JP6451260B2 - 車両用空調装置 - Google Patents
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Description
図14は、水分吸着材における相対湿度と水分吸着量との関係を示す図である。
この図14に示すように、水分吸着材においては、相対湿度が高いほど水分吸着量は多く、また、相対湿度が低いほど水分吸着量は少ない。
なお、デシカント材に温風を当てることで水分を脱離させ、その除湿機能を回復させることができる。除湿性能が低下したデシカント材の除湿機能を回復させることを「デシカント材を再生する」という場合がある。
本件は、上記のような課題に鑑み創案されたものであり、水分吸着材の再生を効率的に行うことができるようにした、車両用空調装置を提供することを目的の一つとする。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。
(4)また、前記車両用空調装置は、前記第1センサが前記流路上における前記除湿部材の上流側位置において、前記除湿部材へ流入前の空気の湿度を検出するとともに、前記第2センサが、前記流路上における前記除湿部材の下流側位置において、前記除湿部材を通過後の空気の湿度を検出し、前記再生完了判断部が、前記除湿部材の再生処理の実施中において、前記第1センサにより検出された前記除湿部材へ流入前の空気の温度と、前記除湿部材を通過後の空気の温度との差が第2閾値以下であり、且つ、前記第2センサにより検出された前記除湿部材を通過後の空気の湿度と、前記第1センサにより検出された前記除湿部材へ流入前の空気の湿度との差が第4閾値以下の場合に、前記再生処理部による前記除湿部材の再生処理の完了を判断することが望ましい。
[1−1.全体構成]
本実施形態に係る車両用空調装置は、車両に搭載され、車室内の温度や湿度等を調節するものであり、HVAC(heating, ventilation, and air conditioning)装置とも呼ばれる。ここで例示する車両用空調装置は、図3に示す車両2に搭載される。
図1に示すように、空調部10は、何れもハウジング11に内蔵された、メインファン12,エバポレータ13,暖房用ヒータ14,エアミックスダンパ15及び送風ダンパ19a,19bを有する。ハウジング11は、これら装置を収容するケース(筐体)であり、内部に空間を有する。ハウジング11内には、メインファン12の作動によって一方向の(図1中左から右に向かう)空気の流れが生成される。ハウジング11内には、この空気の流れの上流側から順に、メインファン12,エバポレータ13,エアミックスダンパ15,暖房用ヒータ14及び送風ダンパ19a,19bが配置される。ハウジング11内を流れた空気は、車室4内へと至る。
次に、除湿部20について説明する。
除湿部20は、空調装置1の空調効率を高めるとともに、車室4内の窓曇りを防止するために設けられるものである。車室4内を冷房する場合は、エバポレータ13の作動により空気中の水分が除去されるため、内気の湿度が低下し、窓曇りが発生することなく内気循環による空調が可能である。これに対して車室4内を暖房する場合は、エバポレータ13が通常停止されるため、内気導入通路17からハウジング11内へと内気を取り入れたのでは内気の湿度が上昇し、窓曇りが発生しうる。他方で、車室4内の暖房時に窓曇りを防止するためにエバポレータ13を作動させたのでは、空調効率の向上は望めない。そこで、本空調装置1は、空調効率の向上と窓曇りの防止とを両立するための構成として、除湿部20を備える。本実施形態では、除湿部20は車室4内を暖房するときに利用される。
そこで、本実施形態の空調装置1は、デシカント材22に吸着された水分量が所定量を超えた場合に、デシカント材22の除湿性能を回復させる再生制御を実施する。すなわち、デシカント材22に乾いた空気を流入させてデシカント材22に吸着した水分を除去し、デシカント材22を再生させる。除湿部20のヒータダンパ24,再生用ヒータ23,サブファン25及び排出ダンパ28は、この再生時に用いられる。また、再生切替ダンパ26は、デシカント材22の再生時,車室4内の冷房時及び暖房時に用いられる。
