JPWO2020246035A1 - 車両用空調換気装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、車両（１００）に設けられた車両用空調換気装置（１０）であって、車両（１００）の外部である車外と車両（１００）の内部である車内とを結ぶ給気風路（２１）と、車外と車内とを結び給気風路（２１）と交差された排気風路（２２）と、を備える。車両用空調換気装置（１０）は、給気風路（２１）における排気風路（２２）との交差部よりも下流に設けられて車内に向かう給気流（５６）を給気風路（２１）内に発生させる第１の給気用送風機（４）と、排気風路（２２）に設けられて車内から車外に向かう排気流（５７）を排気風路（２２）内に発生させる排気用送風機と、給気流（５６）と排気流（５７）との間で熱交換させる熱交換器（１１２）と、熱交換器（１１２）よりも下流かつ第１の給気用送風機（４）よりも上流で給気風路（２１）に合流され、給気風路（２１）と車内とを結ぶ内気合流風路（２３）と、を備える。

Description

本発明は、車両の空調および換気を行う車両用空調換気装置に関する。

車両には、車内の冷房および暖房を行う車両用空調換気装置が設けられている。車内の暖房では、車内の空気である内気を加熱して車内で循環させる循環暖房と、車外の空気である外気を加熱して車内に取り込む外気導入暖房とが行われる。

循環暖房では、車内の湿度が車外に放出されない。循環暖房では、車内の乗員の呼気に含まれる水分および皮膚から発せられる水分によって、車内の湿度が上昇する。車内の湿度が上昇すると、フロントガラスの曇りが発生しやすくなる。フロントガラスの曇りの発生を抑えるために、車内の湿度を低下させる必要がある。循環暖房では、車内の湿度を低下させるために、リヒート方式と呼ばれる暖房方式が採用される場合がある。リヒート方式では、車内から取り込んだ空気を、冷凍サイクルを応用した車両用空調換気装置の一部であるエバポレータ等の冷却器で露点温度にまで冷却させ、冷却器で結露を生じさせることで空気の湿度を低下させる。冷却されて湿度が低下した空気は、加熱器で再加熱されて車内に戻される。

リヒート方式では、車内の乗員の数が増えた場合でも上昇した車内の湿度を低下させる必要があるため、十分な冷却能力が得られるように冷媒を圧縮させる圧縮機が大型化してしまう。

一方、外気導入方式では、車内よりも温度の低い車外の空気は湿度が低いため、車外の空気を取り込むことで、車内の湿度の上昇を抑えることができる。車内の湿度の上昇が抑えられるため、外気導入方式ではフロントガラスに曇りが発生しにくい。しかしながら、外気導入方式では、温度の低い外気を大量に導入することで熱負荷が増大するため、暖房時の電力の消費量が増大してしまう。

プラグインハイブリッド車等のハイブリッド車両または電気自動車等の電動車両では、外気導入方式での暖房によって航続距離が大幅に低下してしまう。外気を導入する際の熱負荷を低減することで消費電力を抑制して外気導入方式での暖房時の航続距離の低下を抑えるために、車外に排出する内気と車内に導入する外気との間で熱交換させる熱交換器を設けた車両用空調換気装置が特許文献１に開示されている。

特開２０１２−１０３６号公報

しかしながら、熱交換素子による熱交換だけでは熱負荷を十分に低減させられず、電動車両の航続距離の低下を十分に抑えることが難しいという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、フロントガラスの曇りを抑制しつつ、暖房時の熱負荷を低減させて電動車両の航続距離の低下を抑えることのできる車両用空調換気装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、車両に設けられた車両用空調換気装置であって、車両の外部である車外と車両の内部である車内とを結ぶ給気風路と、車外と車内とを結び給気風路と交差された排気風路と、を備える。車両用空調換気装置は、給気風路における排気風路との交差部よりも下流に設けられて車内に向かう給気流を給気風路内に発生させる第１の給気用送風機と、排気風路に設けられて車内から車外に向かう排気流を排気風路内に発生させる排気用送風機と、給気流と排気流との間で熱交換させる熱交換器と、熱交換器よりも下流かつ第１の給気用送風機よりも上流で給気風路に合流され、給気風路と車内とを結ぶ内気合流風路と、を備える。

