JPWO2014207891A1 - 車両用空気調和装置 - Google Patents

Abstract

室内送風機で取り込んだ車内空気を室内熱交換器により熱交換して再び車内に送り込むようにされた車両用空気調和装置において、雪などを含む重量の重い新鮮外気を吸入し室内送風機で取り込んだ車内空気と混合するサイクロンファンと、上記サイクロンファンの吹出口に、雪などを含まない重量の軽い空気と雪などを含む重量の重い空気とを上記サイクロンファンの遠心力により分離する仕切り板を備えたことを特徴とする。

Description

この発明は、車両用空気調和装置に関し、特に外気取入口から侵入する雪・雨などの物質をサイクロンファンにより分離することで、上記物質を含む外気を車内に取り込まないようにした車両用空気調和装置に関するものである。

従来の車両用空気調和装置は車両の上部に取り付けられ、この車両用空気調和装置の側面や上面に設けた外気取入口から外気導入用送風機により新鮮な外気を内部に取り込むと共に、これを室内送風機により吸込まれた車内空気と混合した後、室内熱交換器により熱交換し、この交換空気を客室に送り込むようにしているのが一般的である。（例えば、特許文献１を参照）

しかし、このような従来の車両用空気調和装置では、その側面や上面に設けた外気取入口から侵入する雪・雨などに対しては、外気取入口に設けたフィルタ、金網等により除去するのが一般的であったが、降雪により上記フィルタ、金網等が詰まり新鮮な外気の取入ができなくなる場合や、微細な雪や雨がフィルタ、金網等をすり抜けて空調装置内部に侵入してくる場合があり、車両用空気調和装置の性能が落ちるなどの問題があった。

一方、車両の室内への雪・雨等の物質の侵入を防止するために、側面の外気取入口から導入される空気通路を上・下ダクトに分割し、新鮮な外気は上ダクトを通して導入されると共にこの外気通路に発熱体で融雪するようにしたもの（例えば特許文献２を参照）や、走行風の影響を受けないように、外気を取り入れる外気風洞を設けた車両用空気調和装置が提案されている。（例えば、特許文献３を参照）

しかし、上記特許文献２および特許文献３のような方法では、外気取入口での風速が充分に低下しないため、発熱体での融雪効果が充分機能せず、またこれを機能させるためには外気取入口からの外気通路を長くとるなり、発熱体の熱容量を大きく設計しなければならず、融雪効果およびコスト面からも必ずしも有効な方法とはなりえなかった。

実開昭５９−１２０６２０ 特開昭６０−６７２１５ 特開２０１１−２１３２０６

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、外気取入口から流入する外気を質量に応じて分離し、車内に取り入れる車両用空気調和装置を得ることを目的とする。

本発明に係る車両用空気調和装置は、少なくとも室内送風機および室内熱交換器からなる室内機器室を備え、外気取入口から取込まれた外気を上記室内送風機により吸込まれた車内空気と混合させた後、上記室内熱交換器を介して客室に送り込むようにした車両用空気調和装置において、上記取込まれた外気を遠心力により所定の質量より軽い外気と重い外気に分離するサイクロンファンと、上記サイクロンファンの吹出口に、上記所定の質量より軽い外気と重い外気の通路を仕切る仕切り板を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、室内機器室内に仕切り板を有するサイクロンファンを設け、外気を上記サイクロンファンにより吸込むと共に、上記サイクロンファンの遠心力により外気を質量に応じて分離するようにしたので、雪・雨などを含む所定の質量より重い外気であっても、簡単な構成でしかも効果的に雪・雨などを除去して車両の客室内に取込むことができる効果を有する。

本発明の実施の形態１に係る車両用空調装置内の機器配置及び外気の流れを示す概略図である。 本発明の実施の形態１に係るサイクロンファン吹出し部の拡大図である。 本発明の実施の形態２に係るサイクロンファン吹出し部の拡大図である。 本発明の実施の形態３に係る車両用空調装置内の機器配置及び外気の流れを示す概略図である。 本発明の実施の形態４に係る車両用空調装置内の機器配置及び外気の流れを示す概略図である。 従来の車両用空調装置内の機器配置及び外気の流れを示す概略図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１となる車両用空気調和装置内の機器配置を示す概略図で、（a）は上面断面図、(b)はＡ−Ａ線正面断面図、(c)はＢ−Ｂ線側面断面図を示している。図２は図１のサイクロンファン吹出し部の拡大断面図で、以下、図６の従来の車両用空気調和装置と対比しながら各機器構成及び外気の流れについて説明する。

