説明

車両、空調装置、および空調方法

【課題】自動車を冷却する空気調和装置では、ユーザが乗車してから車内が冷却されるまでに時間がかかる。
【解決手段】車両は、ユーザが乗車する乗車空間と、圧縮空気を貯蔵可能なタンクと、乗車空間に対してタンクに貯蔵された圧縮空気を放出させる制御部と、を有する。タンクへの空気の圧縮、タンクに貯蔵された圧縮空気の冷却、及び、タンクに貯蔵された圧縮空気の加熱、のうち少なくとも一つの処理には、当該車両の動力源および電源の負担にならないエネルギを使用する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、自動車などの車両の乗車空間を冷却する車両、空調装置、および空調方法に関する。
【背景技術】
【0002】
自動車などの車両は、一般的に、その乗車空間を冷却するために、ユーザが乗車し、ユーザがイグニッションキーを操作してエンジンを起動することにより、冷却動作を開始する空気調和装置を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2006−168476号公報
【特許文献2】特開2010−216739号公報
【特許文献3】特開2008−296901号公報
【特許文献4】特開2007−168466号公報
【特許文献5】特開2008−183996号公報
【特許文献6】特開2005−238911号公報
【特許文献7】特開2007−297965号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、このような従来の空気調和装置では、ユーザが乗車し、ユーザがイグニッションキーを操作してエンジンを起動することにより冷却サイクルを回し始めるため、実際に乗車空間が冷却され始めるまでに時間遅れが生じる。
特に、車両が炎天下に置かれたような状況では、乗車空間が熱せられており、乗車空間が冷却されるまで、ユーザは、暑い乗車空間に耐えなければならない。
【0005】
特許文献は何れもこのような従来の課題を解決するもので、特許文献1から6は、圧縮した空気を乗車空間に放出する技術を開示する。
特許文献7は、排出ガスの圧力や熱を利用した発電・空気冷却システムを開示する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
ところで、このように圧縮した空気を乗車空間に放出する機構では、空気の圧縮に利用するエネルギについて考慮されなければならない条件が存在する。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、圧縮空気の適切な充填が可能な冷却装置を提供することを目的としている。
【0007】
本発明の第1の観点に係る車両は、ユーザが乗車する乗車空間と、圧縮空気を貯蔵可能なタンクと、乗車空間に対してタンクに貯蔵された圧縮空気を放出させる制御部と、を有する。そして、タンクへの空気の圧縮、タンクに貯蔵された圧縮空気の冷却、及び、タンクに貯蔵された圧縮空気の加熱、のうち少なくとも一つの処理には、当該車両の動力源および電源の負担にならないエネルギを使用する。
【0008】
好適には、タンクに圧縮される圧縮空気は、当該車両の減速期間において車輪より伝達される回転力、排気ブレーキの排気圧力、または、排気ブレーキにより作動する圧縮装置により圧縮されてよい。
【0009】
好適には、タンクに貯蔵された圧縮空気は、当該車両の車内に取り入れられ若しくは冷却された空気、走行風、空気調和装置の冷媒、当該車両のエンジン若しくはトランスミッションの駆動力を用いて生成される冷媒、または、バッテリ若しくはジェネレータの電力を用いて生成される冷媒、により冷却されてよい。
【0010】
好適には、前記タンクに貯蔵された圧縮空気は、当該車両の車内に取り入れられ若しくは加熱された空気、車体の熱、空気調和装置の熱媒体、当該車両のエンジン若しくはトランスミッションの駆動力を用いて生成される熱媒体、バッテリ若しくはジェネレータの電力を用いて生成される熱媒体、エンジンの熱若しくは排気熱、または、ブレーキ若しくはトランスミッションの熱、により加熱されてよい。
【0011】
好適には、当該車両のエンジンブレーキがかかっている期間の車輪より伝達される回転力により、タンクに空気を圧縮し、タンクに貯蔵された圧縮空気を冷却する場合には、当該車両の車内に取り入れられ若しくは冷却された空気により冷却し、タンクに貯蔵された圧縮空気を加熱する場合には、当該車両のエンジンの熱若しくは排気熱により加熱してよい。
【0012】
本発明の第2の観点に係る空調装置は、ユーザが乗車する車両の乗車空間を冷却する空調装置であって、圧縮空気を貯蔵可能なタンクと、乗車空間に対してタンクに貯蔵された圧縮空気を放出させる制御部と、を有する。そして、タンクへの空気の圧縮、タンクに貯蔵された圧縮空気の冷却、及び、タンクに貯蔵された圧縮空気の加熱、のうち少なくとも一つの処理には、当該車両の動力源および電源の負担にならないエネルギを使用する。
【0013】
本発明の第3の観点に係る空調方法は、ユーザが乗車する車両の乗車空間を冷却する圧縮空気をタンクに貯蔵する空調装置の空調方法であって、当該車両の動力源および電源の負担にならないエネルギを使用して、タンクに圧縮空気を貯蔵し、タンクに貯蔵された圧縮空気を、乗車空間へ放出する。
【0014】
本発明の第4の観点に係る空調方法は、ユーザが乗車する車両の乗車空間を冷却する圧縮空気をタンクに貯蔵する空調装置の空調方法であって、タンクに圧縮空気を貯蔵し、当該車両の動力源および電源の負担にならないエネルギを使用して、タンクに貯蔵された圧縮空気を冷却または加熱し、タンクに貯蔵された圧縮空気を、乗車空間へ放出する。
