレッサ２４の入力軸との間に設けられる。
電磁クラッチ２５を切ることにより、エンジン７の動作中にコンプレッサ２４を停止できる。また、減速中に電磁クラッチ２５を接続することにより、車両のエンジンブレーキがかかっている減速期間において車輪より伝達される回転力により、コンプレッサ２４を作動できる。
コンプレッサ２４と電磁クラッチ２５とは、エンジンルームに設けるとよい。

図５は、図４の急速空調装置１０の圧縮工程のフローチャートである。
ステップＳＴ１１においてエンジン７が始動されると、コントローラ１７は、車両が減速中であるか否かを判断する（ステップＳＴ１２）。
コントローラ１７は、たとえばＥＣＵ３１からのエンジン７の起動信号により始動を判断できる。
コントローラ１７は、たとえばＥＣＵ３１からの車速パルス信号、アクセルペダルの未踏状態の検出信号により、車両が減速中であるか否かを判断できる。
車速パルス信号が検出されている状態でアクセルペダルの未踏状態が検出されると、車両は、減速し、エンジンブレーキが作用している状態であると考えられる。

車両が減速中である場合、コントローラ１７は、圧縮工程を開始する（ステップＳＴ１３）。
コントローラ１７は、電磁クラッチ２５を閉じ、コンプレッサ２４を動作させる。コントローラ１７は、吸気弁１３を開く。
これにより、タンク１４に空気が圧縮される。

その後、コントローラ１７は、ステップＳＴ１２の減速中であるか否かの判断を繰り返す。
減速中でなくなると、コントローラ１７は、圧縮を中断する（ステップＳＴ１４）。
コントローラ１７は、吸気弁１３を閉じる。コントローラ１７は、電磁クラッチ２５を開き、コンプレッサ２４を停止させる。
これにより、タンク１４への空気の圧縮が中断する。

コントローラ１７は、圧縮工程を終了するか否かを判断する（ステップＳＴ１５）。
コントローラ１７は、たとえば圧力センサ２０の検出圧力が所定圧力を超えると、圧縮工程を終了すると判断する。
超えていない場合は、コントローラ１７は、ステップＳＴ１２からＳＴ１４の処理を繰り返す。
これにより、タンク１４には、車両の減速中に断続的に圧縮空気が圧縮される。

圧縮工程を終了する場合、コントローラ１７は、吸気弁１３を閉じる。コントローラ１７は、電磁クラッチ２５を開き、コンプレッサ２４を停止させる（ステップＳＴ１６）。
これにより、タンク１４への空気の圧縮が終了する。
タンク１４には、所定の一定圧力の圧縮空気が圧縮される。

図６は、図４の急速空調装置１０の、加熱冷却系部分の構成図である。
図６の急速空調装置１０は、空気調和装置３２において冷却または加熱された空気により、タンク１４に貯蔵された圧縮空気を加熱または冷却する。
急速空調装置１０は、排気口を有する断熱ケース２６、断熱ケース２６に連通する冷気ダクト２７、冷気弁２８、暖気ダクト２９、暖気弁３０を有する。

断熱ケース２６は、吸気弁１３から排気弁１６までのダクトと、タンク１４とを収容する。
断熱ケース２６は、たとえば真空層により、ケースの内側と外側とを断熱すればよい。

冷気ダクト２７は、断熱ケース２６に冷気を導入する。
冷気ダクト２７は、断熱ケース２６と空気調和装置３２の空調ダクト３３とを接続する。
冷気ダクト２７は、空気調和装置３２の空調ダクト３３において、エバポレータ３４の下流側の部位に接続される。これにより、空気調和装置３２により車内へ吸引され、さらにエバポレータ３４により冷却された空気が、冷気ダクト２７を通じて、断熱ケース２６へ導入される。

エバポレータ３４は、冷却ユニット２２の一部である。
冷却ユニット２２は、エンジン７で駆動されるコンプレッサ４１、圧縮された冷媒を凝縮液化させるコンデンサ４２、凝縮液化された冷媒のうちの液冷媒のみを分離するレシーバ４３、液冷媒を減圧膨張させるエキスパンションバルブ４４、膨張した冷媒を気化させるエバポレータ３４、および、これらを環状に接続する配管４５、を有する。

冷気弁２８は、冷気ダクト２７に設けられる。冷気弁２８は、コントローラ１７により開閉制御される。
冷気弁２８が開状態である場合、空気調和装置３２の冷気は断熱ケース２６へ供給される。
冷気弁２８が閉状態である場合、断熱ケース２６に導入された冷気は、断熱ケース２６に留まる。この冷気により、タンク１４の圧縮空気は冷却される。

