JP4638332B2 - 空気調和ユニット及び車両用空気調和装置 - Google Patents
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Description
(1)左右独立温度調節機能;左右で異なる吹出温度の設定が可能な機能
(2)左右独立吹出切換機能;左右で異なる吹出モードを選択できる機能
(3)左右独立風量切換機能;左右で異なる風量の設定が可能な機能
(4)上下独立温度調節機能;バイレベルモード時に左右のフェース吹出口及びフット吹 出口で異なる吹出温度の設定が可能な機能
なお、左右独立温度調節機能による吹出温度の設定だけでは、たとえば日射を受ける方向等により運転席及び助手席で最適な空調設定が異なることがあるため、乗員が感じる不快感を十分に取り除くことは困難である。
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、低コストで多機能化及び高機能化した空気調和ユニット及び車両用空気調和装置を提供することにある。
本発明に係る請求項1の空気調和ユニットは、外気または内気を導入するための空気取入口と、デフロスト吹出口、フェース吹出口、及びフット吹出口からなる空気吹出口と、前記空気取入口及び前記空気吹出口を連通するダクトとが形成された本体カバー内に、前記空気取入口から空気を取り入れるとともに、この空気を前記空気吹出口から吹き出させる送風機と、前記送風機により前記ダクト内を流れる空気を冷却するエバポレータと、前記送風機により前記ダクト内を流れる空気を加熱するヒータコアとを備える空気調和ユニットであって、前記本体カバー内で冷風及び温風が混合されるエアミックス領域から前記フェース吹出口に連通するダクト内を仕切板で分割形成したメイン流路及びバイパス流路と、前記エアミックス領域の近傍で前記メイン流路及び前記バイパス流路の間が連通するよう前記仕切板に形成されたサブ流路と、前記バイパス流路及び前記サブ流路を同時に全閉とする第1の位置から全開とする第2の位置まで動作する開閉手段とを備えるとともに、前記エアミックス領域に配設され、開度制御により冷風及び温風の混合割合を調整するエアミックスダンパが、前記エアミックス領域の幅方向にわたって一定の高さで冷風流路側に膨出する山形に形成されていることを特徴とするものである。
また、エアミックス領域に配設され、開度制御により冷風及び温風の混合割合を調整するエアミックスダンパが、エアミックス領域の幅方向にわたって一定の高さで冷風流路側に膨出する山形に形成されているので、エアミックスダンパを中間的な開度にしたとき、エアミックス領域に流れる冷風の流路断面積を絞ることで温度差を大きくすることができる。
なお、このような初期暖房運転モードを停止する予め定めた条件としては、下記の具体例が有効であり、従って、いずれを選択してもよい。
1)初期暖房運転モードの開始から所定時間経過したとき
2)車室内の温度が予め定めた目標温度に到達したとき
3)初期暖房運転モードの開始から所定時間経過するか、あるいは、車室内の温度が予め定めた目標温度に到達するかの内、少なくともいずれか一方の条件を満たしたとき
上記の空気調和ユニットにおいて、前記バイパス流路は、前記エアミックスダンパよりも後流に配置されるものであって、前記バイパス流路にバイパス用ダンパを設け、前記バイパス用ダンパは、独立して前記バイパス流路を開閉可能であることが好ましい。
また、上記の空気調和ユニットにおいて、前記バイパス流路に、前記バイパス流路を左右に分割する仕切り板を設けることが好ましい。
また、上記の空調ユニットにおいて、前記エバポレータを前記ヒータコアより上流側でかつ車室側となる位置に配置することが好ましく、これにより、エバポレータの下流からフェース吹出口に冷風を導く冷風流路の形成が容易になる。
1)バイパス流路を全開とすれば、バイパス流路及びサブ流路からフェースメイン吹出口及びフェースバイパス吹出口に流す冷風量重視(風量増加)の運転モードとなる。
2)バイパス流路及びサブ流路を全閉とすれば、通常のバイレベル吹出モードとなる。
3)バイパス流路の開度を調整すれば、風量や温度の調整が可能となる。
1)フット吹出モードで開閉手段のバイパスダンパ等を開閉操作すれば、フット吹出口から温風を流しながらフェース吹出口に冷風を流すことができるので、左右で異なる独立した吹出モードの選択切換が可能になる。
