JP2006007928A

JP2006007928A - 車両用空調装置

Info

Publication number: JP2006007928A
Application number: JP2004186595A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Niwa; 和喜丹羽
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2004-06-24
Filing date: 2004-06-24
Publication date: 2006-01-12

Abstract

【課題】夏期の屋外駐車時等のように、車両用空調装置を運転できない状況における車室内の温度上昇を抑制可能な車両用空調装置を提供すること。
【解決手段】車室内の空気を導入する室内気流路１または車室外の空気を導入する室外気流路２のいずれか一方を内外気切替ダンパ３の操作により選択して導入した空気を空調して車室内に供給する車両用空調装置ＡＵにおいて、内外気切替ダンパ３の上流側で室内気流路１と室外気流路２との間を連通状態とするバイパス流路５と、バイパス流路５のバイパスダンパ６と、バイパス流路５を介して室内気流路１側から吸引した空気を室外気流路２側へ排出する電動の換気ファン７とを具備してなる換気装置８を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、日射量が多くなる夏期等の駐車時に車室内の温度上昇を抑制することができる車両用空調装置に関するものである。

従来より、車室内の冷暖房及び除湿を行って快適な車室内環境を提供する車両用空調装置が知られている。このような車両用空調装置は、車両走行用内燃機関の出力の一部を利用して運転される圧縮機と、車室外の空気（室外気）と熱交換を行ってガス冷媒を凝縮させる凝縮器と、液冷媒を減圧する膨張弁と、車室外または車室内から導入した空気と熱交換を行って液冷媒を気化させる蒸発器とが冷媒配管で連結されてなる閉回路の冷凍サイクルを備えている。なお、上述した蒸発器は空気から気化熱を奪う機能を有しており、通常ＨＶＡＣ（Heating, Ventilation, and Air-Conditioning）ユニット内に暖房用の加熱源となるヒータコアと共に設置され、導入した空気（室内気または室外気）の冷却及び除湿を行うものである。

また、従来の車両用空調装置の中には、ガスセンサで検知した外気の清浄・汚染レベルを判定し、内外気切換ダンパを自動的に切替操作することで清浄な外気のみを車室内に導入して快適な車室内環境を維持できるようにした自動車用自動換気装置を開示したものがある。（たとえば、特許文献１参照）
さらに、夏期等における炎天下駐車時の車室内温度上昇を抑制するため、水の蒸発潜熱を利用して冷却した外気を車室内に吹き出すように構成した加湿冷却方式換気装置を開示したものがある。（たとえば、特許文献２参照）
さらにまた、適所に設けた太陽電池の電源を得て、車室内が所定温度以上に達した場合に外部の空気を車内に導入するために設けられている空気循環用ファンを逆回転させ、車室内の温かい空気を外部へ排出するように構成した自動車の室内エア排出システムが提案されている。（たとえば、特許文献３参照）
特開２０００−２１９０３６号公報特開平６−１４３９８８号公報実開平６−４９１１６号公報

上述した従来の車両用空調装置は、車両走行用内燃機関の出力を利用して運転するものであるから、内燃機関の運転を停止した駐車時に空調運転を行うことはできない。このため、夏期等のように強い日射を受ける屋外に駐車しておくと、車室内の温度が上昇して高温となるので、乗車時のフィーリングを悪化させるという問題が発生する。さらに、高温となった車室内を快適な温度まで低下させるには時間を要するため、車両用空調装置のクールダウン性能に悪影響を及ぼすという問題もある。

このような背景から、車両用空調装置を運転できない駐車時等における車室内の温度上昇を抑制し、乗車時のフィーリングやクールダウン性能を改善することが望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、夏期の屋外駐車時等のように、車両用空調装置を運転できない状況における車室内の温度上昇を抑制可能な車両用空調装置を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る車両用空調装置は、車室内の空気を導入する室内気流路または車室外の空気を導入する室外気流路のいずれか一方を流路切替手段の操作により選択して導入した空気を空調して車室内に供給する車両用空調装置において、
前記流路切替手段の上流側で前記室内気流路と前記室外気流路との間を連通状態とするバイパス流路と、該バイパス流路の流路開閉手段と、前記バイパス流路を介して前記室内気流路側から吸引した空気を前記室外気流路側へ排出する電動の送風手段とを具備してなる換気装置を設けたことを特徴とするものである。
この場合、換気装置の運転は、手動スイッチにより手動運転でもよいし、あるいは、車室内温度を検出する温度センサの検出値、外気温を検出する温度センサの検出値及び日射量を検出する日射量センサの検出値等に基づいて、自動的に運転を開始するようにしてもよい。

