JP2015174462A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の運転中にデシカント材を急加熱して短時間で再生する際に、デシカント材の再生効率を維持したまま、排湿空気の温度を低下させることが可能な車両用空調装置を提供する。【解決手段】車室内空間の空気が通過する第２下流通路と上流通路１１ｃとに、それぞれ、空気を加熱するヒータコア及びＰＴＣヒータと、空気を除湿する除湿ユニット２０とを設ける。除湿ユニット２０は、デシカント材２１と、通電されることにより一方の面で吸熱し他方の面で発熱するペルチェ素子２２とを含む。３つのデシカント材２１ｂ，２１ａ，２１ｂと２つのペルチェ素子２２，２２とが空気の流れ方向と直交する方向に交互に配置される。デシカント材２１の再生時は、ペルチェ素子２２に通電する。【選択図】図３

Description

本発明は、車室内空間の空調を行う車両用空調装置、特に、空気を除湿するためのデシカント材を組み込んだ車両用空調装置に関する。

自動車等の車両には、冷房、暖房、除湿、送風等、車室内空間の空調を行う空調装置が備えられる。このような空調装置においては、例えば、夏季の冷房時は、温湿度の高い外気（車外空間の空気）を導入せずに内気（車室内空間の空気）を循環させ、冬季の暖房時は、湿度の低い外気を導入してウィンドシールドの曇りを防止するのが通例である。しかし、冬季に外気導入すると車室内の温度が下がり暖房効率が低下する。そこで、発熱量の少ない車両、例えば、熱効率の高い内燃機関を搭載した車両や、内燃機関が常には駆動しないハイブリッド車や、そもそも内燃機関を持たない電気自動車等においては、熱源が不足するので、暖房時も内気循環する場合がある。ところが、暖房時に内気循環すると車室内の湿度が高くなるため除湿が必要となる。その場合、一般に、除湿はエバポレータを用いて行われるので、エバポレータを駆動するために燃費やバッテリ電力が低下するという不利益や、エバポレータでいったん冷やされた空調風を加熱するのに余分なエネルギーが必要になるという不利益がある。

そこで、空調装置に空気を除湿するためのデシカント材（乾燥材又は除湿材ともいう）を組み込むことが知られている。デシカント材を用いれば、除湿のための駆動力が不要となり、また空調風が冷やされることもない。しかし、デシカント材は吸湿能力に限界があるため、定期的に吸収した水分を排出（排湿）させて飽和したデシカント材を再生する必要がある。

この点、特許文献１には、デシカント材を空気通過可能な円板に担持させ、この円板を湿った外気を通す除湿側空気通路と、再生のための熱風を通す再生側空気通路との間で回転させることにより、デシカント材の吸湿と排湿（再生）とを連続的に行う技術が開示されている。しかし、この技術は、空調装置の大掛かりな変更を必要とし、車両の重量アップ及びコストアップを招く。

そこで、特許文献２に開示される技術を適用することが考えられる。すなわち、特許文献２には、次のような車両用空調装置が開示されている。通常の空調時に空調風が流れる空調風通路にデシカント材がヒータコアや電気ヒータ等の加熱手段と共に配設され、内気循環で暖房するときは、内気が上記加熱手段及びデシカント材を通過して、加熱及び除湿された空調風が生成し、この空調風が吹出口からウィンドシールドの内面に向けて吹き出される。上記空調風通路における吹出口の手前に流路切替弁が配設され、デシカント材を再生するときは、上記加熱手段で加熱された内気がデシカント材に供給されて、デシカント材から水分を奪った温風となり、この温風が上記流路切替弁により切り替えられた流路を通って車外空間へ排出される。

特許文献２に開示の技術によれば、デシカント材が既存の空調風通路に配設されるので、空調装置の大掛かりな変更を必要とせず、車両の重量アップ及びコストアップが抑制される。また、内気循環の暖房時に内気の加熱に用いる加熱手段が、デシカント材の再生時にはデシカント材から水分を排湿させるための温風の調製に兼用されるので、これによっても空調装置の大掛かりな変更を必要とせず、またデシカント材を空調装置に組み込んだままデシカント材を再生できる。

しかし、特許文献２に開示の技術では、空調風通路及び加熱手段が内気循環の暖房時とデシカント材の再生時とで兼用されるので、デシカント材の再生中は通常の空調が行えない。そのため、デシカント材の再生中は通常の空調が停止して乗員に違和感を与えてしまう。また、デシカント材の再生中は除湿が行えないので、車室内の湿度が高くなり、乗員に不快感を与えると共に、ウィンドシールドが曇り易くなり、結露予防のために特殊なウィンドシールドを用いる等の対策が必要となる。一方、車両が停車して乗員が不在になるまでデシカント材の再生を遅延させていたのでは、それまで除湿が行えないので、やはり車室内の湿度が高くなり、乗員に不快感を与えると共に、ウィンドシールドが曇り易くなる。

特開２０１１−１１０９５１号公報 特開２０１２−２２４１３５号公報

上記不具合に対処するために、例えば、デシカント材を短時間で再生することが提案される。デシカント材を短時間で再生することができれば、たとえその間通常の空調が行えなくても、乗員が違和感や不快感を感じる度合い、及びウィンドシールドが曇る度合いが少なくて済む。そのため、信号待ち等、車両の運転中の一時停車時にデシカント材を再生することが可能となる。

ところが、次のような新たな課題が生じる。すなわち、デシカント材を短時間で再生するためには、例えば、デシカント材を専用の再生用加熱手段により例えば１００℃近い高温まで強制的に急加熱することになる。すると、デシカント材から水分を奪った空気（これを「排湿空気」と記す）もまた高温となるため、この排湿空気を車外空間へ排出する排湿通路の耐熱性が懸念される。また、信号待ち等を利用してデシカント材を再生する場合、高温の排湿空気が車外空間へ排出されるので、車両付近にいる歩行者に上記排湿空気が及ばないように対策する必要が生じ、例えば排湿通路の排湿口のレイアウトが制約を受けることになる。