【発明の効果】
【0015】
本発明では、タンクに蓄積していた圧縮空気を乗車空間へ放出する。
乗車空間は、乗車空間へ放出された圧縮空気により冷却される。
その結果、本発明では、車内を直ちに冷却できる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】図1は、本発明の第1実施形態に係る空調装置を用いた、自動車の車体の部分透視の側面図である。
【図2】図2は、図1の自動車に搭載される空調装置の構成図である。
【図3】図3は、図2のコントローラによる急速冷暖房プロセスのフローチャートである。
【図4】図4は、本発明の第2実施形態に係る空調装置の、圧縮系部分の構成図である。
【図5】図5は、図4の空調装置の圧縮工程のフローチャートである。
【図6】図6は、図4の空調装置の、加熱冷却系部分の構成図である。
【図7】図7は、図6の空調装置の貯蔵工程のフローチャートである。
【図8】図8は、本発明の第2実施形態に係る空調装置の、圧縮系部分の変形例の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係る空調装置を用いた、自動車1の部分透視の側面図である。
【0018】
図1の自動車1は、車体2を有する。
車体2の中央部には、ユーザが乗り込む乗車空間3を有する。
乗車空間3内には、ユーザが着座する座席4が2列で設けられている。
車体2の乗車空間3の側面には、ユーザが乗車するために開閉するドアパネル5が設けられている。
ドアパネル5の上部には、ウィンドウガラス6が上下移動可能に設けられている。
ユーザは、ドアパネル5を開閉して乗車して座席4に座ることができる。
ユーザは、ドアパネル5の内面に設けられた開閉スイッチを操作してウィンドウガラス6を開閉することができる。
【0019】
乗車空間3は、ドアパネル5およびウィンドウガラス6を閉じた状態で、外から隔離された空間となる。
このような乗車空間3では、たとえば夏の暑い日射などで室温が大幅に上昇する。また、ハンドル、座席4などの内装品の表面温度も上昇し、ユーザにとって乗車空間3を急激に冷却する必要が生じる。
一般的な自動車1では、乗車したユーザがイグニッションキーを操作してエンジンを始動し、空気調和装置を起動し、これに伴ってコンプレッサを駆動することで空気調和装置の冷却サイクルが始動することにより、乗車空間3の空気が冷却される。
しかしながら、このように空気調和装置を用いて乗車空間3を冷却する場合、熱交換器を利用して乗車空間3の空気を直接に冷却するため、ユーザが乗車してから乗車空間3が冷却されるまでに時間がかかる。
そこで、本実施形態では、乗車しようとするユーザが乗車する前に、圧縮空気を乗車空間へ放出することで乗車空間を急激に冷却する冷却装置10を用いる。
【0020】
図2は、図1の自動車1に搭載される急速空調装置10の構成図である。
図2の急速空調装置10は、図1の乗車空間3に対して圧縮空気を放出することにより、乗車空間3を冷却するものである。
急速空調装置10は、圧縮ユニット11、吸気ダクト12、吸気弁13、タンク14、排気ダクト15、排気弁16、コントローラ17、冷却ユニット22、および加熱ユニット23を有する。
急速空調装置10は、タンク14の圧縮空気の圧力を検出する圧力センサ20と、タンク14の圧縮空気の温度を検出する温度センサ21と、を有する。
【0021】
圧縮ユニット11は、コントローラ17により起動および停止が制御され、起動中に空気を吸引して圧縮して出力するコンプレッサを有する。コントローラ17は、起動中の圧縮ユニット11の能力を制御してよい。
圧縮ユニット11の吸気口18は、乗車空間3に設けられても、自動車1の外(乗車空間3外)に設けられてもよい。乗車空間3外の外気を吸引する場合、圧縮ユニット11は、走行速度に応じて吸引能力を調整しても、停車中に吸引するようにしてもよい。外気の気圧の変動などにより、圧縮ユニット11に過度な負荷が作用し難くなる。乗車空間3内の内気を吸引する場合、乗車空間3の気圧が下がる。このため、たとえば自動車1に搭載された空気調和装置を外気導入モードに設定した状態で、圧縮ユニット11が吸引すればよい。内気は、一般的に空気調和装置により温度および湿度が調整される。内気は、外気よりも、タンク14に貯蔵する空気中の湿気を抑制し、当該空気を乗車空間3へ再放出した後の冷却効果および湿度上昇の抑制効果を期待できる。
【0022】
圧縮ユニット11には、車体2に搭載されるエンジン7の回転駆動力を動力源として利用可能であるが、本実施形態では、車両の動力源および電源の負担にならないエネルギを使用する。
圧縮ユニット11は、たとえば、車両のエンジンブレーキがかかっている減速期間において、車輪より伝達される回転力を利用してコンプレッサを駆動して空気を圧縮する。
あるいは、排気ブレーキの排気圧力を利用して空気を圧縮したり、または、排気ブレーキの排気圧力により駆動するコンプレッサで空気を圧縮したりしても良い。
このため、図1に示すように、圧縮ユニット11は、エンジンルームに設けるとよい。この場合、エンジン7の出力軸と圧縮ユニット11のコンプレッサの入力軸との間に、電磁クラッチを設ける。電磁クラッチを切ることにより、エンジン7の動作中に圧縮ユニット11のコンプレッサを停止できる。また、減速中に電磁クラッチを接続することにより、車両のエンジンブレーキがかかっている期間に車輪より伝達される回転力により、コンプレッサを作動できる。