2)フェース吹出モード及びバイレベルモードで開閉手段のバイパスダンパ等を開閉操作すれば、左右で異なる吹出風量の調整が可能となる。
3)バイレベル吹出モードで開閉手段のバイパスダンパ等を開閉操作すれば、フェース吹出の温度を調整できるので、左右で異なる上下独立温度調節が可能となる。
また、エバポレータを空調ユニット内の車室側に配置したので、同じく車室側に配置されるフェース吹出口まで冷風を直接的に導く冷風流路を容易に形成することができる。このため、部品点数の少ないシンプルな構成で、しかも、フェース吹出口から吹き出す冷風温度の低い空気調和ユニットを提供することができる。
図12は、車両用空気調和装置の概略の構成を示すブロック図であり、この車両用空気調和装置(以下、「空調装置」と呼ぶ)ACは、大きくは冷暖房などの空気調和を行う空気調和ユニット40と、冷房運転時に空気調和ユニット40内へ冷媒を供給する冷媒系1と、暖房運転時に空気調和ユニット40内へ熱源となるエンジン冷却水を供給する加熱源系2と、装置全体の作動制御を行う制御部3とにより構成されている。
コンプレッサ12は、エバポレータ11で車室内の熱を奪って気化した低温低圧のガス冷媒を圧縮し、高温高圧のガス冷媒としてコンデンサ13へ送り出すものである。乗用車等の車両用空気調和装置の場合、コンプレッサ12は通常エンジン21よりベルト及びクラッチを介して駆動力を受ける。
コンデンサ13は、エンジンルームの前部に配設され、コンプレッサ12から供給された高温高圧のガス冷媒を外気で冷却し、ガス状の冷媒を凝縮液化させるものである。こうして液化された冷媒は、レシーバ(図示せず)へ送られて気液の分離がなされた後、高温高圧の液冷媒として膨張弁14に送られる。この膨張弁14では、高温高圧の液冷媒を減圧及び膨張させることによって低温低圧の液(霧状)冷媒とし、エバポレータ11へ供給する。
制御部3は、空調装置ACを構成している空気調和ユニット40、冷媒系1、及び加熱源系2の作動制御を行うものであり、通常、乗員が各種の設定を行う操作パネルに制御回路を組み込んで、インスツルメントパネルの中央部等に配置されている。この制御部3では、各種ダンパ類の開閉操作による運転モードの選択切り換え、内気/外気切り換えダンパの切り換え操作による導入空気の選択切り換え、送風ファンの風量切り換え操作及び所望の温度設定操作等を行うことができる。
空気調和ユニット40は、通常HVAC(heating ventilation air-conditioning)モジュールと呼ばれており、たとえば図2に示すような外観形状とした中空の本体カバー41をケーシングとし、この本体カバー41内に上述したエバポレータ11及びヒータコア22の他、図示しない送風ファン等を収納設置した構成とされる。
エアミックスダンパ48は、ヒータコア22のエアミックス領域MX側となる上端部近傍を支点として動作する板状開閉部材であり、ヒータコア22を導入空気の流路から完全に遮断している最大冷房位置(実線表示)と、導入空気の全量がヒータコア22を通過して流れるように、エバポレータ11からエアミックス領域MXに向けて直接流れる流路を遮断している最大暖房位置(想像線表示)との間を揺動する。
デフロスト流路49及びフェースメイン流路50には、流路切換操作を行うデフロスト/フェースダンパ(以下、「フェースダンパ」と呼ぶ)53が設けられている。このフェースダンパ53は、デフロスト吹出口44を全閉としフェースメイン吹出口45を全開とするフェース吹出位置(実線表示)と、デフロスト吹出口44を全開としフェースメイン吹出口45を全閉とするデフロスト吹出位置(想像線表示)との間を揺動する。
フット流路52には、フット吹出口47の開閉操作と、デフロスト吹出口44及びフェース吹出口45に至る流路の開閉操作を行うフットダンパ55が設けられている。このフットダンパ55は、フット吹出口47を全閉とし、デフロスト吹出口44及びフェースメイン吹出口45に至る流路を全開にする暖房停止位置(実線表示)と、フット吹出口47を全開とし、デフロスト吹出口44及びフェースメイン吹出口45に至る流路を全閉にする暖房運転位置(想像線表示)との間を揺動する。
