JP5588472B2 - 車載用空調装置および車両 - Google Patents

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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および車両に関する。
従来、バッテリとの熱交換により暖められた空気を空調ユニットに取り込むことにより、空調ユニットの暖房能力を向上させる車載用空調装置が知られている（例えば、特許文献１）。
具体的には、特許文献１の車載用空調装置は、バッテリに空気を流すための空気通路を備えている。この空気通路は、一端が車室内後部にて開口しており、他端が車室内前部の空調ユニットに接続している。よって、空調ユニットから送出された空気は、車室内後部まで流れると、空気通路の一端から吸い込まれ、バッテリを通過する。このとき、空気は、バッテリとの熱交換により暖められる。その後、暖められた空気は、空調ユニットへ戻され、温度調節の後、再び車室内へ送出される。
特開平０５−１７８０７０号公報
しかしながら、特許文献１では、バッテリと熱交換した空気をそのまま車室内へ導入する構成を採っているため、万が一、バッテリの異常によりガスが発生した場合、そのガスも車室内へ導入してしまう、という問題がある。なお、異常時にガスを発生するバッテリは、例えばリチウムイオン二次電池が知られている。
本発明の目的は、空調の暖房能力を向上させつつ、万が一バッテリの異常でガスが発生した場合でも、車室内へガスが流入することを防止できる車載用空調装置、空調ユニット、および車両を提供することである。
本発明の車載用空調装置は、温度を調節した空気を車室内へ送る空調ユニットと、一端を前記空調ユニットに接続し、他端に車室内へ通じる第１開口を有し、車室内から取り込んだ空気を、バッテリの排熱により暖めてから前記空調ユニットへ送る空気通路と、を具備し、前記空調ユニットは、前記空気通路とは別の経路から空気を取り込む空気の取り込み口と、車室内へ通じる第２開口と、車室外へ通じる開口と、前記空気通路から送られてきた空気を、前記空気の取り込み口を介して取り込んだ空気との間で熱交換させた後で、前記車室外へ通じる開口から車室外へ排出する顕熱交換器と、を具備し、前記別の経路から取り込み、前記顕熱交換器で熱交換した空気を、前記第２開口を介して車室内へ送る構成であり、前記空気通路を含む、車室内から車室外へ空気を流す第１の経路には、上流側から下流側へかけて、前記第１開口、前記バッテリ、前記顕熱交換器、および、前記車室外へ通じる開口が、この順で配置され、前記別の経路を含む、車室内へ空気を送る第２の経路には、上流側から下流側へかけて、前記空気の取り込み口、前記顕熱交換器、および、前記第２開口が、この順で配置され、前記第１の経路と前記第２の経路とは途中で空気が交わることのない互いに独立した経路である、構成を採る。
本発明の車両は、本発明の車載用空調装置を備えた構成を採る。
バッテリとの熱交換により暖められた空気を、顕熱交換器を通過させてから車室外へ排気することで、空調の暖房能力を向上させつつ、万が一バッテリの異常でガスが発生した場合でも、車室内へガスが流入することを防止できる。
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空調ユニットの構成を示す図 本発明の実施の形態に係る顕熱交換器の構成を示す図
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全体構成について説明する。
図１は、本実施の形態に係る車載用空調装置の構成を示す図である。この車載用空調装置は、空調ユニット１００および空気通路１０を備え、例えば電気自動車などの車両１に搭載される。なお、図１において、空気通路１０は、上流側１０ａと下流側１０ｂとに分けて符号を付し、図示している。
空調ユニット１００は、車両１の前部に配置され、温度を調節した空気を車室内へ送る。空気Ｈは、空調ユニット１００から車室内へ送り出された空気である。
また、空調ユニット１００には、空気通路１０の下流側１０ｂの端が接続されている。これにより、空調ユニット１００は、空気通路１０を通過してきた空気を取り込む。
なお、空調ユニット１００の詳細な構成については、図２を用いて後述する。
空気通路１０は、車室内から取り込んだ空気を空調ユニット１００へ送るための通路である。この空気通路１０は、図１に示すように、車室内後部から、シートの下側を通り、車室内前部へと通じている。そして、空気通路１０は、下流側１０ｂの端が空調ユニット１００へ接続されている一方で、上流側１０ａの端が車室内後部で開口している。この開口から車室内の空気Ｈが取り込まれる。