サブファン25(再生用送風手段)は、除湿通路21内において排出通路27へ向かう空気の流れを生成するものである。すなわち、サブファン25は、デシカント材22の再生時に作動し、除湿通路21内の空気を排出通路27から車外へと排出する。サブファン25は、除湿通路21内におけるデシカント材22より下流の排出通路27の接続部に配置される。サブファン25は、空調ECU30によりオンオフが制御される。
空調ECU30は、上述の空調部10及び除湿部20の各装置を制御することにより、車室4内の空調を制御するものである。空調ECU30は、車両ECUの下位に位置する電子制御装置であり、例えば周知のマイクロプロセッサやROM,RAM等を集積したLSIデバイスや組み込み電子デバイスとして構成され、車載ネットワークの通信ラインを介して車両ECUと通信可能に接続される。ここでは空調ECU30は、充電ガンが充電口に接続されると自動的に電源が入る(オン状態になる)ものとする。
図1に示すように、第1センサ61はデシカント材22の直上流に配置され、第2センサ62はデシカント材22の直下流に配置されている。第1センサ61は、デシカント材22の通過直前の空気の湿度(H1)及び温度(T1)を検出し、第2センサ62は、デシカント材22の通過直後の空気の湿度(H2)及び温度(T2)を検出する。水分量検出センサ60は、検出した情報を空調ECU30へ出力する。
空調ECU30は、温湿度センサ40から入力された車室4内の温度及び湿度情報と、操作スイッチ50から入力された乗員の空調要求と、水分量検出センサ60から入力された情報とに応じて、空調制御及び再生制御を実施する。
空調制御とは、乗員の空調要求と車室4内の環境とに応じて冷房と暖房とを切り替える制御である。空調制御には、エバポレータ13を使用して車室4内を冷房する冷房モードと、暖房用ヒータ14を使用して車室4内を暖房する暖房モードとの二つの制御モードが含まれる。さらに暖房モードには、除湿暖房モードと外気暖房モードとの二種類がある。
除湿暖房モードは、除湿通路21を通じてハウジング11内に除湿した内気を導入し、暖房用ヒータ14を作動させて内気を加温するモードである。一方、外気暖房モードは、外気導入通路16を通じてハウジング11内に外気を導入し、暖房用ヒータ14を作動させて外気を加温するモードである。暖房モードは、例えば乗員による操作スイッチ50の操作によって暖房が選択された場合や、車室4内の温度が設定温度よりも低い場合などに設定される。また、除湿暖房モードと外気暖房モードとは、再生制御の実施の有無に応じて切り替えられ、再生制御が必要な場合のみ外気暖房モードが設定される。つまり、再生制御が不要な場合には、暖房モードとして除湿暖房モードが設定される。
モード設定部31は、空調装置1の作動時に、各種情報に基づいて空調装置1の制御モードを、冷房モード,除湿暖房モード及び外気暖房モードの何れか一つに設定するとともに、必要に応じて再生モードを設定するものである。具体的には、モード設定部31は、操作スイッチ50からの乗員の空調要求と温湿度センサ40からの車室4内の温度及び湿度情報とに基づき、冷房が必要であるか暖房が必要であるかを判断する。そして、冷房が必要であると判断した場合は冷房モードに設定し、暖房が必要であると判断した場合は、さらに水分量検出センサ60からの情報に基づき、再生制御が必要であるか否かを判断する。
図4に例示するように、デシカント材22による水分の吸着当初においては、第1センサ61による検知結果は、温度T1=t1℃、湿度H1=h1%であり、第2センサ62による検知結果は、温度T2=t2℃、湿度H2=h2%である。なお、以下、湿度は相対湿度(RH:Relative Humidity)で表すものとする。
図5に例示するように、デシカント材22の吸着限界においては、第1センサ61による検知結果は、温度T1=t3℃、湿度H1=h3%であり、第2センサ62による検知結果は、温度T2=t4℃、湿度H2=h4%である。
