JPH05270253A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外気を冷却または加熱して室内を空気調和す
る際に、室外へ捨てられる空気の熱を室内へ回収して、
冷房効率あるいは暖房効率を高める。 【構成】 外気または内気を選択的に導入可能に設けら
れるとともに、内部を通過した空気を室内または室外へ
選択的に吹き出す加熱空気通路４に冷凍サイクルの冷媒
凝縮器３を配置する。同様に、外気または内気を選択的
に導入可能に設けられるとともに、内部を通過した空気
を室内または室外へ選択的に吹き出す冷却空気通路６に
冷凍サイクルの冷媒蒸発器５を配置する。そして、一方
の通路が、外気を導入して室内へ吹出し、室内を空気調
和する際、他方の通路は室内の空気を導入して室外へ排
出する。これによって、室内から室外へ捨てられる熱
が、再び室内へ回収されて、冷房効率および暖房効率が
高められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱の吸収と放熱を行う
冷却加熱手段（例えば冷凍サイクルやペルチェ素子）を
用いて、室内の冷却または加熱を行う空気調和装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術として、自動車に用いられる
空気調和装置は、室内へ空気を吹き出すダクト内に、冷
凍サイクルの室内熱交換器を配置し、室外に室外熱交換
器を設置して、冷媒の流れ方向を切り替えることによ
り、車室内の冷房と暖房を行っている。また、ダクト
は、室内へ吹き出す空気を、室外空気（外気）と室内空
気（内気）とを切り替えて吹き出し可能に設けられてい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の空気調和装置
は、外気導入を行う場合、例えば冷房運転時では、外気
を吸引、冷却して室内へ吹き出すため、室内の冷やされ
た空気の一部が室外へ排出されてしまう。同様に、外気
導入を行う場合の暖房運転時では、外気を吸引、加熱し
て室内へ吹き出すため、室内の温められた空気の一部が
室外へ排出されてしまう。つまり、冷房時は冷たい空気
を、暖房時は温かい空気を室外へ捨てていたため、冷房
効率あるいは暖房効率が悪い問題点を有していた。

【０００４】

【発明の目的】本発明の目的は、外気を冷却または加熱
して室内を空気調和する際に、室内から室外へ捨てられ
る空気の熱を室内へ回収して、冷房効率あるいは暖房効
率を高めた空気調和装置の提供にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の空気調和装置
は、次の技術的手段を採用した。空気調和装置は、熱を
吸収する吸熱体、およびこの吸熱体の吸収した熱を放出
する放熱体を備えた冷却加熱手段と、室外空気あるいは
室内空気を吸引するとともに、内部を通過した空気を室
外あるいは室内へ吹き出すように設けられ、内部を通過
する空気を前記吸熱体によって冷却する冷却空気通路
と、室外空気あるいは室内空気を吸引するとともに、内
部を通過した空気を室外あるいは室内へ吹き出すように
設けられ、内部を通過する空気を前記放熱体によって加
熱する加熱空気通路とを備える。そして、前記冷却空気
通路に室外空気を吸引して室内へ吹き出す際に、前記加
熱空気通路は、室内空気を吸引して室外へ排出可能に設
けられるとともに、前記加熱空気通路に室外空気を吸引
して室内へ吹き出す際に、前記冷却空気通路は、室内空
気を吸引して室外へ排出可能に設けられる。

【０００６】

【発明の作用】室外空気を冷却空気通路に吸引して、吸
熱体で熱を吸収して室内へ吹き出し、室内の冷却を行う
際、加熱空気通路に室内空気を吸引し、吸引した室内空
気で放熱体を冷却して室外へ放出する。つまり、放熱体
が室外へ捨てられる冷たい空気によって冷却されるた
め、吸熱体による空気の吸熱率が高まり、結果的に、室
内の冷房効率が高くなる。逆に、室外空気を加熱空気通
路に吸引して、放熱体で空気を加熱して室内へ吹き出
し、室内の暖房を行う際、冷却空気通路に室内空気を吸
引し、吸引した室内空気で吸熱体を加熱して室外へ放出
する。つまり、吸熱体が室外へ捨てられる温かい空気に
よって加熱されるため、放熱体による空気の加熱率が高
まり、結果的に、室内の暖房効率が高くなる。

