車両用空調装置
【課題】大型化することなく空調性能を向上することができる車両用空調装置を提供する。
【解決手段】第１および第２のペルチェユニット１７、１８に冷却水を供給するとともに放熱器１９と接続された冷却水路２０と、第１および第２のペルチェユニットに加える電圧の極性および大きさを制御するエアコンＥＣＵ１４とを備えた車両用空調装置１０であって、第１および第２のペルチェユニットは、水冷用熱交換器と、空調用空気と熱交換を行う空冷用熱交換器と、を有し、第１のペルチェユニットは、空調用空気を車室内に供給する供給経路に設置され、第２のペルチェユニットは、第１のペルチェユニットよりも下流側の供給経路に設置され、冷却水路は、放熱器を通過した冷却水が第１のペルチェユニットの水冷用熱交換器を通過した後に、第２のペルチェユニットを通過するよう放熱器、第１のペルチェユニットおよび第２のペルチェユニットを接続する。
【解決手段】第１および第２のペルチェユニット１７、１８に冷却水を供給するとともに放熱器１９と接続された冷却水路２０と、第１および第２のペルチェユニットに加える電圧の極性および大きさを制御するエアコンＥＣＵ１４とを備えた車両用空調装置１０であって、第１および第２のペルチェユニットは、水冷用熱交換器と、空調用空気と熱交換を行う空冷用熱交換器と、を有し、第１のペルチェユニットは、空調用空気を車室内に供給する供給経路に設置され、第２のペルチェユニットは、第１のペルチェユニットよりも下流側の供給経路に設置され、冷却水路は、放熱器を通過した冷却水が第１のペルチェユニットの水冷用熱交換器を通過した後に、第２のペルチェユニットを通過するよう放熱器、第１のペルチェユニットおよび第２のペルチェユニットを接続する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用空調装置に関し、特に、ペルチェユニットを備える車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に搭載される空調装置においては、熱電素子を備えたユニット（以下、ペルチェユニットという）により空調用空気を加熱および冷却するものがある。
【０００３】
この種の車両用空調装置として、並列に設置される二つのペルチェユニットを備え、一方のペルチェユニットで空調用空気を加熱し、もう一方のペルチェユニットで空調用空気を冷却するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この特許文献１に記載された従来の車両用空調装置は、空調用空気を加熱するペルチェユニットおよび空調用空気を冷却するペルチェユニットを暖房用ダクトおよび冷房用ダクトにそれぞれ備え、暖房用ダクトおよび冷房用ダクトの吹出口および排気口の開閉状態を切換えることにより車室内に加熱された空気あるいは冷却された空気を供給するようになっている。
【０００５】
また、この特許文献１に記載された従来の車両用空調装置は、暖房用ダクトと冷房用ダクトとの間に混合ダンパを備えており、この混合ダンパを開状態に移行し、加熱された空気と冷却により除湿された空気とを混合することにより、車室内に除湿され温度調節された空気を供給するようになっていた。
【０００６】
また、ペルチェユニットに印加する電圧の極性を切換えることにより、空調用空気を加熱あるいは冷却するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
この特許文献２に記載された従来の車両用空調装置は、ペルチェ素子と、ペルチェ素子の一方の面に接した水冷式熱交換器と、ペルチェ素子の他方の面に接した空冷式熱交換器とによって構成される第１および第２のペルチェユニットと、ラジエータおよび第１のペルチェユニットを接続する第１の循環水路と、廃熱回収器および第２のペルチェユニットを接続する第２の循環水路と、を備えている。また、第１の循環水路および第２の循環水路は、第１および第２のペルチェユニットの上流側および下流側においてバルブを介して互いに接続されるとともに、各循環水路には、それぞれポンプが設置されていた。この構成により、空調装置は、暖房時において、内燃機関の廃熱により加熱された循環水をバルブを介して第１および第２の循環水路に循環させ、第１および第２のペルチェユニットに供給することにより、内燃機関の廃熱を利用するようになっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−２００８７７号公報
【特許文献２】特開平１０−３５２６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述のような特許文献１に記載の従来の車両用空調装置にあっては、二つのペルチェユニットのいずれにも空冷を行うための送風機を設置する必要があった。そのため、装置が大型化し、車両への搭載が難しくなるという問題が生じていた。さらに、車室内に除湿された空気を供給する場合には、空調用空気は、冷却により除湿された空気と、加熱により除湿されていない空気とを混合させて車室内に供給するため、除湿性能が十分に得られないという問題があった。
【００１０】
また、上述のような特許文献２に記載の従来の車両用空調装置にあっては、空調用空気を加熱する際には、内燃機関の廃熱により循環水の温度を上昇させる必要があった。そのため、内燃機関を搭載していない車両や、走行条件に応じて内燃機関の駆動が停止するハイブリッド車両においては、加熱性能が十分に得られないという問題があった。また、二つのペルチェユニットに二つの循環水路をそれぞれ接続する必要があるとともに、それぞれの循環水路にポンプが配置されているため、装置が大型化するという問題があった。
【００１１】
したがって、いずれに記載の車両用空調装置にあっても、装置を大型化することなく空調性能を向上することができないという問題があった。
【００１２】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、大型化することなく空調性能を向上することができる車両用空調装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る車両用空調装置は、上記目的達成のため、（１）ペルチェ素子を有し、前記ペルチェ素子に加える電圧の極性に応じて車両の外部から車室内に供給される空調用空気を加熱あるいは冷却可能な第１のペルチェユニットおよび第２のペルチェユニットと、前記第１のペルチェユニットおよび前記第２のペルチェユニットに冷却水を供給するとともに、前記冷却水と前記車両の外部との間で熱交換を行う放熱器と接続された冷却水路と、前記第１のペルチェユニットおよび前記第２のペルチェユニットのペルチェ素子に加える電圧の極性および大きさを制御する制御手段と、を備えた車両用空調装置であって、前記第１のペルチェユニットおよび前記第２のペルチェユニットは、前記冷却水と熱交換を行う水冷用熱交換器と、前記空調用空気と熱交換を行う空冷用熱交換器と、をそれぞれ有し、前記水冷用熱交換器および前記空冷用熱交換器は、前記ペルチェ素子を挟むよう設置され、前記第１のペルチェユニットは、前記車両の外部から吸入された空調用空気を車室内に供給する供給経路に設置され、前記第２のペルチェユニットは、前記第１のペルチェユニットよりも下流側の前記供給経路に設置され、前記冷却水路は、前記放熱器を通過した冷却水が前記第１のペルチェユニットの水冷用熱交換器を通過した後に、前記第２のペルチェユニットの水冷用熱交換器を通過するよう前記放熱器、前記第１のペルチェユニットおよび前記第２のペルチェユニットを接続することを特徴とする。
【００１４】
この構成により、第１のペルチェユニットにおいて冷却されることにより除湿された空調用空気を第２のペルチェユニットにより加熱して車室内に供給することができるので、車室内の除湿を行う場合には、車室内に供給される空調用空気の温度にかかわらず、除湿された空調用空気を供給することができる。また、内燃機関の廃熱を利用しないので、内燃機関を備えない車両および走行状況に応じて内燃機関の駆動が停止する車両に搭載する場合においても、空調用空気を加熱することができるとともに、一方のペルチェユニットにより加熱された冷却水が他方のペルチェユニットに供給されるので、冷却水路および冷却水路に設置されるポンプを複数用いることなく空調用空気に対する加熱度合いを高めることが可能となる。結果として、装置を大型化することなく空調性能を向上することができる。
【００１５】
また、上記（１）に記載の車両用空調装置において、（２）前記車両は、内燃機関と、前記内燃機関を冷却するエンジン冷却水と前記車両の外部との間で熱交換を行うラジエータと、前記エンジン冷却水と前記空調用空気との間で熱交換を行う車室内用熱交換器と、前記内燃機関、前記ラジエータおよび前記車室内用熱交換器を接続し、前記内燃機関を通過したエンジン冷却水を前記車室内用熱交換器に供給するエンジン冷却水用循環水路と、を備え、前記車室内用熱交換器は、前記第２のペルチェユニットよりも下流側の前記供給経路に設置されることを特徴とする。
【００１６】
この構成により、第１および第２のペルチェユニットに加え、内燃機関により駆動する車両において既存の車室内用熱交換器を用いて空調用空気を加熱することができるので、装置を大型化することなく暖房性能を向上することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、大型化することなく空調性能を向上することができる車両用空調装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る車両用空調装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る空調ユニットを示す概略構成図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るペルチェユニットを示す概略構成図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るコア部を示す概略構成図である。
【図５】図４のＡ−Ａ断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係るコア部の拡大図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る車両用空調装置の動作モードを示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る車両用空調装置を示す概略構成図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る空調ユニットを示す概略構成図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る車両用空調装置の動作モードを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２０】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る車両用空調装置を図１ないし図７を参照して説明する。なお、本実施の形態においては、本発明に係る車両用空調装置をエンジンおよびモータジェネレータにより駆動可能なハイブリッド車両に搭載する場合について説明する。