このように、吸着限界の状態においては、デシカント材22は更なる水分吸着を行うことができないので、吸着熱の発生も停止する。従って、このとき、第1センサ61によって検知される温度T1の値と、第2センサ62によって検知される温度T2の値との差が小さくなる。
すなわち、モード設定部31は、第2センサ62によって検知された温度T2の値と、第1センサ61によって検知された温度T1の値との差(T2−T1)が、所定の閾値(第1閾値)以下の場合に、デシカント材22の再生制御が必要であると判断する。
例えば、再生開始判断部311は、第2センサ62によって検知された湿度H2の値と、第1センサ61によって検知された湿度H1とに基づいて、デシカント材22の再生制御が必要であると判断してもよい。
制御部32は、モード設定部31で設定された制御モードに応じて、空調装置1を構成する各要素に制御信号を出力してこれらを制御するものである。具体的な制御内容を図6〜図8を用いて説明する。
外気暖房モードが設定されるとともに再生モードが設定された場合は、制御部32は図8に示すように各要素を制御する。具体的には、制御部32は、メインファン12及び暖房用ヒータ14を作動させるとともにエバポレータ13を停止状態とする。また、内外気切替ダンパ18を、内気開口11bを閉鎖する位置に制御するとともに、再生切替ダンパ26を、内気除湿開口11cを閉鎖する位置に制御して、外気開口11aのみを開放させる。そして、エアミックスダンパ15を、冷房通路11Gをほぼ閉鎖する位置に制御して暖房通路11Hを開放させる。
これらの制御により、車室4内から除湿通路21に流入した空気は、加温通路21Hにおいて再生用ヒータ23によって加熱されることで、相対湿度が低下した状態、すなわち乾いた空気となる。
また、上記各モードにおいて、デシカント材22の上流側に配置された第1センサ61と、デシカント材22の下流側に配置された第2センサ62とが、それぞれ通過する空気の温度や湿度を測定する。
図9に例示するように、デシカント材22の再生開始時においては、第1センサ61による検知結果は、温度T1=t5℃、湿度H1=h5%であり、第2センサ62による検知結果は、温度T2=t6℃、湿度H2=h6%である。
すなわち、t5≧t6であり、また、h5≦h6となる。なお、t5,t6は、例えば約0℃から約90℃の間の値をとり得るものであり、h5,h6は、例えば数%から約90%の間の値をとり得るものである。
なお、t7≧t8であり、また、h7≦h8となる。なお、t7,t8は、例えば約0℃から約90℃の間の値をとり得るものであり、h7,h8は、例えば数%から約90%の間の値をとり得るものである。また、t8はt7と同等の温度に近づき、h8はh7と同等の湿度に近づく。
そこで、本車両用空調装置においては、第1センサ61によって検知された温度T1の値と、第2センサ62によって検知された温度T2の値との差(T1−T2)が、所定の閾値(第2閾値)以下の場合に、デシカント材22の再生が完了したと判断する。
なお、上記実施形態においては、再生完了判断部312は、再生モードにおいて、第1センサ61によって検知された温度T1の値と、第2センサ62によって検知された温度T2の値との差(T1−T2)が、所定の閾値(第2閾値)以下の場合に、デシカント材22の再生完了を判断しているが、これに限定されるものではない。
また、再生完了判断部312は、第1センサ61によって検知された温度T1の値と、第2センサ62によって検知された温度T2の値との差(T1−T2)が、所定の閾値(第2閾値)以下であることが検知され、且つ、第2センサ62によって検知された湿度H2の値と、第1センサ61によって検知された湿度H1の値との差(H2−H1)が、所定の閾値(第4閾値)以下であること検知された場合に、デシカント材22の再生完了を判断してもよい。
除湿部20の故障の判定は、例えば、デシカント材22の再生時に、再生を開始してから所定時間経過しても第1センサ61により測定される温度(T1)と第2センサ62により測定される温度(T2)との温度差(T1−T2)が所定値(第5閾値)以下とならないことを検知することにより行う。また、再生を開始してから所定時間経過しても第2センサ62により測定される湿度(H2)が所定値以下とならないことを検知することにより除湿部20の故障を判断してもよい。
