JP2014097740A - 車両用空気調和装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】内気循環で除湿暖房運転ができる装置にあって、除湿器の再生に使用する動力を削減でき、トータル動力(電力)を極力小さくできる車両用空気調和装置を提供する。
【解決手段】冷媒を圧縮して高温高圧の冷媒とする電動コンプレッサ3と、車室内に導く空気が通る送風路21内に配置され、冷媒と空気との間で熱交換する室内熱交換器4と、冷媒と車室内に導く空気とは異なる他の冷媒との間で熱交換する室外熱交換器5と、冷媒を減圧する冷媒減圧手段6とを有するヒートポンプ式冷凍サイクル2を備え、送風路21内には、通過する空気との間で水分の授受を行う除湿材13を有する除湿器10が配置され、除湿器10は、ヒートポンプ式冷凍サイクル2の冷媒熱を受熱できるよう構成された。
【選択図】図1

Description

本発明は、ヒートポンプ式冷凍サイクルの室内熱交換器を車室内に導く空気の加熱源とし、且つ、室内熱交換器の他に別途除湿器を設けて車室内の空気の除湿を行う車両用空気調和装置に関する。
内燃機関を空調風の加熱源として利用できない電気自動車等では、ヒートポンプ式冷凍サイクルを冷却源のみならず加熱源として通常では利用する。そして、暖房時の小動力化(省エネルギー化)のためには、車室内の空気を循環させる内気循環で暖房運転することが有効である。しかし、暖房時に内気循環させると、車室内の湿度が乗員の呼気に含まれる水分によって上昇し、窓曇り等が発生する。このため、空気中の湿度を除湿材を有する除湿器で低減し、内気循環モードでも除湿暖房が可能な車両用空気調和装置が従来より提案されている。
この種の第1従来例の車両用空気調和装置として、特許文献1に開示されたものがある。この車両用空気調和装置100は、図14に示すように、ヒートポンプ式冷凍サイクル102を有する空調ユニット101と、車室内に配置された除湿ユニット110とを備えている。ヒートポンプ式冷凍サイクル102は、冷媒を圧縮するコンプレッサ103と、ユニット内の送風路に配置され、室内に供給される空気との間で熱交換する室内熱交換器104と、外気と熱交換する室外熱交換器105とを有する。空調ユニット101は、暖房時には、ユニット内の送風路に吸引した内気や外気を加熱して車室内に供給する。除湿ユニット110は、内部の送風路にブロア111と除湿材を有する除湿器112とヒータ113とを有する。
この車両用空気調和装置100では、内気暖房モードでは、内気を循環させて空調ユニット101で車室内の暖房を行い、除湿ユニット110で車室内の空気の除湿を行う。従って、内気循環で除湿暖房を行うことできる。
また、第2従来例の車両用空気調和装置として、特許文献2に開示されたものがある。この車両用空気調和装置120は、図15に示すように、空調ユニット121を有する。空調ユニット121の送風路122には、ブロア123や室内熱交換器124,125が配置されていると共に除湿材を内蔵した除湿器130が配置されている。
空調ユニット121は、暖房時には、送風路122に吸引した内気や外気を加熱して車室内に供給する。また、除湿器130が送風路122を通過する空気を除湿する。
この車両用空気調和装置120では、内気暖房モードでは、車室内の空気を空調ユニット121に吸引し、この吸引した空気を加熱すると共に除湿器130で除湿する。従って、内気循環で除湿暖房を行うことできる。また、第2従来例では、第1従来例と比較して、空調ユニット121内に除湿器130が配置されるため、第1従来例と比較して、装置が大型化、複雑化しないという利点がある。
ところで、除湿器112,130は、除湿材が飽湿状態になると、除湿材を加熱して再生(脱湿)する必要がある。
特許第3333057号公報 特許第3617157号公報
しかしながら、前記第1従来例及び第2従来例共に、除湿器112,130の除湿材の再生時には、全てヒータ113,(図示せず)を加熱源として除湿材を加熱していた。そのため、除湿器112,130の再生時には、大きな動力(電力)が必要である。従って、除湿暖房運転自体は小動力(電力)で行うことができるが、トータルとしての動力(電力)が大きくなるという問題があった。
そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、内気循環で除湿暖房運転ができる装置にあって、除湿器の再生に使用する動力を削減でき、トータル動力(電力)を極力小さくできる車両用空気調和装置を提供することを目的とする。
本発明は、冷媒を圧縮して高温高圧の冷媒とするコンプレッサと、車室内に導く空気が通る送風路内に配置され、冷媒と空気との間で熱交換する室内熱交換器と、冷媒と車室内に導く空気とは異なる他の冷媒との間で熱交換する室外熱交換器と、冷媒を減圧する冷媒減圧手段とを有するヒートポンプ式冷凍サイクルを備え、
前記送風路内には、通過する空気との間で水分の授受を行う除湿材を有する除湿器が配置され、前記除湿器は、前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの冷媒熱を受熱できるよう構成されたことを特徴とする車両用空気調和装置である。
前記除湿器は、前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの高温側の冷媒熱を受熱できるよう構成されたものであっても良い。
前記除湿器は、前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの低温側の冷媒熱を受熱できるよう構成されたものであっても良い。
前記ヒートポンプ式冷凍サイクルは、前記コンプレッサからの高温高圧の冷媒が前記室内熱交換器、前記冷媒減圧手段、前記室外熱交換器の順に流れて前記コンプレッサに戻る暖房循環路と、前記室外熱交換器、前記冷媒減圧手段、前記室内熱交換器の順に流れて前記コンプレッサに戻る冷房循環路とをメイン流路切換手段によって切り換えできるよう構成されたものであっても良い。