本発明は、デシカント材を組み込んだ車両用空調装置における上記のような現状に鑑みてなされたもので、車両の運転中にデシカント材を強制的に急加熱して短時間で再生する際に、デシカント材の再生効率を維持したまま、排湿空気の温度を低下させることが可能な車両用空調装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、車室内空間の空調を行う車両用空調装置であって、車室内空間の空気が通過する空調風通路に設けられて上記空気を加熱する空調用加熱手段と、上記空調風通路に設けられて上記空気を除湿する除湿手段と、上記空調用加熱手段及び上記除湿手段を制御する制御手段とを有し、上記除湿手段は、デシカント材と、通電されることにより一方の面で吸熱し他方の面で発熱するペルチェ素子とを含むと共に、複数のデシカント材と複数のペルチェ素子とが空気の流れ方向と直交する方向に交互に配置され、上記制御手段は、上記デシカント材を再生するときに、上記ペルチェ素子に通電することを特徴とする。

本発明によれば、内気循環の暖房時は、空調風通路を通過する空気が空調用加熱手段及び除湿手段を通過するので、空調用加熱手段で加熱され、除湿手段で除湿された空調風が得られる。一方、空調風通路に組み込んだデシカント材を再生するときは、ペルチェ素子の発熱側の面と接するデシカント材をペルチェ素子で強制的に急加熱することができると共に、ペルチェ素子の吸熱側の面と接するデシカント材をペルチェ素子で冷却することができる。そのため、加熱されたデシカント材を通過した高温の排湿空気と、冷却されたデシカント材を通過した低温の空気、言い換えると、排湿空気冷却用の空気とが同時に生成し、これらが合流することにより、デシカント材の下流（空気の流れの下流）では、排湿空気の温度が低下する。その結果、排湿空気を排出する排湿通路の耐熱性を懸念する必要がなくなる。また、信号待ち等、車両の運転中の一時停車時にデシカント材を再生する場合でも、歩行者に対する安全性が図られる。さらに、排湿空気の温度を低下させるためにデシカント材の加熱温度を低く抑える、というようなこともせずに済むから、デシカント材の再生効率も低下せず高いレベルに維持される。

以上により、本発明によれば、車両の運転中にデシカント材を強制的に急加熱して短時間で再生する際に、デシカント材の再生効率を維持したまま、排湿空気の温度を低下させることが可能な車両用空調装置が提供される。

本発明においては、好ましくは、上記制御手段は、通電開始から所定時間経過後に通電方向を逆転する。

この構成によれば、通電開始から所定時間経過後にペルチェ素子の発熱側の面と吸熱側の面とが逆転する。そのため、通電開始から所定時間が経過するまではペルチェ素子で冷却されていたデシカント材は、所定時間が経過した後はペルチェ素子で加熱され、通電開始から所定時間が経過するまではペルチェ素子で加熱されていたデシカント材は、所定時間が経過した後はペルチェ素子で冷却される。その結果、ペルチェ素子と交互に配置されたすべてのデシカント材が再生されると共に、いずれの場合においても、高温の排湿空気と低温の冷却用空気とが同時に生成し、これらが合流することにより、温度の低い排湿空気が常に確実に得られる。

本発明においては、好ましくは、３つのデシカント材と２つのペルチェ素子とが空気の流れ方向と直交する方向に交互に配置され、２つのペルチェ素子に挟まれた中央部のデシカント材の空気の流れ方向と直交する面に沿った断面積は、側部のデシカント材の上記断面積よりも大きい値に設定されている。

この構成によれば、空気の流れ方向と直交する方向に、側部デシカント材、ペルチェ素子、中央部デシカント材、ペルチェ素子、側部デシカント材の順に配置されているので、中央部デシカント材は両面ともペルチェ素子と接し、側部デシカント材は片面のみペルチェ素子と接する。そのため、中央部デシカント材は、側部デシカント材よりも効率よく加熱される。したがって、中央部デシカント材の上記断面積を側部デシカント材の上記断面積よりも大きくしても、中央部デシカント材はペルチェ素子で十分に加熱され、十分に再生される。また、空調風通路の中央部は側部よりも空気が流れやすい。そのため、中央部デシカント材の上記断面積を相対的に大きくすることにより、空調風通路内における空気の流れがペルチェ素子で阻害される度合いが少なくて済む。そして、そのように空気が相対的に流れやすい中央部デシカント材が十分に加熱され、十分に再生されるので、空調風の除湿効率が低下せず高いレベルに維持される。

本発明においては、好ましくは、中央部のデシカント材の上記断面積は、２つの側部のデシカント材の上記断面積の合計と同じ値に設定されている。

この構成によれば、側部デシカント材、ペルチェ素子、中央部デシカント材、ペルチェ素子、側部デシカント材の順に配置されている場合に、中央部デシカント材を加熱する場合と、側部デシカント材を加熱する場合とで、ペルチェ素子に同じ時間通電することにより、デシカント材を同じ程度に均等に加熱することができる。

本発明においては、好ましくは、上記制御手段は、車両の運転中の一時停車時にデシカント材を再生する。

この構成によれば、例えば、信号待ち等を利用してデシカント材が再生される。そのため、デシカント材の再生の機会が増え、空調風の除湿効率が低下せず高いレベルに維持される。

本発明においては、好ましくは、上記空調風通路から分岐して車外空間に連通する分岐通路が、上記除湿手段よりも空気の流れの下流に設けられ、上記空調風通路と上記分岐通路との分岐部に、これらの通路を開閉する流路切替手段が備えられ、上記制御手段は、内気循環で暖房するときは、空調風通路を開くと共に分岐通路を閉じ、デシカント材を再生するときは、分岐通路を開くと共に空調風通路を閉じるように上記流路切替手段を制御する。

この構成によれば、単一の流路切替手段を用いるだけで、空調風通路が開で分岐通路が閉の内気循環暖房時の流路と、分岐通路が開で空調風通路が閉のデシカント材再生時の流路とが確実に切り替えられる。

以上のように、本発明は、車両の運転中にデシカント材を強制的に急加熱して短時間で再生する際に、デシカント材の再生効率を維持したまま、排湿空気の温度を低下させることが可能な車両用空調装置を提供するので、空気を除湿するためのデシカント材を組み込んだ車両用空調装置の技術の発展・向上に寄与する。