図１において、空気調和装置１は車両の上部に設けられ、室内機器室２と室外機器室３から構成されており、室内機器室２には室内送風機４、サイクロンファン５、室内熱交換器６が設置されている。 室外機器室３には室外送風機７、圧縮機８、室外熱交換器あるいはヒータ９、新鮮な外気を取込む第1のダクト、すなわち外気取入れダクト１０が設置されている。サイクロンファン５は図１(c)に示すように吸入された外気を仕切り板１５により分岐し、一方はフィルタ１６を介して室内機器室２へ導き、他方は隔壁１aの一部に設けられた第２のダクト、すなわち排出ダクト１７を介して再び室外機器室３へ戻すようになされている。なお、フィルタ１６は流入した外気から雪などの比較的質量の重い物質を除去するものであれば良く、例えば金網で構成されても良い。

次に上記のような車両用空調装置の動作に伴う外気の流れを説明する。上記室外送風機７の運転により外気取入口１１から流入した外気は、サイクロンファン５の運転に伴い、外気取入れダクト１０の下部１０aから吸込まれ、サイクロンファン５の遠心力及び仕切り板１５の作用により、比較的質量の重い物質と質量の軽い空気が分離され、質量の軽い空気がフィルタ１６を通過する。なお、上記質量が重い物質とは例えば単位体積当たりの質量が０．０５ｇ／ｃｍ^３〜０．１５ｇ／ｃｍ^３の所定の値以上の雪・雨・あられを含む物質を意味するものとする。空気調和装置１下部の車内空気吸込み口１４を介して車内から取り込まれた車内空気Ｆ１と、このフィルタ１６を通過した新鮮な外気Ｆ２は混合され、室内熱交換器６を通り、室内送風機４の運転に伴い、第３のダクト、すなわち吹出しダクト１３を経由して、空気が車内に供給される。

図２はサイクロンファン５の吹出し部の拡大図を示しており、外気取入れダクト１０（図１）から取り込まれた雪などを含む外気は、質量の重い雪などが遠心力及び重力により下部に移動することから、仕切り板１５により所定の質量以上の雪などは分離され、所定の質量より軽い外気Ｆ２は分離ダクト５１およびフィルタ１６を通過して室内機器室２へ導入され、所定の質量以上の外気Ｆ３は分離ダクト５２および排出ダクト１７を通過して図１の室外機器室３へ戻る。なお、外気取入口１１から流入した雪・雨など質量の重い物質は、室外機器室３の下部に溜り、排水管１８から外部に排出される。

図６は本願と対比して示す従来の車両用空気調和装置であり、図中（a）は上面断面図、(b)はＡ−Ａ線正面断面図を示している。なお、図１と同一符号を付した部分は同一または相当部分を表わしている。従来の車両用空気調和装置１は室内機器室２の側面に設けた外気取入口１１から外気用フィルタ１２を通過した外気を取込んでいる。車両用空調装置１が車両天井への埋め込み形の場合は、側面ではなく上面から外気を取り入れる構造となる。図６に示すように、従来の車両用空気調和装置では新鮮な外気を室内機器室２の側面もしくは上面から直接取り込んでいたため、雪などによる外気用フィルタ１２の目詰まりが発生したり、雪・雨などが車内に取り込まれるなどの課題があったのは上述したとおりである。

これに対し本発明の実施の形態１では、図１に示すように、まず外気の流入速度を外部から侵入する雪などの物質を重量に応じて分離できる程度に落として、雪・雨などの侵入を防ぐために、下向きの外気取入れダクト１０を室外機器室３に設置している。このため、従来の図６のように外気から直接室内機器室２に新鮮な外気を取込むのではなく、室外機器室３の外気取入口１１から室外機器室３に新鮮な外気を一旦取り込み、上記室外機器室３の内部に下向きに取り付けられ下方向の開口部を有する外気取入れダクト１０を介してサイクロファン５の吸込み力により上向きの流路を形成して室内機器室２に取り込むようにしているので、雨や雪などが直接車内へ侵入することを抑制することができる。