【００２１】
車両用空調装置１０は、第１ペルチェユニット１７と、第２ペルチェユニット１８と、電圧コントロールユニット１２と、室外放熱器１９と、冷却水路２０と、ウォーターポンプ２４と、エアコンＥＣＵ１４と、を備えている。
【００２２】
第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８は、ペルチェ素子と冷却水および空調用空気との間で熱交換を行うようになっている。この第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８は、電圧コントロールユニット１２と接続される入力端子をそれぞれ有している。これらの入力端子は、後述するペルチェ素子の電極と接続されており、入力端子に印加される電圧、すなわちペルチェ素子の電極に印加される電圧の極性に応じて空調用空気の加熱および冷却を行うようになっている。第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８の構造については、後に詳細に説明する。
【００２３】
冷却水路２０は、ウォーターポンプ２４、室外放熱器１９、第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８を接続しており、ウォーターポンプ２４により吐出された冷却水を、室外放熱器１９、第１ペルチェユニット１７、第２ペルチェユニット１８の順に供給するようになっている。
【００２４】
電圧コントロールユニット１２は、エアコンＥＣＵ１４から入力される信号に応じて第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８にそれぞれ電圧を印加するようになっている。
【００２５】
エアコンＥＣＵ１４は、双方向性バスを介して互いに接続されているＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、入力ポート、および出力ポート等を備えたマイクロコンピュータによって構成されている。ＣＰＵは、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って信号処理を行うことにより、車両用空調装置１０、すなわちエアコンの出力制御などを実行するようになっている。
【００２６】
また、エアコンＥＣＵ１４は、後述する各センサから入力される信号に基づいて、第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８のペルチェ素子に印加される電圧の大きさおよび極性が調節されるよう電圧コントロールユニット１２を制御するようになっている。なお、本実施の形態に係るエアコンＥＣＵ１４は、後述するように、本発明に係る制御手段を構成する。
【００２７】
室外放熱器１９は、電動ファン２２により空冷されるようになっている。ここで、室外放熱器１９が車両進行方向に対してラジエータ２１の前方に位置する場合には、電動ファン２２は、図１に示すようにラジエータ２１を冷却するためのファンにより構成されることとなる。
【００２８】
ウォーターポンプ２４は、図示しないモータジェネレータとの間で電力の送受を行う走行用バッテリーと接続されており、この走行用バッテリーから供給される電力により駆動する公知の電動ポンプにより構成されている。なお、本実施の形態に係る車両用空調装置１０がエンジンにより駆動する車両に搭載される場合には、ウォーターポンプ２４は補機バッテリーから電力を取得するようにしてもよい。
【００２９】
図２に示すように、本実施の形態に係る車両用空調装置１０（図１参照）を構成する第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８は、車室内に空調用空気を供給するための空調ユニット１１に組み込まれるようになっている。
【００３０】
空調ユニット１１は、車室内に空調用空気を供給するための供給経路としての空調ダクト３７を備えている。空調ダクト３７の上流側には、車両の外部から空気を吸入するための外気吸入口３８および車室内の空気を吸入し循環させるための内気吸入口３９が形成されている。
【００３１】
外気吸入口３８および内気吸入口３９の下流側には、内外気切換えダンパ４０が設置されている。本実施の形態においては、内外気切換えダンパ４０は、エアコンＥＣＵ１４により制御される内外気切換えダンパ用モータ５７によって可動するようになっている。エアコンＥＣＵ１４は、後述する外気温センサ３６や車室内の温度を検出する車室内温度センサ６９などから信号を入力すると、予めＲＯＭに記憶されている内外気切換えマップを参照することにより外気吸入口３８から外気を吸入する外気吸入モードと内気吸入口３９から内気を吸入する内気吸入モードとを切換えるようになっている。なお、エアコンＥＣＵ１４は、マニュアルモードにおいては、コントロールパネル５６に設置されたスイッチが操作者により選択されることにより、内外気切換えダンパ用モータ５７を駆動し内外気切換えダンパ４０の状態を移行するようになっている。
【００３２】
外気吸入口３８の近傍には、外気温センサ３６が設置されている。内外気切換えダンパ４０の下流側には、ブロア４１が設置されている。ブロア４１は、空調ダクト３７と一体に形成されているスクロールケーシング４２と、ブロアモータ４３と、ブロアモータ４３により回転駆動される遠心式ファン４４と、によって構成されている。
【００３３】
遠心式ファン４４は、ブロアモータ４３に供給される制御電圧の電圧値に応じた回転速度で回転する。したがって、遠心式ファン４４により車室内に供給される空調用空気の送風量は、ブロアモータ４３に供給される制御電圧によって制御されるようになっている。
【００３４】
エアコンＥＣＵ１４は、上述した各センサから信号を取得すると、ＲＯＭに予め記憶されているブロアモータ供給電圧マップを参照することにより、ブロアモータ４３に供給する制御電圧を設定するようになっている。なお、マニュアルモードにおいては、エアコンＥＣＵ１４は、コントロールパネル５６に設置され操作者が風量を選択するための風量設定スイッチの設定位置に応じて、ブロアモータ４３に供給する制御電圧を設定するようになっている。
【００３５】
空調ダクト３７におけるブロア４１の下流側には、第１ペルチェユニット１７が設置されている。この第１ペルチェユニット１７は、空調ダクト３７の空気通路の全面を塞ぐように配置されており、印加される電圧の極性に応じて通過する空調用空気を加熱あるいは冷却するようになっている。さらに、空調ダクト３７における第１ペルチェユニット１７の下流側には、第２ペルチェユニット１８が設置されている。この第２ペルチェユニット１８は、空調ダクト３７の空気通路の全面を塞ぐように配置されており、印加される電圧の極性に応じて、第１ペルチェユニット１７を通過した空調用空気を加熱あるいは冷却するようになっている。
【００３６】
空調ダクト３７における第２ペルチェユニット１８の下流側には、車両のフロント窓ガラスの内面に空調用空気を吹出すためのフロントデフロスタ吹出口４８と、車両の運転者および助手席搭乗者の足元に空調用空気を吹出すための足元吹出口５０と、車両の運転者および助手席搭乗者の頭部や胸部に向けて空調用空気を吹出すためのフェイス吹出口５１とが形成されている。フェイス吹出口５１は、フロントインストルメントパネルに配置されたセンタレジスタおよびサイドレジスタによって構成されている。
【００３７】
フロントデフロスタ吹出口４８、足元吹出口５０およびフェイス吹出口５１の上流側には、それぞれの吹出口の開閉状態を切換えるための切換えダンパ５２、５３、５４が設置されている。切換えダンパ５２、５３、５４は、エアコンＥＣＵ１４により制御される吹出口切換えダンパ用モータ５９により駆動されるようになっており、エアコンＥＣＵ１４は、後述する各センサから信号を入力すると、これらの信号が表す値と切換えダンパ５２、５３、５４の開度とが対応付けられた吹出口切換えマップを参照し、吹出口切換えダンパ用モータ５９を駆動して切換えダンパ５２、５３、５４の位置を切換えるようになっている。吹出口切換えマップは、ＲＯＭに予め記憶されている。
【００３８】
エアコンＥＣＵ１４は、電動ファン２２、ウォーターポンプ２４、温度センサ３４、コントロールパネル５６、内外気切換えダンパ用モータ５７、車室内温度センサ６９および吹出し口切換えダンパ用モータ５９と接続されている。
【００３９】
温度センサ３４は、空調ダクト３７において、第２ペルチェユニット１８を通過した直後の空調用空気の温度を検出し、この温度を表す信号をエアコンＥＣＵ１４に出力するようになっている。
【００４０】
第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８（以下、特に第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８を区別しない場合には、第１ペルチェユニット１７を例に説明する）は、図３に示すように、ペルチェ素子２８（図４参照）と空調用空気との間およびペルチェ素子２８と冷却水との間でそれぞれ熱交換を行うためのコア部２９と、冷却水路２０（図１参照）から流入口３１を介して冷却水を取得しコア部２９に供給するためのアッパータンク３０と、コア部２９を通過した取得した冷却水を流出口３３を介して冷却水路２０に流出するためのロアタンク３２とを備えている。
【００４１】
コア部２９は、図４に示すように、複数のペルチェ素子２８、チューブ６４およびフィン６６により構成されており、複数のペルチェ素子２８は、長手方向が互いに平行となるよう配置されている。
【００４２】
チューブ６４は、本発明に係る水冷用熱交換器を構成しており、チューブ６４の長手方向の両端部は、アッパータンク３０（図３参照）およびロアタンク３２にそれぞれ挿通されるようになっている。
【００４３】
ペルチェ素子２８、チューブ６４およびフィン６６のＡ−Ａ線における断面図は、図５に示されるように、水冷側電極５８と、この水冷側電極５８と対向配置される空冷側電極６０と、水冷側電極５８および空冷側電極６０の間に介装される複数のｎ型半導体層６７およびｐ型半導体層６８とによって構成されており、長手方向の両端部が、それぞれアッパータンク３０（図３参照）およびロアタンク３２（図３参照）の近傍に位置するよう配置されている。
【００４４】
隣り合うペルチェ素子２８は、水冷側電極５８あるいは空冷側電極６０が対向するように配置されている。チューブ６４は、水冷側電極５８が対向して隣り合う２つのペルチェ素子２８の間に配置され、それぞれの水冷側電極５８と接着層６３により接着されるようになっている。同様に、フィン６６は、空冷側電極６０が対向して隣り合う２つのペルチェ素子２８の間に配置され、それぞれの空冷側電極６０と接着されるようになっている。
【００４５】