本発明にかかる車両用空調換気装置は、フロントガラスの曇りを抑制しつつ、暖房時の熱負荷を低減させて電動車両の航続距離の低下を抑えることができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる車両用空調換気装置を備える電動車両の概略構成を示す図 実施の形態１にかかる車両用空調換気装置の概略構成を示す図であって、内外気混合モードでの状態を示す図 実施の形態１における熱回収熱交換器の斜視図 実施の形態１にかかる車両用空調換気装置の概略構成を示す図であって、外気モードでの状態を示す図 実施の形態１にかかる車両用空調換気装置の概略構成を示す図であって、内気モードでの状態を示す図 実施の形態１にかかる車両用空調換気装置の概略構成を示す図であって、外気熱交換モードでの状態を示す図 実施の形態１の変形例１にかかる車両用空調換気装置の概略構成を示す図 本発明の実施の形態２にかかる車両用空調換気装置の概略構成を示す図であって、内外気混合モードでの状態を示す図 実施の形態２にかかる車両用空調換気装置の概略構成を示す図であって、外気モードの状態を示す図 実施の形態２にかかる車両用空調換気装置の概略構成を示す図であって、内気モードの状態を示す図 実施の形態２にかかる車両用空調換気装置の概略構成を示す図であって、外気熱交換モードの状態を示す図 本発明の実施の形態３にかかる車両用空調換気装置の概略構成を示す図であって、内外気混合モードでの状態を示す図 実施の形態３にかかる車両用空調換気装置の概略構成を示す図であって、外気熱交換モードでの状態を示す図 実施の形態３にかかる車両用空調換気装置の概略構成を示す図であって、内気モードでの状態を示す図 実施の形態３にかかる車両用空調換気装置の概略構成を示す図であって、外気モードでの状態を示す図 本発明の実施の形態４にかかる車両用空調換気装置の概略構成を示す図であって、内外気混合モードでの状態を示す図 実施の形態４にかかる車両用空調換気装置の概略構成を示す図であって、外気熱交換モードでの状態を示す図 実施の形態４にかかる車両用空調換気装置の概略構成を示す図であって、内気モードでの状態を示す図 実施の形態４にかかる車両用空調換気装置の概略構成を示す図であって、外気モードでの状態を示す図 図１に示した制御部等を示すブロック図 図１に示した制御部のハードウェア構成を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる車両用空調換気装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる車両用空調換気装置を備える電動車両の概略構成を示す図である。電動車両１００は、例えばプラグインハイブリッド車等のハイブリッド車両または電気自動車である。電動車両１００の前面には、車内から電動車両１００の車外の視認が可能となるように、フロントガラス１０１が取り付けられている。電動車両１００には、車内の暖房および冷房を行う車両用空調換気装置１０が備えられている。

まず、車両用空調換気装置１０の構成について説明する。図２は、実施の形態１にかかる車両用空調換気装置の概略構成を示す図であって、内外気混合モードでの状態を示す図である。車両用空調換気装置１０は、給気風路２１と、排気風路２２と、を備える。

給気風路２１は、車外に開放された開口である給気用車外開口１２１と車内に開放された開口であるデフロスタ吹出口７、フェイス吹出口８およびフット吹出口９とを結ぶ風路である。排気風路２２は、車内に開放された開口である排気用車内開口１２４と車外に開放された開口である排気用車外開口１２２とを結ぶ風路である。給気風路２１と排気風路２２とは風路の途中で交差している。

車両用空調換気装置１０は、第１の給気用送風機４、第２の給気用送風機１１１ａ、排気用送風機１１１ｂを備える。

第１の給気用送風機４は、給気風路２１に設けられる。第１の給気用送風機４は、デフロスタ吹出口７、フェイス吹出口８およびフット吹出口９に向かう給気流５６を給気風路２１の内部に発生させる。第１の給気用送風機４は、給気風路２１と排気風路２２とが交差する交差部よりも給気流５６の流れ方向における下流に設けられる。

第２の給気用送風機１１１ａは、給気風路２１に設けられる。第２の給気用送風機１１１ａは、給気用車外開口１２１からデフロスタ吹出口７、フェイス吹出口８およびフット吹出口９に向かう給気流５６を給気風路２１の内部に発生させる。第２の給気用送風機１１１ａは、給気風路２１と排気風路２２とが交差する交差部よりも給気流５６の流れ方向における上流に設けられる。

排気用送風機１１１ｂは、排気風路２２に設けられる。排気用送風機１１１ｂは、排気用車内開口１２４から排気用車外開口１２２に向かう排気流５７を発生させる。排気用送風機１１１ｂは、給気風路２１と排気風路２２とが交差する交差部よりも排気流５７の流れ方向における下流に設けられる。

本実施の形態１では、１つの電動機３１で、給気風路２１に設けられた羽根車と、排気風路２２に設けられた羽根車を回転させることで、給気風路２１に設けられた羽根車を第２の給気用送風機１１１ａとして機能させ、排気風路２２に設けられた羽根車を排気用送風機１１１ｂとして機能させている。

車両用空調換気装置１０は、熱回収熱交換器１１２を備える。熱回収熱交換器１１２は、給気風路２１と排気風路２２とが交差する交差部に設けられている。熱回収熱交換器１１２は、給気風路２１を流れる給気流５６と、排気風路２２を流れる排気流５７との間で熱交換させる。

図３は、実施の形態１における熱回収熱交換器の斜視図である。熱回収熱交換器１１２は、交互に重ねられた仕切部材５１と間隔保持部材５２とを備える。仕切部材５１と間隔保持部材５２とは接着剤で接着されている。仕切部材５１を挟んだ一方側には、外気である給気流５６の流路である第１の層状気体流路５４が形成される。仕切部材５１を挟んだ他方側には、内気である排気流５７の流路であって第２の層状気体流路５５が形成される。

熱回収熱交換器１１２が給気流５６と排気流５７との間で温度および湿度を交換させる全熱交換の素材で構成される場合は、仕切部材５１を媒体にして給気流５６と排気流５７との間で潜熱および顕熱が交換される。

熱回収熱交換器１１２が、湿度を透過させず、温度だけを交換させる顕熱交換の素材で構成される場合は、給気流５６と排気流５７との間で仕切部材５１を媒体にして顕熱だけが交換される。車内の空調換気において湿度の排出が重要視される場合には、顕熱のみが交換される熱回収熱交換器１１２を用いることが望ましい。

また、熱回収熱交換器１１２を構成する素材に脱臭機能を付与することで、外気と内気を熱交換させる場合に、車室内の空気環境における消臭効果が期待でき、車室内環境の向上を図ることができる。また、熱回収熱交換器１１２の上流にＨＥＰＡ（Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｐａｒｔｉｃｌａｔｅ Ａｉｒ Ｆｉｌｔｅｒ）等の高性能フィルターを配置することで、花粉やＰＭ２．５の車内への侵入を抑制し、車内の空気清浄効果を高めることができる。