本発明の実施形態に係る車両用空調装置の全体構成を示すブロック図である（内気循環の暖房時）。 上記車両用空調装置に組み込んだデシカント材の吸湿・排湿特性を示すグラフである。 上記車両用空調装置の除湿ユニットの構成を説明するための斜視図であり、（ａ）は、中央部デシカント材が加熱され、側部デシカント材が冷却される状態（正駆動状態）を示すもの、（ｂ）は、中央部デシカント材が冷却され、側部デシカント材が加熱される状態（反駆動状態）を示すものである。 上記車両用空調装置の制御系統を示すブロック図である。 図１に類似のブロック図である（デシカント材の再生時）。 上記車両用空調装置の制御ユニットが行う制御動作の１例を示すフローチャートである。

（１）全体構成
図１は、本実施形態に係る車両１に搭載された車両用空調装置１０の全体構成を示すブロック図である。本実施形態においては、車両１は、内燃機関を持たず、モータ（図示せず）のみで走行する電気自動車である。図１において、符号１ａは車体、符号１ｂは車室内空間、符号１ｃは車外空間（車体１ａの外部の空間）を示す。本発明で「上流」「下流」というときは、特に断らない限り、空調装置１０における空気の流れに関していう。

空調装置１０は、車体１ａの前部に配置され、車体１ａの後部には、車室内空間１ｂと車外空間１ｃとを連通するエキストラクタ１ｄが配置されている。空調装置１０は、車室内空間１ｂの空調を行うもので、車外空間１ｃの空気、すなわち外気を空調装置１０に導入するための外気導入通路１１ａと、車室内空間１ｂの空気、すなわち内気を空調装置１０に導入するための内気導入通路１１ｂとを有する。

外気導入通路１１ａ及び内気導入通路１１ｂの下流端に上流通路１１ｃが接続され、上流通路１１ｃの下流端に第１下流通路１１ｄ及び第２下流通路１１ｅが接続され、第１下流通路１１ｄ及び第２下流通路１１ｅの下流端に吹出口通路１１ｆが接続されている。内気導入通路１１ｂ、上流通路１１ｃ、第２下流通路１１ｅ、及び吹出口通路１１ｆは、それぞれ、本発明の空調風通路の一部に相当する。

吹出口通路１１ｆの下流端に、空調装置１０で冷却、加熱、又は除湿された空気（空調風）を車室内空間１ｂに吹き出すための複数の吹出口１１ｇが設けられている。詳しくは図示しないが、吹出口１１ｇとして、前席の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すベント吹出口、前席の乗員の足元に向けて空調風を吹き出すヒート吹出口、後席の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すリヤベント吹出口、後席の乗員の足元に向けて空調風を吹き出すリヤヒート吹出口、及びフロントウィンドシールド（図示せず）の内面に向けて下方から上方に空調風を吹き出すデフロスタ吹出口等が設けられている。

上流通路１１ｃ内に、上流側から、除湿ユニット（除湿手段）２０、ブロアファン（送風手段）１２、及びエバポレータ１３が配置されている。第２下流通路１１ｅ内に、上流側から、ヒータコア（空調用加熱手段）１４、及びＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）ヒータ（空調用加熱手段）１５が配置されている。

外気導入通路１１ａ及び内気導入通路１１ｂの下流端に内外気切替ダンパ１６が配設されている。内外気切替ダンパ１６は、外気導入通路１１ａを閉じる位置（内気循環位置）と内気導入通路１１ｂを閉じる位置（外気導入位置）との間の任意の位置に位置することが可能に構成されている。これにより、外気導入通路１１ａと内気導入通路１１ｂとの開度の割合が調節され、吹出口１１ｇから吹き出される空調風の外気と内気との混合比率が種々調節される。

ブロアファン１２は、内外気切替ダンパ１６の下流に配置され、駆動されることにより、外気導入通路１１ａ又は内気導入通路１１ｂから吹出口１１ｇに向けて流れる空気の流れ、すなわち空調風を生成する。

エバポレータ１３は、冷房用の熱交換器であり、ブロアファン１２の下流に配置され、空調風を冷却する。

第１下流通路１１ｄ及び第２下流通路１１ｅの上流端に温度コントロールダンパ１７が配設されている。温度コントロールダンパ１７は、第１下流通路１１ｄを閉じる位置（暖房時位置）と第２下流通路１１ｅを閉じる位置（冷房時位置）との間の任意の位置に位置することが可能に構成されている。これにより、第１下流通路１１ｄと第２下流通路１１ｅとの開度の割合が調節され、吹出口１１ｇから吹き出される空調風の温度が種々調節される。

ヒータコア１４は、暖房用の熱交換器であり、温度コントロールダンパ１７の下流に配置され、空調風を加熱する。ヒータコア１４は、暖房用の熱源として利用し得るモータ及びインバータ（図示せず）の冷却水がその内部を循環する。

ＰＴＣヒータ１５もまた、暖房用の熱交換器であり、ヒータコア１４の下流に配置され、ヒータコア１４で加熱された空調風をさらに加熱する。ＰＴＣヒータ１５は、電力の供給を受けて作動する電気式ヒータであり、図示しないＰＴＣ素子（正特性サーミスタ）に電力が供給されることによって発熱する。ＰＴＣヒータ１５は、作動時に発熱して温度が上昇すると抵抗値が増大して電流量を抑制する自己温度制御機能を有する。一方、ＰＴＣヒータ１５は、非作動時に温度が低下すると抵抗値が減少して電流が流れ易くなり、そのため、冷間始動時は多量の電流（突入電流）が流れるという性質を有する。

本実施形態に係る車両１は、内燃機関を持たず、モータのみで走行する電気自動車である。そのため、発熱量が少ないので、ヒータコア１４を循環するモータ及びインバータの冷却水の温度が相対的に低くなる。したがって、ヒータコア１４だけでは暖房用の熱源として不足するので、それを補うために、追加の暖房用熱源としてＰＣＴヒータ１５が用いられている。

上流通路１１ｃ内で、ブロアファン１２の上流に、空気を除湿するための除湿ユニット２０が配設されている。除湿ユニット２０は、水分を吸収（吸湿）又は排出（排湿）するデシカント材２１を含んでいる。