ペルチェ素子２８において、複数のｎ型半導体層６７およびｐ型半導体層６８のうち、長手方向に隣り合う一組のｎ型半導体層６７およびｐ型半導体層６８は、それぞれの一方端が同一の空冷側電極６０に並べて接続される。また、このｎ型半導体層６７およびｐ型半導体層６８は、それぞれの他方端が互いに絶縁された水冷側電極５８に接続される。したがって、水冷側電極５８、ｎ型半導体層６７、空冷側電極６０、ｐ型半導体層６８および水冷側電極５８は、電気的に直列接続となる構造を有している。ここで、水冷側電極５８にプラス電圧が印加されると、空冷側電極６０が冷却され、水冷側電極５８が加熱されるようになっている。さらに、このｐ型半導体層６８は、長手方向において上記のｎ型半導体層６７と反対側に位置するｎ型半導体層６７とも組を形成するようになっており、この組においては、ｐ型半導体層６８とｎ型半導体層６７とは同一の水冷側電極５８に並べて接続されるとともに、他方端が互いに絶縁された空冷側電極６０に接続される。この場合においても、空冷側電極６０、ｐ型半導体層６８、水冷側電極５８、ｎ型半導体層６７および空冷側電極６０は、電気的に直列接続となる構造を有している。
【００４６】
図６に示すように、ペルチェ素子２８は、第１ペルチェユニット１７に形成された図示しない入力端子を介して電圧コントロールユニット１２（図１参照）と接続されており、電圧コントロールユニット１２から印加される電圧の極性に応じて、水冷側電極５８および空冷側電極６０のうちいずれか一方の電極が加熱され、もう一方の電極が冷却されるようになっている。本実施の形態においては、ペルチェ素子２８は、電圧コントロールユニット１２から第１ペルチェユニット１７の入力端子にプラス電圧が印加された場合に、空冷側電極６０が冷却され、水冷側電極５８が加熱されるようになっている。したがって、第１ペルチェユニット１７を通過する空調用空気は、空冷側電極６０により冷却されたフィン６６に熱を吸収され、冷却されるようになっている。
【００４７】
一方、ペルチェ素子２８は、電圧コントロールユニット１２からマイナス電圧を印加された場合には、空冷側電極６０が加熱され、水冷側電極５８が冷却されるようになっている。したがって、第１ペルチェユニット１７を通過する空調用空気は、空冷側電極６０により加熱されたフィン６６から熱を取得し、加熱されるようになっている。
【００４８】
室内用熱交換器を構成するフィン６６は、ペルチェ素子２８の空冷側電極６０に絶縁膜６１および接着層６２を介して設けられ、ペルチェ素子２８およびチューブ６４の外部を流れる空気とペルチェ素子２８との熱交換を促進させるようになっている。
【００４９】
このフィン６６は、例えば、空気流れ方向での断面形状が、波形状のコルゲートフィンにより構成されており、絶縁膜６１に接着されている。接着層６２は、ろう付けなど公知の接着方法において使用される接着剤により形成される。また、フィン６６は、ペルチェ素子２８と空気との熱交換効率を高めるための図示しないルーバおよびスリットが表面に形成されている。なお、フィン６６は、金属帯板をプレス加工したプレートフィンなどにより構成されていてもよい。
【００５０】
チューブ６４は、例えば、金属帯板を順次折り曲げて形成した扁平チューブ、金属を押出成形した多孔扁平チューブ、金属薄板をプレス加工して最中合わせした積層チューブあるいは金属パイプなどにより構成されている。
【００５１】
図１および図２に戻り、車両用空調装置１０を構成するエアコンＥＣＵ１４は、コントロールパネル５６からエアコンの駆動指示を表す信号が入力されると、ウォーターポンプ２４および電動ファン２２を駆動するとともに、第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８に印加される電圧の極性および大きさを選択し、この選択された電圧が第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８に印加されるよう、電圧コントロールユニット１２を制御するようになっている。電圧の極性および大きさは、以下に示す動作モードおよび各センサから入力される信号が表す情報と予め対応付けられており、電圧値マップとして予めＲＯＭに記憶されている。したがって、本実施の形態に係るエアコンＥＣＵ１４は、本発明に係る制御手段を構成する。
【００５２】
以上のような構成に基づく、本実施の形態に係る車両用空調装置の動作について図１ないし図７を参照して説明する。
【００５３】
エアコンの駆動指示は、図７に示すように、空調用空気の冷却度合いを最大にする冷房ＭＡＸモード、車室内の温度調節をする温度調節モード、空調用空気の加熱度合いを最大にする暖房ＭＡＸモードおよび車室内の除湿を行うための除湿モードのうちのいずれかの動作モードを表すようになっている。エアコンＥＣＵ１４は、コントロールパネル５６から駆動指示を取得すると、駆動指示が表す動作モードに応じて以下の制御を実行する。
【００５４】
エアコンＥＣＵ１４は、コントロールパネル５６から冷房ＭＡＸを表す信号が入力された場合には、第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８にプラス電圧が印加されるよう電圧コントロールユニット１２を制御する。
【００５５】
また、エアコンＥＣＵ１４は、コントロールパネル５６から温度調節モードを表す信号が入力された場合には、第１ペルチェユニット１７にプラス電圧を印加するとともに、第２ペルチェユニット１８にマイナス電圧を印加するようになっている。この場合、エアコンＥＣＵ１４は、第２ペルチェユニット１８に印加されるマイナス電圧の電圧値を調節することにより、車室内に供給される空調用空気の温度を調節する。したがって、エアコンＥＣＵ１４は、外気温センサ３６や車室内温度センサ６９から信号を入力すると、ＲＯＭに記憶された電圧値マップを参照し、第２ペルチェユニット１８に印加されるマイナス電圧の電圧値の絶対値を高めることにより空調用空気の温度を高めたり、第２ペルチェユニット１８に印加されるマイナス電圧の電圧値の絶対値を下げることにより空調用空気の温度を低くする。
【００５６】
このとき、冷却水は、第１ペルチェユニット１７において、加熱された水冷側電極５８を冷却するので、空冷側電極６０が０℃近傍の低温に保持される。したがって、空調用空気は、第１ペルチェユニット１７を通過することにより十分冷却されるので、第２ペルチェユニット１８において適宜加熱することにより、車室内に供給される空調用空気の温度幅を広げることが可能となる。また、第２ペルチェユニット１８において空調用空気を加熱する際には、第１ペルチェユニット１７を通過して加熱された冷却水が第２ペルチェユニット１８に流入し、第２ペルチェユニット１８の水冷側電極５８を温めることになる。これにより、空冷側電極６０の温度も高くなるので、エアコンＥＣＵ１４は、第２ペルチェユニット１８に印加するマイナス電圧を低下させることができ、結果として、消費電力を低下することが可能となる。
【００５７】
上記の温度調節モードにおける熱収支は、以下のように表される。
Ｑ２' ＋ Ｐ１ ＝ Ｑ２ （１）
Ｑ３' ＝ Ｑ３ ＋ Ｐ２ （２）
Ｑ１ ＝ Ｑ２ ＋ Ｑ３ （３）
ここで、Ｑ１は、室外放熱器１９において冷却水が放熱する熱量（ｋＷ）、Ｑ２は、第１ペルチェユニット１７において冷却水が吸熱する熱量（ｋＷ）、Ｑ３は、第２ペルチェユニット１８において冷却水が放熱する熱量（ｋＷ）を表している。
【００５８】
また、Ｑ２'は、第１ペルチェユニット１７において空調用空気が放熱する熱量（ｋＷ）、Ｑ３'は、第２ペルチェユニット１８において空調用空気が吸熱する熱量（ｋＷ）を表している。
【００５９】
また、Ｐ１は、第１ペルチェユニット１７において電圧コントロールユニット１２から供給され消費される消費電力（ｋＷ）、Ｐ２は、第２ペルチェユニット１８において電圧コントロールユニット１２から供給され消費される消費電力（ｋＷ）を表している。
【００６０】
また、エアコンＥＣＵ１４は、コントロールパネル５６から暖房ＭＡＸモードを表す信号が入力された場合には、第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８にマイナス電圧が印加されるよう電圧コントロールユニット１２を制御する。
【００６１】
また、エアコンＥＣＵ１４は、除湿モードを表す信号が入力された場合には、第１ペルチェユニット１７にプラス電圧を印加するとともに、第２ペルチェユニット１８にマイナス電圧を印加する。この場合、エアコンＥＣＵ１４は、第１ペルチェユニット１７に印加されるプラス電圧の電圧値を調節することにより、車室内に供給される空調用空気の温度を調節するようになっており、空調用空気の温度を高める場合には、第１ペルチェユニット１７に印加されるプラス電圧の電圧値の絶対値を下げ、空調用空気の温度を低くする場合には、第１ペルチェユニット１７に印加されるプラス電圧の電圧値の絶対値を高めるようになっている。この除湿モードにおいても、熱収支は上記の式（１）ないし（３）により表される。
【００６２】
以上のように、本発明の第１の実施の形態に係る車両用空調装置においては、第１ペルチェユニット１７において冷却されることにより除湿された空調用空気を第２ペルチェユニット１８により加熱して車室内に供給することができるので、車室内の除湿を行う場合には、車室内に供給される空調用空気の温度にかかわらず、除湿された空調用空気を供給することができる。また、エンジンの廃熱を利用しないので、エンジンを備えない車両および走行状況に応じてエンジンの駆動が停止する車両に搭載する場合においても、空調用空気を加熱することができるとともに、一方のペルチェユニットにより加熱された冷却水が他方のペルチェユニットに供給されるので、冷却水路および冷却水路に設置されるウォーターポンプを複数用いることなく空調用空気に対する加熱度合いを高めることが可能となる。結果として、装置を大型化することなく空調性能を向上することができる。
【００６３】
なお、以上の説明においては、車両用空調装置をエンジンおよびモータジェネレータにより駆動するハイブリッド車両に設置する場合について説明したが、これに限定されず、車両用空調装置をモータジェネレータにより駆動する電気自動車に設置するようにしてもよい。
【００６４】
なお、上述した第１の実施の形態においては、空調用空気の温度調節を２つのペルチェユニットにより行う場合について説明したが、これに限定されず、次に説明する第２の実施の形態のように、空調用空気の温度調節を２つのペルチェユニットおよびヒータコアにより行うようにしてもよい。
【００６５】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る車両用空調装置について、図８および図１０を参照して説明する。
【００６６】
なお、第２の実施の形態に係る車両用空調装置の構成は、上述の第１の実施の形態に係る車両用空調装置の構成とほぼ同様であり、各構成要素については、図１ないし図６に示した第１の実施の形態と同様の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。
【００６７】