また、サイクロンファン５を使用することにより、吹出し風の遠心力と重力を利用することで、雪等を含まない所定の質量より軽い外気を、フィルタ１６を介して室内機器室２に導入することができるため、雪や雨が直接車内へ侵入することを抑制するとともに、外気の風量が安定することから、装置の性能変動を減少させ、フィルタのメンテナンス期間の長期化や簡素化を図ることが可能となる。外気の風量が安定するのは、サイクロファン５を用いて所定の質量より重い物質を外気から除去することにより、サイクロファン５の流路後方に配置された外気用フィルタ１２の目詰まりが生じにくくなり、外気用フィルタ１２の目詰まりによる外気量の低減が抑制されるためである。なお、ここでいう所定の質量とは、単位体積当たりの外気又は空気の質量であって、例えば、０．０５ｇ／ｃｍ^３ないし０．１５ｇ／ｃｍ^３程度の質量を想定している。

更に、サイクロンファン５の吹出し部の仕切り板１５により分離された雪・雨等を含む所定の質量以上の重い外気は、排出ダクト１７を経由して、室外機器室３に戻されるようにしているため、所定の質量以上の重い外気は排出ダクト１７を通ることで流速が落ち、室外機器室３の下部に排出された際、雪や雨などは沈降し、空気は再度循環して外気取入れダクト１０に取込むことが可能となり、取込んだ外気を有効利用を行うことができる。また、雪や雨などは室内機器室２には取込まれず、室外機器室３で解けた雪や雨は、室外機器室３の底面に設けられた排水管１８により、空気調和装置１から排出することができる。

実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２に係るサイクロンファン５の吹出し部の拡大図であり、図２との同一符号は同一または相当部分を示している。図３では、上記分離ダクト５１および５２を仕切っている仕切り板１５を開閉可能とし、その開閉角度の調節をモータ等からなる可変機構１９により実施している。実施の形態１では仕切り板１５を一定角度に固定して設置し、所定の質量以上の重い物質を含む外気と、所定の質量より軽い外気を分離していたが、実施の形態２では、可変機構１９を用いて、雪、雨や砂漠地帯などでの多量の粉塵などに対しては、排出ダクト１７への通り道を開け（図３では仕切り板１５aを上げ）、雨・雪・粉塵などがない場合は、排出ダクト１７への通り道を閉める（図３では仕切り板１５aを下げる）などの運用を行うことができるようにしたものである。なお、本実施の形態においても、所定の質量とは、先の実施例と同じく、単位体積当たりの外気又は空気の質量であって、例えば、０．０５ｇ／ｃｍ^３ないし０．１５ｇ／ｃｍ^３程度の質量を想定しており、以下の実施例においても同様である。

実施の形態２によれば、可変機構１９を用いて仕切り板１５aを角度調節して、所定の質量以上の重い外気と所定の質量より軽い外気の風量分配の調整を行うことができるようにしたため、空気調和装置を使用する環境に応じた角度調整により、室内機器室２への粉塵の流入を抑制できる。
また、図３（b）図に示すように、仕切り板１５aの角度を水平方向よりも下向き（図では左下がり）に設定することにより、仕切り板１５aにぶつかった雪などの所定の大きさよりも小さい微細物質が、仕切り板１５a上を矢印のように左側に流れ排出ダクト１７に流れ込むことで、さらに分離性能を高めることが可能となる。ここで、所定の大きさとは、例えば成長した雪の大きさであって、直径１ｍｍないし１０ｍｍ程度の任意の大きさをいう。なお、上記所定の大きさより更に微細な粉塵はフィルタ１６で取り除くこととする。

実施の形態３．
図４は本発明の実施の形態３に係る車両用空調装置内の機器配置及び流入外気の流れを示す概略図で、図中（a）は上面断面図、(b)はそのＡ−Ａ線正面断面図を示している。なお、図中図１との同一符号は同一または相当部分を表わしている。
図４では、図１で示すように室外機器室３から外気を取り入れるのではなく、外気取入れダクト１０を室内機器室２の側部外方に取り付けることにより、外気を室内機器室２に直接取り込む形態としている。なお、室外機器室３に導入される外気(図４（ｂ）)は室外熱交換器９を冷却するためのものであり、この外気は室内機器室２を通じて車内には導入されない。

外気取入れダクト１０から取り込まれた新鮮な外気はその直近に有するサイクロンファン５の遠心力により旋回されて図の左側に吹き出される。その際、吹出し風の遠心力と重力を利用することで、雪等を含まない所定の質量より軽い外気を、フィルタ１６を介して室内機器室２に導入し（Ｆ２）、雪等を含む所定の質量以上の重い外気は、仕切り板１５にて分離されて排出ダクト１７を経由して車両用空調装置１の外部に排出されるようになっている（Ｆ３）。