前記ヒートポンプ式冷凍サイクルは、冷媒を前記除湿器を通して循環させる除湿器循環路と、冷媒を前記除湿器循環路に流すか否かを切り換えできるサブ流路切換手段とを有するものであっても良い。
前記除湿器循環路は、暖房循環路では、低圧側の冷媒を前記除湿器に導き、冷房循環路では、高圧側の冷媒を前記除湿器に導く位置に配置されたであっても良い。
前記除湿器が配置された前記送風路の下流には、前記除湿器を通過した空気を車室外に排出する空気排出口と、車室内に導く経路に循環する連通路と、前記空気排出口と前記連通路を選択的に開閉する空気排出ドアとが設けられたものであっても良い。
前記送風路内に配置された前記除湿器には、車両用排熱源を通過した空気を導くことができるよう構成されたものであっても良い。
前記送風路は、外気導入口を有し、前記外気導入口から車室外の空気を吸引するブロアと前記室内熱交換器が配置されたメイン送風路と、除湿器が配置された内気循環通路と、前記メイン送風路の上流側と前記内気循環通路の下流側を連通する第1連通路とを有するものであっても良い。
前記車両用排熱源を収容するケースと、前記ケース内に車室内の空気を吸引する空気入口と、前記ケースと前記送風路の前記メイン送風路の下流の間を連通する第2連通路と、前記第2連通路と前記空気入口を開閉する入口ドアとを有するものであっても良い。
前記車両用排熱源を収容するケースと、前記ケースと前記送風路の前記内気循環通路の下流の間を連通する第3連通路と、前記第3連通路と前記内気導入口を開閉する第2出口ドアとを有するものであっても良い。
前記車両用排熱源は、バッテリパックであっても良い。
本発明によれば、ヒートポンプ式冷凍サイクルの室内熱交換器をコンデンサとして機能させ、内気循環する空気を室内熱交換器で加熱すると共に除湿器で除湿する。これにより、内気循環で除湿暖房を行うことができる。そして、ヒートポンプ式冷凍サイクルの高温の冷媒熱を除湿器の再生に利用できる。以上より、内気循環で除湿暖房を行うことができる装置にあって、除湿器の再生に使用する動力を削減でき、トータル動力(電力)を極力小さくできる。
本発明の一実施形態を示し、車両用空気調和装置とバッテリ装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態を示し、(a)は図1のA−A線断面図、(b)は伝熱部材の断面図、(c)は除湿材ブロックの断面図である。 本発明の一実施形態を示し、走行時における車両用空気調和装置とバッテリ装置の動作制御フローである。 本発明の一実施形態を示し、充電時における車両用空気調和装置とバッテリ装置の動作制御フローである。 本発明の一実施形態を示し、主な空調モードの各種部位の動作状態を示す図である。 本発明の一実施形態を示し、走行中における暖房/内気循環/除湿モードの動作図である。 本発明の一実施形態を示し、走行中における暖房/内気循環/再生(脱湿)モードの動作図である。 本発明の一実施形態を示し、走行中における冷房/内気循環/除湿モードの動作図である。 本発明の一実施形態を示し、走行中における暖房/内気循環/再生(脱湿)モードの動作図である。 本発明の一実施形態を示し、走行中におけるノーマル(冷暖なし)/外気導入モードの動作図である。 本発明の一実施形態を示し、充電中における冷房/再生(脱湿)モードの動作図である。 本発明の一実施形態を示し、充電中における暖房/再生(脱湿)モードの動作図である。 除湿する空気を冷却すると、除湿量が増加することを説明するための湿り空気線である。 第1従来例を示し、車両用空気調和装置の概略構成図である。 第2従来例を示し、車両用空気調和装置である。
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1〜図12は本発明の一実施形態を示す。
図1に示すように、車両は、電気自動車(EV)である。車両は、車室内の空調を行う車両用空気調和装置1と、車両の電力源であるバッテリ装置50とを備えている。
車両用空気調和装置1は、ヒートポンプ式(蒸気圧縮式)冷凍サイクル2と空調ケース20とを備えている。
(ヒートポンプ式冷凍サイクル)
ヒートポンプ式冷凍サイクル2は、電動コンプレッサ3と室内熱交換器4と室外熱交換器5と冷媒減圧手段6とアキュムレータ7とメイン流路切換手段である四方弁8とを備え、これらが下記する暖房循環路と冷房循環路を構成するよう各冷媒配管9によって接続されている。
四方弁8は、電動コンプレッサ3からの高温高圧の冷媒が室内熱交換器4、冷媒減圧手段6、室外熱交換器5、アキュムレータ7の順に流れて電動コンプレッサ3に戻る暖房循環路と、室外熱交換器5、冷媒減圧手段6、室内熱交換器4、アキュムレータ7の順に流れて電動コンプレッサ3に戻る冷房循環路とを選択的に切り換える。
電動コンプレッサ3は、例えばベーン型であり、制御手段(図示せず)からの指令によってオン・オフや回転数が制御される。
室内熱交換器4は、空調ケース20のメイン送風路21Aに配置されている。室内熱交換器4は、冷媒と空調ケース20内を通過する空気、つまり、車室内に供給される空気との間で熱交換する。
室外熱交換器5は、例えばエンジンルーム内に配置されている。室外熱交換器5は、冷媒と車室外の空気との間で熱交換する。
冷媒減圧手段6は、室内熱交換器4と室外熱交換器5の間に配置されている。冷媒減圧手段6は、2つの並列通路を有する。その一方の通路には、第1膨張弁6aと第1開閉電磁弁6bが直列接続されている。他方の通路には、第2膨張弁6cと第2開閉電磁弁6dが直列接続されている。ヒートポンプ式冷凍サイクル2を暖房循環路(暖房モード)として動作させる場合には、第1開閉電磁弁6bを閉位置、第2開閉電磁弁6dを開位置とし、第2膨張弁6cで冷媒を減圧することにより室内熱交換器4をコンデンサ、室外熱交換器5をエバポレータとして機能させることができる。ヒートポンプ式冷凍サイクル2を冷房循環路(冷房モード)として動作させる場合には、第1開閉電磁弁6bを開位置、第2開閉電磁弁6dを閉位置とし、第1膨張弁6aで冷媒を減圧することにより室外熱交換器5をコンデンサ、室内熱交換器4をエバポレータとして機能させることができる。第1開閉電磁弁6b及び第2開閉電磁弁6dは、制御手段(図示せず)によって制御される。