本実施の形態に係る車両用空調装置８０は、内燃機関としてのエンジンにより駆動する車両に搭載されるようになっており、図８に示すように、電圧コントロールユニット１２と、第１ペルチェユニット１７と、第２ペルチェユニット１８と、室外放熱器１９と、冷却水路２０と、ウォーターポンプ２４と、エアコンＥＣＵ８８と、を備えている。
【００６８】
また、車両用空調装置８０は、エンジン冷却水と車両外部の空気との間で熱交換を行うラジエータ２１と、エンジン冷却水と空調用空気との間で熱交換を行うヒータコア３５と、を備えている。ここで、本実施の形態に係るヒータコア３５は、本発明に係る車室内用熱交換器を構成する。
【００６９】
ラジエータ２１、ヒータコア３５およびエンジンは、エンジン冷却水用循環水路２６により接続されている。
【００７０】
図９に示すように、本実施の形態に係る車両用空調装置８０（図８参照）を構成する第１ペルチェユニット１７、第２ペルチェユニット１８およびヒータコア３５は、車室内に空調用空気を供給するための空調ユニット８１に組み込まれるようになっている。
【００７１】
空調ユニット８１は、車室内に空調用空気を供給するための供給経路としての空調ダクト３７を備えている。空調ダクト３７の上流側には、車両の外部から空気を吸入するための外気吸入口３８および車室内の空気を吸入し循環させるための内気吸入口３９が形成されている。
【００７２】
エアコンＥＣＵ８８は、後述する各センサから取得する信号に基づいて、ブロアモータ４３に供給する制御電圧を設定するようになっている。また、マニュアルモードにおいては、コントロールパネル５６に設置されたスイッチが操作者により選択されることにより、ブロアモータ４３に供給する制御電圧を設定するようになっている。
【００７３】
空調ダクト３７におけるブロア４１の下流側には、第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８が設置されている。第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８は、空調ダクト３７の空気通路の全面を塞ぐように配置されており、通過する空調用空気を冷却あるいは加熱するようになっている。
【００７４】
空調ダクト３７における第２ペルチェユニット１８の下流側には、温水式ヒータとしてのヒータコア３５が設置されている。空調用空気は、ヒータコア３５を通過すると、エンジンにより加熱されたエンジン冷却水から熱を取得し、加熱されるようになっている。
【００７５】
このヒータコア３５の上流側には、ヒータコア３５を通過する空気流量を調節するためのエアミックスダンパ４６が設置されている。エアミックスダンパ４６は、エアコンＥＣＵ８８により制御されるエアミックスダンパ用モータ７０によって可動するようになっている。エアコンＥＣＵ８８は、外気温センサ３６や車室内温度センサ６９などの各センサから入力される信号に応じて、ヒータコア３５を通過する空気流量が最小になるマックスクール（ＭＡＸＣＯＯＬ）状態に対応する位置と、ヒータコア３５を通過する空気流量が最大になるマックスホット（ＭＡＸＨＯＴ）状態に対応する位置との間で連続的にエアミックスダンパ４６の位置を調節するようになっている。
【００７６】
また、エアコンＥＣＵ８８は、電動ファン２２、ウォーターポンプ２４、温度センサ３４、外気温センサ３６、コントロールパネル５６、内外気切換えダンパ用モータ５７、エアミックスダンパ用モータ７０、吹出し口切換えダンパ用モータ５９および車室内温度センサ６９と接続されている。
【００７７】
温度センサ３４は、空調ダクト３７において、第２ペルチェユニット１８を通過した直後の空調用空気の温度を検出し、検出した温度を表す信号をエアコンＥＣＵ８８に出力するようになっている。
【００７８】
車両用空調装置８０を構成するエアコンＥＣＵ８８は、コントロールパネル５６からエアコンの駆動指示を表す信号が入力されると、ウォーターポンプ２４および電動ファン２２を駆動するとともに、第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８に印加される電圧の極性および大きさを選択し、この選択された電圧が第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８に印加されるよう、電圧コントロールユニット１２を制御するようになっている。電圧の極性および大きさは、以下に示す動作モードおよび各センサから入力される信号が表す情報と予め対応付けられており、電圧値マップとして予めＲＯＭに記憶されている。また、後述するように、エアコンの駆動指示に応じて、エアミックスダンパ４６の位置を調節するようになっている。したがって、本実施の形態に係るエアコンＥＣＵ８８は、本発明に係る制御手段を構成する。
【００７９】
以上のような構成に基づく、本実施の形態に係る車両用空調装置の動作について図８ないし図１０を参照して説明する。
【００８０】
エアコンの駆動指示は、図１０に示すように、空調用空気の冷却度合いを最大にする冷房ＭＡＸモード、車室内の温度調節をする温度調節モード、空調用空気の加熱度合いを最大にする暖房ＭＡＸモードおよび車室内の除湿を行うための除湿モードのうちのいずれかの動作モードを表すようになっている。エアコンＥＣＵ８８は、コントロールパネル５６から入力された駆動指示を取得すると、駆動指示が表す動作モードに応じて以下の制御を実行する。
【００８１】
エアコンＥＣＵ８８は、コントロールパネル５６から冷房ＭＡＸを表す信号が入力された場合には、第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８にプラス電圧が印加されるよう電圧コントロールユニット１２を制御する。また、エアコンＥＣＵ８８は、エアミックスダンパ用モータ７０を制御してエアミックスダンパ４６を全閉にし、空調用空気がヒータコア３５を通過することを阻止する。
【００８２】
また、エアコンＥＣＵ８８は、コントロールパネル５６から温度調節モードを表す信号が入力された場合には、第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８にプラス電圧を印加するようになっている。また、エアミックスダンパ４６の開度を調節することにより、エアミックスダンパ４６を通過する空調用空気の流量を変化させ、車室内に供給される空調用空気の温度を調節するようになっており、空調用空気の温度を高める場合には、エアミックスダンパ４６の開度を大きくし、空調用空気の温度を下げる場合には、エアミックスダンパ４６の開度を小さくするようエアミックスダンパ用モータ７０を制御する。したがって、本実施の形態に係る車両用空調装置８０は、２つのペルチェユニット１７、１８のいずれをも空調用空気の冷却に使用することができるので、２つのペルチェユニット１７、１８のうち一方のみを空調用空気の冷却に使用する場合と比較して、温度調節モードにおける空調用空気の温度範囲を拡大することが可能となる。
【００８３】
また、エアコンＥＣＵ８８は、コントロールパネル５６から暖房ＭＡＸモードを表す信号が入力された場合には、第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８にマイナス電圧が印加されるよう電圧コントロールユニット１２を制御する。また、エアコンＥＣＵ８８は、空調用空気がヒータコア３５を通過するよう、エアミックスダンパ４６を全開にする。これにより、車両用空調装置８０は、２つのペルチェユニットのみにより空調用空気を加熱する場合と比較して、空調用空気の加熱度合いを高めることが可能となる。
【００８４】
また、エアコンＥＣＵ８８は、除湿モードを表す信号が入力された場合には、第１ペルチェユニット１７にプラス電圧を印加するとともに、第２ペルチェユニット１８にマイナス電圧を印加するようになっている。この場合、エアコンＥＣＵ８８は、第１ペルチェユニット１７に印加されるプラス電圧の電圧値を調節することにより、車室内に供給される空調用空気の温度を調節するようになっており、空調用空気の温度を高める場合には、第１ペルチェユニット１７に印加されるプラス電圧の電圧値の絶対値を下げ、空調用空気の温度を高める場合には、第１ペルチェユニット１７に印加されるプラス電圧の電圧値の絶対値を低くするようになっている。また、エアコンＥＣＵ８８は、エアミックスダンパ４６の開度を調節することにより、エアミックスダンパ４６を通過する空調用空気の流量を変化させ、車室内に供給される空調用空気の温度を調節するようになっている。
【００８５】
このとき、冷却水は、第１ペルチェユニット１７において、加熱された水冷側電極５８を冷却するので、空冷側電極６０が０℃近傍の低温に保持される。したがって、空調用空気は、第１ペルチェユニット１７を通過することにより十分冷却されるので、第２ペルチェユニット１８において適宜加熱することにより、車室内に供給される空調用空気の温度幅を広げることが可能となる。また、第２ペルチェユニット１８において空調用空気を加熱する際には、第１ペルチェユニット１７を通過して加熱された冷却水が第２ペルチェユニット１８に流入し、第２ペルチェユニット１８の水冷側電極５８を温めることになる。これにより、空冷側電極６０の温度も高くなるので、エアコンＥＣＵ１４は、第２ペルチェユニット１８に印加するマイナス電圧を低下させることができ、結果として、消費電力を低下することが可能となる。
【００８６】
また、エアコンＥＣＵ８８は、エンジンの暖機時など、エンジン冷却水が十分に温まっていない場合には、第２ペルチェユニット１８に印加するマイナス電圧の電圧値を高めておき、エンジン冷却水がエンジンにより加熱された場合には、エアミックスダンパ４６の開度を高めるとともに第２ペルチェユニット１８に印加するマイナス電圧の電圧値を低下させて空調用空気の温度を調節することにより、第２ペルチェユニット１８における電力消費量を低下させ、車両の燃費を向上することが可能となる。
【００８７】
以上のように、本発明の第２の実施の形態に係る車両用空調装置においては、第１および第２ペルチェユニット１７、１８に加え、エンジンにより駆動する車両において既存のヒータコア３５を用いて空調用空気を加熱することができるので、装置を大型化することなく暖房性能を向上することが可能となる。
【００８８】
以上のように、本発明に係る車両用空調装置は、大型化することなく空調性能を向上することができるという効果を奏するものであり、ペルチェユニットにより構成される車両用空調装置に有用である。
【符号の説明】
【００８９】
１０ 車両用空調装置
１１ 空調ユニット
１２ 電圧コントロールユニット
１４ エアコンＥＣＵ（制御手段）
１７ 第１ペルチェユニット
１８ 第２ペルチェユニット
１９ 室外放熱器（放熱器）
２０ 冷却水路
２１ ラジエータ
２２ 電動ファン
２４ ウォーターポンプ
２６ エンジン冷却水用循環水路
２８ ペルチェ素子
２９ コア部
３０ アッパータンク
３２ ロアタンク
３５ ヒータコア（車室内用熱交換器）
３７ 空調ダクト
３８ 外気吸入口
４０ 内外気切換えダンパ
４１ ブロア
５８ 水冷側電極
６０ 空冷側電極
６１ 絶縁膜
６２ 接着層
６３ 接着層
６４ チューブ（水冷用熱交換器）
６６ フィン（空冷用熱交換器）