この他にもたとえば、圧縮ユニット11は、車体2に搭載されるバッテリ、ジェネレータ、太陽光パネルの電力、又は家庭用電源を動力源として利用してよい。
また、急速空調装置10の圧縮ユニット11のコンプレッサは、車両に搭載されている空気調和装置のコンプレッサと一体化してもよい。
【0023】
吸気ダクト12は、圧縮ユニット11とタンク14とを接続する。
圧縮ユニット11により圧縮された空気は、吸気ダクト12を通じてタンク14へ供給される。
【0024】
吸気弁13は、吸気ダクト12に設けられる。吸気弁13は、コントローラ17により開閉制御される。
吸気弁13が開状態である場合、圧縮ユニット11により圧縮された空気はタンク14へ供給される。
吸気弁13が閉状態である場合、吸気ダクト12が遮断され、圧縮ユニット11からタンク14への圧縮空気の供給が停止する。タンク14側から圧縮ユニット11へ圧縮空気が逆流しない。
【0025】
タンク14は、圧縮空気を貯蔵する。タンク14は、たとえばステンレスなどの金属製、強化プラスチック製でよい。これらの素材によるタンク14は、高い圧力で圧縮空気を貯蔵できる。
例えば乗車空間の容積が4000Lの車両に対し、40Lのタンクに100気圧で圧縮空気を保存し、制御部が乗車空間に室温より低い乗車空間の容積に等しい程度の圧縮空気を放出することで、乗車空間内の高い室温の空気を車室外に押し出し、膨張することで冷却された圧縮空気が乗車空間の空気と入れ替わることで乗車空間の室温を下げることができる。そのため、タンク14の容量および形状に特段の制限はないが、好適にはタンクの容量は乗車空間の容積と同じかそれ以上としてよい。また、乗車空間の空気と膨張した圧縮空気が入れ替わるのではなく、乗車空間の容積よりも少ない圧縮空気を乗車空間に放出することで乗車空間の高い室温を低減してもよい。タンク14の容量が大きいほど、大量の圧縮空気を蓄積できる。
タンク14は、自動車1または急速空調装置10に固定されても、着脱可能でもよい。タンク14が着脱可能である場合、タンク14を交換できる。予め圧縮空気を封入したタンク14を取り付けることにより、圧縮ユニット11を用いることなく、圧縮空気を乗車空間3へ放出することが可能になる。タンク14に圧縮空気とともにアロマオイルや芳香剤を同時封入することにより、車内の消臭効果を期待できる。
タンク14の設置場所には、特に制限はない。自動車1等に要求される安全基準などに基づいて、適切な箇所に設置すればよい。図1では、タンク14は、エンジンルームに設けられている。タンク14は、カーゴスペース、または乗車空間3に設置してよい。乗車空間3に設置する場合、タンク14は、直射日光が当たらない箇所または高温となり難い箇所に設置するとよい。
なお、急速空調装置10は、複数個のタンク14を有してよい。複数個のタンク14は、それらが独立して圧縮空気を蓄積し乗車空間3へ供給するものでも、一方のタンク14から他方のタンク14へ圧縮空気を供給するものでもよい。
【0026】
排気ダクト15は、タンク14と乗車空間3とを接続する。
タンク14から排気された圧縮空気は、排気ダクト15を通じて自動車1の乗車空間3へ供給される。
排気ダクト15の排気口19は、乗車空間3に設けられる。排気口19は、ノズル形状でよい。排気口19をノズル形状とすることで、排気ダクト15内で圧力を保ったまま圧縮空気を乗車空間3へ吐出できる。
排気口19の配置、向き、個数には特段の制限はない。空気調和装置の排気口を利用してよい。また、排気口19は、空気調和装置のダクトに接続されてもよい。
ただし、圧縮された空気には、それが膨張することにより気温を下げる効果があるだけでなく、それを吹き付けた物体の表面温度を下げる効果がある。このため、シート、ハンドル、ダッシュボードなどの高温となる箇所またはユーザが直接接触する箇所に対して、圧縮空気を直接吹き付けることができる位置、向きで、排気口19を設けるとよい。たとえばピラー、ルーフなどに下向きに排気口19を設ければよい。
図1では、複数の排気口19の一部は、ルーフに下向きに設けられ、圧縮空気を座席4に吹き付けるように配置されている。また、複数の排気口19の残部は、座席4内に上向きに設けられ、圧縮空気を座席4から乗車空間3に吹き出すように配置されている。
【0027】
排気弁16は、排気ダクト15に設けられる。排気弁16は、コントローラ17により開閉制御される。
排気弁16が閉状態である場合、排気ダクト15が遮断され、タンク14内の圧縮空気はタンク14内に留まり貯蔵される。圧縮ユニット11の動作中に排気弁16を閉じることにより、タンク14内の空気圧が高まる。
排気弁16が開状態である場合、タンク14に貯蔵された圧縮空気は、乗車空間3へ放出される。
【0028】
コントローラ17は、圧縮ユニット11、吸気弁13、排気弁16、圧力センサ20、冷却ユニット22、加熱ユニット23などの急速空調装置10の各部に接続される。コントローラ17は、急速空調装置10を制御する。
急速空調装置10は、圧縮ユニット11で空気を圧縮し、圧縮した空気をタンク14に貯蔵し、タンク14に貯蔵した圧縮空気を乗車空間3へ放出する。乗車空間3へ放出された圧縮空気は、乗車空間3で膨張し、この膨張の際の吸熱効果により、乗車空間3内の空気を冷却する。また、圧縮空気が吹き付けられた箇所は、冷却される。
なお、コントローラ17は、圧縮空気を貯蔵するタンク14をヒータにより加熱したり又はサーミスタにより冷却したりしてよい。これにより、圧縮空気の放出前温度を調整し、圧縮空気を放出した後の乗車空間3の室温を調整するができる。