アキュムレータ7は、室外熱交換器5又は室内熱交換器4から送られてきた冷媒の内で余剰冷媒を一時的に溜めると共にガス冷媒のみを電動コンプレッサ3に送る。
また、ヒートポンプ式冷凍サイクル2は、除湿器10と、冷媒を除湿器10に循環させる除湿器循環路11と、サブ流路切換手段である2箇所の三方弁12a,12bとを有する。除湿器循環路11は、暖房循環路では低圧側の冷媒を除湿器10に導く。除湿器循環路11は、冷房循環路では高圧側の冷媒を除湿器10に導く。2箇所の三方弁12a,12bは、除湿器循環路11の上流接続位置と下流接続位置に設けられている。2箇所の三方弁12a,12bは、冷媒を除湿器循環路11に流し、除湿器10に循環させる経路と、冷媒を除湿器10に流さずにショートカットする経路に切り換えできる。2箇所の三方弁12a,12bは、制御手段(図示せず)によって切換制御される。除湿器10の構成は、下記に詳述する。
(空調ケース)
空調ケース20は、内部に送風路21を有する。送風路21は、メイン送風路21Aと、内気循環通路22と、メイン送風路21Aの最上流位置と内気循環通路22の最下流位置を連通する第1連通路23とから構成されている。
メイン送風路21Aの最上流位置には、外気導入口24が設けられている。外気導入口24には、防塵フィルタ40が配置されている。外気導入口24は、外気導入ドアD1によって開閉される。外気導入ドアD1は、閉位置(a)では外気導入口24を閉塞し、且つ、第1連通路23を開口する。外気導入ドアD1は、開位置(b)では、外気導入口24を開口し、且つ、第1連通路23を閉塞する。
メイン送風路21Aには、上流側から順にブロア25、室内熱交換器4、エアミックスドアD2、第1加熱手段である第1PTCヒータ26が配置されている。ブロア25は、外気導入ドアD1などの位置に応じて外気や内気をメイン送風路21Aに吸引する。エアミックスドアD2は、第1PTCヒータ26を通過する送風とバイパスする送風との配風割合を調整する。エアミックスドアD2は、閉位置(a)では全ての送風を第1PTCヒータ26の迂回路を通し、開位置(b)では、全ての送風を第1PTCヒータ26を通す。第1PTCヒータ26は、PTC素子(Positive Temperature Coefficient)の発熱体による自己温度制御型のヒータであり、自動的に自ら上限温度管理を行うため、外部からの制御が不要である。第1PTCヒータ26は、制御手段によってオン・オフが制御される。下記する第2PTCヒータ31も同様の構成である。
メイン送風路21Aの最下流位置には、デフロスタ吹出口27、ベント吹出口28及びフット吹出口29が設けられている。各吹出口27,28,29は、各ドアD10〜D12によって開閉される。各吹出口27,28,29より空調風が車室内に吹き出される。また、メイン送風路21Aの最下流位置は、下記する第2連通路55を介してバッテリケース51に接続されている。
内気循環通路22の最上流位置には、内気導入口30が設けられている。内気導入口30は、車室内に開口している。内気導入口30は、下記するバッテリ第2出口ドアD6によって開閉される。内気循環通路22には、上流側より順に第2加熱手段である第2PTCヒータ31、除湿器10が配置されている。第2PTCヒータ31は、制御手段によってオン・オフが制御される。内気循環通路22の最下流位置には、空気排出口32が設けられている。空気排出口32は、空気排出ドアD3によって開閉される。空気排出ドアD3は、閉位置(a)では空気排出口32を閉塞し、且つ、第1連通路23を開口する。空気排出ドアD3は、開位置(b)では、空気排出口32を開口し、且つ、第1連通路23を閉塞する。又、内気循環通路22の最上流位置は、下記するように、第3連通路56を介してバッテリケース51に接続されている。
(バッテリ装置)
バッテリ装置50は、バッテリケース51と、このバッテリケース51内に配置され、空気を吸引するバッテリ冷却用ブロア52と、車両用排熱源であるバッテリパック53とを有する。
バッテリケース51には、車室に開口するバッテリ空気出口54が設けられている。バッテリ空気出口54は、バッテリ第1出口ドアD4によって開閉される。バッテリ第1出口ドアD4は、閉位置(a)ではバッテリ空気出口54を閉塞し、開位置(b)では、バッテリ空気出口54を開口する。
バッテリケース51内は、メイン送風路21Aの最下流位置に第2連通路55を介して接続されている。第2連通路55には、車室に開口するバッテリ空気入口57が設けられている。バッテリ入口ドアD5によって第2連通路55とバッテリ空気入口57が開閉される。バッテリ入口ドアD5は、閉位置(a)ではバッテリ空気入口57を開口し、且つ、第2連通路55を閉塞する。バッテリ入口ドアD5は、開位置(b)では、バッテリ空気入口57を閉塞し、且つ、第2連通路55を開口する。
バッテリケース51内は、内気循環通路22の最上流位置に第3連通路56を介して接続されている。第3連通路56には、上記した内気導入口30が開口している。バッテリ第2出口ドアD6によって第3連通路56と内気導入口30が開閉される。バッテリ第2出口ドアD6は、閉位置(a)では内気導入口30を開口し、且つ、第3連通路56を閉塞する。バッテリ第2出口ドアD6は、開位置(b)では、内気導入口30を閉塞し、且つ、第3連通路56を開口する。バッテリ第2出口ドアD6は、内気導入ドアを兼用している。
バッテリパック53は、バッテリケース51内に送風隙間を開けて配置されている。バッテリ冷却用ブロア52によってバッテリケース51内に吸引された空気は、バッテリパック53の周囲等を通過してバッテリパック空気出口54や第3連通路56より排出される。
(センサ)
また、車両用空気調和装置1は、車室内の温度を検出する室内温度センサS1と、車両の外部の温度を検出する外気温度センサS2と、除湿器10の通過直前の空気圧力を検出する第1圧力検出センサS3と、除湿器10の通過直後の空気圧力を検出する第2圧力検出センサS4と、除湿器10の通過直前の空気温度を検出する第1温度検出センサS5と、除湿器10の通過直後の空気温度を検出する第2温度検出センサS6とを備えている。