６７ ｎ型半導体層
６８ ｐ型半導体層
６９ 車室内温度センサ
８０ 車両用空調装置
８１ 空調ユニット
８８ エアコンＥＣＵ（制御手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用空調装置に関し、特に、ペルチェユニットを備える車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に搭載される空調装置においては、熱電素子を備えたユニット（以下、ペルチェユニットという）により空調用空気を加熱および冷却するものがある。
【０００３】
この種の車両用空調装置として、並列に設置される二つのペルチェユニットを備え、一方のペルチェユニットで空調用空気を加熱し、もう一方のペルチェユニットで空調用空気を冷却するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この特許文献１に記載された従来の車両用空調装置は、空調用空気を加熱するペルチェユニットおよび空調用空気を冷却するペルチェユニットを暖房用ダクトおよび冷房用ダクトにそれぞれ備え、暖房用ダクトおよび冷房用ダクトの吹出口および排気口の開閉状態を切換えることにより車室内に加熱された空気あるいは冷却された空気を供給するようになっている。
【０００５】
また、この特許文献１に記載された従来の車両用空調装置は、暖房用ダクトと冷房用ダクトとの間に混合ダンパを備えており、この混合ダンパを開状態に移行し、加熱された空気と冷却により除湿された空気とを混合することにより、車室内に除湿され温度調節された空気を供給するようになっていた。
【０００６】
また、ペルチェユニットに印加する電圧の極性を切換えることにより、空調用空気を加熱あるいは冷却するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
この特許文献２に記載された従来の車両用空調装置は、ペルチェ素子と、ペルチェ素子の一方の面に接した水冷式熱交換器と、ペルチェ素子の他方の面に接した空冷式熱交換器とによって構成される第１および第２のペルチェユニットと、ラジエータおよび第１のペルチェユニットを接続する第１の循環水路と、廃熱回収器および第２のペルチェユニットを接続する第２の循環水路と、を備えている。また、第１の循環水路および第２の循環水路は、第１および第２のペルチェユニットの上流側および下流側においてバルブを介して互いに接続されるとともに、各循環水路には、それぞれポンプが設置されていた。この構成により、空調装置は、暖房時において、内燃機関の廃熱により加熱された循環水をバルブを介して第１および第２の循環水路に循環させ、第１および第２のペルチェユニットに供給することにより、内燃機関の廃熱を利用するようになっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−２００８７７号公報
【特許文献２】特開平１０−３５２６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述のような特許文献１に記載の従来の車両用空調装置にあっては、二つのペルチェユニットのいずれにも空冷を行うための送風機を設置する必要があった。そのため、装置が大型化し、車両への搭載が難しくなるという問題が生じていた。さらに、車室内に除湿された空気を供給する場合には、空調用空気は、冷却により除湿された空気と、加熱により除湿されていない空気とを混合させて車室内に供給するため、除湿性能が十分に得られないという問題があった。
【００１０】
また、上述のような特許文献２に記載の従来の車両用空調装置にあっては、空調用空気を加熱する際には、内燃機関の廃熱により循環水の温度を上昇させる必要があった。そのため、内燃機関を搭載していない車両や、走行条件に応じて内燃機関の駆動が停止するハイブリッド車両においては、加熱性能が十分に得られないという問題があった。また、二つのペルチェユニットに二つの循環水路をそれぞれ接続する必要があるとともに、それぞれの循環水路にポンプが配置されているため、装置が大型化するという問題があった。
【００１１】
したがって、いずれに記載の車両用空調装置にあっても、装置を大型化することなく空調性能を向上することができないという問題があった。
【００１２】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、大型化することなく空調性能を向上することができる車両用空調装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る車両用空調装置は、上記目的達成のため、（１）ペルチェ素子を有し、前記ペルチェ素子に加える電圧の極性に応じて車両の外部から車室内に供給される空調用空気を加熱あるいは冷却可能な第１のペルチェユニットおよび第２のペルチェユニットと、前記第１のペルチェユニットおよび前記第２のペルチェユニットに冷却水を供給するとともに、前記冷却水と前記車両の外部との間で熱交換を行う放熱器と接続された冷却水路と、前記第１のペルチェユニットおよび前記第２のペルチェユニットのペルチェ素子に加える電圧の極性および大きさを制御する制御手段と、を備えた車両用空調装置であって、前記第１のペルチェユニットおよび前記第２のペルチェユニットは、前記冷却水と熱交換を行う水冷用熱交換器と、前記空調用空気と熱交換を行う空冷用熱交換器と、をそれぞれ有し、前記水冷用熱交換器および前記空冷用熱交換器は、前記ペルチェ素子を挟むよう設置され、前記第１のペルチェユニットは、前記車両の外部から吸入された空調用空気を車室内に供給する供給経路に設置され、前記第２のペルチェユニットは、前記第１のペルチェユニットよりも下流側の前記供給経路に設置され、前記冷却水路は、前記放熱器を通過した冷却水が前記第１のペルチェユニットの水冷用熱交換器を通過した後に、前記第２のペルチェユニットの水冷用熱交換器を通過するよう前記放熱器、前記第１のペルチェユニットおよび前記第２のペルチェユニットを接続することを特徴とする。
【００１４】
この構成により、第１のペルチェユニットにおいて冷却されることにより除湿された空調用空気を第２のペルチェユニットにより加熱して車室内に供給することができるので、車室内の除湿を行う場合には、車室内に供給される空調用空気の温度にかかわらず、除湿された空調用空気を供給することができる。また、内燃機関の廃熱を利用しないので、内燃機関を備えない車両および走行状況に応じて内燃機関の駆動が停止する車両に搭載する場合においても、空調用空気を加熱することができるとともに、一方のペルチェユニットにより加熱された冷却水が他方のペルチェユニットに供給されるので、冷却水路および冷却水路に設置されるポンプを複数用いることなく空調用空気に対する加熱度合いを高めることが可能となる。結果として、装置を大型化することなく空調性能を向上することができる。
【００１５】
また、上記（１）に記載の車両用空調装置において、（２）前記車両は、内燃機関と、前記内燃機関を冷却するエンジン冷却水と前記車両の外部との間で熱交換を行うラジエータと、前記エンジン冷却水と前記空調用空気との間で熱交換を行う車室内用熱交換器と、前記内燃機関、前記ラジエータおよび前記車室内用熱交換器を接続し、前記内燃機関を通過したエンジン冷却水を前記車室内用熱交換器に供給するエンジン冷却水用循環水路と、を備え、前記車室内用熱交換器は、前記第２のペルチェユニットよりも下流側の前記供給経路に設置されることを特徴とする。
【００１６】
この構成により、第１および第２のペルチェユニットに加え、内燃機関により駆動する車両において既存の車室内用熱交換器を用いて空調用空気を加熱することができるので、装置を大型化することなく暖房性能を向上することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、大型化することなく空調性能を向上することができる車両用空調装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る車両用空調装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る空調ユニットを示す概略構成図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るペルチェユニットを示す概略構成図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るコア部を示す概略構成図である。
【図５】図４のＡ−Ａ断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係るコア部の拡大図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る車両用空調装置の動作モードを示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る車両用空調装置を示す概略構成図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る空調ユニットを示す概略構成図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る車両用空調装置の動作モードを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２０】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る車両用空調装置を図１ないし図７を参照して説明する。なお、本実施の形態においては、本発明に係る車両用空調装置をエンジンおよびモータジェネレータにより駆動可能なハイブリッド車両に搭載する場合について説明する。
【００２１】
車両用空調装置１０は、第１ペルチェユニット１７と、第２ペルチェユニット１８と、電圧コントロールユニット１２と、室外放熱器１９と、冷却水路２０と、ウォーターポンプ２４と、エアコンＥＣＵ１４と、を備えている。
【００２２】
第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８は、ペルチェ素子と冷却水および空調用空気との間で熱交換を行うようになっている。この第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８は、電圧コントロールユニット１２と接続される入力端子をそれぞれ有している。これらの入力端子は、後述するペルチェ素子の電極と接続されており、入力端子に印加される電圧、すなわちペルチェ素子の電極に印加される電圧の極性に応じて空調用空気の加熱および冷却を行うようになっている。第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８の構造については、後に詳細に説明する。
【００２３】
冷却水路２０は、ウォーターポンプ２４、室外放熱器１９、第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８を接続しており、ウォーターポンプ２４により吐出された冷却水を、室外放熱器１９、第１ペルチェユニット１７、第２ペルチェユニット１８の順に供給するようになっている。