コントローラ17は、制御プログラムを記憶するメモリと、制御プログラムを実行する中央処理装置とを有する。コントローラ17は、独立したコントローラ17でよいが、自動車1のエンジン7を制御するECU(Engine Control Unit)31の一部として実現されても、空気調和装置のコントローラに実現されてもよい。
コントローラ17には、制御の処理または判断に使用する各種の情報を得るために、車両の走行制御信号、各種の検出信号が入力される。このような信号としては、たとえば、イグニッションキーの状態の検出信号、エンジン7の起動信号若しくは停止信号、速度パルス信号、ブレーキの操作信号、リモートコントロール開閉キーの検出信号、ドアパネル5のロック開錠信号若しくは施錠信号がある。これらの信号は、たとえばECU31から入力される。この他にも、たとえば、外気温センサ、内気温センサ若しくは日照センサの検出信号がある。
なお、コントローラ17は、時刻や時間を計測するタイマ、携帯電話機などと通信する無線通信部などを備えてよい。
【0029】
冷却ユニット22は、タンク14に貯蔵された圧縮空気を冷却する。冷却ユニット22は、コントローラ17により起動および停止が制御される。
冷却ユニット22は、急速空調装置10の専用ユニットであってもよいが、本実施形態では、車両の既存設備を流用しつつ、車両の動力源および電源の負担にならないエネルギを使用する。
具体的には、冷却ユニット22は、たとえば、当該車両の車内に取り入れられ若しくは冷却された空気、走行風、空気調和装置の冷媒、当該車両のエンジン7若しくはトランスミッションの駆動力を用いて生成される冷媒、または、バッテリ若しくはジェネレータの電力を用いて生成される冷媒、により、タンク14に貯蔵された圧縮空気を冷却する。
【0030】
加熱ユニット23は、タンク14に貯蔵された圧縮空気を加熱する。加熱ユニット23は、コントローラ17により起動および停止が制御される。
加熱ユニット23は、急速空調装置10の専用ユニットであってもよいが、本実施形態では、車両の既存設備を流用しつつ、車両の動力源および電源の負担にならないエネルギを使用する。
具体的には、加熱ユニット23は、たとえば、当該車両の車内に取り入れられ若しくは加熱された空気、車体2の熱、空気調和装置の熱媒体、当該車両のエンジン7若しくはトランスミッションの駆動力を用いて生成される熱媒体、バッテリ若しくはジェネレータの電力を用いて生成される熱媒体、エンジンの熱若しくは排気熱、または、ブレーキ若しくはトランスミッションの熱、により、タンク14に貯蔵された圧縮空気を加熱する。
【0031】
次に、図2の急速空調装置10の動作を説明する。
図3は、図2の急速空調装置10の急速冷暖房プロセスのフローチャートである。
【0032】
図3の全体制御において、急速空調装置10のコントローラ17は、まず、空気の圧縮工程を実行する(ステップST1)。
コントローラ17は、たとえば車両の減速中に、圧縮工程を実行する。
圧縮工程において、コントローラ17は、吸気弁13を開き、排気弁16を閉じた状態で、圧縮ユニット11を動作させて、タンク14へ圧縮した空気を供給する。電磁クラッチを用いる場合、コントローラ17は、これを接続する。
コントローラ17は、タンク14の圧力を検出する圧力センサ20の検出信号や、メモリに記憶されている急速空調装置10のサイクルを示すフラグに基づいて、タンク14の圧縮空気の有無を判断し、圧縮空気が貯蔵されていない場合に圧縮ユニット11を動作させるようにしてよい。
圧縮途中において減速が終了すると、コントローラ17は、吸気弁13を閉じ、電磁クラッチを開く。圧縮は中断される。
再度、減速状態になると、コントローラ17は、吸気弁13を開き、電磁クラッチを閉じる。
コントローラ17は、車両の走行中に、当該制御を繰り返す。これにより、タンク14には、圧縮空気が貯蔵される。
また、コントローラ17は、圧力センサ20により検出された圧力が所定の基準値を超えると、当該圧縮工程を終了する。
【0033】
コントローラ17が圧縮工程を終了すると、圧縮ユニット11を停止し、吸気弁13を閉じる。電磁クラッチを用いる場合、コントローラ17は、これを遮断する。
これにより、吸気弁13および排気弁16がともに閉じた状態になり、タンク14には、基準値以上の圧力の圧縮空気が貯蔵される(貯蔵工程、ステップST2)。
なお、タンク14への圧縮空気の貯蔵を停止する所定の基準圧力は、大気圧より高ければよく、たとえば数Mpaである。
【0034】
ところで、空気は圧縮されることにより発熱する。
タンク14に収容された圧縮空気は、圧縮完了後にタンク14とともに冷却される。
たとえばタンク14が断熱構造でない場合、圧縮空気の温度は、タンク14の外気温と同じ温度まで冷却される。
よって、このタンク14に圧縮空気を供給した後の貯蔵工程において、タンク14内の圧縮空気の温度は、たとえば常温に冷却される。
【0035】
ただし、本実施形態では、コントローラ17は、貯蔵工程において、タンク14に貯蔵された圧縮空気を加熱または冷却する。
たとえば、コントローラ17は、タンク14の圧縮空気を乗車空間3へ放出することにより乗車空間3の温度が空気調和装置に設定された温度となるように、タンク14に貯蔵された圧縮空気の必要熱量を演算する。
コントローラ17は、タンク14に貯蔵された圧縮空気の熱量がその必要熱量となるように、制御を実行する。
【0036】
タンク14に貯蔵された圧縮空気の熱量が少ない場合、コントローラ17は、加熱ユニット23を動作させる。
加熱ユニット23は、たとえば温まったエンジン7の排熱、空気調和装置のヒータの熱を流用して、タンク14の圧縮空気を加熱する。
コントローラ17は、温度センサ21により検出された圧縮空気の温度が所望の温度になると、加熱ユニット23を停止する。