車両用空調換気装置１０は、冷却器５と、加熱器６と、を備える。冷却器５は、給気風路２１に設けられる。冷却器５は、給気流５６の流れ方向における第１の給気用送風機４よりも下流に設けられる。冷却器５は、給気流５６を露点温度以下に冷却する。給気流５６は、冷却器５によって露点温度以下に冷却されることで結露が生じて湿度が低下する。すなわち、冷却器５によって給気流５６を除湿することができる。加熱器６は、給気風路２１に設けられる。加熱器６は、給気流５６の流れ方向における冷却器５よりも下流に設けられる。加熱器６は、給気流を加熱する。

例えば、ヒートポンプシステムを用いて冷却器５および加熱器６を構成することができる。この場合には、冷却器５は、吸熱によって冷媒を蒸発させる蒸発器である。加熱器６は、放熱によって冷媒を凝縮させる凝縮器である。なお、加熱器６は、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）ヒータなどの電気ヒータであってもよいし、電気ヒータを補助熱源とする凝縮器であってもよい。

車両用空調換気装置１０は、内気合流風路２３を備える。内気合流風路２３は、給気風路２１に合流される風路である。内気合流風路２３は、給気流５６の流れにおける熱回収熱交換器１１２よりも下流かつ第１の給気用送風機４よりも上流で給気風路２１に合流される。内気合流風路２３は、給気風路２１と合流する端部とは反対側となる端部が車内に開放された開口である合流用車内開口１２３となっている。内気合流風路２３は、給気風路２１と車内とを結ぶ。

車両用空調換気装置１０は、外気合流風路２４を備える。外気合流風路２４は、排気風路２２に合流される風路である。外気合流風路２４は、給気流５６の流れにおける熱回収熱交換器１１２よりも下流かつ第１の給気用送風機４よりも上流で給気風路２１に合流される。外気合流風路２４は、給気風路２１と合流する端部とは反対側となる端部が車外に開放された開口である合流用車外開口１２５となっている。外気合流風路２４は、給気風路２１と車外とを結ぶ。

車両用空調換気装置１０は、内気合流風路２３の開度を調整する第１の開度調整部１２８を備える。第１の開度調整部１２８は、内気合流風路２３と給気風路２１との合流部分に設けられている。第１の開度調整部１２８は、内気合流風路２３を開放しつつ、合流部分よりも上流で給気風路２１を塞ぐ第３の開度調整部としても機能する。

車両用空調換気装置１０は、外気合流風路２４の開度を調整する第２の開度調整部１２９を備える。第２の開度調整部１２９は、外気合流風路２４を完全に開放した状態では、熱回収熱交換器１１２よりも上流で排気風路２２を塞ぐ位置にある。また、第２の開度調整部１２９は、熱回収熱交換器１１２よりも上流で排気風路２２を完全に開放した状態では、外気合流風路２４を塞ぐ位置にある。

給気用車外開口１２１には、給気用車外開口１２１を開閉する給気開閉部１３１が設けられている。排気用車外開口１２２には、排気用車外開口１２２を開閉する排気開閉部１３２が設けられている。

給気風路２１には、給気風路２１を通過する給気流５６のうち加熱器６を通過する給気流５６の割合を調整する流量調整部１３３が設けられている。デフロスタ吹出口７、フェイス吹出口８およびフット吹出口９のそれぞれには、デフロスタ吹出口７、フェイス吹出口８およびフット吹出口９の開度を調整する吹出量調整部１３４が設けられている。

図１に戻って、車両用空調換気装置１０は制御部２０１を備える。制御部２０１は、上述した車両用空調換気装置１０の各種構成要素を制御して、車両用空調換気装置１０に車内の空調換気を行わせる。制御部２０１の制御によって行われる空調換気の種類には、空気の流れの異なる４種類のモードがある。具体的には、内外気混合モードと、外気モードと、内気モードと、外気熱交換モードである。以下に各モードの詳細について説明する。

図２では、内外気混合モードにおける第１の開度調整部１２８等の状態が示されている。内外気混合モードでは、制御部２０１は、第１の開度調整部１２８を制御して、内気合流風路２３を開放する位置に第１の開度調整部１２８を配置する。このとき、第１の開度調整部１２８は、給気風路２１を塞がない位置に配置されている。また、制御部２０１は、第２の開度調整部１２９を制御して、外気合流風路２４を塞ぐ位置に第２の開度調整部１２９を配置する。このとき、排気用車内開口１２４は開放されている。

また、制御部２０１は、給気開閉部１３１を制御して、給気用車外開口１２１を開放する位置に給気開閉部１３１を配置する。また、制御部２０１は、排気開閉部１３２を制御して、排気用車外開口１２２を開放する位置に排気開閉部１３２を配置する。

また、制御部２０１は、流量調整部１３３を制御して、冷却器５を通過した給気流５６の一部を加熱器６に誘導する位置に流量調整部１３３を配置する。流量調整部１３３によって、給気流５６のうち加熱器６を通過する空気の割合を調整することで、車内に吹き出される空気の温度を調節することができる。