(制御手段)
制御手段(図示せず)は、操作パネル(図示せず)への入力データ、各種センサS1〜S6の検出データ等に基づいて、車両用空気調和装置1の各機器、車両用空気調和装置1の各ドア、バッテリ装置50の各ドア等を制御し、図3及び図4に示すフローチャートを実行する。このフローチャートの内容については、下記の動作説明箇所で説明する。
(除湿器)
除湿器10は、図2(a)〜(c)に示すように、方形ブロック状の除湿材13と、除湿材13に熱を伝達する伝熱部材14とから構成されている。除湿材13は、多数の平板と波形状の除湿シート13aが積層されて構成されている。除湿材13は、除湿シート13aの波形形状によって隙間が形成され、この隙間を内気循環通路22を流れる空気流が通過できるように形成されている。除湿材13には、等間隔にプレート挿入スペース13bが形成されている。除湿材13は、高吸水性高分子材より形成されている。高吸水性高分子材は、低温では、通過する空気中の水分を飽和するまで内部に吸湿する。除湿の最適温度は、5℃〜20℃の範囲である。高吸水性高分子材は、高温では、内部に吸収した水分を外部に脱湿(放湿)、つまり、再生する。再生(脱湿)の最適温度は、40℃〜70℃の範囲である。
伝熱部材14は、熱伝導性に優れた部材より形成されている。伝熱部材14は、冷媒通過ブロック15とこの冷媒通過ブロック15より等間隔に突出された複数の放熱プレート16とから構成されている。冷媒通過ブロック15内には冷媒通路15aが形成されている。この冷媒通路15aの出入口にヒートポンプ式冷凍サイクル2の除湿器循環路11の配管が接続されている。複数の放熱プレート16は、除湿材13のプレート挿入スペース13bに挿入されている。放熱プレート16は、除湿材13にほぼ密着し、熱を除湿材13に効率良く伝達する。つまり、除湿器10は、高温の冷媒が伝熱部材14に流出入されると、高温の冷媒熱によって除湿材13が再生(脱湿)に適した温度(高温)になる。低温の冷媒が伝熱部材14に流出入されると、低温の冷媒熱によって除湿材13が除湿に適した温度(低温)になる。
(走行中の動作フローの説明)
次に、車両用空気調和装置1及びバッテリ装置50の動作について説明する。エアコン自動温度調整モードの場合を説明する。図3において、イグニッションスイッチがオンされ、エアコンスイッチがオンされると(ステップS1,S2)、外気温度センサS2によって外気温度を、室内温度センサS1によって室内温度を検知し、環境状況を判断する(ステップS3〜S5)。室内温度が低い(寒い)と判断した場合には、暖房/内気循環/除湿モードが選択される(ステップS6)。室内温度が高い(暑い)と判断した場合には、冷房/内気循環/除湿モードが選択される(ステップS7)。室温が快温(快適)と判断した場合には、ノーマル(冷暖なし)/外気導入モードが選択される(ステップS8)。
上記した各除湿モード過程では、第1及び第2圧力検出センサS3,S4によって除湿器10の前後の圧力差Pをチェックする(ステップS 9)。除湿器10の前後の圧力差Pが再生開始判断差圧PHより小さい場合には、上記した各モードを続行する(ステップS5〜S9)。除湿器10の前後の圧力差Pが再生開始判断差圧PHを超えると、暖房/内気循環/除湿モードが暖房/再生(脱湿)モードに、冷房/内気循環/除湿モードが冷房/再生(脱湿)モードにそれぞれ切り換えられる(ステップS10)。
上記した除湿器10の各再生(脱湿)モード過程では、第1及び第2圧力検出センサS3,S4によって除湿器10の前後の圧力差Pをチェックする(ステップS11)。除湿器10の前後の圧力差Pが再生完了判断差圧PLより大きい場合には、上記した各再生モードを続行する(ステップS10、S11)。除湿器10の前後の圧力差Pが再生完了判断差圧PL未満になると、ステップS4に戻る(ステップS11)。そして、外気温度と室内温度による環境状況に応じて、暖房/内気循環/除湿モードや冷房/内気循環/除湿モードやノーマル(冷暖なし)/外気導入モードに切り換えられる。
つまり、除湿器10の再生は、基本的には急速充電時に行われるが、短時間の急速充電のために再生が十分に行われないまま走行を開始したような場合は、走行中でも再生に切り替える。
次に、上記した各モードの作動について説明する。各モードの詳細な制御については、図5に示されている。
(走行中の暖房/内気循環/除湿モード)
図6に示すように、走行中の暖房/内気循環/除湿モードでは、ヒートポンプ式冷凍サイクル2は、四方弁8が暖房循環路(暖房モード)を選択する位置に、第1及び第2開閉電磁弁6b,6dが第2膨張弁6cで冷媒を減圧する位置に設定され、室内熱交換器4は、コンデンサとして作動される。2つの三方弁12a,12bが冷媒を除湿器循環路11に流す選択位置にそれぞれ設定される。
外気導入ドアD1は閉位置(a位置)、バッテリ入口ドアD5は閉位置(a位置)、バッテリ第1出口ドアD4は開位置(b位置)、バッテリ第2出口ドアD6は閉位置(a位置)に設定される。
空調ケース20内には、ブロア25の吸引力によって内気導入口30より内気が導入され、導入された内気が第2PTCヒータ31、除湿器10を通り、その後、室内熱交換器4、第1PTCヒータ26を通って車室内に供給される。空調ケース20内を通過する内気は、室内熱交換器4、第1PTCヒータ26で加熱され、車室内には温風が吹き出される。第1PTCヒータ26は、室内熱交換器4の加熱量が足りない場合にオンし、室内熱交換器4の加熱量で足りている場合にはオフする。
この空調ケース20内を通過する内気は、その水分が除湿器10を通過する過程で吸収される。従って、車室内には湿度の低い空気が供給される。ここで、除湿器10は、ヒートポンプ式冷凍サイクル2の低温の冷媒で冷却(5℃〜20℃)され、除湿性能が非常に高い状態に設定されるため、効率的に空気中の水分を吸収する(図13参照)。