【0037】
タンク14に貯蔵された圧縮空気の熱量が多い場合、コントローラ17は、冷却ユニット22を動作させる。
冷却ユニット22は、たとえば車内に取り入れられた空気、空気調和装置の冷媒または冷却された空気を流用して、タンク14の圧縮空気を冷却する。
コントローラ17は、温度センサ21により検出された圧縮空気の温度が所望の温度になると、冷却ユニット22を停止する。
【0038】
次に、コントローラ17は、放出工程を実行する(ステップST3)。
コントローラ17は、たとえばユーザが乗車した時、乗車した後、または乗車しそうな状況にある時、放出工程を開始する。
放出工程において、コントローラ17は、吸気弁13を閉じたまま、排気弁16を開く。
これにより、タンク14に蓄積されていた圧縮空気は、排気ノズルを通じて乗車空間3へ排気される。
圧縮空気は、乗車空間3内で膨張し、膨張に伴う吸熱反応により乗車空間3の室温を低下させる。
なお、この放出工程において、乗車空間3の圧力上昇を抑制するために、コントローラ17は、ウィンドウガラス6を開ける制御を併せて実行してよい。あるいは、コントローラ17は、空気調和装置を外気導入モードに併せて制御してよい。コントローラ17は、このように乗車空間3に通気口が設けられた状態で圧縮空気の放出を開始すればよい。コントローラ17は、ウィンドウガラス6やドアパネル5が開けられたことを検出して、圧縮空気の放出を開始してよい。
【0039】
以上のように、コントローラ17は、圧縮空気を乗車空間3に放出するために、圧縮工程、貯蔵工程および放出工程を1回の冷却サイクルとして実行する。
これにより、放出後の乗車空間3の室温は、放出前と比べて低下する。
急速空調装置10は、乗車空間3を冷却できる。
コントローラ17が冷却サイクルを繰り返し実行することにより、乗車空間3を複数回にわたって冷却できる。
また、本実施形態の急速空調装置10では、空気を圧縮したら直ちに乗車空間3へ放出するのではなく、貯蔵工程を経ている。
この貯蔵工程での放熱期間を経ることにより、圧縮空気の温度は、圧縮完了時の温度より低下し、たとえば常温になる。
低温化した圧縮空気を乗車空間3へ放出することにより、圧縮直後の高温の圧縮空気を放出する場合に比べて、より多くの室温低下を期待できる。
【0040】
この冷却サイクルの圧縮工程において、コントローラ17は、たとえば車両のエンジンブレーキがかかっている期間に車輪より伝達される回転力により、車両の動力源および電源の負担にならないエネルギを使用して、空気を圧縮する。
貯蔵工程において加熱する場合、コントローラ17は、たとえばエンジン7の排熱により、車両の動力源および電源の負担にならないエネルギを使用して、タンク14に貯蔵された圧縮空気を加熱する。
貯蔵工程において冷却する場合、コントローラ17は、たとえば空気調和装置の冷媒により、車両の動力源および電源の負担にならないエネルギを使用して、タンク14に貯蔵された圧縮空気を冷却する。
このように、本実施形態の急速空調装置10は、車両の動力源および電源の負担にならないエネルギを使用して、空気を圧縮し、加熱し、冷却する。
よって、急速空調装置10は、低負荷、排熱、余剰なエネルギを使用して、空気を圧縮し、加熱し、冷却できる。
【0041】
[第2実施形態]
第1実施形態は、圧縮空気を用いて乗車空間3を冷却する急速空調装置10の、基本的な構成および動作の例である。
第2実施形態は、さらに具体的な急速空調装置10の例である。
第2実施形態での車両および急速空調装置10の基本構成は、第1実施形態のものと同様である。
【0042】
図4は、本発明の第2実施形態に係る急速空調装置10の、圧縮系部分の構成図である。
図4の急速空調装置10は、タンク14に空気を圧縮する圧縮ユニット11として、コンプレッサ24と、電磁クラッチ25とを有する。
【0043】
コンプレッサ24には、たとえば容積型ポンプを使用できる。容積型ポンプは、吸気口18から空気などの流体を吸引し、吸引した流体の容積を減らす動作をすることにより流体を圧縮する。容積型ポンプには、たとえばギアポンプ、ダイヤフラムポンプ、ピストンポンプ、プランジャーポンプがある。ギアポンプは、回転運動により流体を圧縮する。ダイヤフラムポンプ、ピストンポンプ、プランジャーポンプは、往復運動により流体を圧縮する。
本実施形態の急速空調装置10は、圧縮した空気を直接に乗車空間3へ放出する。乗車空間3の汚染を抑制するため、コンプレッサ24には、オイルレスタイプのものを使用するのが望ましい。急速空調装置10の圧縮空気をそのまま乗車空間3へ放出するのではなく、圧縮空気の冷気を熱交換器によりたとえば外気などの別の空気に伝えて乗車空間3へ供給してよい。
【0044】
電磁クラッチ25は、エンジン7の出力軸とコンプレッサ24の入力軸との間に設けられる。
電磁クラッチ25を切ることにより、エンジン7の動作中にコンプレッサ24を停止できる。また、減速中に電磁クラッチ25を接続することにより、車両のエンジンブレーキがかかっている減速期間において車輪より伝達される回転力により、コンプレッサ24を作動できる。
コンプレッサ24と電磁クラッチ25とは、エンジンルームに設けるとよい。
【0045】
図5は、図4の急速空調装置10の圧縮工程のフローチャートである。
ステップST11においてエンジン7が始動されると、コントローラ17は、車両が減速中であるか否かを判断する(ステップST12)。
コントローラ17は、たとえばECU31からのエンジン7の起動信号により始動を判断できる。
コントローラ17は、たとえばECU31からの車速パルス信号、アクセルペダルの未踏状態の検出信号により、車両が減速中であるか否かを判断できる。