また、制御部２０１は、図１に示す車内に設けられた操作部５８への操作に基づいて、吹出量調整部１３４を制御して、デフロスタ吹出口７、フェイス吹出口８およびフット吹出口９からの給気流５６の吹出量を制御する。デフロスタ吹出口７から吹き出された空気は、フロントガラス１０１に吹き付けられる。加熱器６で加熱された給気流５６をデフロスタ吹出口７から吹き出させることで、フロントガラス１０１を加熱してフロントガラス１０１に付着した霜を除去することができる。フット吹出口９から吹き出された空気は、電動車両１００の乗員の足元付近に吹き出される。フェイス吹出口８から吹き出された空気は、電動車両１００の乗員の顔付近に吹き出される。なお、フット吹出口９およびフェイス吹出口８に設けられた吹出量調整部１３４は、乗員によって手動で操作されてもよい。

また、制御部２０１は、第１の給気用送風機４、第２の給気用送風機１１１ａ、排気用送風機１１１ｂを駆動させる。

上述した内外気混合モードでは、車内の空気は、排気用車内開口１２４から排気風路２２に取り込まれて、排気用車外開口１２２から排気流５７として車外に排出される。排気風路２２を通る排気流５７は熱回収熱交換器１１２を通過する。また、車外の空気は、給気用車外開口１２１から給気風路２１に取り込まれて、給気流５６としてデフロスタ吹出口７、フェイス吹出口８およびフット吹出口９から車内に吹き出される。給気風路２１を通る給気流５６は、熱回収熱交換器１１２を通過する。したがって、内外気混合モードでは給気流５６と排気流５７との間で熱交換が行われ、熱負荷の低減を図ることができる。

給気流５６には、内気合流風路２３を介して給気風路２１に流入する内気が混合される。給気流５６に混合された内気は、デフロスタ吹出口７、フェイス吹出口８およびフット吹出口９から車内に吹き出される。

内外気混合モードでは、給気流５６と排気流５７との間で熱交換を行う熱交換換気と、内気を循環させる空気循環との両方が同時に行われる。

なお、排気流５７の風量を排気風路２２に設けた差圧センサーまたは風速センサーで算出し、検知することで、排気用送風機１１１ｂの風量および電動機３１の回転数を把握することができる。第２の給気用送風機１１１ａと排気用送風機１１１ｂとで電動機３１が共通となっているので、排気用送風機１１１ｂの回転数から給気流の風量を把握することができる。また、電動機に通電される電流値、半導体センサーで検知した電気信号、または電動機の回転数を検知するために設けた光学センサーからの電気信号に基づいて、制御部２０１が演算処理を行って電動機の回転数を求めてもよい。

また、内外気混合モードでは、給気流５６は冷却器５を通過する際に除湿される。また、給気流５６は冷却器５を通過した後に加熱器６で加熱されて暖気として車内に吹き出される。したがって、除湿された暖気によって、車内の湿度の上昇を抑えた暖房を行うことができる。これにより、フロントガラス１０１での曇りの発生を抑えることができる。また、車内に吹き出される給気流５６には、暖房によって暖められた車内の空気が混合されるため、外気のみを取り込んで暖房する場合に比べて熱負荷を抑えることができる。すなわち、内外気混合モードでは、外気と内気との熱交換に加えて、給気流５６に内気を合流させることによって熱負荷の低減を図ることができる。これにより、加熱器６での消費電力を抑えることが可能となり、電動車両１００の航続距離の低下を抑制することができる。なお、加熱器６による給気流５６の加熱を停止すれば、冷却器５で冷却された冷気を車内に吹き出す冷房運転を行うことができる。内外気混合モードは、４種類のモードのうち最も熱負荷が小さくなる。

次に、外気モードについて説明する。図４は、実施の形態１にかかる車両用空調換気装置の概略構成を示す図であって、外気モードでの状態を示す図である。ここでは、上述した内外気混合モードと異なる部分について説明する。

外気モードでは、制御部２０１は、第１の開度調整部１２８を制御して、内気合流風路２３を閉鎖する位置に第１の開度調整部１２８を配置する。また、制御部２０１は、第２の開度調整部１２９を制御して、排気用車内開口１２４を塞ぐ位置に第２の開度調整部１２９を配置する。このとき、合流用車外開口１２５は開放されている。

また、制御部２０１は、給気開閉部１３１を制御して、給気用車外開口１２１を閉鎖する位置に給気開閉部１３１を配置する。また、制御部２０１は、排気開閉部１３２を制御して、排気用車外開口１２２を閉鎖する位置に排気開閉部１３２を配置する。

また、制御部２０１は、第１の給気用送風機４を駆動させ、第２の給気用送風機１１１ａおよび排気用送風機１１１ｂを停止させる。

外気モードでは、給気流５６と排気流５７とが熱回収熱交換器１１２を通過せず、給気流５６と排気流５７との間で熱交換は行われない。また、内気合流風路２３も閉鎖されているため、給気流５６への内気の混合もされない。給気流５６は、外気合流風路２４から取り込まれた外気のみを含む。すなわち、外気モードでは、外気の取り込みのみによって空調および換気が行われる。なお、給気風路２１における熱回収熱交換器１１２よりも上流側と、給気風路２１における熱回収熱交換器１１２よりも下流側とをバイパスするバイパス風路を設け、このバイパス風路を通じて外気の取り込みを行うようにしてもよい。

次に、内気モードについて説明する。図５は、実施の形態１にかかる車両用空調換気装置の概略構成を示す図であって、内気モードでの状態を示す図である。ここでは、上述した内外気混合モードと異なる部分について説明する。