本実施形態で用いられるデシカント材２１は、所定の基準温度未満のときに空気中の水分を吸収（吸湿）し、上記基準温度以上のときに吸収した水分を排出（排湿）するという性質を有する。上記基準温度は吸排湿反転温度ということができる。

図２は、上記デシカント材２１の吸湿・排湿特性を示すグラフである。図中、実線Ａは、デシカント材２１に供給される空気の温度（インプット温度）の時間変化を示し、破線Ｂは、デシカント材２１を通過した空気の温度（アウトプット温度）の時間変化を示す。

インプット温度Ａが基準温度Ｔａ以上のとき（Ａ≧Ｔａ）は、デシカント材２１は排湿しており再生中である。インプット温度Ａが基準温度Ｔａ未満のとき（Ａ＜Ｔａ）は、デシカント材２１は吸湿中である。

デシカント材２１は、吸湿中は発熱する。したがって、デシカント材２１の吸湿中は、インプット温度Ａよりもアウトプット温度Ｂが高くなる（Ｂ＞Ａ）。

デシカント材２１は、飽和すると発熱が止まる。したがって、デシカント材２１が飽和すると、インプット温度Ａとアウトプット温度Ｂとは略等しくなる（Ｂ≒Ａ）。

本実施形態で用いられるデシカント材２１としては、例えば、シリカゲル、ポリアクリル酸高分子等、所定の基準温度未満のときに吸湿し、上記基準温度以上のときに排湿するという性質を有するものであれば、特に限定されない。

図３に示すように、除湿ユニット２０は、デシカント材２１に加えて、デシカント材２１の再生時にデシカント材２１を加熱するためのペルチェ素子（再生用加熱手段）２２をさらに含んでいる。

ペルチェ素子２２は、通電されることにより、一方の面から他方の面に熱が移動する電子部品である。ペルチェ素子２２に通電すると、一方の面で吸熱が起こり、他方の面で発熱が起こる。その吸熱量と発熱量とは基本的に同じである。通電方向を逆転すると、吸熱が起こる吸熱側の面（吸熱面）と発熱が起こる発熱側の面（発熱面）とが逆転する。

本実施形態では、３つのデシカント材２１ａ，２１ｂ，２１ｂと２つのペルチェ素子２２，２２とが上流通路１１ｃ内で空気の流れ方向と直交する方向に交互に配置されている。つまり、側部デシカント材２１ｂ、ペルチェ素子２２、中央部デシカント材２１ａ、ペルチェ素子２２、側部デシカント材２１ｂの順に配置されている。

デシカント材２１ａ，２１ｂはブロック形状であり、ペルチェ素子２２は平板形状である。デシカント材２１ａ，２１ｂ及びペルチェ素子２２は、それぞれ高さ及び空気の流れ方向の長さが相互に同じである。ただし、空気の流れ方向と直交する方向の厚みについては、２つのペルチェ素子２２，２２に挟まれた中央部デシカント材２１ａの厚みＬ１は、側部デシカント材２１ｂの厚みＬ２よりも大きい値に設定されている（Ｌ１＞Ｌ２）。より詳しくは、中央部デシカント材２１ａの厚みＬ１は、２つの側部デシカント材２１ｂ，２１ｂの厚みＬ２の合計と同じ値に設定されている（Ｌ１＝Ｌ２＋Ｌ２）。したがって、空気の流れ方向と直交する面に沿った断面積についても、中央部デシカント材２１ａの上記断面積は、側部デシカント材２１ｂの上記断面積よりも大きい値に設定されている。より詳しくは、中央部デシカント材２１ａの上記断面積は、２つの側部デシカント材２１ｂ，２１ｂの上記断面積の合計と同じ値に設定されている。

除湿ユニット２０は、デシカント材２１ａ，２１ｂ及びペルチェ素子２２が相互に密着した状態で、その全体が上流通路１１ｃに隙間なく配置されている。本実施形態では、ペルチェ素子２２に所定方向に通電すると、ペルチェ素子２２の内側の面が発熱面となり、外側の面が吸熱面となる。そのため、図３（ａ）に示すように、発熱面と接する中央部デシカント材２１ａが加熱され（Ｈと表示）、吸熱面と接する側部デシカント材２１ｂが冷却される（Ｃと表示）。これを正駆動状態とする。一方、通電方向を逆転すると、ペルチェ素子２２の外側の面が発熱面となり、内側の面が吸熱面となる。そのため、図３（ｂ）に示すように、発熱面と接する側部デシカント材２１ｂが加熱され（Ｈ）、吸熱面と接する中央部デシカント材２１ａが冷却される（Ｃ）。これを反駆動状態とする。

除湿ユニット２０は、空気の流れ方向と直交する上流側の面及び下流側の面が開放され、デシカント材２１ａ，２１ｂが露出している。そのため、上流通路１１ｃを上流側から流れてきた空気はデシカント材２１ａ，２１ｂを上流側から下流側に通過する。その結果、内部循環の暖房時は、デシカント材２１ａ，２１ｂを通過した空気は、デシカント材２１ａ，２１ｂにより除湿された空調風となる。一方、デシカント材２１の再生時は、ペルチェ素子２２で加熱されたデシカント材２１ａ又は２１ｂ（図３でＨと表示）を通過した空気は、デシカント材２１ａ又は２１ｂから水分を奪った高温の排湿空気となり、ペルチェ素子２２で冷却されたデシカント材２１ｂ又は２１ａ（図３でＣと表示）を通過した空気は、低温の冷却用空気となる。

除湿ユニット２０の下流に、上流通路１１ｃから分岐して車外空間１ｃに連通する排湿通路（分岐通路）２５が設けられている。具体的に、排湿通路２５は、上流通路１１ｃのブロアファン１２とエバポレータ１３との間の部分に接続されている。排湿通路２５は、デシカント材２１の再生時に、デシカント材２１を通過した排湿空気を車外空間１ｃに排出するためのものである。

