車両用空調システム
【課題】車室の好適な空調を実現しつつ、製造コストを削減可能な車両用空調システムを提供する。
【解決手段】本発明の車両用空調システムは、熱電変換モジュール３と、一面側熱交換器５と、他面側熱交換器７と、第１空調用熱交換器９と、第２空調用熱交換器１１と、ラジエータ１３と、一面側流路１０を構成する第１、２流路１５、１６と、他面側流路２０を構成する第３〜５流路１７〜１９とを備えている。一面側流路１０及び他面側流路２０では水が循環している。他面側流路２０にはバイパス流路２１と三方弁２３とが設けられている。バイパス流路２１は第３流路１７と第４流路１８とを接続している。三方弁２３は、水をバイパス流路２１に流通させて、水に第２空調用熱交換器１１を迂回させる場合と、水をバイパス流路２１に流通させず、水を第２空調用熱交換器１１へ流通させる場合とを切り替える。
【解決手段】本発明の車両用空調システムは、熱電変換モジュール３と、一面側熱交換器５と、他面側熱交換器７と、第１空調用熱交換器９と、第２空調用熱交換器１１と、ラジエータ１３と、一面側流路１０を構成する第１、２流路１５、１６と、他面側流路２０を構成する第３〜５流路１７〜１９とを備えている。一面側流路１０及び他面側流路２０では水が循環している。他面側流路２０にはバイパス流路２１と三方弁２３とが設けられている。バイパス流路２１は第３流路１７と第４流路１８とを接続している。三方弁２３は、水をバイパス流路２１に流通させて、水に第２空調用熱交換器１１を迂回させる場合と、水をバイパス流路２１に流通させず、水を第２空調用熱交換器１１へ流通させる場合とを切り替える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両用空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に従来の車両用空調システムが開示されている。この車両用空調システムは、廃熱回収器と、ラジエータと、熱電変換モジュールと、一面側熱交換器と、他面側熱交換器と、水が循環可能な他面側流路とを備えている。
【０００３】
廃熱回収器には、車両を駆動させるモータ等の廃熱が回収されるようになっている。熱電変換モジュールは、一面側と他面側とで放熱面と吸熱面とを切り替え可能となっている。一面側熱交換器は、熱電変換モジュールの一面側に設けられており、他面側熱交換器は、熱電変換モジュールの他面側に設けられている。他面側流路は、廃熱回収器とラジエータと他面側熱交換器とを接続している。
【０００４】
この車両用空調システムでは、熱電変換モジュールの放熱面と吸熱面との切り替え操作と、他面側流路の切り替え操作とにより車室の空調を行う。
【０００５】
具体的には、車室の暖房を行う場合、熱電変換モジュールの一面側を放熱面とし、他面側を吸熱面とする。また、他面側流路において、廃熱回収器と他面側熱交換器とを連通させ、他面側熱交換器及び廃熱回収器とラジエータとを非連通とする。これにより、他面側流路内の水が廃熱回収器内の熱によって加熱される。この水の熱が他面側熱交換器において熱電変換モジュールの他面側から吸熱される。この吸熱された熱は、一面側熱交換器内において、周りの空気に対して放熱される。この放熱によって加熱された空気が車室に供給され、車室の暖房が行われる。
【０００６】
一方、車室の冷房を行う場合、熱電変換モジュールの一面側を吸熱面とし、他面側を放熱面とする。また、他面側流路において、ラジエータと他面側熱交換器とを連通させ、他面側熱交換器及びラジエータと廃熱回収器とを非連通とする。これにより、一面側熱交換器において熱電変換モジュールの一面側から吸熱され、一面側熱交換器の周りの空気が冷却される。この冷却された空気が車室に供給されることにより、車室の冷房が行われる。なお、熱電変換モジュールの他面側からの放熱を受けて加熱された他面側流路内の水は、ラジエータによって車室外の空気と熱交換されることにより冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開平１０−３５２６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、熱電変換モジュールによって吸熱され、冷却された空気は湿度が低くなる。このため、この空気を車室に供給することで車室の除湿を行うことが考えられる。しかし、この空気は冷却されて温度が低くなっていることから、特に寒い環境下に上記の車両用空調システムにおいて車室の除湿を行なえば、車室の暖房効果が低下してしまう問題がある。
【０００９】
この点、例えば上記の車両用空調システムに複数の熱電変換モジュール、一面側熱交換器及び他面側熱交換器を設け、一方の一面側熱交換器において、空気を冷却することでその除湿を行い、他方の一面側熱交換器において、この除湿された空気の再加熱を行うことが考えられる。
【００１０】
しかしながら、この場合、熱電変換モジュールや他面側熱交換器等の個数だけでなく、それぞれの他面側熱交換器と廃熱回収器とラジエータとを接続するため、他面側流路が複雑化する。このため、車両用空調システムの構成が複雑化し、その製造コストが増大する問題が生じてしまうこととなる。
【００１１】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、車室の好適な空調を実現しつつ、製造コストを削減可能な車両用空調システムを提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の車両用空調システムは、印加する電流の方向を切り替え可能な熱電変換素子を有する熱電変換モジュールと、該熱電変換モジュールの一面側に設けられる一面側熱交換器と、該熱電変換モジュールの他面側に設けられる他面側熱交換器と、第１空調用熱交換器と、第２空調用熱交換器と、ラジエータと、該一面側熱交換器と該第１空調用熱交換器とを接続する一面側流路と、該他面側熱交換器と該第２空調用熱交換器と該ラジエータとを接続する他面側流路とを備え、
前記一面側流路は、前記一面側熱交換器から前記第１空調用熱交換器まで延びる第１流路と、該第１空調用熱交換器から該一面側熱交換器まで延びる第２流路とを有し、
前記他面側流路は、前記他面側熱交換器から前記第２空調用熱交換器まで延びる第３流路と、該第２空調用熱交換器から前記ラジエータまで延びる第４流路と、該ラジエータから該他面側熱交換器まで延びる第５流路と、該第３流路と該第４流路とを接続するバイパス流路とを有し、
該他面側流路には、熱交換媒体を該バイパス流路に流通させて、該熱交換媒体に該第２空調用熱交換器を迂回させる状態と、該熱交換媒体を該バイパス流路に流通させず、該熱交換媒体を該第２空調用熱交換器へ流通させる状態とを切り替え可能な切替手段が設けられていることを特徴とする（請求項１）。
【００１３】
本発明の車両用空調システムでは、車室の暖房を行う場合、熱電変換モジュールの一面側が放熱面となり、他面側が吸熱面となるように、熱電変換モジュールの熱電変換素子に対して電流を印加する。また、切替手段は、熱交換媒体をバイパス流路に流通させる。これらにより、他面側熱交換器内の熱交換媒体が熱電変換モジュールから吸熱されるとともに、一面側熱交換器内の熱交換媒体が熱電変換モジュールからの放熱を受けて加熱される。この加熱された熱交換媒体は一面側流路を介して第１空調用熱交換器へ至る。そして、第１空調用熱交換器において、この熱交換媒体の熱が周りの空気に対して放熱され、空気が加熱される。こうして、この加熱された空気が車室に供給され、車室の暖房が行われる。
【００１４】
この際、他面側流路では熱交換媒体がバイパス流路を流通することとなり、第２空調用熱交換器内を熱交換媒体が流通しないこととなる。なお、他面側熱交換器内で熱電変換モジュールによる吸熱を受けて冷却された熱交換媒体は、ラジエータにおいて、熱交換により加熱されることとなる。
【００１５】
一方、車室の冷房を行う場合、熱電変換モジュールの一面側が吸熱面となり、他面側が放熱面となるように、熱電変換モジュールの熱電変換素子に対して電流を印加する。また、切替手段は、熱交換媒体をバイパス流路に流通させる。これらにより、他面側熱交換器内の熱交換媒体が熱電変換モジュールからの放熱を受けるとともに、一面側熱交換器内の熱交換媒体が熱電変換モジュールから吸熱を受けて冷却される。この冷却された熱交換媒体が一面側流路を介して第１空調用熱交換器へ至り、周りの空気を冷却する。こうして冷却された空気が車室に供給され、車室の冷房が行われる。また、他面側流路では暖房時と同様、熱交換媒体がバイパス流路を流通することとなり、第２空調用熱交換器内を熱交換媒体が流通しない。なお、他面側熱交換器内で熱電変換モジュールによる放熱を受けて加熱された熱交換媒体は、ラジエータにおいて、熱交換により冷却されることとなる。
【００１６】
また、車室の除湿を行う場合、上記の冷房時の状態において、切替手段は、他面側熱交換器内で熱電変換モジュールによる放熱を受けて加熱された熱交換媒体をバイパス流路に流通させず、第２空調用熱交換器へ流通させる。これにより、第２空調用熱交換器において、この加熱された熱交換媒体の熱が放熱される。このため、第１空調用熱交換器において冷却及び除湿された空気の再加熱が第２空調用熱交換器によって行われ、空気の温度調整がなされる。こうして、温度調整がされた空気が車室に供給され、車室の除湿を行うことができる。