また、空調ECU30は、除湿部20において異常が検知されたことを示す警告を発行することが望ましい。
図11は、空調装置1で実施される制御内容を説明するためのフローチャートである。このフローチャートは、車両ECUがオン状態の場合に(すなわち車両2の外部充電中にも)所定の演算周期で繰り返し実施される。
ステップS1では、温湿度センサ40,操作スイッチ50及び水分量検出センサ60から各種情報が空調ECU30に入力される。ステップS2では、ステップS1で取得した情報に基づき、モード設定部31によって乗員の空調要求の有無が判定される。つまりここでは、空調制御を実施する必要があるか否かが判定される。乗員の空調要求が有ると判定された場合には、空調制御を実施する必要があるとしてステップS3に進む。
ステップS4では、モード設定部31によって再生制御が必要であるか否かが判定され、必要な場合はステップS7へ進み、不要な場合はステップS6へ進む。つまりここでは、水分量検出センサ60からの情報に基づいて、暖房モードとして除湿暖房モードを設定するのか外気暖房モードを設定するのかが選択される。再生制御が必要であるかの判断手法については、図12を用いて後述する。ステップS6では、モード設定部31により除湿暖房モードが設定されて、制御部32によって除湿暖房モードに応じた空調制御が行われ、このフローをリターンする。
また、ステップS2において乗員の空調要求が無いと判定された場合には、空調制御を実施する必要がないためステップS8に進む。例えば車両2が外部充電中である場合や乗員が空調装置1を使っていない場合には、ステップS2において乗員の空調要求が無いと判定される。ステップS8では、モード設定部31によって再生制御を実施する必要があるか否かが判定され、必要な場合はステップS9へ進み、不要な場合はこのフローをリターンする。つまりステップS8では、水分量検出センサ60からの情報に基づいて、再生モードを単独で設定するか否かが判定される。再生制御が必要であるかの判断手法については、図12を用いて後述する。ステップS9では、モード設定部31により再生モードのみが設定され、制御部32により再生制御が行われ、このフローをリターンする。
この図12に示す例においては、暖房側の温調が選択され(ステップA1)、除湿暖房モードが設定され、内気循環により車室4内の暖房が実施される場合について示す。空調使用中はデシカント材22を介した吸着吸入で空気が取り入れられる(ステップA2)。
デシカント材22の通過直前の空気の湿度(H1)及び温度(T1)が第1センサ61によって測定され、また、デシカント材22の通過直後の空気の湿度(H2)及び温度(T2)が第2センサ62によって測定される。これらの測定結果は空調ECU30に入力され、モード設定部31によってモニタリングされる(ステップA3)。
第2センサ62によって検知された温度T2の値と、第1センサ61によって検知された温度T1の値との差が第1閾値よりも大きい場合には、デシカント材22を介した吸着吸入を行いながら内気循環により車室4内の暖房が継続して実施される(ステップA5)。
再生制御が必要であると判断する。
制御部32は、内外気切替ダンパ18を、内気開口11bを閉鎖する位置に制御するとともに、再生切替ダンパ26を、内気除湿開口11cを閉鎖する位置に制御して、外気開口11aのみを開放させる。これにより空気の取入れを外気へ切り替える(ステップA6)。
さらに、制御部32は、ヒータダンパ24を、加温通路21Hを開放して迂回通路21Gを閉鎖する位置に制御するとともに、再生用ヒータ23を作動させる。これにより、車室内から除湿通路21に流入した空気は、加温通路21Hを通過し、再生用ヒータ23によって加熱されることで、相対湿度が低下した状態、すなわち乾いた空気となる。この乾いた空気をデシカント材22に流入させることで、デシカント材22の再生を行う。すなわち、再生モードに移行する(ステップA7)。