バッテリ装置50のバッテリケース51内には、バッテリ冷却用ブロア52の吸引力によってバッテリ空気入口57より内気(温風)が導入され、バッテリパック53の周囲を通ってバッテリ空気出口54より排出される。このような循環空気によって、走行中で充放電を繰り返して温度上昇しているバッテリパック53が冷却される。
(走行中の暖房/再生(脱湿)モード)
図7に示すように、走行中の暖房/再生モードでは、走行中の暖房/内気循環/除湿モードに対して次のような切り換えが行われる。つまり、ヒートポンプ式冷凍サイクル2は、2つの三方弁12a,12bが冷媒を除湿器循環路11に流さない選択位置に切り換えられる。外気導入ドアD1は開位置(b位置)に、空気排出ドアD3は開位置(b位置)に、バッテリ第1出口ドアD4は閉位置(a位置)に、バッテリ第2出口ドアD6は開位置(b位置)にそれぞれ切り換えられる。
空調ケース20内には、ブロア25の吸引力によって外気導入口24より外気が導入される。導入された外気は、室内熱交換器4、第1PTCヒータ26を通って車室内に供給される。空調ケース20内を通過する外気は、室内熱交換器4、第1PTCヒータ26で加熱され、車室内には温風が吹き出される。第1PTCヒータ26は、室内熱交換器4の加熱量が足りない場合にオンし、室内熱交換器4の加熱量で足りている場合にはオフする。
バッテリ装置50のバッテリケース51内には、バッテリ冷却用ブロア52の吸引力によってバッテリ空気入口57より車室内空気が導入され、バッテリパック53の周囲を通って第3連通路56を通って空調ケース20に排出される。このような循環空気によって、走行中で充放電を繰り返して温度上昇しているバッテリパック53が冷却される。空調ケース20に排出された内気は、第2PTCヒータ31、除湿器10を通って空気排出口32より外部に排出される。
除湿器10を通過する内気は、第2PTCヒータ31によって40℃〜70℃の範囲に加熱され、除湿器10の除湿材13への脱湿性能が非常に高い状態に設定されるため、外気導入モードで湿度が低い空気が通過することも相俟って、除湿器10の除湿材13が効率的に空気中に水分を放出する。又、内気循環通路22には、バッテリパック53の熱で加熱された温風が導かれるため、第2PTCヒータ31による加熱量を低減できる。
(走行中の冷房/内気循環/除湿モード)
図8に示すように、走行中の冷房/内気循環/除湿モードでは、ヒートポンプ式冷凍サイクル2は、四方弁8が冷房循環路(冷房モード)を選択する位置に、第1及び第2開閉電磁弁6b,6dが第1膨張弁6aで冷媒を減圧する位置に設定され、室内熱交換器4は、エバポレータとして作動される。2つの三方弁12a,12bが除湿器循環路11を選択する位置にそれぞれ設定される。
外気導入ドアD1は閉位置(a位置)、バッテリ入口ドアD5は閉位置(a位置)、バッテリ第1出口ドアD4は開位置(b位置)、バッテリ第2出口ドアD6は閉位置(a位置)に設定される。
空調ケース20内には、ブロア25の吸引力によって内気導入口30より内気が導入される。導入された内気が第2PTCヒータ31、除湿器10を通り、その後、室内熱交換器4を通って車室内に供給される。空調ケース20内を通過する内気は、室内熱交換器4で冷却、且つ、除湿され、車室内には除湿された冷風が吹き出される。
又、空調ケース20内を通過する内気は、その水分が除湿器10を通過する過程でも吸収される。従って、車室内には湿度の低い空気が供給される。ここで、除湿器10には、冷風が通過するため、除湿性能が良い状態に設定されるため、空気中の水分を吸収する。又、除湿器10を通過する冷風は、下記するように、バッテリパック53の冷却に使用され、温度上昇したものでないため、除湿器10の除湿性能を極力高めに維持できる。室内熱交換器4による除湿に加え、除湿器10による除湿も行われるので、冷房ドライによる快適性が得られるため、冷房設定温度を上げ、更なる小動力化(省エネルギー化)を図ることができる。
バッテリ装置50のバッテリケース51内には、バッテリ冷却用ブロア52の吸引力によってバッテリ空気入口57より車室内空気が導入され、バッテリパック53の周囲を通ってバッテリ空気出口54より排出される。このような循環空気によって、走行中で充放電を繰り返して温度上昇しているバッテリパック53が冷却される。
(走行中の冷房/再生(脱湿)モード)
図9に示すように、走行中の冷房/再生モードでは、走行中の冷房/内気循環/除湿モードに対して次のような切り換えが行われる。つまり、ヒートポンプ式冷凍サイクル2は、2つの三方弁12a,12bが冷媒を除湿器循環路11に流す選択位置に切り換えられる。外気導入ドアD1は開位置(b位置)に、空気排出ドアD3は開位置(b位置)に、バッテリ第1出口ドアD4は閉位置(a位置)に、バッテリ第2出口ドアD6は開位置(b位置)にそれぞれ切り換えられる。
空調ケース20内には、ブロア25の吸引力によって外気導入口24より外気が導入される。導入された外気は、室内熱交換器4を通って車室内に供給される。空調ケース20内を通過する外気は、室内熱交換器4で冷却され、車室内には冷風が供給される。
バッテリ装置50のバッテリケース51内には、バッテリ冷却用ブロア52の吸引力によってバッテリ空気入口57より車室内空気が導入され、バッテリパック53の周囲を通って第3連通路56を通って空調ケース20に導かれる。このような循環空気によって、走行中で充放電を繰り返して温度上昇しているバッテリパック53が冷却される。空調ケース20に導かれた内気は、第2PTCヒータ31、除湿器10を通って空気排出口32より外部に排出される。
除湿器10は、ヒートポンプ式冷凍サイクル2の高温の冷媒による熱を受けて高温となり、除湿器10を通過する空気も加熱されるので、除湿器10の除湿材13自体の脱湿性能が非常に高い状態に設定されるため、外気導入モードで湿度が低い空気が通過することも相俟って、除湿器10の除湿材13が効率的に空気中に水分を放出する。