そして、上述した仕切板56の下端部側には、エアミックス領域MXの近傍となる位置に、フェースメイン流路50とバイパス流路51との間を連通させるように穿設したサブ流路57が形成されている。このサブ流路57は、上述したバイパスダンパ54のバイパス全開位置(実線表示)で同様に全開とされ、かつ、バイパスダンパ54のバイパス全閉位置(想像線表示)で全閉とされる。
図1に示すフェース吹出モードは、フェースメイン吹出口45及びフェースバイパス吹出口46から車室内乗員の上半身に向けて冷風を吹き出す運転モードである。このフェース吹出モード時には、エアミックスダンパ48が最大冷房位置に、フェースダンパ53がフェース吹出位置に、バイパスダンパ54がバイパス全開位置に、そして、フットダンパ55が暖房停止位置にあり、導入路70から供給された導入空気は、エバポレータ11を通過することで冷却された冷風となる。この冷風は、図中に矢印Cで示すように、全量が直接的にバイパス流路51及びフェースメイン流路50に導かれ、フェースメイン吹出口45及びフェースバイパス吹出口46から車室内へ吹き出す。この場合の冷風流路は、エアミックス領域MXを通過した後、冷風のメイン流路であるフェースメイン流路50とバイパス流路51とに分流する。また、バイパス流路51に流入した冷風の一部は、サブ流路57を通ってフェースメイン流路50に合流する。
なお、この場合はバイパスダンパ54がバイパス流路51及びサブ流路57を閉じているので、フェースバイパス吹出口46から冷風が吹き出すことはない。
なお、冷風のメイン流路となるフェースメイン流路50を流れる冷風の一部はエアミックス領域MXを通過して温度上昇するので、サブ流路57から温風との混合がない冷風が合流して緩和されるものの、全く温度上昇のないバイパス流路51を流れる冷風と比較すれば若干温度の高いものとなる。
この試験結果によれば、バイパス流路開度が増すことにより、すなわちバイパスダンパ54をバイパス全開位置側へ操作することにより、フェースメイン吹出口45及びフェースバイパス吹出口46から吹き出す冷風の吹出温度が低下していることが分かる。
このため、図4に示すバイパスダンパ54が中間位置にあるバイレベル吹出モード時には、凸部58がエアミックス領域MXを経由してフェースメイン吹出口45に至る冷風の流路を絞るため、すなわち、仕切板56の下端部と凸部58の頂点との間隔を狭めて流路断面積を小さくすることができるため、エアミックス領域MXを通過する冷風の流路抵抗は増大する。
そして、図5に示すバイレベル吹出モードのように、バイパスダンパ54がバイパス全開位置になれば、図4の中間位置よりさらに、温風の熱影響を受けない冷風が直接フェースメイン吹出口45及びフェースバイパス吹出口46に流れ込みやすくなるので、フェースメイン吹出口45及びフェースバイパス吹出口46から吹き出す冷風温度と、フット吹出口47から吹き出す温風温度との温度差をより一層増すことができる。
図10は、上述したバイレベル吹出モードにおいて、仕切板56を設けてフェースメイン流路50とバイパス流路51とに分割した本願構成の作用効果を示す図で、エアミックスダンパ48の開度制御と吹出温度との関係を示す試験結果である。この試験では、エアミックスダンパ48の開度を最大冷房位置側から最大暖房位置側へ30%から70%まで変化させ、フット吹出温度、フェースメイン吹出温度、フェース吹出温度及びフェースバイパス吹出温度の変化を示している。ここでのフェース吹出温度は、フェースメイン吹出温度とフェースバイパス吹出温度とが混合して乗員に供給される吹出温度であり、フェースメイン温度との間にΔTの温度差が生じている。この温度差ΔTの温度低下は、仕切板56を設けた効果であり、フェース吹出口から吹き出す冷風の温度が、温度の低いフェースバイパス吹出温度の冷風と比較的温度の高いフェースメイン吹出温度の冷風とが合流した結果である。すなわち、バイパス流路51の開閉により、乗員へのフェース吹出温度のみを独立して調整可能であることを示した結果である。
また、このようなフット吹出モードにおいては、図6に示したダンパ位置からバイパスダンパ54を操作してバイパス開位置にすると、エバポレータ11で冷却された冷風の一部については、バイパス流路51を通ってフェースバイパス吹出口46から吹き出すことができる。また、バイパスダンパ54の開度によって、フェース吹出口への吹出風量を制御することが可能となる。