また、空気通路１０の内部には、車両１の駆動源であるバッテリ１１が配置されている。バッテリ１１は、例えばリチウムイオン二次電池が挙げられる。
また、空気通路１０の下流側１０ｂには、車室内から取り込んだ空気Ｈを空調ユニット１００へ送るために送風動作を行うファン１２が配置されている。
以上のように構成された車載用空調装置において、空気Ｈの流れは以下の通りとなる。まず、空調ユニット１００は、温度を調節した空気Ｈを車室内へ送り出す。空気Ｈは、車室内を流れて車室内後部へ到達すると、空気通路１０の下流側１０ｂの開口から取り込まれる。その後、空気Ｈは、上流側１０ａから下流側１０ｂへ向けて流れ、バッテリ１１を通過する。このとき、空気Ｈは、バッテリ１１との熱交換により暖められる。暖められた空気Ｈは、ファン１２の送風動作により、空調ユニット１００へ送られる。空調ユニット１００は、空気通路１０から送られてきた空気Ｈの熱を利用して温度調節を行い、再び車室内へ空気Ｈを送り出す。
なお、図１の例では、空気通路１０の上流側１０ａの端が車室内後部にて開口するとしたが、その位置は車室内後部に限定されない。また、図１の例では、ファン１２が空気通路１０の下流側１０ｂに配置するとしたが、その位置は下流側１０ｂに限定されない。例えば、ファン１２は、上流側１０ａの開口の近傍に設けられるようにしてもよい。これにより、車室内の空気Ｈを空気通路１０へ取り込みやすくなる。さらに、空気通路１０において、ファン１２を複数設けるようにしてもよい。例えば、ファン１２を上流側１０ａと下流側２０ｂにそれぞれ１つずつ設けるようにする。これにより、空気通路１０内において、取り込んだ空気Ｈをスムーズに移動させることができる。
このように、本実施の形態の車載用空調装置は、バッテリの排熱を利用して、暖房能力の向上を実現することができる。
以上で、本実施の形態に係る車載用空調装置の全体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空調ユニットについて説明する。
図２は、本実施の形態に係る車載用空調装置が備える空調ユニット１００の構成を示す図である。この空調ユニット１００は、例えばヒートポンプ式を採用している。
空調ユニット１００は、外気取入口１１２より車室外からの外気Ａを取り入れるとともに、内気取入口１１８より車室内からの内気Ｉを取り入れる。内気Ｉは、後述する内気Ｂとは別の経路から取り入れられる空気である。
ここで、空調ユニット１００は、インテークドア１１１を、図中に示す破線の軌跡を描くように動作させ、インテークドア１１１の開度を調整する。これにより、外気Ａと内気Ｉの混合度合いを調節することができる。例えば、車室内へ送り出す空気Ｈの量（風量）を多くする場合、空調ユニット１００は、外気Ａだけを取り入れるために、内気Ｉの流路を閉じるようにインテークドア１１１を動作させる。ただし、外気Ａだけを取り入れると、風量は確保できても、車室内へ送り出す空気Ｈの温度が低くなるおそれがある。そこで、図１に示すように、外気Ａと内気Ｉの両方を取り入れるようにインテークドア１１１を動作させることが望ましい。この場合、空調ユニット１００は、外気Ａと内気Ｉの混合度合いが例えば外気Ａ：内気Ｉ＝７：３となるようにインテークドア１１１を動作させることが望ましい。
図２に示すように、空調ユニット１００内へ取り入れられた外気Ａと内気Ｉは、混合して顕熱交換器１０１へ送られる。なお、外気Ａと内気Ｉが混合した空気を、以下「混合気」という。また、この混合気が顕熱交換器１０１へ流れる流路を、「第１の流路」という。なお、ここでは混合気を例に説明したが、第１の流路を流れる空気は、混合気だけでなく、外気Ａのみ、または、内気Ｉのみの場合もある。
また、空調ユニット１００は、内気取入口１１６より車室内からの内気Ｂを取り入れる。内気取入口１１６は、図１に示す空気通路１０の下流側１０ｂの端と接続されている。よって、内気Ｂは、車室内後部から空気通路１０に取り込まれ、バッテリ１１との熱交換により暖められた空気Ｈである。
ここで、空調ユニット１００は、冷暖切替ドア１１７を、図中に示す破線の軌跡を描くように動作させることで、内気Ｂを導く方向を制御することができる。この内気Ｂを導く方向は、空調ユニット１００が実行する機能に応じて切り替えられる。