車速パルス信号が検出されている状態でアクセルペダルの未踏状態が検出されると、車両は、減速し、エンジンブレーキが作用している状態であると考えられる。
【0046】
車両が減速中である場合、コントローラ17は、圧縮工程を開始する(ステップST13)。
コントローラ17は、電磁クラッチ25を閉じ、コンプレッサ24を動作させる。コントローラ17は、吸気弁13を開く。
これにより、タンク14に空気が圧縮される。
【0047】
その後、コントローラ17は、ステップST12の減速中であるか否かの判断を繰り返す。
減速中でなくなると、コントローラ17は、圧縮を中断する(ステップST14)。
コントローラ17は、吸気弁13を閉じる。コントローラ17は、電磁クラッチ25を開き、コンプレッサ24を停止させる。
これにより、タンク14への空気の圧縮が中断する。
【0048】
コントローラ17は、圧縮工程を終了するか否かを判断する(ステップST15)。
コントローラ17は、たとえば圧力センサ20の検出圧力が所定圧力を超えると、圧縮工程を終了すると判断する。
超えていない場合は、コントローラ17は、ステップST12からST14の処理を繰り返す。
これにより、タンク14には、車両の減速中に断続的に圧縮空気が圧縮される。
【0049】
圧縮工程を終了する場合、コントローラ17は、吸気弁13を閉じる。コントローラ17は、電磁クラッチ25を開き、コンプレッサ24を停止させる(ステップST16)。
これにより、タンク14への空気の圧縮が終了する。
タンク14には、所定の一定圧力の圧縮空気が圧縮される。
【0050】
図6は、図4の急速空調装置10の、加熱冷却系部分の構成図である。
図6の急速空調装置10は、空気調和装置32において冷却または加熱された空気により、タンク14に貯蔵された圧縮空気を加熱または冷却する。
急速空調装置10は、排気口を有する断熱ケース26、断熱ケース26に連通する冷気ダクト27、冷気弁28、暖気ダクト29、暖気弁30を有する。
【0051】
断熱ケース26は、吸気弁13から排気弁16までのダクトと、タンク14とを収容する。
断熱ケース26は、たとえば真空層により、ケースの内側と外側とを断熱すればよい。
【0052】
冷気ダクト27は、断熱ケース26に冷気を導入する。
冷気ダクト27は、断熱ケース26と空気調和装置32の空調ダクト33とを接続する。
冷気ダクト27は、空気調和装置32の空調ダクト33において、エバポレータ34の下流側の部位に接続される。これにより、空気調和装置32により車内へ吸引され、さらにエバポレータ34により冷却された空気が、冷気ダクト27を通じて、断熱ケース26へ導入される。
【0053】
エバポレータ34は、冷却ユニット22の一部である。
冷却ユニット22は、エンジン7で駆動されるコンプレッサ41、圧縮された冷媒を凝縮液化させるコンデンサ42、凝縮液化された冷媒のうちの液冷媒のみを分離するレシーバ43、液冷媒を減圧膨張させるエキスパンションバルブ44、膨張した冷媒を気化させるエバポレータ34、および、これらを環状に接続する配管45、を有する。
【0054】
冷気弁28は、冷気ダクト27に設けられる。冷気弁28は、コントローラ17により開閉制御される。
冷気弁28が開状態である場合、空気調和装置32の冷気は断熱ケース26へ供給される。
冷気弁28が閉状態である場合、断熱ケース26に導入された冷気は、断熱ケース26に留まる。この冷気により、タンク14の圧縮空気は冷却される。
【0055】
暖気ダクト29は、断熱ケース26に暖気を導入する。
暖気ダクト29は、断熱ケース26と空気調和装置32の空調ダクト33とを接続する。
暖気ダクト29は、空気調和装置32の空調ダクト33において、ヒータ35の下流側の部位に接続される。これにより、空気調和装置32により車内へ吸引され、さらにヒータ35により加熱された空気が、暖気ダクト29を通じて、断熱ケース26へ導入される。
【0056】
ヒータ35は、加熱ユニット23の一部である。
加熱ユニット23は、ヒータ35、エンジン7で暖められた冷却水をヒータ35へ循環させる配管46、配管46に設けられた冷却水ポンプ47、を有する。
【0057】
暖気弁30は、暖気ダクト29に設けられる。暖気弁30は、コントローラ17により開閉制御される。
暖気弁30が開状態である場合、空気調和装置32の暖気は断熱ケース26へ供給される。
暖気弁30が閉状態である場合、断熱ケース26に導入された暖気は、断熱ケース26に留まる。この暖気により、タンク14の圧縮空気は加熱される。
【0058】
次に、図6の急速空調装置10の貯蔵工程での冷却または加熱について説明する。
図7は、図6の急速空調装置10の貯蔵工程のフローチャートである。
急速空調装置10のコントローラ17は、圧縮工程を終了すると、貯蔵工程を開始する(ステップST21)。
【0059】
貯蔵工程を開始すると、コントローラ17は、圧縮空気の必要熱量を演算する(ステップST22)。
コントローラ17は、たとえば、タンク14の圧縮空気を乗車空間3へ放出することにより乗車空間3の温度が空気調和装置32に設定された温度となるように、タンク14に貯蔵された圧縮空気の必要熱量を演算する。
この他にも、コントローラ17は、季節に応じた温度、たとえば夏では28度へ冷却するために必要な熱量を演算してよい。
【0060】
必要熱量を演算した後、コントローラ17は、タンク14に実際に貯蔵された圧縮空気の熱量に過不足があるか否かを判断する(ステップST23、ST24)。コントローラ17は、温度センサ21の検出温度と圧力センサ20の圧力とに基づいて、タンク14に実際に貯蔵された圧縮空気の熱量を演算し、先に演算した必要熱量と比較する。