このような車両用空調装置によれば、流路切替手段の上流側で室内気流路と室外気流路との間を連通状態とするバイパス流路と、該バイパス流路の流路開閉手段と、バイパス流路を介して室内気流路側から吸引した空気を室外気流路側へ排出する電動の送風手段とを具備してなる換気装置を設けたので、換気装置の運転により流路開閉手段を開いて電動の送風手段を動作させれば、車室内の空気が室内気通路からバイパス流路に吸引され、さらにバイパス流路から室外気流路を通って車室外に排出される。すなわち、車両走行用の内燃機関が停止した状態でも、電動の送風手段を動作させることで高温の室内気を車室外に排出し、車室内を換気して温度上昇を抑制することができる。

上記の車両用空調装置においては、前記流路開閉手段が前記流路切替手段と一体に開閉動作し、かつ、前記切替流路手段が前記室外気流路を閉じた時には前記流路開閉手段で前記バイパス流路を閉じるように構成したものが好ましく、これにより、流路開閉手段及び流路切替手段をひとつの駆動源で開閉動作させ、バイパス流路が開く状態では、室内気流路がバイパス流路を介して車室外の外気と連通する。
なお、この場合の流路開閉手段としては、バタフライダンパやロータリダンパを採用することができる。

上記の車両用空調装置においては、前記送風手段の回転数が諸条件に応じて可変であることが好ましく、これにより、電動とした送風手段の電源消費量を最小限に抑えた省エネルギー運転が可能となる。なお、この場合の電源としては、太陽電池を設けておくことが好ましい。

上述した本発明の車両用空調装置によれば、室内気流路と室外気流路との間を連通状態とするバイパス流路に流路開閉手段及び電動の送風手段を備えた換気装置を設けたので、換気装置の運転により流路開閉手段を開いて電動の送風手段を動作させれば、車室内の空気が室内気通路からバイパス流路に吸引され、さらにバイパス流路から室外気流路を通って車室外に排出される。このため、車両走行用の内燃機関が停止した状態でも、電動の送風手段を動作させることで高温の室内気を車室外に排出し、車室内を換気して温度上昇を抑制することができるようになるので、たとえば真夏の炎天下に屋外駐車して強い日射を受けても、車室内で高温となった空気を換気して車室内の温度上昇を最小限に抑えることができる。従って、日射の強い夏期においても駐車中の車室内の温度上昇が抑制され、乗車時のフィーリング低下を最小限に抑えることが可能になるとともに、空調のクールダウン性能を向上させることができる。

また、外気導入とした暖房運転時に換気装置を運転すれば、室外気よりも温度の高い室内気を導入して混合することができるため、室外気のみと比較して温度上昇した空気を導入して加熱・暖房することが可能となる。同様に、外気導入の冷房運転時においても、室外気よりも温度の低い室内気を導入して混合することができるため、室外気のみと比較して温度の低下した空気を導入して冷却・冷房することが可能となる。すなわち、外気導入の空調運転時に室内気を加えて空調することにより、外気導入のみの空調運転と比較して空調負荷を低減することができる。

以下、本発明に係る車両用空調装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示す車両用空調装置ＡＵは、車室内の空気（室内気）または車室外の空気（室外気）を選択して導入するブロワユニット１０と、ブロワユニット１０から供給された導入空気を空調して所望の吹出口より車室内へ供給するＨＶＡＣユニット２０とを一体に連結した構成とされる。なお、ＨＶＡＣユニット２０は、ＨＶＡＣ（Heating, Ventilation, and Air-Conditioning）ユニットのことである。

ブロワユニット１０は、室内気を導入する室内気流路１または室外気を導入する室外気流路２を備えている。室内気流路１または室外気流路２は、流路切替手段の内外気切替ダンパ３を操作することによりいずれか一方が選択されるようになっている。すなわち、図１（ａ）に示す内外気切替ダンパ３は、室外気流路２を閉じて室内気流路１から室内気を導入するダンパ位置にあり、図１（ｂ）に示す内外気切替ダンパ３は、室内気流路１を閉じて室外気流路２から室外気を導入するダンパ位置にある。
内外気切替ダンパ３の下流側には、電動モータ４ａで駆動されるブロワファン４が設けられている。このブロワファン４は、室内気流路１または室外気流路２から導入した室内気または室外気を下流側に連結されたＨＶＡＣユニット２０へ送出する。なお、以下の説明では、ブロワファン４から送出される室内気及び室外気を総称して「導入空気」と呼ぶことにする。