【０００７】

【発明の効果】本発明の空気調和装置は、上記の作用で
示したように、外気を冷却して室内を冷房する際、およ
び外気を加熱して室内を暖房する際は、室内から室外へ
捨てられる空気の熱を利用して室内へ吹き出す外気の冷
却および加熱を行うため、冷房効率および暖房効率が高
い。このため、室内の冷房あるいは暖房が従来に比較し
て省動力で可能になる。

【０００８】

【実施例】次に、本発明の空気調和装置を、図に示す一
実施例に基づき説明する。 〔実施例の構成〕図１ないし図６は本発明の実施例を示
すもので、図１は空気調和装置のダクトの概略構成図、
図２は自動車に搭載されるダクトの斜視図、図３は空気
調和装置の冷媒回路図である。本実施例の空気調和装置
１は、電気自動車に搭載されるもので、室内に吹き出さ
れる空気を冷却あるいは加熱する冷却加熱手段として、
冷凍サイクル２を用いたものである。空気調和装置１の
ダクトは、熱を放熱して空気を加熱する放熱体である冷
媒凝縮器３を内部に配置した加熱空気通路４と、熱を吸
収して空気を冷却する吸熱体である冷媒蒸発器５を内部
に配置した冷却空気通路６とを備える。なお、加熱空気
通路４は車両走行用の駆動モータ７ａが配置されたモー
タルーム７内に配置され、冷却空気通路６は車室内８に
配置され、加熱空気通路４と冷却空気通路６とは、モー
タルーム７と車室内８とを区画する隔壁９を介して平行
に設けられている。

【０００９】加熱空気通路４の上流には、第１上流内外
気切替手段１０が接続されている。この第１上流内外気
切替手段１０は、車室内８の空気を取り入れる第１内気
導入口１１と、車室外の空気を取り入れる第１外気導入
口１２とを備える。そして第１上流内外気切替手段１０
は、第１内気導入口１１か第１外気導入口１２の一方を
塞ぐことのできる第１上流内外気切替ダンパ１３を備
え、この第１上流内外気切替ダンパ１３により、加熱空
気通路４内に導かれる空気を内気と外気とで切り替える
ことができる。第１外気導入口１２には、車両前部から
外気を加熱空気通路４へ導くための外気導入ダクト１４
が接続されている。この外気導入ダクト１４の途中に
は、モータルーム７内に開口する開口部１５を備え、車
両前部の外気と、モータルーム７内の外気とを、切替ダ
ンパ１６によって切り替え可能に設けられている。な
お、この切替ダンパ１６は、内気導入の暖房運転時に、
モータルーム７内の空気を加熱空気通路４内へ導くよう
に設けられている。加熱空気通路４の下流には、第１下
流内外気切替手段１７が設けられている。この第１下流
内外気切替手段１７は、加熱空気通路４を通過した空気
を車室内８へ排出するための第１内気排出口１８と、加
熱空気通路４を通過した空気を車室外へ排出するための
第１外気排出口１９とを備える。そして第１下流内外気
切替手段１７は、第１内気排出口１８または第１外気排
出口１９の一方を塞ぐことのできる第１下流内外気切替
ダンパ２０を備え、この第１下流内外気切替ダンパ２０
により、冷却空気通路６内を通過した空気を車室内８か
車室外へ切り替えて排出することができる。加熱空気通
路４内には、下流に向かって第１送風機２１と冷媒凝縮
器３が設けられている。第１送風機２１は、図示しない
モータが通電を受けると図示しないファンが回転して、
第１上流内外気切替手段１０によって選択された内気あ
るいは外気を吸引して冷媒凝縮器３を通過させ、車室内
８か車室外へ切り替えて吹き出させるものである。