【００１７】
このように、除湿に用いる空気の温度調整が行われていることから、この車両用空調システムでは、車室の除湿を行う場合に車室の空調効果を妨げ難くなっている。なお、この車慮用空調システムでは、熱電変換モジュールの一面側を吸熱面とし、他面側を放熱面とすることによっても、上記のような車室の除湿を行うことが可能である。この場合、第２空調用熱交換器において、空気の冷却及び除湿が行われ、第１空調用熱交換器において、その空気の再加熱が行われることとなる。また、除湿時における空気の再加熱の必要がない場合には、上記の冷房時の状態によって車室の除湿を行うこともできる。
【００１８】
これらのように、この車両用空調システムでは、車室の暖房、冷房及び除湿のそれぞれを行う場合、熱電変換モジュールの熱電変換素子に対する電流の印加方向の切り替えと、切替手段による熱交換媒体の流通の切り替えとを行えば足りる。このため、車両用空調システムの構成を簡略化することが可能となる。
【００１９】
したがって、本発明の車両用空調システムによれば、車室の好適な空調を実現しつつ、製造コストを削減できる。
【００２０】
特に、この車両用空調システムでは構成が簡略化されることにより、車両への搭載時における制限を受け難くなる。このため、この車両用空調システムは車両への搭載性が向上することとなる。また、構成が簡略されることにより、車両用空調システムの小型化も実現することが可能となる。
【００２１】
熱交換媒体としては、水の他、ＬＬＣ（ロングライフクーラント）からなる冷却液等の液体を採用できる。また、空気等の気体を熱交換媒体として採用することも可能である。
【００２２】
また、熱電変換モジュールは、その一面と他面とを構成する一対の基板と、各基板に挟持された状態で、各基板に設けられた電極と電気的に接続された複数の熱電変換素子とで構成されているものを採用することができる。また、各基板を有さない、いわゆるスケルトン式の熱電変換モジュールを採用することもできる。
【００２３】
一面側流路及び他面側流路には、例えば熱交換媒体を貯留可能な貯留タンク等が設けられても良い。特に、他面側流路には、車両を駆動させる駆動源が設けられていることが好ましい（請求項２）。例えば、他面側流路において、駆動源が他面側熱交換器よりも熱交換媒体の流通方向の上流側となった場合、駆動源によって熱交換媒体が加熱されることから、暖房時において、他面側熱交換器内の熱交換媒体に対し、熱電変換モジュールの他面側では、より多くの熱を吸熱することが可能となる。このため、熱電変換モジュールの一面側では、より多くの熱を放熱でき、一面側熱交換器内の熱交換媒体を十分に加熱することが可能となる。このため、一面側流路内の熱交換媒体がより加熱される。このため、より好適に車室の暖房を行うことが可能となる。
【００２４】
また、例えば、他面側流路において、駆動源が他面側熱交換器よりも熱交換媒体の流通方向の下流側となった場合、暖房時において、他面側熱交換器内の熱交換媒体は熱電変換モジュールの他面側からの吸熱を受けることで冷却されることから、好適に駆動源の冷却を行うことが可能となる。
【００２５】
駆動源としては、例えば、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン及び天然ガスエンジン等の内燃式のエンジン、モータ、インバータやコンバータ等によって構成されたパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）等の駆動回路及びバッテリ等を採用することができる。これらのエンジンやモータ等を組み合わせて駆動源とすることもできる。
【００２６】
この車両用空調システムにおいて、切替手段は第１切替手段であり得る。そして、他面側流路には、第３流路、第４流路及び第５流路の順に熱交換媒体を流通させる状態と、第５流路、第４流路及び第３流路の順に熱交換媒体を流通させる状態とを切り替え可能な第２切替手段が設けられていることが好ましい（請求項３）。
【００２７】
例えば、上記の駆動源を第５流路に設けた場合、第２切替手段が暖房時において、第３流路、第４流路及び第５流路の順に熱交換媒体を流通させることで、他面側流路において駆動源が他面側熱交換器よりも熱交換媒体の流通方向の上流側となる。このため、上記のように、暖房時において、熱電変換モジュールの一面側は、より多くの熱を放熱することが可能となり、好適に車室の暖房を行うことが可能となる。また、除湿時に第２空調用熱交換器によって好適に再加熱を行うことも可能である。
【００２８】
また、切替手段が冷房時において、第２切替手段が第５流路、第４流路及び第３流路の順に熱交換媒体を流通させることで、他面側流路において駆動源が他面側熱交換器よりも熱交換媒体の流通方向の下流側となる。このため、ラジエータによって冷却された熱交換媒体に対して熱電変換モジュールの他面側がより多く放熱できることから、熱電変換モジュールの一面側では、より多く吸熱することが可能となる。このため、好適に車室の冷房を行うことが可能となる。
【００２９】
熱電変換モジュール、一面側熱交換器、他面側熱交換器及びラジエータは車室外に配置され得る。そして、第１空調用熱交換器及び第２空調用熱交換器は車室内に配置されていることが好ましい（請求項４）。この場合、車両用空調システムにおいて、車室側となる部分の構成が簡略化されることとなり、全体として車両用空調システムの構成がより簡略化されることとなる。このため、車両用空調システムの製造コストをより削減することが可能となるとともに、車両への搭載性もより向上することとなる。
【００３０】
ここで、車室内とは狭義の乗員用空間のみを意味するものではなく、車両において、エンジンコンパートメントと車室とを区画する壁よりも乗員用空間側となる空間の全体を指す。
【００３１】
この車両用空調システムでは、切替手段として、例えば、開閉弁や熱交換媒体の流通方向を切り替え可能な電動ポンプ等を採用することができる。特に、第１切替手段は、バイパス流路と第３流路との接続部又は第４流路との接続部に設けられた三方弁であることが好ましい（請求項５）。この場合、車両用空調システムの構成がより簡略化され、製造コストをより削減することが可能となる。なお、三方弁とは、一方の流路を他方の二つの流路に分岐可能、すなわち、一方の流路を他方の流路のうちのいずれかと連通させ、他方の残りの流路とは非連通とすることを切り替え可能な切替弁をいう。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の車両用空調システムによれば、車室の好適な空調を実現しつつ、製造コストを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施例の車両用空調システムを示す模式構造図である。
【図２】実施例の車両用空調システムに係り、暖房時の状態を示す模式構造図である。
【図３】実施例の車両用空調システムに係り、暖房時の状態を示す模式構造図である。
【図４】実施例の車両用空調システムに係り、冷房時の状態を示す模式構造図である。
【図５】実施例の車両用空調システムに係り、除湿時における再加熱の状態を示す模式構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明を具体化した実施例を図面を参照しつつ説明する。実施例の車両用空調システムは、車室の空調としての暖房、冷房及び除湿を行う装置として車両に搭載されている。
【００３５】
（実施例）
実施例の車両用空調システムは、図１に示すように、熱電変換モジュール３と、一面側熱交換器５と、他面側熱交換器７と、第１空調用熱交換器９と、第２空調用熱交換器１１と、ラジエータ１３と、一面側流路１０を構成する第１、２流路１５、１６と、他面側流路２０を構成する第３〜５流路１７〜１９とを備えている。他面側流路２０には、バイパス流路２１と、三方弁２３と、モータ２５及びＰＣＵ２７とが設けられている。
【００３６】
熱電変換モジュール３は、その一面３ａと他面３ｂとを構成する一対の基板３０ａ、３０ｂと、各基板３０ａ、３０ｂに挟持された状態で、各基板３０ａ、３０ｂに設けられた電極と電気的に接続された複数の熱電変換素子３０ｃとで構成されている。なお、熱電変換モジュール３の構成は他の公知の熱電変換モジュールと同様であり、構成に関する詳細な説明を省略する。また、図１及び後述の図２〜５では、熱電変換モジュール３における電極について、図示を省略している。
【００３７】
図１に示すように、熱電変換モジュール３の各熱電変換素子３０ｃは、電極を介して図示しない制御装置と電気的に接続されており、印加される電流の向きを切り替えることにより、熱電変換モジュール３は、その一面３ａ側と他面３ｂ側とで吸熱面と放熱面とを切り替えることが可能になっている。なお、制御装置は車両に搭載されているバッテリ（図示しない）と電気的に接続されている。
【００３８】