ブロワユニット１０の下流側に連結されたＨＶＡＣユニット２０は、ケーシング２０ａ内の上流側から順に配列されたエバポレータ２１及びヒータコア２２の二つの熱交換器を備えている。
上流側のエバポレータ２１は、図示しない冷媒系に連結されており、液冷媒と導入空気との間で熱交換を行うことにより、液冷媒が気化熱を奪うことにより導入空気を冷却する機能を有している。また、下流側のヒータコア２２は、車両走行用内燃機関の冷却水系から温水の一部を導入して加熱源とし、この温水と導入空気との間で熱交換を行うことにより導入空気を加熱して昇温させる機能を有している。

ＨＶＡＣユニット２０のケーシング２０ａには、冷却や加熱を行って空調した導入空気（以下、「空調空気」と呼ぶ）を車室内へ供給する３種類の吹出口が設けられている。すなわち、フロントガラス等の曇りを除去するデフロスト吹出口２３と、車室内のインスツルメントパネル前面に開口するフェース吹出口２４と、乗員の足元に開口するフット吹出口２５とが設けられている。
また、ヒータコア２２の上流側にはエアミックスダンパ２６が配設され、ヒータコア２２を通過して加熱を受ける導入空気量の調整が可能となっている。なお、上述したデフロスト吹出口２３、フェース吹出口２４及びフット吹出口２５を選択的に開閉して空調空気の吹き出しを可能にするため、ケーシング２１ａ内の適所にダンパ２７，２８が設けられている。

さらに、車両用空調装置ＡＵは、空調運転の各種制御を行う制御部３０を備えている。この制御部３０には、電源３１が接続されているとともに、少なくとも車室内温度センサ３２、外気温度センサ３３及び日射量センサ３４とも接続されており、各センサから検出値が入力されるようになっている。

上述した車両用空調装置ＡＵのブロワユニット１０には、内外気切替ダンパ３の上流側で室内気流路１と室外気流路２との間を連通状態とするバイパス流路５と、バイパス流路５の流路開閉手段となるバイパスダンパ６と、バイパス流路５を介して室内気流路１側から吸引した室内気（空気）を室外気流路２側へ排出する電動の換気ファン（送風手段）７とを具備してなる換気装置８を設けてある。なお、換気ファン７は制御部３０と接続されており、制御部３０から電源の供給を受けるとともに、オン・オフ等の運転制御がなされるようになっている。

この場合の換気ファン７は、室内気を流すバイパス流路５の流路断面積を小さく設定することができるようにするため、吸込口が室内気流路１に開口するように設置した両吸込型の遠心ファンを採用することが好ましい。しかし、換気ファン７の種類については、たとえば軸流ファンなど特に限定されるものではない。
すなわち、車両に確保できる車両用空調装置ＡＵの設置スペースが限られていることなどを考慮し、スムーズな換気に必要となる必要最小限の断面積を確保したバイパス流路５を形成するためには、設置スペース等ファン側の制約が少ない両吸込型の遠心ファンを採用することが望ましい。

また、バイパス流路５を開閉するバイパスダンパ６は、図１に示すように、駆動源を共用できるように内外気切替ダンパ３と一体に開閉動作するものが好ましい。この場合の内外気切替ダンパ３及びバイパスダンパ６は、板状部材を折曲して一体に開閉動作するように構成したバタフライダンパである。すなわち、板状とした内外気切替ダンパ３の一端部側を略直角に折曲した部分がバイパスダンパ６とされ、同折曲部（角部）を支点として流路切替（開閉）動作するようにブロワユニット１０の適所に支持されている。そして、この流路切替動作により、内外気切替ダンパ３が室外気流路２を閉じた室内気導入モード時には、バイパスダンパ６によってバイパス流路５の出口側も閉じられ（図１（ａ）参照）ている。
一方、内外気切替ダンパ３が室内気流路１を閉じている室外気導入モード時には、図１（ｂ）に示すように、バイパスダンパ６はバイパス流路５を開くようになっている。