ここで、除湿器10の温度をヒートポンプ式冷凍サイクル2の高温の冷媒のみで所望の高温とすることができる場合には、第2PTCヒータ31はオフで良いが、除湿器10を所望の高温にできない場合には、第2PTCヒータ31をオン・オフ制御する。具体的には、除湿器10の前後の第1及び第2温度検出センサS5,S6を検知して第2PTCヒータ31をオン制御し、除湿器10を通過する空気を40℃〜70℃の範囲に加熱する。このようにして、除湿器10の除湿材13自在の脱湿性能を最も高い状態に設定すれば、外気導入モードで湿度が低い空気が通過することも相俟って、除湿器10の除湿材13が最も効率的に空気中に水分を放出するようにできる。
(ノーマル(冷暖なし)/外気導入モード、及び、その再生(脱湿)モード)
図10に示すように、ノーマル(冷暖なし)/外気導入モードでは、ヒートポンプ式冷凍サイクル2を作動させない。外気導入ドアD1は開位置(b位置)に、空気排出ドアD3は開位置(b位置)に、バッテリ第1出口ドアD4は閉位置(a位置)に、バッテリ第2出口ドアD6は開位置(b位置)にそれぞれ切り換えられる。
空調ケース20内には、ブロア25の吸引力によって外気導入口24より外気が導入される。導入された外気は、室内熱交換器4、第1PTCヒータ26やそのバイパス路を通って車室内に供給される。空調ケース20内を通過する外気は、室内熱交換器4や第1PTCヒータ26で加熱も冷却もされずに単に通過し、車室内には外気とほぼ同温度の送風が供給される。
バッテリ装置50のバッテリケース51内には、バッテリ冷却用ブロア52の吸引力によってバッテリ空気入口57より内気が導入され、バッテリパック53の周囲を通って第3連通路56を通って空調ケース20に導かれる。このような循環空気によって、走行中で充放電を繰り返して温度上昇しているバッテリパック53が冷却される。空調ケース20に導かれた内気は、第2PTCヒータ31、除湿器10を単に通って空気排出口32より外部に排出される。
除湿器10は、時間と共に空気中の水分を吸収する。除湿器10の前後の圧力差Pが再生開始判断差圧PHを超えると、ノーマル(冷暖なし)/再生(脱湿)モードに切り換えられる。ノーマル(冷暖なし)/再生(脱湿)モードでは、第2PTCヒータ31がオンし、除湿器10を通過する空気に除湿材13より水分を放出する。除湿器10の前後の圧力差Pが再生完了判断差圧PL未満になると、ノーマル(冷暖なし)/外気導入モードに戻る。
(充電時の動作フローの説明)
次に、充電時について説明する。充電時に車室内の事前冷房・暖房指令がある場合を説明する。図4において、車両停止中にあって、充電が開始されると、イグニッションスイッチ・エアコンスイッチを共に強制的にオン状態とする(ステップS20、S21)。事前冷房指令があれば、冷房/再生(脱湿)モードを実行する(ステップS22、S23)。事前暖房指令があれば、暖房/再生(脱湿)モードを実行する(ステップS24、S25)。冷房/再生(脱湿)モード、暖房/再生(脱湿)モードは、基本的には充電が完了するまで続行する。尚、除湿器10の再生が完了すれば、その時点で終了しても良い。充電が完了すると、イグニッションスイッチ・エアコンスイッチを共に強制的にオフ状態とする(ステップS27)。これで、完了する。
(充電中(急速及び普通)の冷房/再生(脱湿)モード)
図11に示すように、充電中(急速及び普通)の冷房/再生(脱湿)モードは、走行中の冷房/再生(脱湿)モードと同じ動作である。従って、具体的な動作説明は、省略する。尚、図11において、符号60は、充電器である。
除湿器10の再生は、基本的には充電時に行われる。特に、急速充電ではバッテリパック53の発熱が多く、冷風で冷やすのが通常である。本車両用空気調和装置1では、バッテリ装置50の冷却に使用し、温度が上昇した冷風、つまり、温風を除湿器10の再生に再利用している。そのため、第2PTCヒータ31の電力を低減でき、省エネルギー化になる。普通充電では、充電時の発熱が少ないが、走行中の充放電により走行直後はバッテリパック53の温度が高いため、除湿器10の再生に長時間利用できる。
(充電中(急速及び普通)の暖房/再生(脱湿)モード)
図12に示すように、充電中(急速及び普通)の暖房/再生(脱湿)モードは、走行中の暖房/再生(脱湿)モードと同じ動作である。従って、具体的な動作説明は、省略する。尚、図12において、符号60は、充電器である。
除湿器10の再生は、上記したように、基本的には充電時に行われる。特に、急速充電ではバッテリパック53の発熱が多く、冷風で冷やすのが通常である。本車両用空気調和装置1では、車室内の暖房に利用し、且つ、バッテリ装置50の冷却に使用し、温度が更に上昇した温風を除湿器10の再生に再利用している。そのため、第2PTCヒータ31の電力を低減でき、省エネルギー化になる。特に、温風が除湿器10に供給されるため、冷房/再生(脱湿)モードに較べて第2PTCヒータ31の電力を低減でき、省エネルギー化になる。除湿器10の前後の温度センサを利用し、温風の温度が再生に適した温度であれば、第2PTCヒータ31をオフすることもでき、更なる省エネルギー化になる。また、普通充電では、充電時の発熱が少ないが、走行中の充放電により走行直後はバッテリパック53の温度が高いため、除湿器10の再生に長時間利用できる。
以上説明したように、冷媒を圧縮して高温高圧の冷媒とする電動コンプレッサ3と、車室内に導く空気が通る送風路21内に配置され、冷媒と空気との間で熱交換する室内熱交換器4と、冷媒と車室外の空気(外気)との間で熱交換する室外熱交換器5と、冷媒を減圧する冷媒減圧手段6とを有するヒートポンプ式冷凍サイクル2を備え、送風路21内には、通過する空気との間で水分の授受を行う除湿材13を有する除湿器10が配置され、除湿器10は、ヒートポンプ式冷凍サイクル2の冷媒熱を受熱できるよう構成されている。従って、ヒートポンプ式冷凍サイクル2の室内熱交換器4をコンデンサとして機能させ、内気循環する空気を室内熱交換器4で加熱すると共に除湿器10で除湿する。これにより、内気循環で除湿暖房を行うことができる。そして、ヒートポンプ式冷凍サイクル2の高温の冷媒熱を除湿器10の再生に利用できる。以上より、内気循環で除湿暖房を行うことができる装置にあって、除湿器10の再生に使用する電力を削減でき、トータル動力(電力)を極力小さくできる。