一面側熱交換器５は、熱電変換モジュール３の一面３ａ側に設けられている。一面側熱交換器５は、内部に熱交換媒体としての水を流通可能に構成されている。また、他面側熱交換器７は、熱電変換モジュール３の他面３ｂ側に設けられている。他面側熱交換器７も、内部に水を流通可能に構成されている。上記の熱電変換モジュール３、一面側熱交換器５及び他面側熱交換器７は、車両において、車室ＣＲ外となるエンジンコンパートメントＥＣ内に配置されている。なお、熱交換媒体としては、水の他にＬＬＣ等からなる冷却液等を採用することもできる。
【００３９】
第１空調用熱交換器９及び第２空調用熱交換器１１は、車両において車室ＣＲ内に配置されている。第１空調用熱交換器９及び第２空調用熱交換器１１は、それぞれ内部を水が流通可能に構成されており、第１空調用熱交換器９内の水と車室ＣＲ内の空気との間及び第２空調用熱交換器１１内の水と車室ＣＲ内の空気との間で、それぞれ熱交換を行うことが可能となっている。第１空調用熱交換器９の近傍には、電動ファン９ａが設けられており、第２空調用熱交換器１１の近傍には、電動ファン１１ａが設けられている。これらの電動ファン９ａ、１１ａは、それぞれ図示しない制御装置と電気的に接続されている。
【００４０】
ラジエータ１３は車両においてエンジンコンパートメントＥＣ内に配置されている。ラジエータ１３は、内部を水が流通可能に構成されており、ラジエータ１３水と車室ＣＲ外の空気との間で熱交換を行うことが可能となっている。このラジエータ１３の近傍には、電動ファン１３ａが設けられている。電動ファン１３ａは、図示しない制御装置と電気的に接続されている。
【００４１】
モータ２５及びＰＣＵ２７はエンジンコンパートメントＥＣ内に配置されており、駆動源として車両を駆動させる。ＰＣＵ２７はモータ２５を駆動させる駆動装置であり、公知のインバータや公知のコンバータ等によって構成されている。このＰＣＵ２７には図示しない制御装置と電気的に接続されている。また、モータ２５及びＰＣＵ２７には図示しないウォータジャケットが形成されており、このウォータジャケット内を流通する水によりモータ２５及びＰＣＵ２７を冷却又は暖機することが可能となっている。なお、モータ２５及びＰＣＵ２７に替えて公知のエンジンを駆動源として採用しても良く、また、モータ２５及びＰＣＵ２７とエンジンとを組み合わせて駆動源としても良い。
【００４２】
一面側熱交換器５と第１空調用熱交換器９とは、一面側流路１０によって接続されている。この一面側流路１０は、一面側熱交換器５から第１空調用熱交換器９まで延びる第１流路１５と、第１空調用熱交換器９から一面側熱交換器５まで延びる第２流路１６とで構成されている。これらの第１流路１５及び第２流路１６は、内部を水が流通可能になっている。また、第２流路１６には公知のリザーバタンク２９ａが設けられており、第２流路１６は、第１空調用熱交換器９からリザーバタンク２９ａまで延びる流路３１ａと、リザーバタンク２９ａから一面側熱交換器５まで延びる流路３１ｂとで構成されている。このリザーバタンク２９ａ内には水が貯留されている。一方、第１流路１５には第１電動ポンプＰ１が設けられており、第１電動ポンプＰ１は、エンジンコンパートメントＥＣ内に配置されており、図示しない制御装置と電気的に接続されている。また同様に、リザーバタンク２９ａもエンジンコンパートメントＥＣ内に配置されている。なお、第１流路１５にリザーバタンク２９ａが設けられても良く、第２流路１６に第１電動ポンプＰ１が設けられても良い。
【００４３】
他面側熱交換器７と第２空調用熱交換器１１とラジエータ１３とモータ２５及びＰＣＵ２７とは、他面側流路２０によって接続されている。他面側流路２０は、他面側熱交換器７から第２空調用熱交換器１１まで延びる第３流路１７と、第２空調用熱交換器１１からラジエータ１３まで延びる第４流路１８と、ラジエータからモータ２５及びＰＣＵ２７を経由して他面側熱交換器７まで延びる第５流路１９とで構成されている。第３〜５流路１７〜１９は、内部を水が流通可能になっている。また、第３流路１７には三方弁２３が設けられており、第４流路１８にはリザーバタンク２９ｂが設けられている。このリザーバタンク２９ｂは、上記のリザーバタンク２９ａと同じ構成であり、内部に水が貯留されている。さらに、第５流路１９には第２電動ポンプＰ２が設けられている。上記の三方弁２３及び第２電動ポンプＰ２は、図示しない制御装置とそれぞれ電気的に接続されており、第２電動ポンプＰ２は、水の吐出方向を任意に変更可能に構成されている。また、三方弁２３は車室ＣＲ内に設けられており、リザーバタンク２９ｂ及び第２電動ポンプＰ２はエンジンコンパートメントＥＣ内に配置されている。この三方弁２３が第１切替手段に相当しており、第２電動ポンプＰ２が第２切替手段に相当している。
【００４４】
第３〜５流路１７〜１９について、より詳細に説明すると、第３流路１７は、他面側熱交換器７から三方弁２３まで延びる流路３３ａと、三方弁２３から第２空調用熱交換器１１まで延びる流路３３ｂとで構成されている。第４流路１８は、第２空調用熱交換器１１からリザーバタンク２９ｂまで延びる流路３５ａと、リザーバタンク２９ｂからラジエータ１３まで延びる流路３５ｂとで構成されている。第５流路１９は、ラジエータ１３からモータ２５まで延びる流路３７ａと、モータ２５からＰＣＵ２７まで延びる流路３７ｂと、ＰＣＵ２７から他面側熱交換器７まで延びる流路３７ｃとで構成されている。上記の第２電動ポンプＰ２は、流路３７ａに設けられている。なお、第２電動ポンプＰ２は、流路３３ａの他、流路３７ｂや流路３７ｃに設けられても良い。同様に、リザーバタンク２９ｂは、第３流路１７や第５流路１９に設けられても良い。
【００４５】
バイパス流路２１は、一端側で三方弁２３と接続し、他端側で流路３５ａと接続している。これにより、バイパス流路２１は、第３流路１７と第４流路１８とを接続している。バイパス流路２１も内部を水が流通可能になっている。
【００４６】
以上のように構成された車両用空調システムでは、モータ２５の駆動による車両の駆動時において、図２〜５に示すような状態で車室ＣＲの暖房、冷房及び除湿を行う。なお、図２〜５中の実線矢印は一面側流路１０及び他面側流路２０における水の循環方向を示しており、破線矢印は熱の移動方向を示している。後述の図３〜５も同様である。
【００４７】
（車両の駆動時における暖房）
この場合、図２に示すように、制御装置は、熱電変換モジュール３の一面３ａ側が放熱面となり、他面３ｂ側が吸熱面となるように、熱電変換モジュール３の熱電変換素子３０ｃに対して電流を印加する。また、制御装置は、三方弁２３を操作し、流路３３ａとバイパス流路２１とを連通させ、流路３３ａ及びバイパス流路２１と流路３３ｂとを直接的には非連通とさせる。さらに、制御装置は第１、２電動ポンプＰ１、Ｐ２を作動させて、一面側流路１０及び他面側流路２０において水を循環させる。この際、制御装置は第２電動ポンプＰ２における水の吐出方向の制御を行い、他面側流路２０において、第３流路１７、第４流路１８及び第５流路１９の順で水を循環させる（図２中の実線矢印参照。）。このため、他面側流路２０において、モータ２５及びＰＣＵ２７が他面側熱交換器７よりも水の流通方向の上流側となる。また、バイパス流路２１に水が流通する。さらに、制御装置は電動ファン９ａ及び１３ａをそれぞれ作動させる。
【００４８】
これらにより、他面側熱交換器７内の水が熱電変換モジュール３から吸熱されるとともに、一面側熱交換器５内の水が熱電変換モジュール３からの放熱を受けて加熱される。この際、他面側熱交換器７内の水は、モータ２５及びＰＣＵ２７によって加熱されているため、熱電変換モジュール３は他面側熱交換器７内の水からより多くの熱を吸熱できるとともに、一面３ａ側でより多くの熱を放熱できる。このため、一面側熱交換器５内の水を十分に加熱することが可能となっている。
【００４９】
この加熱された水（温水）は第１流路１５を介して第１空調用熱交換器９へ至る。そして、第１空調用熱交換器９において、この温水の熱が車室ＣＲ内の空気に対して放熱され、車室ＣＲ内の空気が加熱される。こうして、この加熱された空気が電動ファン９ａを介して車室ＣＲに供給され、車室ＣＲの暖房が行われる。
【００５０】
この際、他面側流路２０では水が流路３３ａからバイパス流路２１へ流通することで第２空調用熱交換器１１が迂回され、第２空調用熱交換器１１内を水（冷水）が流通しないこととなる。
【００５１】
また暖房時において、この車両用空調システムでは、図３に示すように、制御装置が三方弁２３を操作し、流路３３ａと流路３３ｂとを連通させ、流路３３ａ及び流路３３ｂとバイパス流路２１とを非連通とさせる。また、制御装置は第２電動ポンプＰ２を作動させ、他面側流路２０において、第３流路１７、第４流路１８及び第５流路１９の順で水を循環させる（図２中の実線矢印参照。）。さらに、制御装置は電動ファン１１ａ、１３ａを作動させる。なお、熱電変換モジュール３、第１電動ポンプＰ１及び電動ファン９ａを停止させる。
【００５２】
これにより、モータ２５及びＰＣＵ２７によって加熱された温水がバイパス流路２１を流通せずに、第３流路１７を介して第２空調用熱交換器１１へ至ることとなる。これにより、第２空調用熱交換器１１において、この温水の熱を車室ＣＲ内の空気に対して放熱することで、車室ＣＲ内の空気を加熱できる。そして、電動ファン１１ａを介して、この加熱された空気を車室ＣＲに供給して、車室ＣＲの暖房を行うこともできる。
【００５３】
（車両の駆動時における冷房）