このように構成された換気装置８の運転により、車両の走行駆動源となる内燃機関を停止した駐車中において、室内気を車室外に排出して換気することができる。このような換気運転は、図１（ｂ）に示すように、内外気切替ダンパ３が室内気流路１を閉じ、かつ、バイパスダンパ６がバイパス流路５の出口側を開いた状態で換気ファン７を運転することにより実施される。なお、このような換気運転時においては、ブロワファン４など換気装置８及び制御部３０をのぞく車両用空調装置ＡＵの他の構成要素は停止状態とされる。

このような換気運転を実施することにより、車室内の室内気は、図中に示す矢印ａのように、室内気流路１を介して換気ファン７に吸引され、バイパス流路５を通って室外気流路２に流出する。この室外気流路２は外気に連通しているので、換気ファン７に吸引された室内気は室内気流路２の開口部（換気運転以外では室外気を導入する開口部）から車外へ排気される。このため、日射の影響で温度上昇した室内気が車外へ排気されるので、駐車中における車室内温度の上昇を抑制することができる。従って、夏場の駐車後に乗車するような場合であっても、車室内の温度上昇が抑制されることで乗車時のフィーリングが改善され、さらには、空調（冷房）運転開始によるクールダウン時間が短縮されるため、クールダウン性能への悪影響を改善することができる。

また、外気導入とした暖房運転時に換気装置８を運転すれば、室外気流路２から導入した室外気に対し、室外気よりも温度の高い室内気を導入して混合することができるため、室外気のみと比較して温度上昇した導入空気を加熱・暖房することが可能となる。このため、暖房運転の空調負荷が低減されるため、車室内が所望の温度まで上昇するのに要する時間が短縮されるなどの利点がある。
同様に、外気導入の冷房運転時においても、室外気よりも温度の低い室内気を導入して混合することができるため、室外気のみと比較して温度の低下した空気を導入して冷却・冷房することが可能となる。
すなわち、外気導入の空調運転時に換気装置８で導入した室内気を室外気に加えて空調することにより、外気導入のみで空調運転を行う場合と比較して、空調負荷を低減することができる。

ところで、上述した換気装置８の運転は、必要に応じて図示省略の手動スイッチを操作する手動運転としてもよいし、あるいは、車室内温度を検出する車室内温度センサ３２の検出値、外気温を検出する外気温度センサ３３の検出値及び日射量を検出する日射量センサ３４の検出値等に基づいて、所定値以上の温度や日射量を検出した場合に自動的に運転を開始するようにしてもよい。
このような自動運転については、車室内温度センサ３２、外気温度センサ３３及び日射量センサ３４のいずれかひとつを選択して運転開始を判断すればよい。しかし、これらのセンサ類は車両用空調装置ＡＵの他の制御にも必要なものであるから、通常の車両用空調装置ＡＵでは全てのセンサを備えており、従って、各センサで検出した検出値のいずれかひとつが条件を満たした場合に運転を開始するようにしてもよい。

また、換気ファン７については、比較的小型で消費電力の少ないものを使用するが、その風量（すなわち運転回転数）を温度や日射量等の諸条件に応じて、複数段または無段階の可変とし、バッテリ等の電源３１が保有する電力を無駄に消費することがないよう必要最小限に抑制して省エネルギー運転を実施することが好ましい。なお、日射量の多い状態で有効な太陽電池等のソーラシステムを車体の適所に設けておき、これにより得られた電力を電源として使用したり、あるいは、電源３１に充電するように構成してもよい。

換気ファン７の可変運転について具体的例を示すと、たとえば図２に示す制御マップでは、車室内温度センサ３２で検出した車内温度に応じて、Ｈｉ、Ｌｏ、ＯＦＦの３段階に制御する。図２の制御マップでは、車内温度が３０℃まで上昇したときに運転停止のＯＦＦから風量の少ない低速回転で運転するＬｏに移行する。そして、車内温度がさらに温度上昇して４０℃に到達すると、風量が増加する高速回転で運転するＨｉに移行する。反対に車内温度が低下する場合には、３０℃でＨｉからＬｏに移行し、２０℃でＯＦＦとなるように、ヒステリシスを設けてある。
なお、外気温度についても、車内温度と設定温度の数値に違いはあるものの、実質的に同様の制御が可能である。

また、図３に示す制御マップは、日射量に基づく換気ファン７の運転制御例を示しており、この場合、日射量の増加時には、６００Ｗ／ｍ^２でＯＦＦからＬｏに移行し、８００Ｗ／ｍ^２でＬｏからＨｉに移行するように制御され、さらに、日射量の減少時には、６００Ｗ／ｍ^２でＨｉからＬｏに移行し、４００Ｗ／ｍ^２でＬｏからＯＦＦに移行するというように、ヒステリシスが設けられている。
なお、上述した両制御マップに示した車内温度や日射量の数値はあくまで一例であり、制御段数を含め諸条件に応じて適宜変更可能である。