内気モードでは、制御部２０１は、第１の開度調整部１２８を制御して、給気風路２１を閉鎖する位置に第１の開度調整部１２８を配置する。また、制御部２０１は、給気開閉部１３１を制御して、給気用車外開口１２１を閉鎖する位置に給気開閉部１３１を配置する。また、制御部２０１は、排気開閉部１３２を制御して、排気用車外開口１２２を閉鎖する位置に排気開閉部１３２を配置する。

また、制御部２０１は、第１の給気用送風機４を駆動させ、第２の給気用送風機１１１ａおよび排気用送風機１１１ｂを停止させる。

内気モードでは、給気流５６と排気流５７とが熱回収熱交換器１１２を通過せず、給気流５６と排気流５７との間で熱交換は行われない。また、外気合流風路２４も閉鎖されており、給気流５６への外気の混合もされない。給気流５６は、内気合流風路２３から取り込まれた内気のみを含む。すなわち、内気モードでは、内気の循環のみによって空調および換気が行われる。そのため、内気モードでは、空気の加熱、冷却、除湿は可能であるが、外気の取り込んだ場合のように車内の二酸化炭素濃度を低下させることは難しい。

次に、外気熱交換モードについて説明する。図６は、実施の形態１にかかる車両用空調換気装置の概略構成を示す図であって、外気熱交換モードでの状態を示す図である。ここでは、上述した内外気混合モードと異なる部分について説明する。

外気熱交換モードでは、制御部２０１は、第１の開度調整部１２８を制御して、内気合流風路２３を閉鎖する位置に第１の開度調整部１２８を配置する。また、制御部２０１は、第２の給気用送風機１１１ａおよび排気用送風機１１１ｂを駆動させる。なお、第１の給気用送風機４は、駆動させてもよいし、停止させてもよい。

外気熱交換モードでは、熱回収熱交換器１１２を通過した後の給気流５６への内気および外気の混合がなされない。したがって、熱回収熱交換器１１２での熱交換によって熱負荷の低減が図られる。

なお、制御部２０１は、例えばＣＰＵ等のプロセッサとメモリ等の記憶素子がともに搭載された制御基板であり得る。記憶素子に格納されたプログラムに従ってプロセッサが演算処理を実行することにより、上述した各機構の動作の制御が実行される。

次に、車両用空調換気装置１０を冬季に暖房で利用した場合の４種類のモードを比較する。まず、車外の温度をＴＡ、湿度をＨＡ、二酸化炭素濃度をＣＡとする。人が乗車している車内の温度をＴＢ、湿度をＨＢ、二酸化炭素濃度をＣＢとする。この場合には、以下の関係が成り立つ。
ＴＡ＜ＴＢ
ＨＡ＜ＨＢ
ＣＡ＜ＣＢ
すなわち、車外よりも車内の方が、温度、湿度、二酸化炭素濃度のいずれも高い。

また、４種類のモードでのデフロスタ吹出口７、フェイス吹出口８、またはフット吹出口９近傍での空気の温度、湿度、二酸化炭素濃度を以下の通りとする。すなわち、内外気混合モードでの温度をＴ１、湿度をＨ１、二酸化炭素濃度をＣ１とする。外気モードでの温度をＴ２、湿度をＨ２、二酸化炭素濃度をＣ２とする。内気モードでの温度をＴ３、湿度をＨ３、二酸化炭素濃度をＣ３とする。外気熱交換モードでの温度をＴ４、湿度をＨ４、二酸化炭素濃度をＣ４とする。

この場合には、以下の関係が成り立つ。
ＴＡ＝Ｔ２＜Ｔ４≦Ｔ１≦Ｔ３＝ＴＢ、
ＨＡ＝Ｈ２＜Ｈ４≦Ｈ１≦Ｈ３＝ＨＢ
ＣＡ＝Ｃ２＜Ｃ４≦Ｃ１≦Ｃ３＝ＣＢ
特に、内外気混合モードでは、第１の開度調整部１２８の開度調整により、外気熱交換モード相当から内気モード相当まで制御が可能である。

冬季は、内気モードでの運転がエネルギー的には最も効率的であるが、内気モードのみで運転すると、二酸化炭素を車外に排出できないので、乗員の呼吸により二酸化炭素濃度が徐々に高くなり、運転者の眠気を誘う場合がある。内外気混合モードであれば、二酸化炭素を適宜排出するとともに、エネルギー効率の高い空調が可能になる。

運転者の眠気防止のためには、定常的に内外気の混合比率を固定するよりも、内気の多い状態と外気の多い状態を時間的に周期的に変化させたほうが望ましい。本発明では、第１の開度調整部１２８の開度調整により、容易に内外気の混合比率を変化させることができるので、運転者の眠気の発生を抑制することができる。

また、内気と外気の混合を、熱回収熱交換器１１２の下流側とすることで、エネルギー効率を高めることができる。

また、給気流５６を発生させる送風機として、第１の給気用送風機４と、第２の給気用送風機１１１ａとを備えるので、第１の給気用送風機４の送風量から第２の給気用送風機１１１ａの送風量を差し引いた風量が、合流用車内開口１２３から取り込まれて給気流５６に混合される内気の量となる。したがって、第１の給気用送風機４の送風量と第２の給気用送風機１１１ａの送風量との調整によって、内気の混合量の調整が可能になる。そのため、内気合流風路２３の開度の細かな調整が不要となるため、制御部２０１による第１の開度調整部１２８の制御の単純化を図ることができる。