すなわち、空調ユニット１００が暖房機能を実行する場合、図２に示すように、冷暖切替ドア１１７は、排出用ホース１２１の開口を閉じるように制御される。これにより、内気取入口１１６から取り込まれた内気Ｂは、顕熱交換器１０１へと導かれる。なお、内気Ｂが顕熱交換器１０１へと流れる流路を、「第２の流路」という。
一方で、空調ユニット１００が冷房機能を実行する場合、図２の破線で示すように、冷暖切替ドア１１７は、排出用ホース１２１の開口を開け、顕熱交換器１０１への入口を塞ぐように制御される。これにより、内気取入口１１６から取り込まれた内気Ｂは、排出用ホース１２１へと導かれる。内気Ｂは、排出用ホース１２１を介して、開口１１９から車室外へ排出される。このようにして、本実施の形態は、冷房機能の実行時に、バッテリ１１により暖められた内気Ｂを車室外へ排出することができるので、冷房負荷を低減させることができる。
顕熱交換器１０１は、第１の流路から取り入れた混合気と、第２の流路から取り入れた内気Ｂとの間で熱交換を行う。この熱交換により、内気Ｂは混合気に熱を奪われる。顕熱交換器１０１は、内気Ｂから熱を奪った混合気である空気Ｃを、ブロアファン１０２に供給する。また、顕熱交換器１０１は、混合気に熱を奪われた内気Ｂである空気Ｄを、排出用ホース１０５（排出路の一例）を介して車室外に排出する。なお、顕熱交換器１０１の詳細については、図３を用いて後述する。
排出用ホース１０５は、一方が顕熱交換器１０１の内気Ｂの排出口と接続し、他方が空調ユニット１００に設けた開口１１５から車室外に突出する。これにより、排出用ホース１０５は、顕熱交換器１０１により熱交換された空気Ｄを車室外に排出する。
ブロアファン１０２は、顕熱交換器１０１にて熱交換された後の空気Ｃを空調ダクト１１３に取り入れる。
エバポレータ１０３は、空調ユニット１００が冷房機能を実行する場合、ブロワファン１０２により空調ダクト１１３に取り入れられた空気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。そして、エバポレータ１０３により冷却された空気Ｆは、空気Ｇとしてコンデンサ１０４に供給される。その一方で、空調ユニット１００が暖房機能を実行する場合、エバポレータ１０３は、冷媒の流れを停止させる。よって、この場合、エバポレータ１０３は、ブロワファン１０２により空調ダクト１１３に取り入れられた空気Ｆと冷媒との間での熱交換を行わずに、空気Ｆを空気Ｇとしてコンデンサ１０４へ供給する。
コンデンサ１０４は、エバポレータ１０３を通過した空気Ｇと冷媒との間で熱交換を行うことにより、空気Ｇを昇温する。また、コンデンサ１０４により昇温された空気Ｇは、空気Ｈとして、開口１２０から車室内へ送り出される。コンデンサ１０４より車室内に送出された空気Ｈは、車室内後部に配置された空気通路１０の開口に取り入れられる。なお、コンデンサ１０４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により、エバポレータ１０３により冷却された空気の一部は、コンデンサ１０４を介さずに車室内に導入される。
以上のように、本実施の形態の空調ユニット１００は、温度を調節した空気を車室内へ送る空調ユニットであって、顕熱交換器１０１と、排出用ホース１０５とを具備する。顕熱交換器１０１は、車室内から取り込まれ、かつ、バッテリ１１の排熱により暖められた空気（内気Ｂ）と、車室外から導入された外気Ａおよび車室内から導入された内気Ｉの少なくも一方の空気と、の間で熱交換をさせる。また、排出用ホース１０５は、バッテリ１１の排熱により暖められ、かつ、顕熱交換器１０１で熱交換された空気Ｄを、車室外へ排出する。
以上で、本実施の形態に係る車載用空調装置が備える空調ユニット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の空調ユニットが備える顕熱交換器について説明する。
図３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３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Ａ，Ｂを有し、一方の流路Ａ（上記第２の流路に相当）に高い温度の空気（例えば上記内気Ｂ）を流し、他方の流路Ｂ（上記第１の流路に相当）に低い温度の空気（例えば上記混合気）を流す。それにより、顕熱交換器１０１では、流路Ａと流路Ｂとの空気を混合せずに流路Ａの空気の熱を流路Ｂの空気へ移動させることができる。各系統の流路Ａ，Ｂ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Ａ，Ｂの接触面積を大きくしている。