この場合、図４に示すように、制御装置は、熱電変換モジュール３の一面３ａ側が吸熱面となり、他面３ｂ側が放熱面となるように、熱電変換モジュール３の熱電変換素子３０ｃに対して電流を印加する。また、制御装置は、三方弁２３を操作し、流路３３ａとバイパス流路２１とを連通させ、流路３３ａ及びバイパス流路２１と流路３３ｂとを直接的には非連通とさせる。さらに制御装置は第１、２電動ポンプＰ１、Ｐ２を作動させて、一面側流路１０及び他面側流路２０において水を循環させる。この際、制御装置は第２電動ポンプＰ２における水の吐出方向の制御を行い、他面側流路２０において、第５流路１９、第４流路１８及び第３流路１７の順で水を循環させる（図４中の実線矢印参照。）。このため、他面側流路２０において、モータ２５及びＰＣＵ２７よりも水の循環方向の上流側に他面側熱交換器７が位置することとなる。また、バイパス流路２１に水が流通する。さらに、制御装置は電動ファン９ａ及び１３ａをそれぞれ作動させる。
【００５４】
これらにより、他面側熱交換器７内の水が熱電変換モジュール３からの放熱を受けるとともに、一面側熱交換器５内の水が熱電変換モジュール３から吸熱を受けて冷却される。この際、他面側熱交換器７内の水は、モータ２５及びＰＣＵ２７によって加熱されていないため、熱電変換モジュール３は他面側熱交換器７内の水に対してより多くの熱を放熱できるとともに、一面３ａ側でより多くの熱を吸熱できるようになる。このため、一面側熱交換器５内の水を十分に冷却することが可能となっている。
【００５５】
この冷却された水（冷水）が第１流路１５を介して第１空調用熱交換器９へ至り、車室ＣＲ内の空気を冷却する。こうして冷却された空気が電動ファン９ａを介して車室ＣＲに供給され、車室ＣＲの冷房が行われる。
【００５６】
また、他面側流路２０では暖房時と同様、水がバイパス流路２１へ流通することで第２空調用熱交換器１１が迂回され、第２空調用熱交換器１１内を水（温水）が流通しない。なお、他面側熱交換器７内での熱電変換モジュール３による放熱を受け、さらにモータ２５及びＰＣＵ２７によって加熱された温水は、ラジエータ１３において、熱交換により冷却されることとなる。
【００５７】
（車両の駆動時における除湿）
この場合、上記の冷房時の状態において、図５に示すように、制御装置は、三方弁２３を操作し、流路３３ａと流路３３ｂとを連通させ、流路３３ａ及び流路３３ｂとバイパス流路２１とを非連通とさせる。また、制御装置は第２電動ポンプＰ２における水の吐出方向の制御を行い、他面側流路２０において、第３流路１７、第４流路１８及び第５流路１９の順で水を循環させる（図５中の実線矢印参照。）。さらに制御装置は電動ファン１１ａを作動させる。これらにより、他面側熱交換器７内で熱電変換モジュール３による放熱を受けて加熱された温水をバイパス流路２１に流通させず、第２空調用熱交換器１１へ流通させる。
【００５８】
これにより、第２空調用熱交換器１１において、この加熱された温水の熱が放熱される。このため、第１空調用熱交換器９において冷却及び除湿された車室ＣＲ内の空気の再加熱が第２空調用熱交換器１１によって行われ、空気の温度調整がなされる。こうして、温度調整がされた空気が電動ファン９ａ及び１１ａを介して車室ＣＲに供給され、車室ＣＲの除湿を行うことができる。
【００５９】
このように、除湿に用いる空気の温度調整が行われていることから、この車両用空調システムでは、車室ＣＲの除湿を行う場合に車室ＣＲの空調効果を妨げ難くなっている。なお、熱電変換モジュール３の一面３ａ側を吸熱面とし、他面３ｂ側を放熱面とすることによっても、上記のような車室ＣＲの除湿を行うことが可能である。この場合、第２空調用熱交換器１１において、空気の冷却及び除湿が行われ、第１空調用熱交換器９において、その空気の再加熱が行われることとなる。また、除湿時における空気の再加熱の必要がない場合には、上記の冷房時の状態によって車室ＣＲの除湿を行うこともできる。
【００６０】
暖房、冷房及び除湿時において、各リザーバタンク２９ａ、２９ｂは、それぞれの内部に貯留された水を用いて、一面側流路１０内及び他面側流路２０内を循環する各水の圧力調整を行う。これにより、暖房、冷房及び除湿時において、一面側流路１０内及び他面側流路２０内では、それぞれ水が好適に循環することとなる。このため、この車両用空調システムでは、車室ＣＲの空調効果が高くなっている。
【００６１】
これらのように、この車両用空調システムでは、車室ＣＲの暖房、冷房及び除湿のそれぞれを行う場合、熱電変換モジュール３の熱電変換素子３０ｃに対する電流の印加方向の切り替えと、三方弁２３及び第２電動ポンプＰ２による水の流通の切り替えとを行えば足りる。このため、車両用空調システムの構成を簡略化することが可能となっている。
【００６２】
したがって、この車両用空調システムによれば、車室ＣＲの好適な空調を実現しつつ、製造コストを削減できる。
【００６３】
特に、この車両用空調システムでは構成が簡略化されることにより、車両への搭載時における制限を受け難くなっている。このため、この車両用空調システムは車両への搭載性が高くなっている。また、構成が簡略されることにより、車両用空調システムの小型化も実現可能となっている。
【００６４】
また、この車両用空調システムにおいて、熱電変換モジュール３、一面側熱交換器５、他面側熱交換器７及びラジエータ１３は車室ＣＲ外となるエンジンコンパートメントＥＣ内に配置されている。そして、第１空調用熱交換器９及び第２空調用熱交換器１１は車室ＣＲ内に配置されている。このため、車両用空調システムにおいて、車室ＣＲ側となる部分の構成が簡略化されており、全体として車両用空調システムの構成が簡略化されている。このため、車両用空調システムの製造コストが削減されるとともに、車両への搭載性も高くなっている。
【００６５】
以上において、本発明を実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【００６６】
例えば、一面側流路１０や他面側流路２０に蓄熱装置を設けることもできる。この場合、蓄熱装置内に蓄えられた熱によって、より好適に車室ＣＲの暖房や冷房を行うことが可能となる。
【００６７】
また、冷房時における他面側流路２０では、第５流路１９、第４流路１８及び第３流路１７の順で水を循環させても良い。この場合には、冷房時における他面側流路２０において、モータ２５及びＰＣＵ２７が他面側熱交換器７よりも水の流通方向の上流側となる。このため、ラジエータ１３によって冷却された水によってモータ２５及びＰＣＵ２７がより好適に冷却されることとなる。
【００６８】
さらに、他面側流路２０には、車両に搭載されているバッテリ等が設けられても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、モータによって走行される車両、エンジンによって走行される車両及びエンジンとモータとによって走行される車両における空調装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００７０】
３…熱電変換モジュール
３ａ…一面
３ｂ…他面
５…一面側熱交換器
７…他面側熱交換器
９…第１空調用熱交換器
１１…第２空調用熱交換器
１０…一面側流路
２０…他面側流路
１５…第１流路
１６…第２流路
１７…第３流路
１８…第４流路
１９…第５流路
２１…バイパス流路
２３…三方弁（第１切替手段）
２５…モータ（駆動源）
２７…ＰＣＵ（駆動源）
３０ａ…熱電変換素子
Ｐ２…第２ポンプ（第２切替手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両用空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に従来の車両用空調システムが開示されている。この車両用空調システムは、廃熱回収器と、ラジエータと、熱電変換モジュールと、一面側熱交換器と、他面側熱交換器と、水が循環可能な他面側流路とを備えている。
【０００３】
廃熱回収器には、車両を駆動させるモータ等の廃熱が回収されるようになっている。熱電変換モジュールは、一面側と他面側とで放熱面と吸熱面とを切り替え可能となっている。一面側熱交換器は、熱電変換モジュールの一面側に設けられており、他面側熱交換器は、熱電変換モジュールの他面側に設けられている。他面側流路は、廃熱回収器とラジエータと他面側熱交換器とを接続している。
【０００４】
この車両用空調システムでは、熱電変換モジュールの放熱面と吸熱面との切り替え操作と、他面側流路の切り替え操作とにより車室の空調を行う。
【０００５】
具体的には、車室の暖房を行う場合、熱電変換モジュールの一面側を放熱面とし、他面側を吸熱面とする。また、他面側流路において、廃熱回収器と他面側熱交換器とを連通させ、他面側熱交換器及び廃熱回収器とラジエータとを非連通とする。これにより、他面側流路内の水が廃熱回収器内の熱によって加熱される。この水の熱が他面側熱交換器において熱電変換モジュールの他面側から吸熱される。この吸熱された熱は、一面側熱交換器内において、周りの空気に対して放熱される。この放熱によって加熱された空気が車室に供給され、車室の暖房が行われる。
【０００６】