【0061】
熱量が不足している場合、コントローラ17は、圧縮空気の加熱処理を実行する(ステップST25)。
コントローラ17は、加熱ユニット23の冷却水ポンプ47を動作させる。冷却水ポンプ47は、コントローラ17の指示の下、空気調和装置32により制御されてよい。
また、ヒータ35が加熱されると、コントローラ17は、暖気弁30を開く。
これにより、空気調和装置32により吸気され、ヒータ35により加熱された空気が、暖気ダクト29を通じて、断熱ケース26に導入される。
断熱ケース26に導入された暖気により、タンク14に貯蔵された圧縮空気は加熱される。
【0062】
熱量が超過している場合、コントローラ17は、圧縮空気の冷却処理を実行する(ステップST26)。
コントローラ17は、冷却ユニット22のコンプレッサ41を動作させる。コンプレッサ41は、コントローラ17の指示の下、空気調和装置32により制御されてよい。
また、エバポレータ34が冷却されると、コントローラ17は、冷気弁28を開く。
これにより、空気調和装置32により吸気され、エバポレータ34により冷却された空気が、冷気ダクト27を通じて、断熱ケース26に導入される。
断熱ケース26に導入された冷気により、タンク14に貯蔵された圧縮空気は冷却される。
【0063】
熱量が不足も超過もしていない場合、コントローラ17は、加熱も冷却もすることなく、貯蔵工程を終了する。
【0064】
以上のように、本実施形態の急速空調装置10は、減速時のエンジンブレーキの制動力を用いて空気を圧縮する。
また、急速空調装置10は、空気調和装置32のエバポレータ34の冷気を用いて、タンク14に貯蔵した圧縮空気を冷却し、ヒータ35の熱気を用いて、タンク14に貯蔵した圧縮空気を加熱する。
よって、本実施形態の急速空調装置10は、車両の動力源および電源の負担にならないエネルギを使用して、空気を圧縮し、加熱し、冷却する。
よって、急速空調装置10は、低負荷、排熱、余剰なエネルギを使用して、空気を圧縮し、加熱し、冷却できる。
【0065】
なお、図7の加熱処理(ステップST25)と冷却処理(ステップST26)とは、空気調和装置32により乗車空間3が適温に制御された後に、実行するようにしてもよい。
これにより、空気調和装置32に負担をかけることなく、余剰能力を利用して、圧縮空気を加熱および冷却できる。
【0066】
以上の実施形態は、本発明の好適な実施形態の例であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形または変更が可能である。
【0067】
上記第2実施形態では、車両のエンジンブレーキがかかっている減速期間において車輪より伝達される回転力によりコンプレッサ24を駆動し、空気を圧縮している。
この他にもたとえば、空気は、排気ブレーキの排気圧力を利用して圧縮してよい。
図8は、本発明の第2実施形態に係る急速空調装置10の、圧縮系部分の変形例の構成図である。
図8の急速空調装置10の圧縮ユニット11は、シリンダ51と、ピストン52と、バネ53と、三方弁54と、を有する。
シリンダ51は、一方においてエンジン7の排気管61の途中に連通し、他方において吸気ダクト12と連通する。シリンダ51は、排気管61に対して、排気ブレーキ用の弁62よりエンジン7側に接続される。
ピストン52は、シリンダ51に、一方から他方へ移動可能に配置される。ピストン52は、シリンダ51の内部空間を、一方側と他方側とに分ける。
バネ53は、ピストン52に対して、シリンダ51の一方側に向かう付勢力を作用させる。
三方弁54は、シリンダ51と吸気ダクト12との接続箇所に設けられる。三方弁54は、シリンダ51に対して、吸気口18およびタンク14の一方を切り替えて接続する。
三方弁54は、コントローラ17により制御される。
圧縮しない場合、三方弁54は、シリンダ51に対して吸気口18を接続する。シリンダ51内には、吸気口18から外気が導入される。
圧縮する場合、コントローラ17は、三方弁54を切り替える。三方弁54は、シリンダ51に対してタンク14を接続する。
この状態で、排気ブレーキが作動する。排気ブレーキ用の弁62が閉じられ、排気管61の圧力が上昇する。排気管61の圧力により、ピストン52は、バネ53の付勢力に抗して移動する。シリンダ51内の外気は、圧縮され、タンク14へ供給される。排気ブレーキの作動中に、空気が圧縮される。
排気ブレーキの作動中に、コントローラ17は、三方弁54を制御する。三方弁54は、タンク14とシリンダ51とをつなぐ通路を閉鎖し、シリンダ51と吸気口18とをつなぐ通路を開放する。タンク14には、圧縮空気が収容される。
排気ブレーキの解除と共に、シリンダ51の内圧が下がる。シリンダ51内に配設されたバネ53の付勢力により、ピストン52は、元の位置に押し戻される。シリンダ51内にあった排気ガスは、排気管61へ押し戻される。
【0068】
上記実施形態は、急速空調装置10は、自動車1に搭載されている。
この他にもたとえば、急速空調装置10は、バス、電車などのその他の車両に搭載されてよい。
急速空調装置10は、車両から分離された単独の装置として形成されてよい。
圧縮ユニット11の駆動源に電動モータを使用することで、急速空調装置10は、エンジン7の駆動力を動力源とすることなく圧縮工程を実施できる。電動コンプレッサを用いる急速空調装置10は、車両のバッテリ、太陽光発電パネル、家庭用電源の電力により動作できる。