排湿通路２５の接続部、つまり上流通路１１ｃと排湿通路２５との分岐部に、上流通路１１ｃ及び排湿通路２５を開閉する再生時排湿ダンパ（流路切替手段）２６が備えられている。再生時排湿ダンパ２６は、排湿通路２５を閉じたときは上流通路１１ｃを排湿通路２５とエバポレータ１３との間で開き（図１の状態）、排湿通路２５を開いたときは上流通路１１ｃを排湿通路２５とエバポレータ１３との間で閉じる（図５の状態）ように構成されている。

（２）制御系統
図４は、上記車両用空調装置１０の制御系統を示すブロック図である。

制御ユニット１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含む周知の構成のマイクロプロセッサであり、本発明の制御手段に相当する。

制御ユニット１００には、空調装置１０の操作盤３０、上流通路１１ｃ内で除湿ユニット２０のデシカント材２１に流入する空気の温度（すなわちインプット温度）を検知する温度センサ３１、モータのスタートスイッチ３２、及び車両１の走行速度を検知する車速センサ３３から、それぞれ各信号が入力される。

制御ユニット１００は、上記各信号等に基いて、上記空調装置１０のブロアファン１２、エバポレータ１３、ＰＴＣヒータ１５、各ダンパ１６，１７，２６、及び除湿ユニット２０のペルチェ素子２２に、それぞれ制御信号を出力する。なお、図示しないが、制御ユニット１００は、車両１をモータで走行させるために、インバータにも制御信号を出力する。

（３）制御動作
（３−１）内気循環の暖房時
内気循環の暖房時、制御ユニット１００は、図１に示すように、内外気切替ダンパ１６を内気循環位置に位置させ、再生時排湿ダンパ２６を上流通路１１ｃが排湿通路２５とエバポレータ１３との間で開く位置（通常時位置）に位置させ、温度コントロールダンパ１７を暖房時位置に位置させる。これにより、内気導入通路１１ｂ、上流通路１１ｃ、第２下流通路１１ｅ、及び吹出口通路１１ｆが相互に連通し、全体として内気循環暖房時の空調風通路が形成される。

その上で、制御ユニット１００は、空調装置操作盤３０からの設定信号に応じた強さでブロアファン１２を駆動し、空調装置操作盤３０からの設定信号に応じた電力でＰＴＣヒータ１５を作動させる。これにより、上流通路１１ｃを上流側から流れてきた空気は、その全量がデシカント材２１を通過し、空調風が高効率で除湿される。

以上により、この内気循環暖房時は、車室内空間１ｂの空気、すなわち内気が、内気導入通路１１ｂ、上流通路１１ｃ、第２下流通路１１ｅ、及び吹出口通路１１ｆを通過し、その間に除湿ユニット２０のデシカント材２１で除湿され、ヒータコア１４及びＰＴＣヒータ１５で加熱されて、乗員が空調装置操作盤３０を操作して設定した温度の空調風が吹出口１１ｇから車室内空間１ｂに吹き出され、再び内気導入通路１１ｂに導入される。

このときの空気の流れのルートを内気循環暖房時ルートＲ１とする。

（３−２）デシカント材の再生時
デシカント材２１の再生時、制御ユニット１００は、図５に示すように、内外気切替ダンパ１６を内気循環位置に位置させ、再生時排湿ダンパ２６を上流通路１１ｃが排湿通路２５とエバポレータ１３との間で閉じる位置（再生時位置）に位置させる（温度コントロールダンパ１７の位置は問題ではない）。これにより、内気導入通路１１ｂ、上流通路１１ｃのエバポレータ１３より上流側の部分、及び排湿通路２５が相互に連通する。

その上で、制御ユニット１００は、除湿ユニット２０のペルチェ素子２２に所定方向に通電する。これにより、図３（ａ）の正駆動状態が実現し、デシカント材２１のうち、中央部デシカント材２１ａが基準温度Ｔａ以上の例えば１００℃近い高温まで強制的に急加熱され（Ｈ）、側部デシカント材２１ｂが冷却される（Ｃ）。また、制御ユニット１００は、ブロアファン１２を駆動する。これにより、上流通路１１ｃを上流側から流れてきた空気のうち、中央部デシカント材２１ａを通過した空気は、高温の排湿空気となり、側部デシカント材２１ｂを通過した空気は、上記排湿空気を冷却するための冷却用空気となる。なお、制御ユニット１００は、再生時間の短縮化のため、ブロアファン１２を最大駆動する。

次いで、制御ユニット１００は、通電開始から所定時間経過後（例えば中央部デシカント材２１ａの再生度合いが所定の閾値以上となったとき）に、ペルチェ素子２２への通電方向を逆転する。これにより、図３（ｂ）の反駆動状態が実現し、デシカント材２１のうち、側部デシカント材２１ｂが基準温度Ｔａ以上の例えば１００℃近い高温まで強制的に急加熱され（Ｈ）、中央部デシカント材２１ａが冷却される（Ｃ）。そして、上流通路１１ｃを上流側から流れてきた空気のうち、側部デシカント材２１ｂを通過した空気は、高温の排湿空気となり、中央部デシカント材２１ａを通過した空気は、上記排湿空気を冷却するための冷却用空気となる。

以上により、このデシカント材再生時は、車室内空間１ｂの空気、すなわち内気が、内気導入通路１１ｂ、上流通路１１ｃのエバポレータ１３より上流側の部分、及び排湿通路２５を通過し、その間に、正駆動状態のときは、除湿ユニット２０の中央部デシカント材２１ａを通過した空気がペルチェ素子２２で基準温度Ｔａ以上の温度まで加熱された中央部デシカント材２１ａから水分を奪った高温の排湿空気となり、側部デシカント材２１ｂを通過した空気が低温の排湿空気冷却用の空気となる一方、反駆動状態のときは、除湿ユニット２０の側部デシカント材２１ｂを通過した空気がペルチェ素子２２で基準温度Ｔａ以上の温度まで加熱された側部デシカント材２１ｂから水分を奪った高温の排湿空気となり、中央部デシカント材２１ａを通過した空気が低温の排湿空気冷却用の空気となって、いずれの場合においても、排湿空気と冷却用空気とがデシカント材２１の下流で合流し、排湿空気の温度が低下する。そして、この温度が低下した排湿空気が排湿通路２５を通って車外空間１ｃに排出される。