一方、車室の冷房を行う場合、熱電変換モジュールの一面側を吸熱面とし、他面側を放熱面とする。また、他面側流路において、ラジエータと他面側熱交換器とを連通させ、他面側熱交換器及びラジエータと廃熱回収器とを非連通とする。これにより、一面側熱交換器において熱電変換モジュールの一面側から吸熱され、一面側熱交換器の周りの空気が冷却される。この冷却された空気が車室に供給されることにより、車室の冷房が行われる。なお、熱電変換モジュールの他面側からの放熱を受けて加熱された他面側流路内の水は、ラジエータによって車室外の空気と熱交換されることにより冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開平１０−３５２６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、熱電変換モジュールによって吸熱され、冷却された空気は湿度が低くなる。このため、この空気を車室に供給することで車室の除湿を行うことが考えられる。しかし、この空気は冷却されて温度が低くなっていることから、特に寒い環境下に上記の車両用空調システムにおいて車室の除湿を行なえば、車室の暖房効果が低下してしまう問題がある。
【０００９】
この点、例えば上記の車両用空調システムに複数の熱電変換モジュール、一面側熱交換器及び他面側熱交換器を設け、一方の一面側熱交換器において、空気を冷却することでその除湿を行い、他方の一面側熱交換器において、この除湿された空気の再加熱を行うことが考えられる。
【００１０】
しかしながら、この場合、熱電変換モジュールや他面側熱交換器等の個数だけでなく、それぞれの他面側熱交換器と廃熱回収器とラジエータとを接続するため、他面側流路が複雑化する。このため、車両用空調システムの構成が複雑化し、その製造コストが増大する問題が生じてしまうこととなる。
【００１１】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、車室の好適な空調を実現しつつ、製造コストを削減可能な車両用空調システムを提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の車両用空調システムは、印加する電流の方向を切り替え可能な熱電変換素子を有する熱電変換モジュールと、該熱電変換モジュールの一面側に設けられる一面側熱交換器と、該熱電変換モジュールの他面側に設けられる他面側熱交換器と、第１空調用熱交換器と、第２空調用熱交換器と、ラジエータと、該一面側熱交換器と該第１空調用熱交換器とを接続する一面側流路と、該他面側熱交換器と該第２空調用熱交換器と該ラジエータとを接続する他面側流路とを備え、
前記一面側流路は、前記一面側熱交換器から前記第１空調用熱交換器まで延びる第１流路と、該第１空調用熱交換器から該一面側熱交換器まで延びる第２流路とを有し、
前記他面側流路は、前記他面側熱交換器から前記第２空調用熱交換器まで延びる第３流路と、該第２空調用熱交換器から前記ラジエータまで延びる第４流路と、該ラジエータから該他面側熱交換器まで延びる第５流路と、該第３流路と該第４流路とを接続するバイパス流路とを有し、
該他面側流路には、熱交換媒体を該バイパス流路に流通させて、該熱交換媒体に該第２空調用熱交換器を迂回させる状態と、該熱交換媒体を該バイパス流路に流通させず、該熱交換媒体を該第２空調用熱交換器へ流通させる状態とを切り替え可能な切替手段が設けられていることを特徴とする（請求項１）。
【００１３】
本発明の車両用空調システムでは、車室の暖房を行う場合、熱電変換モジュールの一面側が放熱面となり、他面側が吸熱面となるように、熱電変換モジュールの熱電変換素子に対して電流を印加する。また、切替手段は、熱交換媒体をバイパス流路に流通させる。これらにより、他面側熱交換器内の熱交換媒体が熱電変換モジュールから吸熱されるとともに、一面側熱交換器内の熱交換媒体が熱電変換モジュールからの放熱を受けて加熱される。この加熱された熱交換媒体は一面側流路を介して第１空調用熱交換器へ至る。そして、第１空調用熱交換器において、この熱交換媒体の熱が周りの空気に対して放熱され、空気が加熱される。こうして、この加熱された空気が車室に供給され、車室の暖房が行われる。
【００１４】
この際、他面側流路では熱交換媒体がバイパス流路を流通することとなり、第２空調用熱交換器内を熱交換媒体が流通しないこととなる。なお、他面側熱交換器内で熱電変換モジュールによる吸熱を受けて冷却された熱交換媒体は、ラジエータにおいて、熱交換により加熱されることとなる。
【００１５】
一方、車室の冷房を行う場合、熱電変換モジュールの一面側が吸熱面となり、他面側が放熱面となるように、熱電変換モジュールの熱電変換素子に対して電流を印加する。また、切替手段は、熱交換媒体をバイパス流路に流通させる。これらにより、他面側熱交換器内の熱交換媒体が熱電変換モジュールからの放熱を受けるとともに、一面側熱交換器内の熱交換媒体が熱電変換モジュールから吸熱を受けて冷却される。この冷却された熱交換媒体が一面側流路を介して第１空調用熱交換器へ至り、周りの空気を冷却する。こうして冷却された空気が車室に供給され、車室の冷房が行われる。また、他面側流路では暖房時と同様、熱交換媒体がバイパス流路を流通することとなり、第２空調用熱交換器内を熱交換媒体が流通しない。なお、他面側熱交換器内で熱電変換モジュールによる放熱を受けて加熱された熱交換媒体は、ラジエータにおいて、熱交換により冷却されることとなる。
【００１６】
また、車室の除湿を行う場合、上記の冷房時の状態において、切替手段は、他面側熱交換器内で熱電変換モジュールによる放熱を受けて加熱された熱交換媒体をバイパス流路に流通させず、第２空調用熱交換器へ流通させる。これにより、第２空調用熱交換器において、この加熱された熱交換媒体の熱が放熱される。このため、第１空調用熱交換器において冷却及び除湿された空気の再加熱が第２空調用熱交換器によって行われ、空気の温度調整がなされる。こうして、温度調整がされた空気が車室に供給され、車室の除湿を行うことができる。
【００１７】
このように、除湿に用いる空気の温度調整が行われていることから、この車両用空調システムでは、車室の除湿を行う場合に車室の空調効果を妨げ難くなっている。なお、この車慮用空調システムでは、熱電変換モジュールの一面側を吸熱面とし、他面側を放熱面とすることによっても、上記のような車室の除湿を行うことが可能である。この場合、第２空調用熱交換器において、空気の冷却及び除湿が行われ、第１空調用熱交換器において、その空気の再加熱が行われることとなる。また、除湿時における空気の再加熱の必要がない場合には、上記の冷房時の状態によって車室の除湿を行うこともできる。
【００１８】
これらのように、この車両用空調システムでは、車室の暖房、冷房及び除湿のそれぞれを行う場合、熱電変換モジュールの熱電変換素子に対する電流の印加方向の切り替えと、切替手段による熱交換媒体の流通の切り替えとを行えば足りる。このため、車両用空調システムの構成を簡略化することが可能となる。
【００１９】
したがって、本発明の車両用空調システムによれば、車室の好適な空調を実現しつつ、製造コストを削減できる。
【００２０】
特に、この車両用空調システムでは構成が簡略化されることにより、車両への搭載時における制限を受け難くなる。このため、この車両用空調システムは車両への搭載性が向上することとなる。また、構成が簡略されることにより、車両用空調システムの小型化も実現することが可能となる。
【００２１】
熱交換媒体としては、水の他、ＬＬＣ（ロングライフクーラント）からなる冷却液等の液体を採用できる。また、空気等の気体を熱交換媒体として採用することも可能である。
【００２２】
また、熱電変換モジュールは、その一面と他面とを構成する一対の基板と、各基板に挟持された状態で、各基板に設けられた電極と電気的に接続された複数の熱電変換素子とで構成されているものを採用することができる。また、各基板を有さない、いわゆるスケルトン式の熱電変換モジュールを採用することもできる。
【００２３】
一面側流路及び他面側流路には、例えば熱交換媒体を貯留可能な貯留タンク等が設けられても良い。特に、他面側流路には、車両を駆動させる駆動源が設けられていることが好ましい（請求項２）。例えば、他面側流路において、駆動源が他面側熱交換器よりも熱交換媒体の流通方向の上流側となった場合、駆動源によって熱交換媒体が加熱されることから、暖房時において、他面側熱交換器内の熱交換媒体に対し、熱電変換モジュールの他面側では、より多くの熱を吸熱することが可能となる。このため、熱電変換モジュールの一面側では、より多くの熱を放熱でき、一面側熱交換器内の熱交換媒体を十分に加熱することが可能となる。このため、一面側流路内の熱交換媒体がより加熱される。このため、より好適に車室の暖房を行うことが可能となる。
【００２４】
また、例えば、他面側流路において、駆動源が他面側熱交換器よりも熱交換媒体の流通方向の下流側となった場合、暖房時において、他面側熱交換器内の熱交換媒体は熱電変換モジュールの他面側からの吸熱を受けることで冷却されることから、好適に駆動源の冷却を行うことが可能となる。
【００２５】