前記除湿器10は、ヒートポンプ式冷凍サイクル2の高温側の冷媒熱を受熱できるよう構成されている。従って、ヒートポンプ式冷凍サイクル2の高温の冷媒熱によって除湿器10を加熱して再生に適した高温にできるため、除湿器10の再生に使用する電力を削減できる。
前記除湿器10は、ヒートポンプ式冷凍サイクル2の低温側の冷媒熱を受熱できるよう構成されている。従って、ヒートポンプ式冷凍サイクル2の低温の冷媒熱によって除湿器10を冷却して空気の除湿に適した低温にできるため、除湿器10の除湿を効率的に行うことができ、ひいては電力を削減できる。
前記ヒートポンプ式冷凍サイクル2は、電動コンプレッサ3からの高温高圧の冷媒が室内熱交換器4、冷媒減圧手段6、室外熱交換器5の順に流れて電動コンプレッサ3に戻る暖房循環路と、室外熱交換器5、冷媒減圧手段6、室内熱交換器4の順に流れて電動コンプレッサ3に戻る冷房循環路とを四方弁(メイン流路切換手段)8によって切り換えできるよう構成されている。従って、冷媒の循環路を変更することによって室内熱交換器4をコンデンサとエバポレータに選択的に機能させることができるため、車両用空気調和装置1の単純化、低コスト化と共に軽量化になり、ひいては電力を削減できる。
前記ヒートポンプ式冷凍サイクル2は、除湿器10と、冷媒を除湿器10を通して循環させる除湿器循環路11と、冷媒を除湿器循環路11に流すか否かを切り換えできる2つの三方弁(サブ流路切換手段)12a,12bとを有する。従って、必要な時だけ除湿器10に冷媒を循環させ、必要でない時には冷媒を除湿器10に循環させないようにできるため、電力を無駄に消費するのを防止でき、ひいては電力の削減に寄与する。
前記除湿器循環路11は、暖房循環路では、低圧側の冷媒を除湿器10に導き、冷房循環路では、高圧側の冷媒を除湿器10に導く位置に配置されている。従って、暖房モードでは、除湿器10に温風が供給されるが、除湿器10を冷媒熱で低温にできるため、除湿器10を除湿に適した温度状態に維持でき、効率的な空気の除湿を行うことができる。冷房モードでは、除湿器10に冷風が供給されるが、除湿器10を冷媒熱で高温にできるため、除湿器10の除湿材13の再生(脱湿)に適した温度状態に維持でき、効率的な除湿材13の再生(脱湿)を行うことができる。
前記除湿器10が配置された送風路21の下流には、除湿器10を通過した空気を車室外に排出する空気排出口32と、車室内に導く経路に循環する第1連通路23と、空気排出口32と第1連通路23を選択的に開閉する空気排出ドアD3とが設けられている。従って、除湿器10の再生(脱湿)時には、除湿器10より空気に水分を放出し、多湿とされた空気を外部に排出できるため、多湿な空気が車室内や除湿器10に再度循環されるのを防止でき、ひいては除湿器10の再生に使用する電力を削減できる。又、除湿材13の再生を確実に、且つ、迅速に行うことができる。
前記送風路21内に配置された除湿器10には、バッテリパック(車両用排熱源)53を通過した空気を導くことができるよう構成されている。従って、除湿器10の再生(脱湿)時には、バッテリパック(車両用排熱源)53の排熱を利用できるため、除湿器10の再生に使用する電力を削減できる。
前記送風路21は、外気導入口24を有し、外気導入口24から車室外の空気を吸引するブロア25と室内熱交換器4が配置されたメイン送風路21Aと、除湿器10が配置された内気循環通路22と、メイン送風路21Aの上流側と内気循環通路22の下流側を連通する第1連通路23とを有する。従って、室内熱交換器4と除湿器10を別々の送風路に分離配置するため、既存の空調ケースに対して除湿器10を後付けで容易に設置できる。又、除湿器10の下流に空気排出口32を設置し易く、設計変更が容易である。
バッテリパック(車両用排熱源)53を収容するバッテリケース51と、バッテリケース51内に車室内の空気を吸引するバッテリ空気入口57と、バッテリケース51と送風路21のメイン送風路21Aの下流の間を連通する第2連通路55と、第2連通路55とバッテリ空気入口57を開閉するバッテリ入口ドアD5とを有する。従って、送風路21で作製された空調風を車室内を経由することなく直にバッテリパック(車両用排熱源)53の冷却に利用できるため、バッテリパック(車両用排熱源)53を効率よく冷却できる。
バッテリパック(車両用排熱源)53を収容するバッテリケース51と、バッテリケース51と送風路21の内気循環通路22の下流の間を連通する第3連通路56と、第3連通路56と内気導入口30を開閉するバッテリ第2出口ドアD6とを有する。従って、バッテリパック(車両用排熱源)53の排熱を有効に除湿器10の再生(脱湿)に利用できるため、除湿器10の再生に使用する電力を削減できる。
前記車両用排熱源は、この実施形態では、バッテリパック53である。従って、バッテリパック53の排熱を除湿器10の再生(脱湿)に利用できる。
(除湿空気によって除湿量が増加する理由)
図13は、湿り空気線図である。除湿する空気の状態が符号1の状態とする。この時の絶対湿度線Bと吸湿(吸着)後に放湿(脱湿)させる温度(再生温度C)との交点(符号0)を通る相対湿度曲線が最大除湿ポイントとなる。符号1の空気をそのまま吸湿し、放脱すると、符号1を通る比エンタルピ線との交点(符号3)の絶対湿度変化量がこの場合の除湿量となる。
除湿する符号1の空気を冷却すると絶対湿度は変わらないが相対湿度が高まり、符号2の状態となる。上記と同じように、符号2を通る比エンタルピ線と吸湿(再生)する温度の相対湿度曲線の交点(符号4)がこの場合の最大除湿ポイントとなる。従って、図13のように、除湿材13や除湿する空気を冷却することによって除湿量を増加させることができる。
(その他)
前記実施形態では、除湿材13は、高吸水性高分子材より形成されているが、空気中の水分を吸収して除湿できるものであれば良い。例えば、シリカゲル、ゼオライトなどであっても良い。
前記実施形態では、車両用排熱源はバッテリパック53であるが、バッテリパック53以外のものであっても良い。