なお、このデシカント材再生時は、車室内空間１ｂの空気が車外空間１ｃに排出されるので、それを補うために、エキストラクタ１ｄが開いて、車外空間１ｃの空気が車室内空間１ｂに導入される。

このときの空気の流れのルートをデシカント材再生時ルートＲ２とする。

（３−３）フローチャート
図６は、上記制御ユニット１００が行う制御動作の１例を示すフローチャートである。このフローチャートは、車両１の始動時からスタートする。

制御ユニット１００は、スタートスイッチ３２がオンされると、ステップＳ１で、インバータに制御信号を出力して、車両１をＲＥＡＤＹ（走行可能）状態とする。

制御ユニット１００は、ステップＳ２で、ブロアファン１２、ＰＴＣヒータ１５、及び各ダンパ１６，１７，２６に制御信号を出力して、空調装置１０を通常のエアコンモード、詳しくは内気循環の暖房モードとする（図１の状態）。このとき、空調風は、その全量がデシカント材２１を通過して、高効率で除湿される。

制御ユニット１００は、ステップＳ３で、車速センサ３３からの信号に基づき、車両１が停車状態又は加速状態か否かを判定する。停車状態とは、始動直後のアクセルペダルをまだ踏み込んでいない状態（発進前）や、あるいは、信号待ち等、車両１の運転中（スタートスイッチ３２がオンされている状態）の一時停車の状態等が含まれる。加速状態とは、アクセルペダル（図示せず）が踏み込まれることにより車両１の速度が増大している状態である。制御ユニット１００は、ＹＥＳのときはステップＳ４に進み、ＮＯのときはステップＳ２に戻る（エアコンモードの継続）。

制御ユニット１００は、ステップＳ４で、デシカント材２１が飽和状態か否かを判定する。この判定は、例えば、前回デシカント材２１を再生してからの走行距離や走行時間等から行うことができる（上記走行距離や走行時間が長いほど飽和状態に近い）。あるいは、上述したように、デシカント材２１のインプット温度Ａとアウトプット温度Ｂとが略等しいか否かにより行うことができる（いままでＢ＞ＡだったのがＢ≒Ａに近づくほど飽和状態に近い）。制御ユニット１００は、ＹＥＳのときはステップＳ５に進み（エアコンモードから再生モードへの切替え）、ＮＯのときはステップＳ２に戻る（エアコンモードの継続）。

制御ユニット１００は、ステップＳ５で、ブロアファン１２、各ダンパ１６，１７，２６、及びペルチェ素子２２に制御信号を出力して、空調装置１０をデシカント材２１の再生モードとする（図５の状態）。詳しくは、再生時排湿ダンパ２６を開（排湿通路２５を開、上流通路１１ｃを閉）とし、ブロアファン１２を全開（最大駆動）とする。また、ペルチェ素子２２が正駆動状態となるように通電（所定方向に通電）する（図３（ａ）の状態）。このとき、除湿ユニット２０の中央部デシカント材２１ａを通過した高温の排湿空気と、側部デシカント材２１ｂを通過した低温の冷却用空気とが合流して、温度が低下した排湿空気が安全に排湿通路２５を経由して車外空間１ｃに排出される。

制御ユニット１００は、ステップＳ６で、中央部デシカント材２１ａの再生度合いを計算する。この計算は、例えば、再生モードの実行時間、中央部デシカント材２１ａの容量、ペルチェ素子２２の加熱温度等から行うことができる（上記実行時間が長いほど、上記容量が小さいほど、上記加熱温度が高いほど再生度合いが大きい）。

制御ユニット１００は、ステップＳ７で、中央部デシカント材２１ａの再生度合いが所定の閾値（例えば９０％等）以上か否かを判定する。制御ユニット１００は、ＹＥＳのときはステップＳ８に進み（中央部デシカント材２１ａの再生モードから側部デシカント材２１ｂの再生モードへの移行）、ＮＯのときはステップＳ５に戻る（中央部デシカント材２１ａの再生モードの継続）。

制御ユニット１００は、ステップＳ８で、再生時排湿ダンパ２６を開（排湿通路２５を開、上流通路１１ｃを閉）とし、ブロアファン１２を全開（最大駆動）とする。また、ペルチェ素子２２が反駆動状態となるように通電（所定方向と逆方向に通電）する（図３（ｂ）の状態）。このとき、除湿ユニット２０の側部デシカント材２１ｂを通過した高温の排湿空気と、中央部デシカント材２１ａを通過した低温の冷却用空気とが合流して、温度が低下した排湿空気が安全に排湿通路２５を経由して車外空間１ｃに排出される。

制御ユニット１００は、ステップＳ９で、側部デシカント材２１ｂの再生度合いを計算する。この計算は、例えば、再生モードの実行時間、側部デシカント材２１ｂの容量、ペルチェ素子２２の加熱温度等から行うことができる（上記実行時間が長いほど、上記容量が小さいほど、上記加熱温度が高いほど再生度合いが大きい）。

制御ユニット１００は、ステップＳ１０で、側部デシカント材２１ｂの再生度合いが所定の閾値（例えば９０％等）以上か否かを判定する。制御ユニット１００は、ＹＥＳのときはステップＳ２に戻り（再生モードから通常のエアコンモードへの切替え）、ＮＯのときはステップＳ８に戻る（側部デシカント材２１ｂの再生モードの継続）。

以上により、このフローチャートによれば、再生モードは、乗員が車両１に乗車している車両１の運転中に行われる（ステップＳ３でＹＥＳ）。

（４）作用等
以上説明したように、本実施形態では、車室内空間１ｂの空調を行う車両用空調装置１０において、次のような特徴的構成が採用されている。

内気が通過する空調風通路（＝内気導入通路１１ｂ＋上流通路１１ｃ＋第２下流通路１１ｅ＋吹出口通路１１ｆ）の第２下流通路１１ｅに、内気を加熱するヒータコア１４及びＰＴＣヒータ１５が設けられ、同じく内気が通過する空調風通路の上流通路１１ｃに、内気を除湿する除湿ユニット２０が設けられている。