駆動源としては、例えば、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン及び天然ガスエンジン等の内燃式のエンジン、モータ、インバータやコンバータ等によって構成されたパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）等の駆動回路及びバッテリ等を採用することができる。これらのエンジンやモータ等を組み合わせて駆動源とすることもできる。
【００２６】
この車両用空調システムにおいて、切替手段は第１切替手段であり得る。そして、他面側流路には、第３流路、第４流路及び第５流路の順に熱交換媒体を流通させる状態と、第５流路、第４流路及び第３流路の順に熱交換媒体を流通させる状態とを切り替え可能な第２切替手段が設けられていることが好ましい（請求項３）。
【００２７】
例えば、上記の駆動源を第５流路に設けた場合、第２切替手段が暖房時において、第３流路、第４流路及び第５流路の順に熱交換媒体を流通させることで、他面側流路において駆動源が他面側熱交換器よりも熱交換媒体の流通方向の上流側となる。このため、上記のように、暖房時において、熱電変換モジュールの一面側は、より多くの熱を放熱することが可能となり、好適に車室の暖房を行うことが可能となる。また、除湿時に第２空調用熱交換器によって好適に再加熱を行うことも可能である。
【００２８】
また、切替手段が冷房時において、第２切替手段が第５流路、第４流路及び第３流路の順に熱交換媒体を流通させることで、他面側流路において駆動源が他面側熱交換器よりも熱交換媒体の流通方向の下流側となる。このため、ラジエータによって冷却された熱交換媒体に対して熱電変換モジュールの他面側がより多く放熱できることから、熱電変換モジュールの一面側では、より多く吸熱することが可能となる。このため、好適に車室の冷房を行うことが可能となる。
【００２９】
熱電変換モジュール、一面側熱交換器、他面側熱交換器及びラジエータは車室外に配置され得る。そして、第１空調用熱交換器及び第２空調用熱交換器は車室内に配置されていることが好ましい（請求項４）。この場合、車両用空調システムにおいて、車室側となる部分の構成が簡略化されることとなり、全体として車両用空調システムの構成がより簡略化されることとなる。このため、車両用空調システムの製造コストをより削減することが可能となるとともに、車両への搭載性もより向上することとなる。
【００３０】
ここで、車室内とは狭義の乗員用空間のみを意味するものではなく、車両において、エンジンコンパートメントと車室とを区画する壁よりも乗員用空間側となる空間の全体を指す。
【００３１】
この車両用空調システムでは、切替手段として、例えば、開閉弁や熱交換媒体の流通方向を切り替え可能な電動ポンプ等を採用することができる。特に、第１切替手段は、バイパス流路と第３流路との接続部又は第４流路との接続部に設けられた三方弁であることが好ましい（請求項５）。この場合、車両用空調システムの構成がより簡略化され、製造コストをより削減することが可能となる。なお、三方弁とは、一方の流路を他方の二つの流路に分岐可能、すなわち、一方の流路を他方の流路のうちのいずれかと連通させ、他方の残りの流路とは非連通とすることを切り替え可能な切替弁をいう。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の車両用空調システムによれば、車室の好適な空調を実現しつつ、製造コストを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施例の車両用空調システムを示す模式構造図である。
【図２】実施例の車両用空調システムに係り、暖房時の状態を示す模式構造図である。
【図３】実施例の車両用空調システムに係り、暖房時の状態を示す模式構造図である。
【図４】実施例の車両用空調システムに係り、冷房時の状態を示す模式構造図である。
【図５】実施例の車両用空調システムに係り、除湿時における再加熱の状態を示す模式構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明を具体化した実施例を図面を参照しつつ説明する。実施例の車両用空調システムは、車室の空調としての暖房、冷房及び除湿を行う装置として車両に搭載されている。
【００３５】
（実施例）
実施例の車両用空調システムは、図１に示すように、熱電変換モジュール３と、一面側熱交換器５と、他面側熱交換器７と、第１空調用熱交換器９と、第２空調用熱交換器１１と、ラジエータ１３と、一面側流路１０を構成する第１、２流路１５、１６と、他面側流路２０を構成する第３〜５流路１７〜１９とを備えている。他面側流路２０には、バイパス流路２１と、三方弁２３と、モータ２５及びＰＣＵ２７とが設けられている。
【００３６】
熱電変換モジュール３は、その一面３ａと他面３ｂとを構成する一対の基板３０ａ、３０ｂと、各基板３０ａ、３０ｂに挟持された状態で、各基板３０ａ、３０ｂに設けられた電極と電気的に接続された複数の熱電変換素子３０ｃとで構成されている。なお、熱電変換モジュール３の構成は他の公知の熱電変換モジュールと同様であり、構成に関する詳細な説明を省略する。また、図１及び後述の図２〜５では、熱電変換モジュール３における電極について、図示を省略している。
【００３７】
図１に示すように、熱電変換モジュール３の各熱電変換素子３０ｃは、電極を介して図示しない制御装置と電気的に接続されており、印加される電流の向きを切り替えることにより、熱電変換モジュール３は、その一面３ａ側と他面３ｂ側とで吸熱面と放熱面とを切り替えることが可能になっている。なお、制御装置は車両に搭載されているバッテリ（図示しない）と電気的に接続されている。
【００３８】
一面側熱交換器５は、熱電変換モジュール３の一面３ａ側に設けられている。一面側熱交換器５は、内部に熱交換媒体としての水を流通可能に構成されている。また、他面側熱交換器７は、熱電変換モジュール３の他面３ｂ側に設けられている。他面側熱交換器７も、内部に水を流通可能に構成されている。上記の熱電変換モジュール３、一面側熱交換器５及び他面側熱交換器７は、車両において、車室ＣＲ外となるエンジンコンパートメントＥＣ内に配置されている。なお、熱交換媒体としては、水の他にＬＬＣ等からなる冷却液等を採用することもできる。
【００３９】
第１空調用熱交換器９及び第２空調用熱交換器１１は、車両において車室ＣＲ内に配置されている。第１空調用熱交換器９及び第２空調用熱交換器１１は、それぞれ内部を水が流通可能に構成されており、第１空調用熱交換器９内の水と車室ＣＲ内の空気との間及び第２空調用熱交換器１１内の水と車室ＣＲ内の空気との間で、それぞれ熱交換を行うことが可能となっている。第１空調用熱交換器９の近傍には、電動ファン９ａが設けられており、第２空調用熱交換器１１の近傍には、電動ファン１１ａが設けられている。これらの電動ファン９ａ、１１ａは、それぞれ図示しない制御装置と電気的に接続されている。
【００４０】
ラジエータ１３は車両においてエンジンコンパートメントＥＣ内に配置されている。ラジエータ１３は、内部を水が流通可能に構成されており、ラジエータ１３水と車室ＣＲ外の空気との間で熱交換を行うことが可能となっている。このラジエータ１３の近傍には、電動ファン１３ａが設けられている。電動ファン１３ａは、図示しない制御装置と電気的に接続されている。
【００４１】
モータ２５及びＰＣＵ２７はエンジンコンパートメントＥＣ内に配置されており、駆動源として車両を駆動させる。ＰＣＵ２７はモータ２５を駆動させる駆動装置であり、公知のインバータや公知のコンバータ等によって構成されている。このＰＣＵ２７には図示しない制御装置と電気的に接続されている。また、モータ２５及びＰＣＵ２７には図示しないウォータジャケットが形成されており、このウォータジャケット内を流通する水によりモータ２５及びＰＣＵ２７を冷却又は暖機することが可能となっている。なお、モータ２５及びＰＣＵ２７に替えて公知のエンジンを駆動源として採用しても良く、また、モータ２５及びＰＣＵ２７とエンジンとを組み合わせて駆動源としても良い。
【００４２】
一面側熱交換器５と第１空調用熱交換器９とは、一面側流路１０によって接続されている。この一面側流路１０は、一面側熱交換器５から第１空調用熱交換器９まで延びる第１流路１５と、第１空調用熱交換器９から一面側熱交換器５まで延びる第２流路１６とで構成されている。これらの第１流路１５及び第２流路１６は、内部を水が流通可能になっている。また、第２流路１６には公知のリザーバタンク２９ａが設けられており、第２流路１６は、第１空調用熱交換器９からリザーバタンク２９ａまで延びる流路３１ａと、リザーバタンク２９ａから一面側熱交換器５まで延びる流路３１ｂとで構成されている。このリザーバタンク２９ａ内には水が貯留されている。一方、第１流路１５には第１電動ポンプＰ１が設けられており、第１電動ポンプＰ１は、エンジンコンパートメントＥＣ内に配置されており、図示しない制御装置と電気的に接続されている。また同様に、リザーバタンク２９ａもエンジンコンパートメントＥＣ内に配置されている。なお、第１流路１５にリザーバタンク２９ａが設けられても良く、第２流路１６に第１電動ポンプＰ１が設けられても良い。
【００４３】