【００１０】冷却空気通路６の上流には、第２上流内外
気切替手段２２が接続されている。この第２上流内外気
切替手段２２は、第１上流内外気切替手段１０と同じよ
うに、車室内８の空気を取り入れる第２内気導入口２３
と、車室外の空気を取り入れる第２外気導入口２４とを
備える。そして第２上流内外気切替手段２２は、第２内
気導入口２３か第２外気導入口２４の一方を塞ぐことの
できる第２上流内外気切替ダンパ２５を備え、この第２
上流内外気切替ダンパ２５により、冷却空気通路６内に
導かれる空気を内気と外気とで切り替えることができ
る。冷却空気通路６の下流にも、第１下流内外気切替手
段１７と同じように、第２下流内外気切替手段２６が設
けられている。この第２下流内外気切替手段２６は、冷
却空気通路６を通過した空気を車室内８へ排出するため
の第２内気排出口２７と、冷却空気通路６を通過した空
気を車室外へ排出するための第２外気排出口２８とを備
える。そして第２下流内外気切替手段２６は、第２内気
排出口２７または第２外気排出口２８の一方を塞ぐこと
のできる第２下流内外気切替ダンパ２９を備え、この第
２下流内外気切替ダンパ２９により、冷却空気通路６内
を通過した空気を車室内８か車室外へ切り替えて排出す
ることができる。冷却空気通路６内には、下流に向かっ
て第２送風機３０と冷媒蒸発器５が設けられている。第
２送風機３０は、図示しないモータが通電を受けると図
示しないファンが回転して、第２上流内外気切替手段２
２によって選択された内気あるいは外気を吸引して冷媒
蒸発器５を通過させ、車室内８か車室外へ切り替えて吹
き出させるものである。

【００１１】第１下流内外気切替手段１７および第２下
流内外気切替手段２６の第１内気排出口１８および第２
内気排出口２７には、共通の室内吹出ダクト３１が接続
されている。この室内吹出ダクト３１は、室内吹出ダク
ト３１内に導かれた空気を車室内８の各部に向けて吹き
出す吹出口が形成されている。この吹出口は、乗員の頭
胸部に主に冷風を吹き出すベンチレーション吹出口３２
と、乗員の足元に主に温風を吹き出すフット吹出口３３
と、窓ガラスに向けて主に温風を吹き出すデフロスタ吹
出口３４とからなる。そして、室内吹出ダクト３１内に
は、各吹出口へ通じる空気通路に、各吹出口への空気流
を制御するベンチレーションダンパ３２ａ、フットダン
パ３３ａおよびデフロスタダンパ３４ａが設けられてい
る。

【００１２】また、第１下流内外気切替手段１７および
第２下流内外気切替手段２６の第１外気排出口１９およ
び第２外気排出口２８には、共通の室外吹出ダクト３５
が接続されている。この室外吹出ダクト３５は、第１外
気排出口１９あるいは第２外気排出口２８から吹き出さ
れた空気を、車室外へ排出するためのものである。

【００１３】冷凍サイクル２は、図３に示すように、冷
媒凝縮器３および冷媒蒸発器５の他に、冷媒圧縮機３
８、キャピラリチューブ３９およびアキュームレータ４
０よりなる周知なもので、冷媒圧縮機３８は、圧縮機ケ
ースの内部に設けられた図示しない専用の駆動モータに
よって駆動される。なお、この冷媒圧縮機３８を駆動す
るモータは、後述する制御回路４１とインバータ４２に
よって回転速度が制御され、冷媒凝縮器３の放熱量と冷
媒蒸発器５の吸熱量が制御される。

【００１４】各ダンパを駆動するアクチュエータ（図示
しない）や冷媒圧縮機３８を駆動するモータなどの電気
部品は、コンピュータを使用した制御回路４１によって
通電制御される。制御回路４１は、図４に示すように、
使用者によって操作される操作パネル４３の指示に従っ
て、各電気部品の通電制御を行うもので、操作パネル４
３は、車室内８の操作性の良い位置に設置される。操作
パネル４３は、吹出モードの設定を行う吹出モード切り
替えスイッチ４４、車室内８へ吹き出される内外気の設
定を行う内外気設定スイッチ４５、吹出口より車室内８
へ吹き出される風量を設定する風量設定スイッチ４６、
および温度調節レバー４７を備える。