このような実施の形態３の構成でも、サイクロンファン５の吹出し風の遠心力と重力を利用することにより、雪等を含まない所定の質量より軽い外気を室内機器室２に導入し、雪等を含む所定の質量以上の重い外気は、仕切り板１５にて分離されて排出ダクト１７を介して外部に排出することができる。室外機器室３を介さず、外気取入れダクト１０から外気を室内機器室２に直接取り入れることにより、室外機器室３の空きスペースがない場合でも実施可能となる効果がある。

実施の形態４．
図５は本発明の実施の形態４に係る車両用空調装置内の機器配置及び外気の流れを示す概略図で、図中（a）は上面断面図、(b)はＡ−Ａ線正面断面図、(c)はＢ−Ｂ線側面断面図を示している。なお、図５では室外機器室３の図示を省略して示しており、且つ、車両２０との位置関係が分かるように示している。図４との同一符号は同一または相当部分を表わしている。

図４の実施の形態３では、外気取入れダクト１０が空気調和装置１の外周から飛び出した形状をしているが、この実施の形態４では図５（a）に示すように、空気調和装置１の外周を外気取入れダクト１０の形状に合わせて凹ませ、空気調和装置１の外形を形成するようにしている。図５(b)(c)から分かるように、車両２０の上部に設置されている車両用空調装置１の側部に外気取入れダクト１０が埋め込まれ、その開口部から直接外気を取り込むようになされている。サイクロンファン５および仕切り板（図示せず）による外気の分離動作は図１〜図４に示す実施の形態１〜３と同一である。
このように構成することにより、実施の形態３の場合より更にコンパクトに車両用空調装置を実現することが可能となると共に、車両走行時の風力抵抗を減らすことができる効果を有する。

１ 空気調和装置、２ 室内機器室、３ 室外機器室、４ 室内送風機、
５ サイクロンファン、６ 室内熱交換器、７ 室外送風機、８ 圧縮機、
９ 室外熱交換器もしくはヒータ、１０ 外気取入れダクト、
１１ 外気取入口、１２ 外気用フィルタ、１３ 吹出しダクト、
１４ 車内空気吸込み口、１５、１５a 仕切り板、１６ フィルタ、
１７ 排出ダクト、１８ 配水管、１９ 可変機構、２０ 車両、
５１、５２ 分離ダクト。

Claims (8)

1. 少なくとも室内送風機および室内熱交換器からなる室内機器室を備え、外気取入口から取込まれた外気を上記室内送風機により吸込まれた車内空気と混合させた後、上記室内熱交換器を介して客室に送り込むようにした車両用空気調和装置において、上記取込まれた外気を遠心力により所定の質量より軽い外気と重い外気に分離するサイクロンファンと、上記サイクロンファンの吹出口に、上記所定の質量より軽い外気と重い外気の通路を仕切る仕切り板を備えたことを特徴とする車両用空気調和装置。
2. 上記仕切り板により分離された所定の質量より軽い外気はフィルタを通過して上記室内熱交換器へ、所定の質量より重い外気は排出ダクトを通過して外部へ排出されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の車両用空気調和装置。
3. 上記仕切り板を開閉可能とする可変機構を設けたことを特徴とする請求項１あるいは２に記載の車両用空気調和装置。
4. 上記仕切り板を水平方法よりも下向きに傾け、上記仕切り板にぶつかった所定の大きさよりも小さい物質が、上記排出ダクトを通過して外部へ排出されるようにしたことを特徴とする請求項２に記載の車両用空気調和装置。
5. 室外送風機により外気取入口から所定の質量より重い外気を吸入する室外機器室を備え、上記室外機器室には水平方向よりも下向きに開口しこれを介して上記取込まれた外気を上向きの流路により上記サイクロンファンへ導く外気取入れダクトを配置したことを特徴とする請求項１に記載の車両用空気調和装置。
6. サイクロンファンで分離された所定の質量より重い外気は再度、上記室外機器室に戻したのち外部に排出するようにしたことを特徴とする請求項５に記載の車両用空気調和装置。
7. 外気ダクトを上記室内機器室に設置し、外気を直接上記室内機器室に取り入れるようにしたことを特徴とする請求項２に記載の車両用空気調和装置。
8. 外気ダクトを上記室内機器室に埋め込んで設置したことを特徴とする請求項７に記載の車両用空気調和装置。

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