前記実施形態では、室外熱交換器5は、冷媒と車室外の空気との間で熱交換するが、冷媒と車室内に導く空気とは異なる他の冷媒との間で熱交換するものであれば良い。
前記実施形態では、第1加熱手段及び第2加熱手段は、第1PTCヒータ26,第2PTCヒータ31にて構成されているが、空気を加熱できる手段であれば良い。
1 車両用空気調和装置
2 ヒートポンプ式冷凍サイクル
3 電動コンプレッサ(コンプレッサ)
4 室内熱交換器
5 室外熱交換器
6 冷媒減圧手段
8 四方弁(メイン流路切換手段)
10 除湿器
11 除湿器循環路
12a,12b 三方弁(サブ流路切換手段)
13 除湿材
21 送風路
21A メイン送風路
22 内気循環通路
23 第1連通路
24 外気導入口
25 ブロア
30 内気導入口
32 空気排出口
51 バッテリケース(ケース)
53 バッテリパック
54 バッテリ空気出口(空気出口)
55 第2連通路
56 第3連通路
57 バッテリ空気入口(空気入口)
D5 バッテリ入口ドア
D6 バッテリ第2出口ドア

Claims (12)

  1. 冷媒を圧縮して高温高圧の冷媒とするコンプレッサ(3)と、車室内に導く空気が通る送風路(21)内に配置され、冷媒と空気との間で熱交換する室内熱交換器(4)と、冷媒と車室内に導く空気とは異なる他の冷媒との間で熱交換する室外熱交換器(5)と、冷媒を減圧する冷媒減圧手段(6)とを有するヒートポンプ式冷凍サイクル(2)を備え、
    前記送風路(21)内には、通過する空気との間で水分の授受を行う除湿材(13)を有する除湿器(10)が配置され、前記除湿器(10)は、前記ヒートポンプ式冷凍サイクル(2)の冷媒熱を受熱できるよう構成されたことを特徴とする車両用空気調和装置(1)。
  2. 請求項1記載の車両用空気調和装置(1)であって、
    前記除湿器(10)は、前記ヒートポンプ式冷凍サイクル(2)の高温側の冷媒熱を受熱できるよう構成されたことを特徴とする車両用空気調和装置(1)。
  3. 請求項1記載の車両用空気調和装置(1)であって、
    前記除湿器(10)は、前記ヒートポンプ式冷凍サイクル(2)の低温側の冷媒熱を受熱できるよう構成されたことを特徴とする車両用空気調和装置(1)。
  4. 請求項1〜請求項3のいずれかに記載の車両用空気調和装置(1)であって、
    前記ヒートポンプ式冷凍サイクル(2)は、前記コンプレッサ(3)からの高温高圧の冷媒が前記室内熱交換器(4)、前記冷媒減圧手段(6)、前記室外熱交換器(5)の順に流れて前記コンプレッサ(3)に戻る暖房循環路と、前記室外熱交換器(5)、前記冷媒減圧手段(6)、前記室内熱交換器(4)の順に流れて前記コンプレッサ(3)に戻る冷房循環路とをメイン流路切換手段(8)によって切り換えできるよう構成されたことを特徴とする車両用空気調和装置(1)。
  5. 請求項4記載の車両用空気調和装置(1)であって、
    前記ヒートポンプ式冷凍サイクル(2)は、冷媒を前記除湿器(10)を通して循環させる除湿器循環路(11)と、冷媒を前記除湿器循環路(11)に流すか否かを切り換えできるサブ流路切換手段(12a),(12b)とを有することを特徴とする車両用空気調和装置(1)。
  6. 請求項5記載の車両用空気調和装置(1)であって、
    前記除湿器循環路(11)は、暖房循環路では、低圧側の冷媒を前記除湿器(10)に導き、冷房循環路では、高圧側の冷媒を前記除湿器(10)に導く位置に配置されたことを特徴とする車両用空気調和装置(1)。
  7. 請求項5又は請求項6に記載の車両用空気調和装置(1)であって、
    前記除湿器(10)が配置された前記送風路(21)の下流には、前記除湿器(10)を通過した空気を車室外に排出する空気排出口(32)と、車室内に導く経路に循環する第1連通路(23)と、前記空気排出口(32)と前記第1連通路(23)を選択的に開閉する空気排出ドア(D3)とが設けられたことを特徴とする車両用空気調和装置(1)。
  8. 請求項1〜請求項7のいずれかに記載の車両用空気調和装置(1)であって、
    前記送風路(21)内に配置された前記除湿器(10)には、車両用排熱源(53)を通過した空気を導くことができるよう構成されたことを特徴とする車両用空気調和装置(1)。
  9. 請求項1〜請求項8のいずれかに記載の車両用空気調和装置(1)であって、
    前記送風路(21)は、外気導入口(24)を有し、前記外気導入口(24)から車室外の空気を吸引するブロア(25)と前記室内熱交換器(4)が配置されたメイン送風路(21A)と、除湿器(10)が配置された内気循環通路(22)と、前記メイン送風路(21A)の上流側と前記内気循環通路(22)の下流側を連通する第1連通路(23)とを有することを特徴とする車両用空気調和装置(1)。
  10. 請求項8又は請求項9記載の車両用空気調和装置(1)であって、
    前記車両用排熱源を収容するケース(51)と、前記ケース(51)内に車室内の空気を吸引する空気入口(57)と、前記ケース(51)と前記送風路(21)の前記メイン送風路(21A)の下流の間を連通する第2連通路(55)と、前記第2連通路(55)と前記空気入口(57)を開閉する入口ドア(D5)とを有することを特徴とする車両用空気調和装置(1)。
  11. 請求項8又は請求項9記載の車両用空気調和装置(1)であって、
    前記車両用排熱源を収容するケース(51)と、前記ケース(51)と前記送風路(21)の前記内気循環通路(22)の下流の間を連通する第3連通路(56)と、前記第3連通路(56)と前記内気導入口(30)を開閉する第2出口ドア(D6)とを有することを特徴とする車両用空気調和装置(1)。
  12. 請求項8〜請求項11のいずれかに記載の車両用空気調和装置(1)であって、
    前記車両用排熱源(53)は、バッテリパック(53)であることを特徴とする車両用空気調和装置(1)。
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