他面側熱交換器７と第２空調用熱交換器１１とラジエータ１３とモータ２５及びＰＣＵ２７とは、他面側流路２０によって接続されている。他面側流路２０は、他面側熱交換器７から第２空調用熱交換器１１まで延びる第３流路１７と、第２空調用熱交換器１１からラジエータ１３まで延びる第４流路１８と、ラジエータからモータ２５及びＰＣＵ２７を経由して他面側熱交換器７まで延びる第５流路１９とで構成されている。第３〜５流路１７〜１９は、内部を水が流通可能になっている。また、第３流路１７には三方弁２３が設けられており、第４流路１８にはリザーバタンク２９ｂが設けられている。このリザーバタンク２９ｂは、上記のリザーバタンク２９ａと同じ構成であり、内部に水が貯留されている。さらに、第５流路１９には第２電動ポンプＰ２が設けられている。上記の三方弁２３及び第２電動ポンプＰ２は、図示しない制御装置とそれぞれ電気的に接続されており、第２電動ポンプＰ２は、水の吐出方向を任意に変更可能に構成されている。また、三方弁２３は車室ＣＲ内に設けられており、リザーバタンク２９ｂ及び第２電動ポンプＰ２はエンジンコンパートメントＥＣ内に配置されている。この三方弁２３が第１切替手段に相当しており、第２電動ポンプＰ２が第２切替手段に相当している。
【００４４】
第３〜５流路１７〜１９について、より詳細に説明すると、第３流路１７は、他面側熱交換器７から三方弁２３まで延びる流路３３ａと、三方弁２３から第２空調用熱交換器１１まで延びる流路３３ｂとで構成されている。第４流路１８は、第２空調用熱交換器１１からリザーバタンク２９ｂまで延びる流路３５ａと、リザーバタンク２９ｂからラジエータ１３まで延びる流路３５ｂとで構成されている。第５流路１９は、ラジエータ１３からモータ２５まで延びる流路３７ａと、モータ２５からＰＣＵ２７まで延びる流路３７ｂと、ＰＣＵ２７から他面側熱交換器７まで延びる流路３７ｃとで構成されている。上記の第２電動ポンプＰ２は、流路３７ａに設けられている。なお、第２電動ポンプＰ２は、流路３３ａの他、流路３７ｂや流路３７ｃに設けられても良い。同様に、リザーバタンク２９ｂは、第３流路１７や第５流路１９に設けられても良い。
【００４５】
バイパス流路２１は、一端側で三方弁２３と接続し、他端側で流路３５ａと接続している。これにより、バイパス流路２１は、第３流路１７と第４流路１８とを接続している。バイパス流路２１も内部を水が流通可能になっている。
【００４６】
以上のように構成された車両用空調システムでは、モータ２５の駆動による車両の駆動時において、図２〜５に示すような状態で車室ＣＲの暖房、冷房及び除湿を行う。なお、図２〜５中の実線矢印は一面側流路１０及び他面側流路２０における水の循環方向を示しており、破線矢印は熱の移動方向を示している。後述の図３〜５も同様である。
【００４７】
（車両の駆動時における暖房）
この場合、図２に示すように、制御装置は、熱電変換モジュール３の一面３ａ側が放熱面となり、他面３ｂ側が吸熱面となるように、熱電変換モジュール３の熱電変換素子３０ｃに対して電流を印加する。また、制御装置は、三方弁２３を操作し、流路３３ａとバイパス流路２１とを連通させ、流路３３ａ及びバイパス流路２１と流路３３ｂとを直接的には非連通とさせる。さらに、制御装置は第１、２電動ポンプＰ１、Ｐ２を作動させて、一面側流路１０及び他面側流路２０において水を循環させる。この際、制御装置は第２電動ポンプＰ２における水の吐出方向の制御を行い、他面側流路２０において、第３流路１７、第４流路１８及び第５流路１９の順で水を循環させる（図２中の実線矢印参照。）。このため、他面側流路２０において、モータ２５及びＰＣＵ２７が他面側熱交換器７よりも水の流通方向の上流側となる。また、バイパス流路２１に水が流通する。さらに、制御装置は電動ファン９ａ及び１３ａをそれぞれ作動させる。
【００４８】
これらにより、他面側熱交換器７内の水が熱電変換モジュール３から吸熱されるとともに、一面側熱交換器５内の水が熱電変換モジュール３からの放熱を受けて加熱される。この際、他面側熱交換器７内の水は、モータ２５及びＰＣＵ２７によって加熱されているため、熱電変換モジュール３は他面側熱交換器７内の水からより多くの熱を吸熱できるとともに、一面３ａ側でより多くの熱を放熱できる。このため、一面側熱交換器５内の水を十分に加熱することが可能となっている。
【００４９】
この加熱された水（温水）は第１流路１５を介して第１空調用熱交換器９へ至る。そして、第１空調用熱交換器９において、この温水の熱が車室ＣＲ内の空気に対して放熱され、車室ＣＲ内の空気が加熱される。こうして、この加熱された空気が電動ファン９ａを介して車室ＣＲに供給され、車室ＣＲの暖房が行われる。
【００５０】
この際、他面側流路２０では水が流路３３ａからバイパス流路２１へ流通することで第２空調用熱交換器１１が迂回され、第２空調用熱交換器１１内を水（冷水）が流通しないこととなる。
【００５１】
また暖房時において、この車両用空調システムでは、図３に示すように、制御装置が三方弁２３を操作し、流路３３ａと流路３３ｂとを連通させ、流路３３ａ及び流路３３ｂとバイパス流路２１とを非連通とさせる。また、制御装置は第２電動ポンプＰ２を作動させ、他面側流路２０において、第３流路１７、第４流路１８及び第５流路１９の順で水を循環させる（図２中の実線矢印参照。）。さらに、制御装置は電動ファン１１ａ、１３ａを作動させる。なお、熱電変換モジュール３、第１電動ポンプＰ１及び電動ファン９ａを停止させる。
【００５２】
これにより、モータ２５及びＰＣＵ２７によって加熱された温水がバイパス流路２１を流通せずに、第３流路１７を介して第２空調用熱交換器１１へ至ることとなる。これにより、第２空調用熱交換器１１において、この温水の熱を車室ＣＲ内の空気に対して放熱することで、車室ＣＲ内の空気を加熱できる。そして、電動ファン１１ａを介して、この加熱された空気を車室ＣＲに供給して、車室ＣＲの暖房を行うこともできる。
【００５３】
（車両の駆動時における冷房）
この場合、図４に示すように、制御装置は、熱電変換モジュール３の一面３ａ側が吸熱面となり、他面３ｂ側が放熱面となるように、熱電変換モジュール３の熱電変換素子３０ｃに対して電流を印加する。また、制御装置は、三方弁２３を操作し、流路３３ａとバイパス流路２１とを連通させ、流路３３ａ及びバイパス流路２１と流路３３ｂとを直接的には非連通とさせる。さらに制御装置は第１、２電動ポンプＰ１、Ｐ２を作動させて、一面側流路１０及び他面側流路２０において水を循環させる。この際、制御装置は第２電動ポンプＰ２における水の吐出方向の制御を行い、他面側流路２０において、第５流路１９、第４流路１８及び第３流路１７の順で水を循環させる（図４中の実線矢印参照。）。このため、他面側流路２０において、モータ２５及びＰＣＵ２７よりも水の循環方向の上流側に他面側熱交換器７が位置することとなる。また、バイパス流路２１に水が流通する。さらに、制御装置は電動ファン９ａ及び１３ａをそれぞれ作動させる。
【００５４】
これらにより、他面側熱交換器７内の水が熱電変換モジュール３からの放熱を受けるとともに、一面側熱交換器５内の水が熱電変換モジュール３から吸熱を受けて冷却される。この際、他面側熱交換器７内の水は、モータ２５及びＰＣＵ２７によって加熱されていないため、熱電変換モジュール３は他面側熱交換器７内の水に対してより多くの熱を放熱できるとともに、一面３ａ側でより多くの熱を吸熱できるようになる。このため、一面側熱交換器５内の水を十分に冷却することが可能となっている。
【００５５】
この冷却された水（冷水）が第１流路１５を介して第１空調用熱交換器９へ至り、車室ＣＲ内の空気を冷却する。こうして冷却された空気が電動ファン９ａを介して車室ＣＲに供給され、車室ＣＲの冷房が行われる。
【００５６】
また、他面側流路２０では暖房時と同様、水がバイパス流路２１へ流通することで第２空調用熱交換器１１が迂回され、第２空調用熱交換器１１内を水（温水）が流通しない。なお、他面側熱交換器７内での熱電変換モジュール３による放熱を受け、さらにモータ２５及びＰＣＵ２７によって加熱された温水は、ラジエータ１３において、熱交換により冷却されることとなる。
【００５７】
（車両の駆動時における除湿）
この場合、上記の冷房時の状態において、図５に示すように、制御装置は、三方弁２３を操作し、流路３３ａと流路３３ｂとを連通させ、流路３３ａ及び流路３３ｂとバイパス流路２１とを非連通とさせる。また、制御装置は第２電動ポンプＰ２における水の吐出方向の制御を行い、他面側流路２０において、第３流路１７、第４流路１８及び第５流路１９の順で水を循環させる（図５中の実線矢印参照。）。さらに制御装置は電動ファン１１ａを作動させる。これらにより、他面側熱交換器７内で熱電変換モジュール３による放熱を受けて加熱された温水をバイパス流路２１に流通させず、第２空調用熱交換器１１へ流通させる。
【００５８】
これにより、第２空調用熱交換器１１において、この加熱された温水の熱が放熱される。このため、第１空調用熱交換器９において冷却及び除湿された車室ＣＲ内の空気の再加熱が第２空調用熱交換器１１によって行われ、空気の温度調整がなされる。こうして、温度調整がされた空気が電動ファン９ａ及び１１ａを介して車室ＣＲに供給され、車室ＣＲの除湿を行うことができる。
【００５９】