暖気ダクト２９は、断熱ケース２６に暖気を導入する。
暖気ダクト２９は、断熱ケース２６と空気調和装置３２の空調ダクト３３とを接続する。
暖気ダクト２９は、空気調和装置３２の空調ダクト３３において、ヒータ３５の下流側の部位に接続される。これにより、空気調和装置３２により車内へ吸引され、さらにヒータ３５により加熱された空気が、暖気ダクト２９を通じて、断熱ケース２６へ導入される。

ヒータ３５は、加熱ユニット２３の一部である。
加熱ユニット２３は、ヒータ３５、エンジン７で暖められた冷却水をヒータ３５へ循環させる配管４６、配管４６に設けられた冷却水ポンプ４７、を有する。

暖気弁３０は、暖気ダクト２９に設けられる。暖気弁３０は、コントローラ１７により開閉制御される。
暖気弁３０が開状態である場合、空気調和装置３２の暖気は断熱ケース２６へ供給される。
暖気弁３０が閉状態である場合、断熱ケース２６に導入された暖気は、断熱ケース２６に留まる。この暖気により、タンク１４の圧縮空気は加熱される。

次に、図６の急速空調装置１０の貯蔵工程での冷却または加熱について説明する。
図７は、図６の急速空調装置１０の貯蔵工程のフローチャートである。
急速空調装置１０のコントローラ１７は、圧縮工程を終了すると、貯蔵工程を開始する（ステップＳＴ２１）。

貯蔵工程を開始すると、コントローラ１７は、圧縮空気の必要熱量を演算する（ステップＳＴ２２）。
コントローラ１７は、たとえば、タンク１４の圧縮空気を乗車空間３へ放出することにより乗車空間３の温度が空気調和装置３２に設定された温度となるように、タンク１４に貯蔵された圧縮空気の必要熱量を演算する。
この他にも、コントローラ１７は、季節に応じた温度、たとえば夏では２８度へ冷却するために必要な熱量を演算してよい。

必要熱量を演算した後、コントローラ１７は、タンク１４に実際に貯蔵された圧縮空気の熱量に過不足があるか否かを判断する（ステップＳＴ２３、ＳＴ２４）。コントローラ１７は、温度センサ２１の検出温度と圧力センサ２０の圧力とに基づいて、タンク１４に実際に貯蔵された圧縮空気の熱量を演算し、先に演算した必要熱量と比較する。

熱量が不足している場合、コントローラ１７は、圧縮空気の加熱処理を実行する（ステップＳＴ２５）。
コントローラ１７は、加熱ユニット２３の冷却水ポンプ４７を動作させる。冷却水ポンプ４７は、コントローラ１７の指示の下、空気調和装置３２により制御されてよい。
また、ヒータ３５が加熱されると、コントローラ１７は、暖気弁３０を開く。
これにより、空気調和装置３２により吸気され、ヒータ３５により加熱された空気が、暖気ダクト２９を通じて、断熱ケース２６に導入される。
断熱ケース２６に導入された暖気により、タンク１４に貯蔵された圧縮空気は加熱される。

熱量が超過している場合、コントローラ１７は、圧縮空気の冷却処理を実行する（ステップＳＴ２６）。
コントローラ１７は、冷却ユニット２２のコンプレッサ４１を動作させる。コンプレッサ４１は、コントローラ１７の指示の下、空気調和装置３２により制御されてよい。
また、エバポレータ３４が冷却されると、コントローラ１７は、冷気弁２８を開く。
これにより、空気調和装置３２により吸気され、エバポレータ３４により冷却された空気が、冷気ダクト２７を通じて、断熱ケース２６に導入される。
断熱ケース２６に導入された冷気により、タンク１４に貯蔵された圧縮空気は冷却される。

熱量が不足も超過もしていない場合、コントローラ１７は、加熱も冷却もすることなく、貯蔵工程を終了する。

以上のように、本実施形態の急速空調装置１０は、減速時のエンジンブレーキの制動力を用いて空気を圧縮する。
また、急速空調装置１０は、空気調和装置３２のエバポレータ３４の冷気を用いて、タンク１４に貯蔵した圧縮空気を冷却し、ヒータ３５の熱気を用いて、タンク１４に貯蔵した圧縮空気を加熱する。
よって、本実施形態の急速空調装置１０は、車両の動力源および電源の負担にならないエネルギを使用して、空気を圧縮し、加熱し、冷却する。
よって、急速空調装置１０は、低負荷、排熱、余剰なエネルギを使用して、空気を圧縮し、加熱し、冷却できる。