【００１５】制御回路４１は、図５の（ａ）に示すよう
に、内外気設定スイッチ４５が内気優先モードを選択し
ている際、温度調節レバー４７の設定位置に応じて、第
１上流内外気切替ダンパ１３の設定位置（破線Ａ参照）
および第２上流内外気切替ダンパ２５の設定位置（実線
Ｂ参照）を決定する。制御回路４１は、図５の（ｂ）に
示すように、内外気設定スイッチ４５が外気優先モード
を選択している際、温度調節レバー４７の設定位置に応
じて、第１上流内外気切替ダンパ１３の設定位置（破線
Ｃ参照）および第２上流内外気切替ダンパ２５の設定位
置（実線Ｄ参照）を決定する。制御回路４１は、図５の
（ｃ）に示すように、温度調節レバー４７の設定位置に
応じて、第１下流内外気切替ダンパ２０の設定位置（破
線Ｅ参照）および第２下流内外気切替ダンパ２９の設定
位置（実線Ｆ参照）を決定する。制御回路４１は、図５
の（ｄ）に示すように、温度調節レバー４７の設定位置
に応じて、冷媒圧縮機３８を駆動するモータの回転速度
（モータ駆動周波数）を決定する。本実施例の温度制御
は、この図５に示されるように、温度調節レバー４７が
クール側あるいはホット側に設定されるに従って冷媒圧
縮機３８の回転速度が上昇し、冷房能力および暖房能力
を制御するように設けられている。そして、温度調節レ
バー４７がクール側とホット側の中間に設定されている
場合は、冷媒凝縮器３を通過した空気と、冷媒蒸発器５
を通過した空気との混合割合を変化させて、吹き出し温
度の調節を行い、冷媒圧縮機３８の消費する動力を抑え
ている。

【００１６】また、制御回路４１には、冷媒蒸発器５の
フロストを防止する手段がプログラムされている。この
制御を図６のフローチャートを用いて説明する。冷凍サ
イクル２が作動すると（スタート）、図示しないサーミ
スタによって検出される冷媒蒸発器５の温度が、０℃以
下で１０分続いたか否かの判断を行う（ステップＳ
1）。この判断結果がNOの場合は、温度調節レバー４７
の設定位置に応じて、冷媒圧縮機３８を駆動するモータ
の回転速度を制御し（ステップＳ2 ）、その後リターン
する。ステップＳ1 の破断結果がYES の場合は、３０分
間、サーミスタによって検出される冷媒蒸発器５の温度
が３℃となるように冷媒圧縮機３８を駆動するモータの
回転速度を制御し（ステップＳ3 ）、その後ステップＳ
2 へ進む。

【００１７】〔実施例の作動〕次に、上記実施例の作動
を簡単に説明する。 （内気モードの冷房運転）内外気設定スイッチ４５が内
気優先モードを選択し、温度調節レバー４７がクール側
に設定されている場合は、第１上流内外気切替ダンパ１
３が第１内気導入口１１を閉じ、第１下流内外気切替ダ
ンパ２０が第１内気排出口１８を閉じ、第２上流内外気
切替ダンパ２５が第２外気導入口２４を閉じ、第２下流
内外気切替ダンパ２９が第２外気排出口２８を閉じる。
これにより、外気が加熱空気通路４内へ導かれ、外気が
冷媒凝縮器３で冷媒と熱交換して冷媒を冷却する。冷媒
凝縮器３を通過して加熱された空気は、再び室外へ排出
される。一方、冷却空気通路６内に吸引された内気は、
冷媒蒸発器５と熱交換して冷却され、再び車室内８へ吹
き出されて、車室内８の冷房を行う。 （内気モードの暖房運転）内外気設定スイッチ４５が内
気優先モードを選択し、温度調節レバー４７がホット側
に設定されている場合は、第１上流内外気切替ダンパ１
３が第１外気導入口１２を閉じ、第１下流内外気切替ダ
ンパ２０が第１外気排出口１９を閉じ、第２上流内外気
切替ダンパ２５が第２内気導入口２３を閉じ、第２下流
内外気切替ダンパ２９が第２内気排出口２７を閉じる。
これにより、外気が冷却空気通路６内へ導かれ、外気が
冷媒蒸発器５で冷媒と熱交換して冷媒を加熱する。そし
て、冷媒蒸発器５を通過して冷却された空気は、再び室
外へ排出される。一方、加熱空気通路４内に吸引された
内気は、冷媒凝縮器３と熱交換して加熱され、再び車室
内８へ吹き出されて、車室内８の暖房を行う。