【００２４】
電圧コントロールユニット１２は、エアコンＥＣＵ１４から入力される信号に応じて第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８にそれぞれ電圧を印加するようになっている。
【００２５】
エアコンＥＣＵ１４は、双方向性バスを介して互いに接続されているＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、入力ポート、および出力ポート等を備えたマイクロコンピュータによって構成されている。ＣＰＵは、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って信号処理を行うことにより、車両用空調装置１０、すなわちエアコンの出力制御などを実行するようになっている。
【００２６】
また、エアコンＥＣＵ１４は、後述する各センサから入力される信号に基づいて、第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８のペルチェ素子に印加される電圧の大きさおよび極性が調節されるよう電圧コントロールユニット１２を制御するようになっている。なお、本実施の形態に係るエアコンＥＣＵ１４は、後述するように、本発明に係る制御手段を構成する。
【００２７】
室外放熱器１９は、電動ファン２２により空冷されるようになっている。ここで、室外放熱器１９が車両進行方向に対してラジエータ２１の前方に位置する場合には、電動ファン２２は、図１に示すようにラジエータ２１を冷却するためのファンにより構成されることとなる。
【００２８】
ウォーターポンプ２４は、図示しないモータジェネレータとの間で電力の送受を行う走行用バッテリーと接続されており、この走行用バッテリーから供給される電力により駆動する公知の電動ポンプにより構成されている。なお、本実施の形態に係る車両用空調装置１０がエンジンにより駆動する車両に搭載される場合には、ウォーターポンプ２４は補機バッテリーから電力を取得するようにしてもよい。
【００２９】
図２に示すように、本実施の形態に係る車両用空調装置１０（図１参照）を構成する第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８は、車室内に空調用空気を供給するための空調ユニット１１に組み込まれるようになっている。
【００３０】
空調ユニット１１は、車室内に空調用空気を供給するための供給経路としての空調ダクト３７を備えている。空調ダクト３７の上流側には、車両の外部から空気を吸入するための外気吸入口３８および車室内の空気を吸入し循環させるための内気吸入口３９が形成されている。
【００３１】
外気吸入口３８および内気吸入口３９の下流側には、内外気切換えダンパ４０が設置されている。本実施の形態においては、内外気切換えダンパ４０は、エアコンＥＣＵ１４により制御される内外気切換えダンパ用モータ５７によって可動するようになっている。エアコンＥＣＵ１４は、後述する外気温センサ３６や車室内の温度を検出する車室内温度センサ６９などから信号を入力すると、予めＲＯＭに記憶されている内外気切換えマップを参照することにより外気吸入口３８から外気を吸入する外気吸入モードと内気吸入口３９から内気を吸入する内気吸入モードとを切換えるようになっている。なお、エアコンＥＣＵ１４は、マニュアルモードにおいては、コントロールパネル５６に設置されたスイッチが操作者により選択されることにより、内外気切換えダンパ用モータ５７を駆動し内外気切換えダンパ４０の状態を移行するようになっている。
【００３２】
外気吸入口３８の近傍には、外気温センサ３６が設置されている。内外気切換えダンパ４０の下流側には、ブロア４１が設置されている。ブロア４１は、空調ダクト３７と一体に形成されているスクロールケーシング４２と、ブロアモータ４３と、ブロアモータ４３により回転駆動される遠心式ファン４４と、によって構成されている。
【００３３】
遠心式ファン４４は、ブロアモータ４３に供給される制御電圧の電圧値に応じた回転速度で回転する。したがって、遠心式ファン４４により車室内に供給される空調用空気の送風量は、ブロアモータ４３に供給される制御電圧によって制御されるようになっている。
【００３４】
エアコンＥＣＵ１４は、上述した各センサから信号を取得すると、ＲＯＭに予め記憶されているブロアモータ供給電圧マップを参照することにより、ブロアモータ４３に供給する制御電圧を設定するようになっている。なお、マニュアルモードにおいては、エアコンＥＣＵ１４は、コントロールパネル５６に設置され操作者が風量を選択するための風量設定スイッチの設定位置に応じて、ブロアモータ４３に供給する制御電圧を設定するようになっている。
【００３５】
空調ダクト３７におけるブロア４１の下流側には、第１ペルチェユニット１７が設置されている。この第１ペルチェユニット１７は、空調ダクト３７の空気通路の全面を塞ぐように配置されており、印加される電圧の極性に応じて通過する空調用空気を加熱あるいは冷却するようになっている。さらに、空調ダクト３７における第１ペルチェユニット１７の下流側には、第２ペルチェユニット１８が設置されている。この第２ペルチェユニット１８は、空調ダクト３７の空気通路の全面を塞ぐように配置されており、印加される電圧の極性に応じて、第１ペルチェユニット１７を通過した空調用空気を加熱あるいは冷却するようになっている。
【００３６】
空調ダクト３７における第２ペルチェユニット１８の下流側には、車両のフロント窓ガラスの内面に空調用空気を吹出すためのフロントデフロスタ吹出口４８と、車両の運転者および助手席搭乗者の足元に空調用空気を吹出すための足元吹出口５０と、車両の運転者および助手席搭乗者の頭部や胸部に向けて空調用空気を吹出すためのフェイス吹出口５１とが形成されている。フェイス吹出口５１は、フロントインストルメントパネルに配置されたセンタレジスタおよびサイドレジスタによって構成されている。
【００３７】
フロントデフロスタ吹出口４８、足元吹出口５０およびフェイス吹出口５１の上流側には、それぞれの吹出口の開閉状態を切換えるための切換えダンパ５２、５３、５４が設置されている。切換えダンパ５２、５３、５４は、エアコンＥＣＵ１４により制御される吹出口切換えダンパ用モータ５９により駆動されるようになっており、エアコンＥＣＵ１４は、後述する各センサから信号を入力すると、これらの信号が表す値と切換えダンパ５２、５３、５４の開度とが対応付けられた吹出口切換えマップを参照し、吹出口切換えダンパ用モータ５９を駆動して切換えダンパ５２、５３、５４の位置を切換えるようになっている。吹出口切換えマップは、ＲＯＭに予め記憶されている。
【００３８】
エアコンＥＣＵ１４は、電動ファン２２、ウォーターポンプ２４、温度センサ３４、コントロールパネル５６、内外気切換えダンパ用モータ５７、車室内温度センサ６９および吹出し口切換えダンパ用モータ５９と接続されている。
【００３９】
温度センサ３４は、空調ダクト３７において、第２ペルチェユニット１８を通過した直後の空調用空気の温度を検出し、この温度を表す信号をエアコンＥＣＵ１４に出力するようになっている。
【００４０】
第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８（以下、特に第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８を区別しない場合には、第１ペルチェユニット１７を例に説明する）は、図３に示すように、ペルチェ素子２８（図４参照）と空調用空気との間およびペルチェ素子２８と冷却水との間でそれぞれ熱交換を行うためのコア部２９と、冷却水路２０（図１参照）から流入口３１を介して冷却水を取得しコア部２９に供給するためのアッパータンク３０と、コア部２９を通過した取得した冷却水を流出口３３を介して冷却水路２０に流出するためのロアタンク３２とを備えている。
【００４１】
コア部２９は、図４に示すように、複数のペルチェ素子２８、チューブ６４およびフィン６６により構成されており、複数のペルチェ素子２８は、長手方向が互いに平行となるよう配置されている。
【００４２】
チューブ６４は、本発明に係る水冷用熱交換器を構成しており、チューブ６４の長手方向の両端部は、アッパータンク３０（図３参照）およびロアタンク３２にそれぞれ挿通されるようになっている。
【００４３】
ペルチェ素子２８、チューブ６４およびフィン６６のＡ−Ａ線における断面図は、図５に示されるように、水冷側電極５８と、この水冷側電極５８と対向配置される空冷側電極６０と、水冷側電極５８および空冷側電極６０の間に介装される複数のｎ型半導体層６７およびｐ型半導体層６８とによって構成されており、長手方向の両端部が、それぞれアッパータンク３０（図３参照）およびロアタンク３２（図３参照）の近傍に位置するよう配置されている。
【００４４】
隣り合うペルチェ素子２８は、水冷側電極５８あるいは空冷側電極６０が対向するように配置されている。チューブ６４は、水冷側電極５８が対向して隣り合う２つのペルチェ素子２８の間に配置され、それぞれの水冷側電極５８と接着層６３により接着されるようになっている。同様に、フィン６６は、空冷側電極６０が対向して隣り合う２つのペルチェ素子２８の間に配置され、それぞれの空冷側電極６０と接着されるようになっている。
【００４５】
ペルチェ素子２８において、複数のｎ型半導体層６７およびｐ型半導体層６８のうち、長手方向に隣り合う一組のｎ型半導体層６７およびｐ型半導体層６８は、それぞれの一方端が同一の空冷側電極６０に並べて接続される。また、このｎ型半導体層６７およびｐ型半導体層６８は、それぞれの他方端が互いに絶縁された水冷側電極５８に接続される。したがって、水冷側電極５８、ｎ型半導体層６７、空冷側電極６０、ｐ型半導体層６８および水冷側電極５８は、電気的に直列接続となる構造を有している。ここで、水冷側電極５８にプラス電圧が印加されると、空冷側電極６０が冷却され、水冷側電極５８が加熱されるようになっている。さらに、このｐ型半導体層６８は、長手方向において上記のｎ型半導体層６７と反対側に位置するｎ型半導体層６７とも組を形成するようになっており、この組においては、ｐ型半導体層６８とｎ型半導体層６７とは同一の水冷側電極５８に並べて接続されるとともに、他方端が互いに絶縁された空冷側電極６０に接続される。この場合においても、空冷側電極６０、ｐ型半導体層６８、水冷側電極５８、ｎ型半導体層６７および空冷側電極６０は、電気的に直列接続となる構造を有している。
【００４６】
図６に示すように、ペルチェ素子２８は、第１ペルチェユニット１７に形成された図示しない入力端子を介して電圧コントロールユニット１２（図１参照）と接続されており、電圧コントロールユニット１２から印加される電圧の極性に応じて、水冷側電極５８および空冷側電極６０のうちいずれか一方の電極が加熱され、もう一方の電極が冷却されるようになっている。本実施の形態においては、ペルチェ素子２８は、電圧コントロールユニット１２から第１ペルチェユニット１７の入力端子にプラス電圧が印加された場合に、空冷側電極６０が冷却され、水冷側電極５８が加熱されるようになっている。したがって、第１ペルチェユニット１７を通過する空調用空気は、空冷側電極６０により冷却されたフィン６６に熱を吸収され、冷却されるようになっている。