なお、図７の加熱処理（ステップＳＴ２５）と冷却処理（ステップＳＴ２６）とは、空気調和装置３２により乗車空間３が適温に制御された後に、実行するようにしてもよい。
これにより、空気調和装置３２に負担をかけることなく、余剰能力を利用して、圧縮空気を加熱および冷却できる。

以上の実施形態は、本発明の好適な実施形態の例であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形または変更が可能である。

上記第２実施形態では、車両のエンジンブレーキがかかっている減速期間において車輪より伝達される回転力によりコンプレッサ２４を駆動し、空気を圧縮している。
この他にもたとえば、空気は、排気ブレーキの排気圧力を利用して圧縮してよい。
図８は、本発明の第２実施形態に係る急速空調装置１０の、圧縮系部分の変形例の構成図である。
図８の急速空調装置１０の圧縮ユニット１１は、シリンダ５１と、ピストン５２と、バネ５３と、三方弁５４と、を有する。
シリンダ５１は、一方においてエンジン７の排気管６１の途中に連通し、他方において吸気ダクト１２と連通する。シリンダ５１は、排気管６１に対して、排気ブレーキ用の弁６２よりエンジン７側に接続される。
ピストン５２は、シリンダ５１に、一方から他方へ移動可能に配置される。ピストン５２は、シリンダ５１の内部空間を、一方側と他方側とに分ける。
バネ５３は、ピストン５２に対して、シリンダ５１の一方側に向かう付勢力を作用させる。
三方弁５４は、シリンダ５１と吸気ダクト１２との接続箇所に設けられる。三方弁５４は、シリンダ５１に対して、吸気口１８およびタンク１４の一方を切り替えて接続する。
三方弁５４は、コントローラ１７により制御される。
圧縮しない場合、三方弁５４は、シリンダ５１に対して吸気口１８を接続する。シリンダ５１内には、吸気口１８から外気が導入される。
圧縮する場合、コントローラ１７は、三方弁５４を切り替える。三方弁５４は、シリンダ５１に対してタンク１４を接続する。
この状態で、排気ブレーキが作動する。排気ブレーキ用の弁６２が閉じられ、排気管６１の圧力が上昇する。排気管６１の圧力により、ピストン５２は、バネ５３の付勢力に抗して移動する。シリンダ５１内の外気は、圧縮され、タンク１４へ供給される。排気ブレーキの作動中に、空気が圧縮される。
排気ブレーキの作動中に、コントローラ１７は、三方弁５４を制御する。三方弁５４は、タンク１４とシリンダ５１とをつなぐ通路を閉鎖し、シリンダ５１と吸気口１８とをつなぐ通路を開放する。タンク１４には、圧縮空気が収容される。
排気ブレーキの解除と共に、シリンダ５１の内圧が下がる。シリンダ５１内に配設されたバネ５３の付勢力により、ピストン５２は、元の位置に押し戻される。シリンダ５１内にあった排気ガスは、排気管６１へ押し戻される。

上記実施形態は、急速空調装置１０は、自動車１に搭載されている。
この他にもたとえば、急速空調装置１０は、バス、電車などのその他の車両に搭載されてよい。
急速空調装置１０は、車両から分離された単独の装置として形成されてよい。
圧縮ユニット１１の駆動源に電動モータを使用することで、急速空調装置１０は、エンジン７の駆動力を動力源とすることなく圧縮工程を実施できる。電動コンプレッサを用いる急速空調装置１０は、車両のバッテリ、太陽光発電パネル、家庭用電源の電力により動作できる。
持ち運び可能な急速空調装置１０とすることで、複数の車両の冷却に使用できる。非常用の急速空調装置１０としても利用できる。

上記実施形態では、急速空調装置１０は、タンク１４の他に、圧縮ユニット１１を有する。
この他にもたとえば、急速空調装置１０は、タンク１４を交換可能として、圧縮ユニット１１を持たないものとしてもよい。
この場合、急速空調装置１０は、圧縮工程を実施しない。また、急速空調装置１０は、タンク１４の残圧を確認したり、または新たなタンク１４が装着されたかを確認したりして、冷却工程を実施すればよい。
そして、タンク１４を購入して利用する場合、そのタンク１４は一般的に常温に冷却されているので、冷却のための貯蔵工程も不要である。