すなわち、たとえば運転席側に日射が当たるようなフット吹出モードの運転状態において、右側に配置された運転席側のバイパスダンパ54Rをバイパス開位置とし、助手席側のバイパスダンパ54Lをバイパス全閉位置とすれば、運転席側及び助手席側の両方の足元には左右のフット吹出口47L,47Rから温風を吹き出し、日射の影響を受ける運転席側にはフェースバイパス吹出口46Lから冷風を吹き出すことができるので、バイパスダンパ54L,54Rの左右独立操作により、左右独立した吹出操作(運転)が可能になる。換言すれば、フット吹出モードでバイパスダンパ54L,54Rの異なる操作により、左右のフット吹出口47L,47Rに温風を流しながら左右いずれか一方のフェースメイン吹出口45L,45R及びフェースバイパス吹出口46L,46Rに冷風を流すことができるので、左右で異なる独立した吹出モードの選択切換が可能になる。
また、バイレベル吹出モードで左右のバイパスダンパ54L,54Rに異なる開閉操作をすれば、左右で異なるフェース吹出温度に調整できるので、左右で異なる上下独立温度調節が可能となる。
この初期暖房運転モードは、暖房運転開始時に外気温度が所定値以下の低温で、かつ、エンジン冷却水の水温が所定値以上の高温であれば、予め定めた条件が満たされるまでバイパスダンパ54を全開位置としてバイパス流路51を開き、ヒータコア22で加熱した温風の一部をサブ流路57から導入してフェースバイパス吹出口46から吹き出す運転モードである。
最初のステップS1でスタートし、次のステップS2でエンジン21及び空調装置ACがONとなれば、ステップS3において外気温度を確認する。この結果、外気温度が所定値(たとえば0℃)以下の低温となる「YES」であれば、ステップS4に進んでさらにエンジン冷却水の水温を確認する。そして、エンジン冷却水の水温が所定値(たとえば50℃)以上の高温となる「YES」であれば、すなわち暖房運転に利用できる温度の温水となっていれば、ステップS5に進んで初期暖房運転モードを開始する。この初期暖房運転モードでは、サブ流路57を開いて最大暖房運転を実施する。
また、上述したステップS3において、外気温度が所定値よりも高い「NO」の場合には、初期暖房運転モードは不要な状況にあると判断してステップS7に進み、通常運転が実施される。
また、上述したステップS4において、エンジン冷却水の水温が所定値まで上昇していない場合には、吹出口から冷風が吹き出して乗員に不快感を与えるため、暖房運転を実施できないと判断してステップS11の空調運転待機に進み、以下エンジン冷却水の温度条件が満たされるまで待機状態を継続する。
なお、図8のフローチャートにおいては、予め定めた条件として、車室内の温度が目標値に到達すること、そして、初期暖房運転モードが所定時間継続されたことの二つの条件のうちいずれか一方が満たされた場合に通常運転に戻るようにしたが、いずれか一方のみを条件としてもよいし、あるいは、二つが満たされることを条件としてもよい。
すなわち、ヒータコアが車室側に配置される従来構成では、エバポレータで冷却された冷風がヒータコアの熱影響を受けることなくフェース吹出口から吹き出すためには、たとえばトンネル状の専用ダクトを形成するなど対策が必要となるので、内部構造を複雑にして流路の圧力損失を増したり、部品点数を増すという問題が生じる。しかし、上述した本発明の配置にすれば、エバポレータ11で冷却した冷風は、エアミックス領域MX等で温風と交差することなく直接、フェース吹出口に連通するフェースバイパス吹出口46及びフェースメイン流路50の入口開口へスムーズに流れるので、部品点数の少ない簡単な構造で圧力損失も小さい冷風流路を形成することができる。従って、冷風の風量低下や温度上昇を防止し、吹出温度の低い十分な風量の冷風をフェース吹出口から吹き出すことが可能になる。
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、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。
2 加熱源系
3 制御部
11 エバポレータ
22 ヒータコア
40 空気調和ユニット
41 本体カバー
44 デフロスト吹出口
45,45L,45R フェースメイン吹出口
46,46L,46R フェースバイパス吹出口