【００４７】
一方、ペルチェ素子２８は、電圧コントロールユニット１２からマイナス電圧を印加された場合には、空冷側電極６０が加熱され、水冷側電極５８が冷却されるようになっている。したがって、第１ペルチェユニット１７を通過する空調用空気は、空冷側電極６０により加熱されたフィン６６から熱を取得し、加熱されるようになっている。
【００４８】
室内用熱交換器を構成するフィン６６は、ペルチェ素子２８の空冷側電極６０に絶縁膜６１および接着層６２を介して設けられ、ペルチェ素子２８およびチューブ６４の外部を流れる空気とペルチェ素子２８との熱交換を促進させるようになっている。
【００４９】
このフィン６６は、例えば、空気流れ方向での断面形状が、波形状のコルゲートフィンにより構成されており、絶縁膜６１に接着されている。接着層６２は、ろう付けなど公知の接着方法において使用される接着剤により形成される。また、フィン６６は、ペルチェ素子２８と空気との熱交換効率を高めるための図示しないルーバおよびスリットが表面に形成されている。なお、フィン６６は、金属帯板をプレス加工したプレートフィンなどにより構成されていてもよい。
【００５０】
チューブ６４は、例えば、金属帯板を順次折り曲げて形成した扁平チューブ、金属を押出成形した多孔扁平チューブ、金属薄板をプレス加工して最中合わせした積層チューブあるいは金属パイプなどにより構成されている。
【００５１】
図１および図２に戻り、車両用空調装置１０を構成するエアコンＥＣＵ１４は、コントロールパネル５６からエアコンの駆動指示を表す信号が入力されると、ウォーターポンプ２４および電動ファン２２を駆動するとともに、第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８に印加される電圧の極性および大きさを選択し、この選択された電圧が第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８に印加されるよう、電圧コントロールユニット１２を制御するようになっている。電圧の極性および大きさは、以下に示す動作モードおよび各センサから入力される信号が表す情報と予め対応付けられており、電圧値マップとして予めＲＯＭに記憶されている。したがって、本実施の形態に係るエアコンＥＣＵ１４は、本発明に係る制御手段を構成する。
【００５２】
以上のような構成に基づく、本実施の形態に係る車両用空調装置の動作について図１ないし図７を参照して説明する。
【００５３】
エアコンの駆動指示は、図７に示すように、空調用空気の冷却度合いを最大にする冷房ＭＡＸモード、車室内の温度調節をする温度調節モード、空調用空気の加熱度合いを最大にする暖房ＭＡＸモードおよび車室内の除湿を行うための除湿モードのうちのいずれかの動作モードを表すようになっている。エアコンＥＣＵ１４は、コントロールパネル５６から駆動指示を取得すると、駆動指示が表す動作モードに応じて以下の制御を実行する。
【００５４】
エアコンＥＣＵ１４は、コントロールパネル５６から冷房ＭＡＸを表す信号が入力された場合には、第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８にプラス電圧が印加されるよう電圧コントロールユニット１２を制御する。
【００５５】
また、エアコンＥＣＵ１４は、コントロールパネル５６から温度調節モードを表す信号が入力された場合には、第１ペルチェユニット１７にプラス電圧を印加するとともに、第２ペルチェユニット１８にマイナス電圧を印加するようになっている。この場合、エアコンＥＣＵ１４は、第２ペルチェユニット１８に印加されるマイナス電圧の電圧値を調節することにより、車室内に供給される空調用空気の温度を調節する。したがって、エアコンＥＣＵ１４は、外気温センサ３６や車室内温度センサ６９から信号を入力すると、ＲＯＭに記憶された電圧値マップを参照し、第２ペルチェユニット１８に印加されるマイナス電圧の電圧値の絶対値を高めることにより空調用空気の温度を高めたり、第２ペルチェユニット１８に印加されるマイナス電圧の電圧値の絶対値を下げることにより空調用空気の温度を低くする。
【００５６】
このとき、冷却水は、第１ペルチェユニット１７において、加熱された水冷側電極５８を冷却するので、空冷側電極６０が０℃近傍の低温に保持される。したがって、空調用空気は、第１ペルチェユニット１７を通過することにより十分冷却されるので、第２ペルチェユニット１８において適宜加熱することにより、車室内に供給される空調用空気の温度幅を広げることが可能となる。また、第２ペルチェユニット１８において空調用空気を加熱する際には、第１ペルチェユニット１７を通過して加熱された冷却水が第２ペルチェユニット１８に流入し、第２ペルチェユニット１８の水冷側電極５８を温めることになる。これにより、空冷側電極６０の温度も高くなるので、エアコンＥＣＵ１４は、第２ペルチェユニット１８に印加するマイナス電圧を低下させることができ、結果として、消費電力を低下することが可能となる。
【００５７】
上記の温度調節モードにおける熱収支は、以下のように表される。
Ｑ２' ＋ Ｐ１ ＝ Ｑ２ （１）
Ｑ３' ＝ Ｑ３ ＋ Ｐ２ （２）
Ｑ１ ＝ Ｑ２ ＋ Ｑ３ （３）
ここで、Ｑ１は、室外放熱器１９において冷却水が放熱する熱量（ｋＷ）、Ｑ２は、第１ペルチェユニット１７において冷却水が吸熱する熱量（ｋＷ）、Ｑ３は、第２ペルチェユニット１８において冷却水が放熱する熱量（ｋＷ）を表している。
【００５８】
また、Ｑ２'は、第１ペルチェユニット１７において空調用空気が放熱する熱量（ｋＷ）、Ｑ３'は、第２ペルチェユニット１８において空調用空気が吸熱する熱量（ｋＷ）を表している。
【００５９】
また、Ｐ１は、第１ペルチェユニット１７において電圧コントロールユニット１２から供給され消費される消費電力（ｋＷ）、Ｐ２は、第２ペルチェユニット１８において電圧コントロールユニット１２から供給され消費される消費電力（ｋＷ）を表している。
【００６０】
また、エアコンＥＣＵ１４は、コントロールパネル５６から暖房ＭＡＸモードを表す信号が入力された場合には、第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８にマイナス電圧が印加されるよう電圧コントロールユニット１２を制御する。
【００６１】
また、エアコンＥＣＵ１４は、除湿モードを表す信号が入力された場合には、第１ペルチェユニット１７にプラス電圧を印加するとともに、第２ペルチェユニット１８にマイナス電圧を印加する。この場合、エアコンＥＣＵ１４は、第１ペルチェユニット１７に印加されるプラス電圧の電圧値を調節することにより、車室内に供給される空調用空気の温度を調節するようになっており、空調用空気の温度を高める場合には、第１ペルチェユニット１７に印加されるプラス電圧の電圧値の絶対値を下げ、空調用空気の温度を低くする場合には、第１ペルチェユニット１７に印加されるプラス電圧の電圧値の絶対値を高めるようになっている。この除湿モードにおいても、熱収支は上記の式（１）ないし（３）により表される。
【００６２】
以上のように、本発明の第１の実施の形態に係る車両用空調装置においては、第１ペルチェユニット１７において冷却されることにより除湿された空調用空気を第２ペルチェユニット１８により加熱して車室内に供給することができるので、車室内の除湿を行う場合には、車室内に供給される空調用空気の温度にかかわらず、除湿された空調用空気を供給することができる。また、エンジンの廃熱を利用しないので、エンジンを備えない車両および走行状況に応じてエンジンの駆動が停止する車両に搭載する場合においても、空調用空気を加熱することができるとともに、一方のペルチェユニットにより加熱された冷却水が他方のペルチェユニットに供給されるので、冷却水路および冷却水路に設置されるウォーターポンプを複数用いることなく空調用空気に対する加熱度合いを高めることが可能となる。結果として、装置を大型化することなく空調性能を向上することができる。
【００６３】
なお、以上の説明においては、車両用空調装置をエンジンおよびモータジェネレータにより駆動するハイブリッド車両に設置する場合について説明したが、これに限定されず、車両用空調装置をモータジェネレータにより駆動する電気自動車に設置するようにしてもよい。
【００６４】
なお、上述した第１の実施の形態においては、空調用空気の温度調節を２つのペルチェユニットにより行う場合について説明したが、これに限定されず、次に説明する第２の実施の形態のように、空調用空気の温度調節を２つのペルチェユニットおよびヒータコアにより行うようにしてもよい。
【００６５】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る車両用空調装置について、図８および図１０を参照して説明する。
【００６６】
なお、第２の実施の形態に係る車両用空調装置の構成は、上述の第１の実施の形態に係る車両用空調装置の構成とほぼ同様であり、各構成要素については、図１ないし図６に示した第１の実施の形態と同様の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。
【００６７】
本実施の形態に係る車両用空調装置８０は、内燃機関としてのエンジンにより駆動する車両に搭載されるようになっており、図８に示すように、電圧コントロールユニット１２と、第１ペルチェユニット１７と、第２ペルチェユニット１８と、室外放熱器１９と、冷却水路２０と、ウォーターポンプ２４と、エアコンＥＣＵ８８と、を備えている。
【００６８】
また、車両用空調装置８０は、エンジン冷却水と車両外部の空気との間で熱交換を行うラジエータ２１と、エンジン冷却水と空調用空気との間で熱交換を行うヒータコア３５と、を備えている。ここで、本実施の形態に係るヒータコア３５は、本発明に係る車室内用熱交換器を構成する。
【００６９】
ラジエータ２１、ヒータコア３５およびエンジンは、エンジン冷却水用循環水路２６により接続されている。
【００７０】
図９に示すように、本実施の形態に係る車両用空調装置８０（図８参照）を構成する第１ペルチェユニット１７、第２ペルチェユニット１８およびヒータコア３５は、車室内に空調用空気を供給するための空調ユニット８１に組み込まれるようになっている。
【００７１】
空調ユニット８１は、車室内に空調用空気を供給するための供給経路としての空調ダクト３７を備えている。空調ダクト３７の上流側には、車両の外部から空気を吸入するための外気吸入口３８および車室内の空気を吸入し循環させるための内気吸入口３９が形成されている。
【００７２】
エアコンＥＣＵ８８は、後述する各センサから取得する信号に基づいて、ブロアモータ４３に供給する制御電圧を設定するようになっている。また、マニュアルモードにおいては、コントロールパネル５６に設置されたスイッチが操作者により選択されることにより、ブロアモータ４３に供給する制御電圧を設定するようになっている。