上記実施形態では、自動車１などの車両の乗車空間３は、急速空調装置１０により冷却される。
この他にもたとえば、自動車１などの車両の乗車空間３は、急速空調装置１０および空気調和装置により冷却されてよい。
たとえば急速空調装置１０で初期冷却した後に、空気調和装置で所望の温度に冷却すればよい。
これにより、乗車空間３は、空気調和装置だけで乗車空間３を冷却する場合に比べて、確実に短時間で冷却される。
なお、このような急速空調装置１０と空気調和装置とによる協働の冷却動作は、これらのコントローラが別々である場合には、たとえば急速空調装置１０から空気調和装置へ起動信号を送信することにより実現できる。
コントローラが共通化されている場合には、急速空調装置１０の制御プログラムから空気調和装置の制御プログラムに対して、フラグなどによるプログラム間通信により通信させることにより実現できる。

１…自動車（車両）
３…乗車空間
７…エンジン
１０…急速空調装置（空調装置）
１１…圧縮ユニット
１４…タンク
１７…コントローラ（制御部）
２２…冷却ユニット
２３…加熱ユニット
３２…空気調和装置

Claims (8)

1. ユーザが乗車する車両の乗車空間と、
   圧縮空気を貯蔵可能なタンクと、
   前記乗車空間に対して前記タンクに貯蔵された圧縮空気を放出させる制御部と、
   前記タンクを収容する断熱ケースと、
   前記断熱ケースと連通し、前記断熱ケース外の空気を前記断熱ケースの内部へ導入するダクトと、
   前記ダクトを開閉する弁と、
   を有し、
   前記制御部は、
   前記タンクに貯蔵された圧縮空気を冷却または加熱する場合には前記弁を開いて、当該車両の動力源および電源の負担にならないエネルギを使用して冷却または加熱された外気を前記断熱ケース内へ導入する
   車両。
2. 前記タンクに圧縮される圧縮空気は、
   当該車両の減速期間において車輪より伝達される回転力、
   排気ブレーキの排気圧力、または、
   排気ブレーキにより作動する圧縮装置
   により圧縮される
   請求項１記載の車両。
3. 前記タンクに貯蔵された圧縮空気は、
   当該車両の車内に取り入れられ若しくは冷却された空気、
   走行風、
   空気調和装置の冷媒、
   当該車両のエンジン若しくはトランスミッションの駆動力を用いて生成される冷媒、または、
   バッテリ若しくはジェネレータの電力を用いて生成される冷媒、
   により冷却される
   請求項１または２記載の車両。
4. 前記タンクに貯蔵された圧縮空気は、
   当該車両の車内に取り入れられ若しくは加熱された空気、
   車体の熱、
   空気調和装置の熱媒体、
   当該車両のエンジン若しくはトランスミッションの駆動力を用いて生成される熱媒体、
   バッテリ若しくはジェネレータの電力を用いて生成される熱媒体、
   エンジンの熱若しくは排気熱、または、
   ブレーキ若しくはトランスミッションの熱、
   により加熱される
   請求項１から３のいずれか一項記載の車両。
5. 当該車両のエンジンブレーキがかかっている期間の車輪より伝達される回転力により、前記タンクに空気を圧縮し、
   前記タンクに貯蔵された圧縮空気を冷却する場合には、当該車両の車内に取り入れられ若しくは冷却された空気により冷却し、
   前記タンクに貯蔵された圧縮空気を加熱する場合には、当該車両のエンジンの熱若しくは排気熱により加熱する
   請求項１記載の車両。
6. ユーザが乗車する車両の乗車空間を冷却する空調装置であって、
   圧縮空気を貯蔵可能なタンクと、
   前記乗車空間に対して前記タンクに貯蔵された圧縮空気を放出させる制御部と、
   前記タンクを収容する断熱ケースと、
   前記断熱ケースと連通し、前記断熱ケース外の空気を前記断熱ケースの内部へ導入するダクトと、
   前記ダクトを開閉する弁と、
   を有し、
   前記制御部は、
   前記タンクに貯蔵された圧縮空気を冷却または加熱する場合には前記弁を開いて、当該車両の動力源および電源の負担にならないエネルギを使用して冷却または加熱された外気を前記断熱ケース内へ導入する
   空調装置。
7. ユーザが乗車する車両の乗車空間を冷却する圧縮空気をタンクに貯蔵する空調装置の空調方法であって、
   弁により開閉可能なダクトを備える貯蔵ケース内に収容された前記タンクに圧縮空気を貯蔵し、
   前記弁を開いて、当該車両の動力源および電源の負担にならないエネルギを使用して冷却または加熱された外気を前記ダクトから前記断熱ケースの内部へ導入し、前記タンクに貯蔵された圧縮空気を冷却または加熱し、
   冷却または加熱された前記タンク内の圧縮空気を、前記乗車空間へ放出する
   空調方法。
8. 当該車両の動力源および電源の負担にならないエネルギを使用して、前記タンクに圧縮空気を貯蔵する、
   請求項７記載の空調方法。

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