このように、除湿に用いる空気の温度調整が行われていることから、この車両用空調システムでは、車室ＣＲの除湿を行う場合に車室ＣＲの空調効果を妨げ難くなっている。なお、熱電変換モジュール３の一面３ａ側を吸熱面とし、他面３ｂ側を放熱面とすることによっても、上記のような車室ＣＲの除湿を行うことが可能である。この場合、第２空調用熱交換器１１において、空気の冷却及び除湿が行われ、第１空調用熱交換器９において、その空気の再加熱が行われることとなる。また、除湿時における空気の再加熱の必要がない場合には、上記の冷房時の状態によって車室ＣＲの除湿を行うこともできる。
【００６０】
暖房、冷房及び除湿時において、各リザーバタンク２９ａ、２９ｂは、それぞれの内部に貯留された水を用いて、一面側流路１０内及び他面側流路２０内を循環する各水の圧力調整を行う。これにより、暖房、冷房及び除湿時において、一面側流路１０内及び他面側流路２０内では、それぞれ水が好適に循環することとなる。このため、この車両用空調システムでは、車室ＣＲの空調効果が高くなっている。
【００６１】
これらのように、この車両用空調システムでは、車室ＣＲの暖房、冷房及び除湿のそれぞれを行う場合、熱電変換モジュール３の熱電変換素子３０ｃに対する電流の印加方向の切り替えと、三方弁２３及び第２電動ポンプＰ２による水の流通の切り替えとを行えば足りる。このため、車両用空調システムの構成を簡略化することが可能となっている。
【００６２】
したがって、この車両用空調システムによれば、車室ＣＲの好適な空調を実現しつつ、製造コストを削減できる。
【００６３】
特に、この車両用空調システムでは構成が簡略化されることにより、車両への搭載時における制限を受け難くなっている。このため、この車両用空調システムは車両への搭載性が高くなっている。また、構成が簡略されることにより、車両用空調システムの小型化も実現可能となっている。
【００６４】
また、この車両用空調システムにおいて、熱電変換モジュール３、一面側熱交換器５、他面側熱交換器７及びラジエータ１３は車室ＣＲ外となるエンジンコンパートメントＥＣ内に配置されている。そして、第１空調用熱交換器９及び第２空調用熱交換器１１は車室ＣＲ内に配置されている。このため、車両用空調システムにおいて、車室ＣＲ側となる部分の構成が簡略化されており、全体として車両用空調システムの構成が簡略化されている。このため、車両用空調システムの製造コストが削減されるとともに、車両への搭載性も高くなっている。
【００６５】
以上において、本発明を実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【００６６】
例えば、一面側流路１０や他面側流路２０に蓄熱装置を設けることもできる。この場合、蓄熱装置内に蓄えられた熱によって、より好適に車室ＣＲの暖房や冷房を行うことが可能となる。
【００６７】
また、冷房時における他面側流路２０では、第５流路１９、第４流路１８及び第３流路１７の順で水を循環させても良い。この場合には、冷房時における他面側流路２０において、モータ２５及びＰＣＵ２７が他面側熱交換器７よりも水の流通方向の上流側となる。このため、ラジエータ１３によって冷却された水によってモータ２５及びＰＣＵ２７がより好適に冷却されることとなる。
【００６８】
さらに、他面側流路２０には、車両に搭載されているバッテリ等が設けられても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、モータによって走行される車両、エンジンによって走行される車両及びエンジンとモータとによって走行される車両における空調装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００７０】
３…熱電変換モジュール
３ａ…一面
３ｂ…他面
５…一面側熱交換器
７…他面側熱交換器
９…第１空調用熱交換器
１１…第２空調用熱交換器
１０…一面側流路
２０…他面側流路
１５…第１流路
１６…第２流路
１７…第３流路
１８…第４流路
１９…第５流路
２１…バイパス流路
２３…三方弁（第１切替手段）
２５…モータ（駆動源）
２７…ＰＣＵ（駆動源）
３０ａ…熱電変換素子
Ｐ２…第２ポンプ（第２切替手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加する電流の方向を切り替え可能な熱電変換素子を有する熱電変換モジュールと、該熱電変換モジュールの一面側に設けられる一面側熱交換器と、該熱電変換モジュールの他面側に設けられる他面側熱交換器と、第１空調用熱交換器と、第２空調用熱交換器と、ラジエータと、該一面側熱交換器と該第１空調用熱交換器とを接続する一面側流路と、該他面側熱交換器と該第２空調用熱交換器と該ラジエータとを接続する他面側流路とを備え、
前記一面側流路は、前記一面側熱交換器から前記第１空調用熱交換器まで延びる第１流路と、該第１空調用熱交換器から該一面側熱交換器まで延びる第２流路とを有し、
前記他面側流路は、前記他面側熱交換器から前記第２空調用熱交換器まで延びる第３流路と、該第２空調用熱交換器から前記ラジエータまで延びる第４流路と、該ラジエータから該他面側熱交換器まで延びる第５流路と、該第３流路と該第４流路とを接続するバイパス流路とを有し、
該他面側流路には、熱交換媒体を該バイパス流路に流通させて、該熱交換媒体に該第２空調用熱交換器を迂回させる状態と、該熱交換媒体を該バイパス流路に流通させず、該熱交換媒体を該第２空調用熱交換器へ流通させる状態とを切り替え可能な切替手段が設けられていることを特徴とする車両用空調システム。
【請求項２】
前記他面側流路には、車両を駆動させる駆動源が設けられている請求項１記載の車両用空調システム。
【請求項３】
前記切替手段は第１切替手段であり、
前記他面側流路には、前記第３流路、前記第４流路及び前記第５流路の順に前記熱交換媒体を流通させる状態と、該第５流路、該第４流路及び該第３流路の順に該熱交換媒体を流通させる状態とを切り替え可能な第２切替手段が設けられている請求項２記載の車両用空調システム。
【請求項４】
前記熱電変換モジュール、前記一面側熱交換器、前記他面側熱交換器及び前記ラジエータは車室外に配置され、
前記第１空調用熱交換器及び前記第２空調用熱交換器は車室内に配置されている請求項１乃至３のいずれか１項記載の車両用空調システム。
【請求項５】
前記第１切替手段は、前記バイパス流路と前記第３流路との接続部又は前記第４流路との接続部に設けられた三方弁である請求項３記載の車両用空調システム。
【請求項１】
印加する電流の方向を切り替え可能な熱電変換素子を有する熱電変換モジュールと、該熱電変換モジュールの一面側に設けられる一面側熱交換器と、該熱電変換モジュールの他面側に設けられる他面側熱交換器と、第１空調用熱交換器と、第２空調用熱交換器と、ラジエータと、該一面側熱交換器と該第１空調用熱交換器とを接続する一面側流路と、該他面側熱交換器と該第２空調用熱交換器と該ラジエータとを接続する他面側流路とを備え、
前記一面側流路は、前記一面側熱交換器から前記第１空調用熱交換器まで延びる第１流路と、該第１空調用熱交換器から該一面側熱交換器まで延びる第２流路とを有し、
前記他面側流路は、前記他面側熱交換器から前記第２空調用熱交換器まで延びる第３流路と、該第２空調用熱交換器から前記ラジエータまで延びる第４流路と、該ラジエータから該他面側熱交換器まで延びる第５流路と、該第３流路と該第４流路とを接続するバイパス流路とを有し、
該他面側流路には、熱交換媒体を該バイパス流路に流通させて、該熱交換媒体に該第２空調用熱交換器を迂回させる状態と、該熱交換媒体を該バイパス流路に流通させず、該熱交換媒体を該第２空調用熱交換器へ流通させる状態とを切り替え可能な切替手段が設けられていることを特徴とする車両用空調システム。
【請求項２】
前記他面側流路には、車両を駆動させる駆動源が設けられている請求項１記載の車両用空調システム。
【請求項３】
前記切替手段は第１切替手段であり、
前記他面側流路には、前記第３流路、前記第４流路及び前記第５流路の順に前記熱交換媒体を流通させる状態と、該第５流路、該第４流路及び該第３流路の順に該熱交換媒体を流通させる状態とを切り替え可能な第２切替手段が設けられている請求項２記載の車両用空調システム。
【請求項４】
前記熱電変換モジュール、前記一面側熱交換器、前記他面側熱交換器及び前記ラジエータは車室外に配置され、
前記第１空調用熱交換器及び前記第２空調用熱交換器は車室内に配置されている請求項１乃至３のいずれか１項記載の車両用空調システム。
【請求項５】
前記第１切替手段は、前記バイパス流路と前記第３流路との接続部又は前記第４流路との接続部に設けられた三方弁である請求項３記載の車両用空調システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２１４１０６（Ｐ２０１２−２１４１０６Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８０２５４（Ｐ２０１１−８０２５４）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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