除湿ユニット２０は、デシカント材２１と、通電されることにより一方の面で吸熱し他方の面で発熱するペルチェ素子２２とを含むと共に、３つのデシカント材２１ａ，２１ｂ，２１ｂと２つのペルチェ素子２２，２２とが空気の流れ方向と直交する方向に交互に配置されている。

ＰＴＣヒータ１５及び除湿ユニット２０のペルチェ素子２２を制御する制御ユニット１００が備えられ、制御ユニット１００は、デシカント材２１を再生するときに、ペルチェ素子２２に通電する。

この構成によれば、内気循環の暖房時は、空調風通路を通過する空気がヒータコア１４及びＰＴＣヒータ１５並びに除湿ユニット２０を通過するので、ヒータコア１４及びＰＴＣヒータ１５で加熱され、除湿ユニット２０で除湿された空調風が得られる。一方、上流通路１１ｃに組み込んだ除湿ユニット２０のデシカント材２１を再生するときは、ペルチェ素子２２の発熱面と接するデシカント材２１ａ又は２１ｂをペルチェ素子２２で強制的に急加熱することができると共に、ペルチェ素子２２の吸熱面と接するデシカント材２１ｂ又は２１ａをペルチェ素子２２で冷却することができる。そのため、加熱されたデシカント材２１ａ又は２１ｂ（図３でＨと表示）を通過した高温の排湿空気と、冷却されたデシカント材２１ｂ又は２１ａ（図３でＣと表示）を通過した低温の冷却用空気とが同時に生成し、これらが合流することにより、デシカント材２１の下流では、排湿空気の温度が低下する。その結果、排湿空気を排出する排湿通路２５の耐熱性を懸念する必要がなくなる。また、信号待ち等、車両１の運転中の一時停車時にデシカント材２１を再生する場合でも、歩行者に対する安全性が図られる。さらに、排湿空気の温度を低下させるためにデシカント材２１の加熱温度を低く抑える、というようなこともせずに済むから、デシカント材２１の再生効率も低下せず高いレベルに維持される。

以上により、本実施形態によれば、車両１の運転中にデシカント材２１を強制的に急加熱して短時間で再生する際に、デシカント材２１の再生効率を維持したまま、排湿空気の温度を低下させることが可能な車両用空調装置１０が提供される。

本実施形態では、制御ユニット１００は、通電開始から所定時間経過後に（ステップＳ７でＹＥＳ）、通電方向を逆転する（ステップＳ８）。

この構成によれば、通電開始から所定時間経過後にペルチェ素子２２の発熱面と吸熱面とが逆転する。そのため、通電開始から所定時間が経過するまでは、正駆動により、ペルチェ素子２２で冷却されていた側部デシカント材２１ｂ（ステップＳ５〜Ｓ７）は、所定時間が経過した後は、反駆動により、ペルチェ素子２２で加熱され（ステップＳ８〜Ｓ１０）、通電開始から所定時間が経過するまでは、正駆動により、ペルチェ素子２２で加熱されていた中央部デシカント材２１ａ（ステップＳ５〜Ｓ７）は、所定時間が経過した後は、反駆動により、ペルチェ素子２２で冷却される（ステップＳ８〜Ｓ１０）。その結果、ペルチェ素子２２，２２と交互に配置されたすべてのデシカント材２１ａ，２１ｂ，２１ｂが再生されると共に、いずれの場合においても、高温の排湿空気と低温の冷却用空気とが同時に生成し、これらが合流することにより、温度の低い排湿空気が常に確実に得られる。

本実施形態では、空気の流れ方向と直交する面に沿った断面積について、２つのペルチェ素子２２，２２に挟まれた中央部デシカント材２１ａの上記断面積は、側部デシカント材２１ｂの上記断面積よりも大きい値に設定されている。

この構成によれば、図３に示すように、空気の流れ方向と直交する方向に、側部デシカント材２１ｂ、ペルチェ素子２２、中央部デシカント材２１ａ、ペルチェ素子２２、側部デシカント材２１ｂの順に配置されているので、中央部デシカント材２１ａは両面ともペルチェ素子２２，２２と接し、側部デシカント材２１ｂは片面のみペルチェ素子２２と接する。そのため、中央部デシカント材２１ａは、側部デシカント材２１ｂよりも効率よく加熱される。したがって、中央部デシカント材２１ａの上記断面積を側部デシカント材２１ｂの上記断面積よりも大きくしても、中央部デシカント材２１ａはペルチェ素子２２，２２で十分に加熱され、十分に再生される。また、上流通路１１ｃの中央部は側部よりも空気が流れやすい。そのため、中央部デシカント材２１ａの上記断面積を相対的に大きくすることにより、上流通路１１ｃ内における空気の流れがペルチェ素子２２で阻害される度合いが少なくて済む。そして、そのように空気が相対的に流れやすい中央部デシカント材２１ａが十分に加熱され、十分に再生されるので、空調風の除湿効率が低下せず高いレベルに維持される。

本実施形態では、中央部デシカント材２１ａの上記断面積は、２つの側部デシカント材２１ｂ，２１ｂの上記断面積の合計と同じ値に設定されている。

この構成によれば、正駆動状態で、中央部デシカント材２１ａを加熱する場合（ステップＳ５〜Ｓ７）と、反駆動状態で、側部デシカント材２１ｂを加熱する場合と（ステップＳ８〜Ｓ１０）で、ペルチェ素子２２に同じ時間通電することにより、デシカント材２１ａ，２１ｂを同じ程度に均等に加熱することができる。

本実施形態では、制御ユニット１００は、車両１の運転中（スタートスイッチ３２がオンされている状態）の一時停車時にデシカント材２１を再生する（ステップＳ３でＹＥＳ）。

この構成によれば、例えば、信号待ち等の時間帯を利用してデシカント材２１が再生される。そのため、デシカント材２１の再生の機会が増え、空調風の除湿効率が低下せず高いレベルに維持される。また、信号待ち等の期間中は、アイドルストップが働く等して、燃費節減のために空調が弱められる場合がある。したがって、そのような時間帯を利用してデシカント材２１が再生されるので、たとえデシカント材２１の再生中は通常の空調が行えなくても、乗員が違和感や不快感を感じる度合いが少なくて済む。