47,47L,47R フット吹出口
48 エアミックスダンパ
49 デフロスト流路
50 フェースメイン流路
51 バイパス流路
52 フット流路
53 デフロスト/フェースダンパ(フェースダンパ)
54,54L,54R バイパスダンパ
55 フットダンパ
56 仕切板
57 サブ流路
58 凸部
60 仕切部材
AC 車両用空気調和装置(空調装置)
MX エアミックス領域
Claims (9)
- 外気または内気を導入するための空気取入口と、デフロスト吹出口、フェース吹出口、及びフット吹出口からなる空気吹出口と、前記空気取入口及び前記空気吹出口を連通するダクトとが形成された本体カバー内に、
前記空気取入口から空気を取り入れるとともに、この空気を前記空気吹出口から吹き出させる送風機と、
前記送風機により前記ダクト内を流れる空気を冷却するエバポレータと、
前記送風機により前記ダクト内を流れる空気を加熱するヒータコアとを備える空気調和ユニットであって、
前記本体カバー内で冷風及び温風が混合されるエアミックス領域から前記フェース吹出口に連通するダクト内を仕切板で分割形成したメイン流路及びバイパス流路と、
前記エアミックス領域の近傍で前記メイン流路及び前記バイパス流路の間が連通するよう前記仕切板に形成されたサブ流路と、
前記バイパス流路及び前記サブ流路を同時に全閉とする第1の位置から全開とする第2の位置まで動作する開閉手段とを備えるとともに、
前記エアミックス領域に配設され、開度制御により冷風及び温風の混合割合を調整するエアミックスダンパが、前記エアミックス領域の幅方向にわたって一定の高さで冷風流路側に膨出する山形に形成されていることを特徴とする空気調和ユニット。 - 前記山形の面が、最大暖房運転時及び最大冷房運転時のダンパ位置で、前記仕切板の延長線と略一致していることを特徴とする請求項1に記載の空気調和ユニット。
- 前記バイパス流路は、前記メイン流路より冷風流れ方向の上流側に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の空気調和ユニット。
- 暖房運転の開始時に、外気温度が所定値以下の低温であり、かつ、エンジン冷却水の水温が所定値以上の高温であれば、予め定めた条件を満たすまで、前記開閉手段を前記第2の位置とする初期暖房運転モードを設けたことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の空気調和ユニット。
- 前記エアミックス領域から前記フェース吹出口及びフット吹出口に連通するダクト内を仕切部材で空調対象毎に分割し、前記開閉手段を各空調対象毎に分割して設けるとともに各々独立した制御を行うことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の空気調和ユニット。
- 前記バイパス流路は、前記エアミックスダンパよりも後流に配置されるものであって、前記バイパス流路にバイパス用ダンパを設け、前記バイパス用ダンパは、独立して前記バイパス流路を開閉可能であることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の空気調和ユニット。
- 前記バイパス流路に、前記バイパス流路を左右に分割する仕切り板を設けたことを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の空気調和ユニット。
- 前記エバポレータを前記ヒータコアより上流側でかつ車室側となる位置に配置したことを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の空気調和ユニット。
- 請求項1から8のいずれかに記載の空気調和ユニットと、
ガス状の冷媒を圧縮するコンプレッサと、高圧のガス冷媒を外気と熱交換して凝縮させるコンデンサと、高温高圧の液冷媒を低温低圧の液冷媒にする膨張弁とを具備し、前記エバポレータに低温低圧の液冷媒を供給する冷媒系と、
エンジン冷却水を前記ヒータコアに導入する加熱源系と、
前記空気調和ユニット、冷媒系及び加熱源系の作動制御を行う制御部とを備えていることを特徴とする車両用空気調和装置。
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