なお、本実施の形態において、全熱交換器ではなく、顕熱交換器を用いる理由は、以下の通りである。全熱交換器は、熱量だけでなく、潜熱（水蒸気）の交換も行う。よって、全熱交換器を用いると、万が一バッテリからガスが発生した場合に、ガスの交換も行われてしまい、車室内へガスが供給されてしまうからである。
以上で、本実施の形態に係る車載用空調装置の空調ユニットが備える顕熱交換器についての説明を終える。
このように、本実施の形態の車載用空調装置は、温度を調節した空気を車室内へ送る空調ユニットと、一端を空調ユニットに接続し、他端を車室内で開口させており、車室内から取り込んだ空気を、バッテリの排熱により暖めてから空調ユニットへ送る空気通路と、を具備し、空調ユニットは、空気通路から送られてきた空気を、別の経路から取り込んだ空気との間で熱交換させた後で、車室外へ排出する顕熱交換器を具備することを特徴とする。すなわち、本実施の形態の車載用空調装置は、バッテリとの熱交換により暖められた空気を、顕熱交換器を通過させてから車室外へ排気することにより、空調の暖房能力を向上させつつ、万が一バッテリの異常でガスが発生した場合でも、車室内へガスが流入することを防止できる。
以上、本実施の形態について説明してきたが、上記説明は一例であり、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形が可能である。
本発明にかかる車載用空調装置は、電気自動車等の車両に搭載するのに好適である。
１ 車両
１０ 空気通路
１０ａ 空気通路の上流側
１０ｂ 空気通路の下流側
１１ バッテリ
１２ ファン
１００ 空調ユニット
１０１ 顕熱交換器
１０２ ブロアファン
１０３ エバポレータ
１０４ コンデンサ
１０５、１２１ 排出用ホース
１１１ インテークドア
１１２ 外気取入口
１１３ 空調ダクト
１１４ ミックスドア
１１５、１１９、１２０ 開口
１１６、１１８ 内気取入口
１１７ 冷暖切替ドア

Claims (5)

  1. 温度を調節した空気を車室内へ送る空調ユニットと、
    一端を前記空調ユニットに接続し、他端に車室内へ通じる第１開口を有し、車室内から取り込んだ空気を、バッテリの排熱により暖めてから前記空調ユニットへ送る空気通路と、を具備し、
    前記空調ユニットは、前記空気通路とは別の経路から空気を取り込む空気の取り込み口と、車室内へ通じる第２開口と、車室外へ通じる開口と、前記空気通路から送られてきた空気を、前記空気の取り込み口を介して取り込んだ空気との間で熱交換させた後で、前記車室外へ通じる開口から車室外へ排出する顕熱交換器と、を具備し、前記別の経路から取り込み、前記顕熱交換器で熱交換した空気を、前記第２開口を介して車室内へ送る構成であり、
    前記空気通路を含む、車室内から車室外へ空気を流す第１の経路には、上流側から下流側へかけて、前記第１開口、前記バッテリ、前記顕熱交換器、および、前記車室外へ通じる開口が、この順で配置され、
    前記別の経路を含む、車室内へ空気を送る第２の経路には、上流側から下流側へかけて、前記空気の取り込み口、前記顕熱交換器、および、前記第２開口が、この順で配置され、
    前記第１の経路と前記第２の経路とは途中で空気が交わることのない互いに独立した経路である、
    車載用空調装置。
  2. 前記空調ユニットは、
    前記空気通路から送られてきた空気を、前記顕熱交換器へ導く方向、または、車室外へ導く方向、のいずれかに切り替え可能なドアを具備する、
    請求項１記載の車載用空調装置。
  3. 前記空調ユニットは、
    前記空気の取り込み口の一つであり、車室外から外気を導入する外気取入口と、
    前記空気の取り込み口の他の一つであり、前記空気通路とは異なる経路から取り入れられる内気を導入する内気取入口と、
    前記外気取入口および前記内気取入口と接続され、取り入れた前記外気および前記内気の一方を選択的に切り換えて、或いは両者を混合して前記顕熱交換器へ送るための前記別の経路と、を具備する、
    請求項１記載の車載用空調装置。
  4. 前記空気通路は、
    車室内から取り込んだ空気を前記空調ユニットへ送るためのファンを具備する、
    請求項１記載の車載用空調装置。
  5. 請求項１記載の車載用空調装置を備えた車両。
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