また、例えば、車両１の始動直後の発進前の時間帯を利用してデシカント材２１が再生される。始動直後の発進前はそもそも空調が効きにくい状態である。したがって、そのような時間帯を利用してデシカント材２１が再生されるので、たとえデシカント材２１の再生中は通常の空調が行えなくても、乗員が違和感や不快感を感じる度合いが少なくて済む。

本実施形態では、制御ユニット１００は、車両１の加速時にデシカント材２１を再生する（ステップＳ３でＹＥＳ）。

この構成によれば、乗員の意識が車両１の挙動に向く時間帯を利用してデシカント材２１が再生される。そのため、たとえデシカント材２１の再生中は通常の空調が行えなくても、乗員が違和感や不快感を感じる度合いが少なくて済む。

本実施形態では、上流通路１１ｃから分岐して車外空間１ｃに連通する排湿通路２５が除湿ユニット２０の下流に設けられ、上流通路１１ｃと排湿通路２５との分岐部に、これらの通路１１ｃ，２５を開閉する再生時排湿ダンパ２６が備えられ、制御ユニット１００は、内気循環で暖房するときは、上流通路１１ｃを開くと共に排湿通路２５を閉じ（図１の状態）、デシカント材２１を再生するときは、排湿通路２５を開くと共に上流通路１１ｃを閉じる（図５の状態）ように再生時排湿ダンパ２６を制御する。

この構成によれば、単一の再生時排湿ダンパ２６を用いるだけで、上流通路１１ｃが開で排湿通路２５が閉の内気循環暖房時ルートＲ１と、排湿通路２５が開で上流通路１１ｃが閉のデシカント材再生時ルートＲ２とが確実に切り替えられる。

なお、上記実施形態では、３つのデシカント材２１ａ，２１ｂ，２１ｂと２つのペルチェ素子２２，２２とを交互に配置したが、これに限らず、例えば、２つのデシカント材を１つのペルチェ素子で仕切るようにしたり、４つ又は５つ以上に分割したデシカント材を３つ又は４つ以上のペルチェ素子で仕切るようにしてもよい。

また、ステップＳ３で、車両１の急減速時にデシカント材２１を再生してもよい。この構成によっても、乗員の意識が車両１の挙動に向く時間帯を利用してデシカント材２１が再生される。

さらに、第２下流通路１１ｅのＰＴＣヒータ１５に代えて、例えば電熱式ヒータや遠赤外線ヒータ等を用いてもよい。

さらに、空調風通路において、除湿ユニット２０をブロアファン１２の下流に配設してもよく、除湿ユニット２０をヒータコア１４及びＰＴＣヒータ１５の下流に配設してもよい。

さらに、デシカント材２１の再生中に内外気切替ダンパ１６を駆動して外気導入を行ってもよい。この場合、比較的低温であるが低湿度の外気を加熱してデシカント材２１の再生に用いることとなり、デシカント材２１の排湿、すなわち再生を促進することができる。

１ 車両（電気自動車）
１ｂ 車室内空間
１ｃ 車外空間
１０ 車両用空調装置
１１ｂ 内気導入通路（空調風通路）
１１ｃ 上流通路（空調風通路）
１１ｅ 第２下流通路（空調風通路）
１１ｆ 吹出口通路（空調風通路）
１２ ブロアファン（送風手段）
１４ ヒータコア（空調用加熱手段）
１５ ＰＴＣヒータ（空調用加熱手段）
２０ 除湿ユニット（除湿手段）
２１ デシカント材
２１ａ 中央部デシカント材
２１ｂ 側部デシカント材
２２ ペルチェ素子（再生用加熱手段）
２５ 排湿通路（分岐通路）
２６ 再生時排湿ダンパ（流路切替手段）
１００ 制御ユニット（制御手段）
Ｌ１ 中央部デシカント材の厚み（断面積）
Ｌ２ 側部デシカント材の厚み（断面積）
Ｔａ 基準温度（吸排湿反転温度）

Claims (6)

1. 車室内空間の空調を行う車両用空調装置であって、
   車室内空間の空気が通過する空調風通路に設けられて上記空気を加熱する空調用加熱手段と、
   上記空調風通路に設けられて上記空気を除湿する除湿手段と、
   上記空調用加熱手段及び上記除湿手段を制御する制御手段とを有し、
   上記除湿手段は、デシカント材と、通電されることにより一方の面で吸熱し他方の面で発熱するペルチェ素子とを含むと共に、複数のデシカント材と複数のペルチェ素子とが空気の流れ方向と直交する方向に交互に配置され、
   上記制御手段は、上記デシカント材を再生するときに、上記ペルチェ素子に通電することを特徴とする車両用空調装置。
2. 請求項１に記載の車両用空調装置において、
   上記制御手段は、通電開始から所定時間経過後に通電方向を逆転することを特徴とする車両用空調装置。
3. 請求項１又は２に記載の車両用空調装置において、
   ３つのデシカント材と２つのペルチェ素子とが空気の流れ方向と直交する方向に交互に配置され、
   ２つのペルチェ素子に挟まれた中央部のデシカント材の空気の流れ方向と直交する面に沿った断面積は、側部のデシカント材の上記断面積よりも大きい値に設定されていることを特徴とする車両用空調装置。
4. 請求項３に記載の車両用空調装置において、
   中央部のデシカント材の上記断面積は、２つの側部のデシカント材の上記断面積の合計と同じ値に設定されていることを特徴とする車両用空調装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の車両用空調装置において、
   上記制御手段は、車両の運転中の一時停車時にデシカント材を再生することを特徴とする車両用空調装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の車両用空調装置において、
   上記空調風通路から分岐して車外空間に連通する分岐通路が、上記除湿手段よりも空気の流れの下流に設けられ、
   上記空調風通路と上記分岐通路との分岐部に、これらの通路を開閉する流路切替手段が備えられ、
   上記制御手段は、内気循環で暖房するときは、空調風通路を開くと共に分岐通路を閉じ、デシカント材を再生するときは、分岐通路を開くと共に空調風通路を閉じるように上記流路切替手段を制御することを特徴とする車両用空調装置。

Images