例えば、図13に示すように、暖房側の温調が選択され(ステップB1)、外気暖房モードが設定されるとともに再生モードでの作動中においては、外気からの空気取り入れが行われている(ステップB2)。
モード設定部31(再生完了判断部312)は、第1センサ61によって検知された温度T1の値と、第2センサ62によって検知された温度T2の値との差を、所定の閾値(第2閾値)と比較する。
一方、第2センサ62によって検知された温度T2の値と、第1センサ61によって検知された温度T1の値との差が第1閾値以下となった場合には、再生完了判断部312は、デシカント材22の再生が完了したと判断する。すなわち、除湿暖房モードへ移行し、デシカント材22を介した吸着吸入を行いながら内気循環による車室4内の暖房が実施される(ステップB5)。
(1)上記の空調装置1では、車室4内とハウジング11とを連通する除湿通路21にデシカント材22が内蔵されている。また、内外気切替ダンパ18が、車室4内の暖房時に、内気導入通路17を閉鎖するとともに外気導入通路16及び除湿通路21の何れか一方を開放する。
(6)また、上記の空調装置1は、空調部10を備える既存の製品に対して、除湿部20を追加することで製造することができる。そのため、既存の製品を活用して製造コストの増大を抑制することができる。
このような場合に、第2センサ62によって検知された温度T2の値と、第1センサ61によって検知された温度T1の値とだけに基づいてデシカント材22の再生制御の要否を判断すると誤判定が行われるおそれがある。すなわち、まだ再生制御が不要であるにもかかわらず、再生開始判断部311がデシカント材22の再生制御が必要であると誤判断したり、再生制御が必要にもかかわらず、再生開始判断部311がデシカント材22の再生制御が不要であると誤判断するおそれがある。
このような場合に、第2センサ62によって検知された温度T2の値と、第1センサ61によって検知された温度T1の値とだけに基づいてデシカント材22の再生完了を判断すると、誤判定が行われるおそれがある。すなわち、本来、再生が完了していないにもかかわらず、再生完了判断部312がデシカント材22の再生完了を誤判断したり、再生が完了しているにもかかわらず、再生完了判断部312がデシカント材22の再生が完了していないと誤判断するおそれがある。
そこで、第1センサ61及び第2センサ62により、それぞれ温度と湿度とを検知し、これらの温度による判定と湿度による判定とを併用することにより、デシカント材22の再生完了を正確に判断でき、デシカント材22を効率的に使用できる。
上述した実施形態に関わらず、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。
上記実施形態では、空調装置1が電動車両に搭載される場合を例示したが、本空調装置1はエンジン車両に搭載されてもよい。本空調装置1がエンジン車両に搭載される場合にも、本空調装置1によれば、上記実施形態と同様に車室4内の窓曇りを防止しながら空調効率を向上させることができる。またこの場合には、空調効率が向上することによって、バッテリの電力消費量を抑えつつ早期に車室4内を暖めることができる。
また、上記の操作スイッチ50は、少なくとも乗員が操作することのできるものであればよく、その具体的な構造や配置は特に限定されない。
2 車両(電動車両)
10 空調部
11 ハウジング
11H 暖房通路
11G 冷房通路
12 メインファン
13 エバポレータ
14 暖房用ヒータ
15 エアミックスダンパ
16 外気導入通路
17 内気導入通路
18 内外気切替ダンパ
20 除湿部
21 除湿通路
21H 加温通路
21G 迂回通路
22 デシカント材(除湿部材)
23 再生用ヒータ(再生処理部)
24 ヒータダンパ
25 サブファン
26 再生切替ダンパ
27 排出通路
30 空調ECU
31 モード設定部
32 制御部
60 水分量検出センサ
61 第1センサ
62 第2センサ
311 再生開始判断部
312 再生完了判断部
313 故障判断部
Claims (6)
- 車室内に流入する空気の流路上に配置され前記空気中の水分を吸着する除湿部材と、