次に、上述した流路開閉手段のバイパスダンパ６について、その変形例を図４に基づいて説明する。この変形例に示す流路開閉手段のバイパスダンパ６′は、バタフライダンパとは異なる形状のロータリダンパを採用した内外気切替ダンパ３′と一体に開閉動作するよう構成されたものである。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
このバイパスダンパ６′は、断面形状を扇型とした内外気切替ダンパ３′をダンパ本体とし、その先端から突出するように設けられた板状の部材である。内外気切替ダンパ３′は、扇の要部分を支点とする揺動により流路の切替（開閉）動作を行うよう支持されている。なお、図中の符号３ａは、シール機能を備えたストッパである。

上述した構成の内外気切替ダンパ３′及びバイパスダンパ６′は、以下に説明するようにして室内気／室外気の導入切替及びバイパス流路５の開閉動作する。
図４（ａ）に示す室内気導入モードでは、内外気切替ダンパ３′が室外気流路２を閉じて室内気流路１を開き、かつ、バイパスダンパ６′がバイパス流路５の入口側を塞いで閉じた状態とされる。従って、下流側のブロワファン４及びＨＶＡＣユニット２０には、室内気が導入されることとなる。すなわち、この図４（ａ）は、換気運転が行われていない状態の内外気切替ダンパ位置を示している。

一方、図４（ｂ）に示す室外気導入モードでは、内外気切替ダンパ３′が室内気流路１を閉じて室外気流路２を開き、かつ、バイパスダンパ６′はバイパス流路５を開いた状態とされる。この状態でブロワファン４の運転を停止して換気ファン７を運転すると、車室内に連通する室内気通路１から室内気が吸引されて換気ファン７を通過する。この室内気はさらにバイパス流路５を通って室外気流路２に流出するので、この室外気流路２から車外へ排出される。すなわち、図４（ｂ）は換気運転が行われている状態の内外気切替ダンパ位置を示している。
このような構成のバイパスダンパ６′としても、内外気切替ダンパ３′の開閉動作を行う駆動源を共用することが可能になる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、たとえばバイパスダンパ６を単独で開閉動作させたり、ＨＶＡＣユニット２０の構成が図示の構成例に限定されないなど、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

本発明に係る車両用空調装置の一実施形態を示す構成図であり、（ａ）は換気運転が行われていない状態の内外気切替ダンパ位置を示し、（ｂ）は換気運転が行われている状態の内外気切替ダンパ位置を示している。換気ファンを可変とする制御マップの一例であり、車内温度と換気ファン風量との関係を示している。換気ファンを可変とする制御マップの一例であり、日射量と換気ファン風量との関係を示している。本発明に係る流路切替手段及び流路開閉手段の変形例を示す図で、（ａ）は換気運転が行われていない状態の内外気切替ダンパ位置を示し、（ｂ）は換気運転が行われている状態の内外気切替ダンパ位置を示している。

符号の説明

１室内気流路
２室外気流路
３，３′ 内外気切替ダンパ（流路切替手段）
４ブロワファン
５バイパス流路
６，６′ バイパスダンパ（流路開閉手段）
７換気ファン（送風手段）
８換気装置
１０ブロワユニット
２０ＨＶＡＣユニット
２１エバポレータ
２２ヒータコア
３０制御部
３１電源
３２車室内温度センサ
３３外気温度センサ
３４日射量センサ

Claims

車室内の空気を導入する室内気流路または車室外の空気を導入する室外気流路のいずれか一方を流路切替手段の操作により選択して導入した空気を空調して車室内に供給する車両用空調装置において、
前記流路切替手段の上流側で前記室内気流路と前記室外気流路との間を連通状態とするバイパス流路と、該バイパス流路の流路開閉手段と、前記バイパス流路を介して前記室内気流路側から吸引した空気を前記室外気流路側へ排出する電動の送風手段とを具備してなる換気装置を設けたことを特徴とする車両用空調装置。
前記流路開閉手段が前記流路切替手段と一体に開閉動作し、かつ、前記切替流路手段が前記室外気流路を閉じた時には前記流路開閉手段で前記バイパス流路を閉じるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
前記送風手段の回転数が諸条件に応じて可変であ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装置。