なお、操作部５８には、内外気混合モードの選択ボタンを設けて、乗員が意識的に内外気混合モードを選択することができるようにしてもよい。なお、操作部５８は、乗員からの操作指示を受け付ける入力インタフェースである。操作部５８は、車両用空調換気装置１０の運転モードを切り替える空調制御ボタンを含む。また、操作部５８は、車両用空調換気装置１０の運転の開始および終了を指示する旨のボタン等、一般的に車両に設置される空調に関する各種の操作ボタンを含み得る。

図７は、実施の形態１の変形例１にかかる車両用空調換気装置の概略構成を示す図である。本実施の形態１の変形例１にかかる車両用空調換気装置１０では、第２の給気用送風機１１１ａと排気用送風機１１１ｂとがそれぞれ別個の電動機で駆動される。これにより、第２の給気用送風機１１１ａと排気用送風機１１１ｂとを独立して制御することが可能となる。したがって、給気流５６の風量と排気流５７の流量を個別に調整して、より細かな空調の制御が可能となる。

実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２にかかる車両用空調換気装置の概略構成を示す図であって、内外気混合モードでの状態を示す図である。上記実施の形態と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。実施の形態２にかかる車両用空調換気装置１２では、実施の形態１にかかる車両用空調換気装置１０で設けられていた外気合流風路２４が設けられていない。また、第２の給気用送風機１１１ａが設けられていない。

図８では、内外気混合モードでの状態が示されている。内外気混合モードは、第１の給気用送風機４のみで給気流５６を発生させている点が、実施の形態１と異なる点である。そのため、給気流５６に混合される給気の量の調整は、第１の開度調整部１２８による合流用車内開口１２３の開度の調整によって行われる。

図９は、実施の形態２にかかる車両用空調換気装置の概略構成を示す図であって、外気モードの状態を示す図である。車両用空調換気装置１２では、外気合流風路２４が設けられていないので、外気モードの際に、制御部２０１によって給気開閉部１３１が制御されて、給気用車外開口１２１を開放する位置に給気開閉部１３１が配置される点が、実施の形態１と異なる点である。したがって、車両用空調換気装置１２では、外気モードにおいて、給気流５６が熱回収熱交換器１１２を通過する点が、実施の形態１と異なる点である。熱回収熱交換器１１２には、排気流５７が流れないため、熱回収熱交換器１１２での熱交換は行われない。

図１０は、実施の形態２にかかる車両用空調換気装置の概略構成を示す図であって、内気モードの状態を示す図である。図１１は、実施の形態２にかかる車両用空調換気装置の概略構成を示す図であって、外気熱交換モードの状態を示す図である。車両用空調換気装置１２における内気モードおよび外気熱交換モードでの動作および制御は、実施の形態１と同様である。車両用空調換気装置１２で得られるその他の効果は実施の形態１で説明したものと同様である。

車両用空調換気装置１２では、第２の給気用送風機１１１ａを設けていないので、部品数の削減による製造コストの抑制を図ることができる。また、外気合流風路２４を設けていないので、車両用空調換気装置１２の構成を簡素化して、製造コストの抑制を図ることができる。車両用空調換気装置１２で得られるその他の効果は、実施の形態１で説明したものと同様である。なお、車両用空調換気装置１２に、実施の形態１と同様に第２の給気用送風機１１１ａを設けても構わない。

実施の形態３．
図１２は、本発明の実施の形態３にかかる車両用空調換気装置の概略構成を示す図であって、内外気混合モードでの状態を示す図である。上記実施の形態と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。実施の形態３にかかる車両用空調換気装置１３は、熱交換換気装置４０を備える。

熱交換換気装置４０は、筐体４１を備える。筐体４１には、内気流入口４３と、内気流出口４４と、外気流入口４５と、外気流出口４６とが形成されている。筐体４１の内部には、内気流入口４３と内気流出口４４とを結ぶ第１の内部風路４７が形成されている。筐体４１の内部には、外気流入口４５と外気流出口４６とを結び第１の内部風路４７と交差する第２の内部風路４８が形成されている。

熱回収熱交換器１１２は、筐体４１の内部に収容される。熱回収熱交換器１１２は、第１の内部風路４７と第２の内部風路４８との交差部分に設けられる。内気流入口４３には、排気用車内開口１２４から延びるダクト１５が接続されている。外気流出口４６には、デフロスタ吹出口７、フェイス吹出口８およびフット吹出口９から延びるダクト１８が接続されている。第１の内部風路４７は、排気風路２２の一部を構成する。第２の内部風路４８は、給気風路２１の一部を構成する。

図１２では、内外気混合モードでの状態を示している。図１３は、実施の形態３にかかる車両用空調換気装置の概略構成を示す図であって、外気熱交換モードでの状態を示す図である。図１４は、実施の形態３にかかる車両用空調換気装置の概略構成を示す図であって、内気モードでの状態を示す図である。図１５は、実施の形態３にかかる車両用空調換気装置の概略構成を示す図であって、外気モードでの状態を示す図である。車両用空調換気装置１３では、熱交換換気装置４０を設ける点を除いて、実施の形態１と同様の動作および制御が行われる。

ユニット化された熱交換換気装置４０を用いているので、熱回収熱交換器１１２の車体内での配置の設計自由度の向上を図ることができる。なお、車両用空調換気装置１３においても、実施の形態１の変形例１と同様に、第２の給気用送風機１１１ａと排気用送風機１１１ｂとが別個の電動機で駆動されるようにしてもよい。また、制御部２０１は、熱交換換気装置４０に設けられていてもよいし、電動車両１００に設けられていてもよい。