前記除湿部材から水分を除去する再生処理を行う再生処理部と、
前記流路上における前記除湿部材の上流側位置において、前記除湿部材へ流入前の空気の温度を検出する第1センサと、
前記流路上における前記除湿部材の下流側位置において、前記除湿部材を通過後の空気の温度を検出する第2センサと、
前記第2センサにより検出された前記除湿部材を通過後の空気の温度と、前記第1センサにより検出された前記除湿部材へ流入前の空気の温度との差が第1閾値以下の場合に、前記再生処理部による前記除湿部材の再生処理の開始を判断する再生開始判断部と、
前記除湿部材の再生処理の実施中において、前記再生処理の開始から所定時間経過後に、前記第1センサにより検出された前記除湿部材へ流入前の空気の温度と、前記除湿部材を通過後の空気の温度との差が第5閾値よりも大きい場合に、故障発生を判断する故障判断部と
を備えることを特徴とする、車両用空調装置。 - 前記第1センサが前記流路上における前記除湿部材の上流側位置において、前記除湿部材へ流入前の空気の湿度を検出するとともに、前記第2センサが、前記流路上における前記除湿部材の下流側位置において、前記除湿部材を通過後の空気の湿度を検出し、
前記再生開始判断部が、前記第2センサにより検出された前記除湿部材を通過後の空気の温度と、前記第1センサにより検出された前記除湿部材へ流入前の空気の温度との差が第1閾値以下であり、且つ、前記第1センサにより検出された前記除湿部材へ流入前の空気の湿度と、前記第2センサにより検出された前記除湿部材を通過後の空気の湿度との差が第3閾値以下の場合に、前記再生処理部による前記除湿部材の再生処理の開始を判断することを特徴とする、請求項1記載の車両用空調装置。 - 前記除湿部材の再生処理の実施中において、前記第1センサにより検出された前記除湿部材へ流入前の空気の温度と、前記除湿部材を通過後の空気の温度との差が第2閾値以下の場合に、前記再生処理部による前記除湿部材の再生処理の完了を判断する再生完了判断部を備える
ことを特徴とする、請求項1又は2記載の車両用空調装置。 - 前記第1センサが前記流路上における前記除湿部材の上流側位置において、前記除湿部材へ流入前の空気の湿度を検出するとともに、前記第2センサが、前記流路上における前記除湿部材の下流側位置において、前記除湿部材を通過後の空気の湿度を検出し、
前記再生完了判断部が、
前記除湿部材の再生処理の実施中において、前記除湿部材の再生処理の実施中において、前記第1センサにより検出された前記除湿部材へ流入前の空気の温度と、前記除湿部材を通過後の空気の温度との差が第2閾値以下であり、且つ、前記第2センサにより検出された前記除湿部材を通過後の空気の湿度と、前記第1センサにより検出された前記除湿部材へ流入前の空気の湿度との差が第4閾値以下の場合に、前記再生処理部による前記除湿部材の再生処理の完了を判断する
ことを特徴とする、請求項3記載の車両用空調装置。 - 車室内に流入する空気が流通し、前記除湿部材を内蔵する除湿通路と、
一端が前記除湿通路における前記除湿部材よりも下流位置に開口されると共に、他端が車外に連通する排出通路と、
前記除湿通路に対する排出通路の連通状態を切り替える排出ダンパと、
前記再生開始判断部が、前記再生処理部による前記除湿部材の再生処理の開始を判断した場合に、前記排出通路内に空気が導入されるように、排出通路を開放する開放位置に前記排出ダンパを制御する制御部とを備える
ことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の車両用空調装置。 - 前記排出通路へ向かう空気の流れを生成する再生用送風手段を備え、
前記再生開始判断部が、前記再生処理部による前記除湿部材の再生処理の開始を判断した場合に、前記制御部が、前記除湿通路において前記除湿部材を通過した空気が前記排出通路内に導入されるように前記再生用送風手段を駆動する制御を行う
ことを特徴とする、請求項5記載の車両用空調装置。
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