持ち運び可能な急速空調装置10とすることで、複数の車両の冷却に使用できる。非常用の急速空調装置10としても利用できる。
【0069】
上記実施形態では、急速空調装置10は、タンク14の他に、圧縮ユニット11を有する。
この他にもたとえば、急速空調装置10は、タンク14を交換可能として、圧縮ユニット11を持たないものとしてもよい。
この場合、急速空調装置10は、圧縮工程を実施しない。また、急速空調装置10は、タンク14の残圧を確認したり、または新たなタンク14が装着されたかを確認したりして、冷却工程を実施すればよい。
そして、タンク14を購入して利用する場合、そのタンク14は一般的に常温に冷却されているので、冷却のための貯蔵工程も不要である。
【0070】
上記実施形態では、自動車1などの車両の乗車空間3は、急速空調装置10により冷却される。
この他にもたとえば、自動車1などの車両の乗車空間3は、急速空調装置10および空気調和装置により冷却されてよい。
たとえば急速空調装置10で初期冷却した後に、空気調和装置で所望の温度に冷却すればよい。
これにより、乗車空間3は、空気調和装置だけで乗車空間3を冷却する場合に比べて、確実に短時間で冷却される。
なお、このような急速空調装置10と空気調和装置とによる協働の冷却動作は、これらのコントローラが別々である場合には、たとえば急速空調装置10から空気調和装置へ起動信号を送信することにより実現できる。
コントローラが共通化されている場合には、急速空調装置10の制御プログラムから空気調和装置の制御プログラムに対して、フラグなどによるプログラム間通信により通信させることにより実現できる。
【符号の説明】
【0071】
1…自動車(車両)
3…乗車空間
7…エンジン
10…急速空調装置(空調装置)
11…圧縮ユニット
14…タンク
17…コントローラ(制御部)
22…冷却ユニット
23…加熱ユニット
32…空気調和装置

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ユーザが乗車する乗車空間と、
圧縮空気を貯蔵可能なタンクと、
前記乗車空間に対して前記タンクに貯蔵された圧縮空気を放出させる制御部と、
を有し、
前記タンクへの空気の圧縮、前記タンクに貯蔵された圧縮空気の冷却、及び、前記タンクに貯蔵された圧縮空気の加熱、のうち少なくとも一つの処理には、
当該車両の動力源および電源の負担にならないエネルギを使用する
車両。
【請求項2】
前記タンクに圧縮される圧縮空気は、
当該車両の減速期間において車輪より伝達される回転力、
排気ブレーキの排気圧力、または、
排気ブレーキにより作動する圧縮装置
により圧縮される
請求項1記載の車両。
【請求項3】
前記タンクに貯蔵された圧縮空気は、
当該車両の車内に取り入れられ若しくは冷却された空気、
走行風、
空気調和装置の冷媒、
当該車両のエンジン若しくはトランスミッションの駆動力を用いて生成される冷媒、または、
バッテリ若しくはジェネレータの電力を用いて生成される冷媒、
により冷却される
請求項1または2記載の車両。
【請求項4】
前記タンクに貯蔵された圧縮空気は、
当該車両の車内に取り入れられ若しくは加熱された空気、
車体の熱、
空気調和装置の熱媒体、
当該車両のエンジン若しくはトランスミッションの駆動力を用いて生成される熱媒体、
バッテリ若しくはジェネレータの電力を用いて生成される熱媒体、
エンジンの熱若しくは排気熱、または、
ブレーキ若しくはトランスミッションの熱、
により加熱される
請求項1から3のいずれか一項記載の車両。
【請求項5】
当該車両のエンジンブレーキがかかっている期間の車輪より伝達される回転力により、前記タンクに空気を圧縮し、
前記タンクに貯蔵された圧縮空気を冷却する場合には、当該車両の車内に取り入れられ若しくは冷却された空気により冷却し、
前記タンクに貯蔵された圧縮空気を加熱する場合には、当該車両のエンジンの熱若しくは排気熱により加熱する
請求項1記載の車両。
【請求項6】
ユーザが乗車する車両の乗車空間を冷却する空調装置であって、
圧縮空気を貯蔵可能なタンクと、
前記乗車空間に対して前記タンクに貯蔵された圧縮空気を放出させる制御部と、
を有し、
前記タンクへの空気の圧縮、前記タンクに貯蔵された圧縮空気の冷却、及び、前記タンクに貯蔵された圧縮空気の加熱、のうち少なくとも一つの処理には、
当該車両の動力源および電源の負担にならないエネルギを使用する
空調装置。
【請求項7】
ユーザが乗車する車両の乗車空間を冷却する圧縮空気をタンクに貯蔵する空調装置の空調方法であって、
当該車両の動力源および電源の負担にならないエネルギを使用して、前記タンクに圧縮空気を貯蔵し、
前記タンクに貯蔵された圧縮空気を、前記乗車空間へ放出する
空調方法。
【請求項8】
ユーザが乗車する車両の乗車空間を冷却する圧縮空気をタンクに貯蔵する空調装置の空調方法であって、
前記タンクに圧縮空気を貯蔵し、
当該車両の動力源および電源の負担にならないエネルギを使用して、前記タンクに貯蔵された圧縮空気を冷却または加熱し、
前記タンクに貯蔵された圧縮空気を、前記乗車空間へ放出する
空調方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2013−95282(P2013−95282A)
【公開日】平成25年5月20日(2013.5.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−240161(P2011−240161)
【出願日】平成23年11月1日(2011.11.1)
【出願人】(000005348)富士重工業株式会社 (3,010)
【Fターム(参考)】