実施の形態４．
図１６は、本発明の実施の形態４にかかる車両用空調換気装置の概略構成を示す図であって、内外気混合モードでの状態を示す図である。上記実施の形態と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。実施の形態４にかかる車両用空調換気装置１４は、実施の形態３と同様に熱交換換気装置４０を備える。車両用空調換気装置１４では、熱交換換気装置４０に第２の給気用送風機１１１ａが設けられていない点が実施の形態３と異なる。

図１６では、内外気混合モードの状態を示している。図１７は、実施の形態４にかかる車両用空調換気装置の概略構成を示す図であって、外気熱交換モードでの状態を示す図である。図１８は、実施の形態４にかかる車両用空調換気装置の概略構成を示す図であって、内気モードでの状態を示す図である。図１９は、実施の形態４にかかる車両用空調換気装置の概略構成を示す図であって、外気モードでの状態を示す図である。

車両用空調換気装置１４では、熱交換換気装置４０に第２の給気用送風機１１１ａが設けられていないので、熱交換換気装置４０を設ける点を除いて、実施の形態２と同様の動作および制御が行われる。ユニット化された熱交換換気装置４０を用いているので、熱回収熱交換器１１２の車体内での配置の設計自由度の向上を図ることができる。

以上説明した実施の形態１から４において、車両用空調換気装置１０，１２，１３，１４では、車内の乗員数に応じて換気量の増減を行ってもよい。このとき、車両用空調換気装置１０，１２，１３，１４の制御部２０１は、換気量と内気循環量の和が一定となるように風量を制御する。

例えば、乗員１名あたり、必要換気量を２０［ｍ３／ｈ］と想定した場合、乗員数がｎ名であるとき、必要換気量は２０×ｎ［ｍ３／ｈ］である。冷却器５での冷却除湿に必要な風量が３００［ｍ３／ｈ］の場合、必要内気循環量は３００−２０×ｎ［ｍ３／ｈ］となる。

必要換気量を算出するために、制御部２０１が乗員数を検出する乗員検出部の機能を有していてもよい。例えば、図１に示す車内に設置された画像センサー５９が撮影した画像から乗員の数を検出してもよい。また、車内に設けられた濃度センサー６０が検出した呼気に含まれる二酸化炭素の濃度から、乗員数を検出してもよい。また、シートベルトを固定するバックルにシートベルトが固定されているか否かを検出するスイッチ６１に検出された固定状態から乗員数を検出してもよい。また、座席に座った乗員の圧力を検出する圧力センサーの検出信号から乗員数を検出してもよい。

図２０は、図１に示した制御部等を示すブロック図である。制御部２０１には、乗員数検出手段２０５から、乗員数を検出するためのデータが入力される。乗員数検出手段２０５は、例えば上述した、画像センサー５９、濃度センサー６０、およびスイッチ６１である。制御部２０１は、操作部５８から入力された操作指示についての情報に基づいて、その操作指示によって指定された動作および運転モードを実現するように、送風機２０７および弁２０９の動作を制御する。また、制御部２０１は、乗員数検出手段２０５から入力されたデータに基づいて乗員数を算出し、算出した乗員数に応じた必要換気量を算出する。そして、制御部２０１は、算出した必要換気量が実現されるように、送風機２０７および弁２０９の動作を更に制御する。なお、送風機２０７は、車両用空調換気装置１０に搭載される各種送風機の総称である。弁２０９は、車両用空調換気装置１０に搭載されて各種風路の開放および閉鎖を切り替えたり、開度を調整したりする弁機能を有する開度調整部等の総称である。

図２１は、図１に示した制御部のハードウェア構成を示す図である。制御部２０１は、プロセッサ２９およびメモリ３０を備える。プロセッサ２９およびメモリ３０は、例えば、バスによって互いにデータの送受信が可能である。プロセッサ２９は、メモリ３０に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、送風機２０７および弁２０９の動作を制御する機能を実行する。プロセッサ２９は、処理回路の一例であり、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｒ）、およびシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）のうち１つ以上を含む。

メモリ３０は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、およびＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）のうち１つ以上を含む。また、メモリ３０は、コンピュータが読み取り可能なプログラムが記録された記録媒体を含む。かかる記録媒体は、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルメモリ、光ディスク、コンパクトディスク、およびＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）のうち１つ以上を含む。

また、乗員数に対して一律での換気風量を想定しているが、窓ガラスの温度ならびに車内の温度および湿度の情報を各種センサーで検出して、その情報をもとに必要換気量を算出して、各種送風機を制御してもよい。

これにより、冷却器５での冷却除湿の処理する風量は同じとなり、冷却器５の冷却除湿能力を大きく変化させることなく、省エネルギーで車両用空調換気装置１０を運転させることが出来る。

なお、熱回収熱交換器１１２には、排湿が主の場合、顕熱型が好適であるが、車室内の湿度環境を制御する場合は、温湿度センサーと組み合わせて、全熱型を採用することが好ましい。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

４ 第１の給気用送風機、５ 冷却器、６ 加熱器、７ デフロスタ吹出口、８ フェイス吹出口、９ フット吹出口、１０，１２，１３，１４ 車両用空調換気装置、２１ 給気風路、２２ 排気風路、２３ 内気合流風路、２４ 外気合流風路、２９ プロセッサ、３０ メモリ、３１ 電動機、４１ 筐体、４３ 内気流入口、４４ 内気流出口、４５ 外気流入口、４６ 外気流出口、４７ 第１の内部風路、４８ 第２の内部風路、５１ 仕切部材、５２ 間隔保持部材、５６ 給気流、５７ 排気流、５８ 操作部、１００ 電動車両、１０１ フロントガラス、１１１ａ 第２の給気用送風機、１１１ｂ 排気用送風機、１１２ 熱回収熱交換器、１２１ 給気用車外開口、１２２ 排気用車外開口、１２３ 合流用車内開口、１２４ 排気用車内開口、１２５ 合流用車外開口、１２８ 第１の開度調整部、１２９ 第２の開度調整部、１３１ 給気開閉部、１３２ 排気開閉部、１３３ 流量調整部、１３４ 吹出量調整部、２０１ 制御部。