【００１８】（外気モードの冷房運転）内外気設定スイ
ッチ４５が外気優先モードを選択し、温度調節レバー４
７がクール側に設定されている場合は、第１上流内外気
切替ダンパ１３が第１外気導入口１２を閉じ、第１下流
内外気切替ダンパ２０が第１内気排出口１８を閉じ、第
２上流内外気切替ダンパ２５が第２内気導入口２３を閉
じ、第２下流内外気切替ダンパ２９が第２外気排出口２
８を閉じる。これにより、車室内８の冷却された内気が
加熱空気通路４内へ導かれ、冷却された内気が冷媒凝縮
器３で冷媒と熱交換して冷媒を冷却する。なお、冷媒凝
縮器３を通過して加熱された空気は、室外へ排出され
る。一方、冷却空気通路６内に吸引された外気は、冷媒
蒸発器５で、捨てられる内気によって冷やされた冷媒と
熱交換して冷却され、車室内８へ吹き出されて車室内８
の冷房を行う。 （外気モードの暖房運転）内外気設定スイッチ４５が外
気優先モードを選択し、温度調節レバー４７がホット側
に設定されている場合は、第１上流内外気切替ダンパ１
３が第１内気導入口１１を閉じ、第１下流内外気切替ダ
ンパ２０が第１外気排出口１９を閉じ、第２上流内外気
切替ダンパ２５が第２外気導入口２４を閉じ、第２下流
内外気切替ダンパ２９が第２内気排出口２７を閉じる。
これにより、車室内８の加熱された内気が冷却空気通路
６内へ導かれ、加熱された内気が冷媒蒸発器５で冷媒と
熱交換して冷媒を加熱する。なお、冷媒蒸発器５を通過
して冷却された空気は、室外へ排出される。一方、加熱
空気通路４内に吸引された外気は、冷媒凝縮器３で、捨
てられる内気によって加熱された冷媒と熱交換して加熱
され、車室内８へ吹き出されて車室内８の暖房を行う。

【００１９】〔実施例の効果〕本実施例の空気調和装置
１は、上記の作用で示したように、外気導入の冷房時で
は、捨てられる冷たい空気で冷媒凝縮器３の冷媒を冷却
して車室内８を冷房し、外気導入の暖房時では、捨てら
れる温かい空気で冷媒蒸発器５の冷媒を加熱して車室内
８を暖房するため、従来に比較して冷房効率および暖房
効率が高い。このため、外気導入時の冷房運転および暖
房運転にかかる動力を抑えることができる。特に、この
ことは、電気自動車に用いて好適のものである。また、
本実施例の空気調和装置１は、冷房運転と暖房運転とを
行っても、冷媒凝縮器３と冷媒蒸発器５の切り替えが行
われないため、モードの切り替わり時に、冷媒蒸発器５
のドレン水が蒸発して窓ガラスを曇らせる不具合がな
い。

【００２０】〔変形例〕上記の実施例では、冷却加熱手
段に冷凍サイクルを用いた例を示したが、ペルチェ素子
など、吸熱と放熱とを行う他の手段を用いても良い。本
発明を自動車の空気調和装置に適用した例を示したが、
家庭用など他の空気調和装置に適用しても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】空気調和装置のダクトの概略構成図である。

【図２】自動車に搭載されるダクトの斜視図である。

【図３】空気調和装置の冷媒回路図である。

【図４】操作パネルの正面図である。

【図５】制御回路の作動を示すグラフである。

【図６】冷媒蒸発器のフロストを防止する制御を示すフ
ローチャートである。

【符号の説明】

１ 空気調和装置 ２ 冷凍サイクル（冷却加熱手段） ３ 冷媒凝縮器（放熱体） ４ 加熱空気通路 ５ 冷媒蒸発器（吸熱体） ６ 冷却空気通路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱を吸収する吸熱体、およびこの吸熱体
   の吸収した熱を放出する放熱体を備えた冷却加熱手段
   と、 室外空気あるいは室内空気を吸引するとともに、内部を
   通過した空気を室外あるいは室内へ吹き出すように設け
   られ、内部を通過する空気を前記吸熱体によって冷却す
   る冷却空気通路と、 室外空気あるいは室内空気を吸引するとともに、内部を
   通過した空気を室外あるいは室内へ吹き出すように設け
   られ、内部を通過する空気を前記放熱体によって加熱す
   る加熱空気通路とを備え、 前記冷却空気通路に室外空気を吸引して室内へ吹き出す
   際に、前記加熱空気通路は、室内空気を吸引して室外へ
   排出可能に設けられるとともに、 前記加熱空気通路に室外空気を吸引して室内へ吹き出す
   際に、前記冷却空気通路は、室内空気を吸引して室外へ
   排出可能に設けられたことを特徴とする空気調和装置。