Claims (13)

1. 車両に設けられた車両用空調換気装置であって、
   前記車両の外部である車外と前記車両の内部である車内とを結ぶ給気風路と、
   前記車外と前記車内とを結び前記給気風路と交差された排気風路と、
   前記給気風路における前記排気風路との交差部よりも下流に設けられて前記車内に向かう給気流を前記給気風路内に発生させる第１の給気用送風機と、
   前記排気風路に設けられて前記車内から前記車外に向かう排気流を前記排気風路内に発生させる排気用送風機と、
   前記給気流と排気流との間で熱交換させる熱交換器と、
   前記熱交換器よりも下流かつ前記第１の給気用送風機よりも上流で前記給気風路に合流され、前記給気風路と前記車内とを結ぶ内気合流風路と、を備えることを特徴とする車両用空調換気装置。
2. 前記給気風路における前記交差部よりも上流に設けられて前記給気風路内に前記車内に向かう前記給気流を発生させる第２の給気用送風機をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調換気装置。
3. 内気流入口と、内気流出口と、外気流入口と、外気流出口と、前記内気流入口と前記内気流出口とを結ぶ第１の内部風路と、前記外気流入口と前記外気流出口とを結び前記第１の内部風路と交差する第２の内部風路とが形成され、内部に前記熱交換器を収容する筐体をさらに備え、
   前記給気風路は、前記第１の内部風路を含み、
   前記排気風路は、前記第２の内部風路を含み、
   前記第１の内部風路と前記第２の内部風路とが交差する部分が前記交差部となることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用空調換気装置。
4. 前記第１の給気用送風機よりも下流に設けられて前記給気流を冷却する冷却器と、
   前記冷却器よりも下流に設けられて前記給気流を加熱する加熱器と、をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の車両用空調換気装置。
5. 前記内気合流風路の開度を調整する第１の開度調整部と、
   前記第１の開度調整部を制御して、前記給気風路への前記車内の空気の流入量を制御する制御部と、をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の車両用空調換気装置。
6. 前記車内の乗員の数を検出する乗員検出部と、
   前記制御部は、前記乗員検出部に検出された前記乗員の数に応じて、前記第１の給気用送風機の駆動、前記排気用送風機の駆動、および前記第１の開度調整部の開度を制御することを特徴とする請求項５に記載の車両用空調換気装置。
7. 前記車内の温度および湿度を検出する温湿度センサーをさらに備え、
   前記乗員検出部は、前記温湿度センサーに検出された温度および湿度に基づいて前記乗員の数を算出することを特徴とする請求項６に記載の車両用空調換気装置。
8. 前記車内の二酸化炭素濃度を検出する濃度センサーをさらに備え、
   前記乗員検出部は、前記濃度センサーに検出された二酸化炭素濃度に基づいて前記乗員の数を算出することを特徴とする請求項６に記載の車両用空調換気装置。
9. 前記車内を撮影する画像センサーをさらに備え、
   前記乗員検出部は、前記画像センサーに撮影された画像データに基づいて前記乗員の数を算出することを特徴とする請求項６に記載の車両用空調換気装置。
10. 前記車両に設けられているシートベルトを固定するバックルに前記シートベルトが固定されているか否かを検出する固定検出部をさらに備え、
    前記乗員検出部は、前記固定検出部に検出された前記シートベルトの固定状態に基づいて前記乗員の数を算出することを特徴とする請求項６に記載の車両用空調換気装置。
11. 前記車内に設けられている座席に加わる圧力を検出する圧力センサーをさらに備え、
    前記乗員検出部は、前記圧力センサーに検出された圧力に基づいて前記乗員の数を算出することを特徴とする請求項６に記載の車両用空調換気装置。
12. 前記給気流を脱臭する脱臭器をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調換気装置。
13. 前記熱交換器よりも下流かつ前記第１の給気用送風機よりも上流で前記給気風路に合流され、前記給気風路と前記車外とを結ぶ外気合流風路と、
    前記外気合流風路の開度を調整する第２の開度調整部と、
    前記給気風路のうち前記内気合流風路の合流部分よりも上流で前記給気風路の開度を調整する第３の開度調整部と、をさらに備え、
    前記制御部は、
    前記第１の開度調整部を制御して前記内気合流風路を閉鎖し、前記第２の開度調整部を制御して前記外気合流風路を開放し、前記第３の開度調整部を制御して前記給気風路を閉鎖する外気モードと、
    前記第１の開度調整部を制御して前記内気合流風路を開放し、前記第２の開度調整部を制御して前記外気合流風路を閉鎖し、前記第３の開度調整部を制御して前記上流給気風路を閉鎖する内気モードと、
    前記第１の開度調整部を制御して前記内気合流風路を開放し、前記第２の開度調整部を制御して前記外気合流風路を閉鎖し、第３の開度調整部を制御して前記上流給気風路を開放する内外気混合モードと、に切り替える制御を行うことを特徴とする請求項５に記載の車両用空調換気装置。

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