【００７３】
空調ダクト３７におけるブロア４１の下流側には、第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８が設置されている。第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８は、空調ダクト３７の空気通路の全面を塞ぐように配置されており、通過する空調用空気を冷却あるいは加熱するようになっている。
【００７４】
空調ダクト３７における第２ペルチェユニット１８の下流側には、温水式ヒータとしてのヒータコア３５が設置されている。空調用空気は、ヒータコア３５を通過すると、エンジンにより加熱されたエンジン冷却水から熱を取得し、加熱されるようになっている。
【００７５】
このヒータコア３５の上流側には、ヒータコア３５を通過する空気流量を調節するためのエアミックスダンパ４６が設置されている。エアミックスダンパ４６は、エアコンＥＣＵ８８により制御されるエアミックスダンパ用モータ７０によって可動するようになっている。エアコンＥＣＵ８８は、外気温センサ３６や車室内温度センサ６９などの各センサから入力される信号に応じて、ヒータコア３５を通過する空気流量が最小になるマックスクール（ＭＡＸＣＯＯＬ）状態に対応する位置と、ヒータコア３５を通過する空気流量が最大になるマックスホット（ＭＡＸＨＯＴ）状態に対応する位置との間で連続的にエアミックスダンパ４６の位置を調節するようになっている。
【００７６】
また、エアコンＥＣＵ８８は、電動ファン２２、ウォーターポンプ２４、温度センサ３４、外気温センサ３６、コントロールパネル５６、内外気切換えダンパ用モータ５７、エアミックスダンパ用モータ７０、吹出し口切換えダンパ用モータ５９および車室内温度センサ６９と接続されている。
【００７７】
温度センサ３４は、空調ダクト３７において、第２ペルチェユニット１８を通過した直後の空調用空気の温度を検出し、検出した温度を表す信号をエアコンＥＣＵ８８に出力するようになっている。
【００７８】
車両用空調装置８０を構成するエアコンＥＣＵ８８は、コントロールパネル５６からエアコンの駆動指示を表す信号が入力されると、ウォーターポンプ２４および電動ファン２２を駆動するとともに、第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８に印加される電圧の極性および大きさを選択し、この選択された電圧が第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８に印加されるよう、電圧コントロールユニット１２を制御するようになっている。電圧の極性および大きさは、以下に示す動作モードおよび各センサから入力される信号が表す情報と予め対応付けられており、電圧値マップとして予めＲＯＭに記憶されている。また、後述するように、エアコンの駆動指示に応じて、エアミックスダンパ４６の位置を調節するようになっている。したがって、本実施の形態に係るエアコンＥＣＵ８８は、本発明に係る制御手段を構成する。
【００７９】
以上のような構成に基づく、本実施の形態に係る車両用空調装置の動作について図８ないし図１０を参照して説明する。
【００８０】
エアコンの駆動指示は、図１０に示すように、空調用空気の冷却度合いを最大にする冷房ＭＡＸモード、車室内の温度調節をする温度調節モード、空調用空気の加熱度合いを最大にする暖房ＭＡＸモードおよび車室内の除湿を行うための除湿モードのうちのいずれかの動作モードを表すようになっている。エアコンＥＣＵ８８は、コントロールパネル５６から入力された駆動指示を取得すると、駆動指示が表す動作モードに応じて以下の制御を実行する。
【００８１】
エアコンＥＣＵ８８は、コントロールパネル５６から冷房ＭＡＸを表す信号が入力された場合には、第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８にプラス電圧が印加されるよう電圧コントロールユニット１２を制御する。また、エアコンＥＣＵ８８は、エアミックスダンパ用モータ７０を制御してエアミックスダンパ４６を全閉にし、空調用空気がヒータコア３５を通過することを阻止する。
【００８２】
また、エアコンＥＣＵ８８は、コントロールパネル５６から温度調節モードを表す信号が入力された場合には、第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８にプラス電圧を印加するようになっている。また、エアミックスダンパ４６の開度を調節することにより、エアミックスダンパ４６を通過する空調用空気の流量を変化させ、車室内に供給される空調用空気の温度を調節するようになっており、空調用空気の温度を高める場合には、エアミックスダンパ４６の開度を大きくし、空調用空気の温度を下げる場合には、エアミックスダンパ４６の開度を小さくするようエアミックスダンパ用モータ７０を制御する。したがって、本実施の形態に係る車両用空調装置８０は、２つのペルチェユニット１７、１８のいずれをも空調用空気の冷却に使用することができるので、２つのペルチェユニット１７、１８のうち一方のみを空調用空気の冷却に使用する場合と比較して、温度調節モードにおける空調用空気の温度範囲を拡大することが可能となる。
【００８３】
また、エアコンＥＣＵ８８は、コントロールパネル５６から暖房ＭＡＸモードを表す信号が入力された場合には、第１ペルチェユニット１７および第２ペルチェユニット１８にマイナス電圧が印加されるよう電圧コントロールユニット１２を制御する。また、エアコンＥＣＵ８８は、空調用空気がヒータコア３５を通過するよう、エアミックスダンパ４６を全開にする。これにより、車両用空調装置８０は、２つのペルチェユニットのみにより空調用空気を加熱する場合と比較して、空調用空気の加熱度合いを高めることが可能となる。
【００８４】
また、エアコンＥＣＵ８８は、除湿モードを表す信号が入力された場合には、第１ペルチェユニット１７にプラス電圧を印加するとともに、第２ペルチェユニット１８にマイナス電圧を印加するようになっている。この場合、エアコンＥＣＵ８８は、第１ペルチェユニット１７に印加されるプラス電圧の電圧値を調節することにより、車室内に供給される空調用空気の温度を調節するようになっており、空調用空気の温度を高める場合には、第１ペルチェユニット１７に印加されるプラス電圧の電圧値の絶対値を下げ、空調用空気の温度を高める場合には、第１ペルチェユニット１７に印加されるプラス電圧の電圧値の絶対値を低くするようになっている。また、エアコンＥＣＵ８８は、エアミックスダンパ４６の開度を調節することにより、エアミックスダンパ４６を通過する空調用空気の流量を変化させ、車室内に供給される空調用空気の温度を調節するようになっている。
【００８５】
このとき、冷却水は、第１ペルチェユニット１７において、加熱された水冷側電極５８を冷却するので、空冷側電極６０が０℃近傍の低温に保持される。したがって、空調用空気は、第１ペルチェユニット１７を通過することにより十分冷却されるので、第２ペルチェユニット１８において適宜加熱することにより、車室内に供給される空調用空気の温度幅を広げることが可能となる。また、第２ペルチェユニット１８において空調用空気を加熱する際には、第１ペルチェユニット１７を通過して加熱された冷却水が第２ペルチェユニット１８に流入し、第２ペルチェユニット１８の水冷側電極５８を温めることになる。これにより、空冷側電極６０の温度も高くなるので、エアコンＥＣＵ１４は、第２ペルチェユニット１８に印加するマイナス電圧を低下させることができ、結果として、消費電力を低下することが可能となる。
【００８６】
また、エアコンＥＣＵ８８は、エンジンの暖機時など、エンジン冷却水が十分に温まっていない場合には、第２ペルチェユニット１８に印加するマイナス電圧の電圧値を高めておき、エンジン冷却水がエンジンにより加熱された場合には、エアミックスダンパ４６の開度を高めるとともに第２ペルチェユニット１８に印加するマイナス電圧の電圧値を低下させて空調用空気の温度を調節することにより、第２ペルチェユニット１８における電力消費量を低下させ、車両の燃費を向上することが可能となる。
【００８７】
以上のように、本発明の第２の実施の形態に係る車両用空調装置においては、第１および第２ペルチェユニット１７、１８に加え、エンジンにより駆動する車両において既存のヒータコア３５を用いて空調用空気を加熱することができるので、装置を大型化することなく暖房性能を向上することが可能となる。
【００８８】
以上のように、本発明に係る車両用空調装置は、大型化することなく空調性能を向上することができるという効果を奏するものであり、ペルチェユニットにより構成される車両用空調装置に有用である。
【符号の説明】
【００８９】
１０ 車両用空調装置
１１ 空調ユニット
１２ 電圧コントロールユニット
１４ エアコンＥＣＵ（制御手段）
１７ 第１ペルチェユニット
１８ 第２ペルチェユニット
１９ 室外放熱器（放熱器）
２０ 冷却水路
２１ ラジエータ
２２ 電動ファン
２４ ウォーターポンプ
２６ エンジン冷却水用循環水路
２８ ペルチェ素子
２９ コア部
３０ アッパータンク
３２ ロアタンク
３５ ヒータコア（車室内用熱交換器）
３７ 空調ダクト
３８ 外気吸入口
４０ 内外気切換えダンパ
４１ ブロア
５８ 水冷側電極
６０ 空冷側電極
６１ 絶縁膜
６２ 接着層
６３ 接着層
６４ チューブ（水冷用熱交換器）
６６ フィン（空冷用熱交換器）
６７ ｎ型半導体層
６８ ｐ型半導体層
６９ 車室内温度センサ
８０ 車両用空調装置
８１ 空調ユニット
８８ エアコンＥＣＵ（制御手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペルチェ素子を有し、前記ペルチェ素子に加える電圧の極性に応じて車両の外部から車室内に供給される空調用空気を加熱あるいは冷却可能な第１のペルチェユニットおよび第２のペルチェユニットと、
前記第１のペルチェユニットおよび前記第２のペルチェユニットに冷却水を供給するとともに、前記冷却水と前記車両の外部との間で熱交換を行う放熱器と接続された冷却水路と、
前記第１のペルチェユニットおよび前記第２のペルチェユニットのペルチェ素子に加える電圧の極性および大きさを制御する制御手段と、を備えた車両用空調装置であって、
前記第１のペルチェユニットおよび前記第２のペルチェユニットは、前記冷却水と熱交換を行う水冷用熱交換器と、前記空調用空気と熱交換を行う空冷用熱交換器と、をそれぞれ有し、
前記水冷用熱交換器および前記空冷用熱交換器は、前記ペルチェ素子を挟むよう設置され、
前記第１のペルチェユニットは、前記車両の外部から吸入された空調用空気を車室内に供給する供給経路に設置され、
前記第２のペルチェユニットは、前記第１のペルチェユニットよりも下流側の前記供給経路に設置され、
前記冷却水路は、前記放熱器を通過した冷却水が前記第１のペルチェユニットの水冷用熱交換器を通過した後に、前記第２のペルチェユニットの水冷用熱交換器を通過するよう前記放熱器、前記第１のペルチェユニットおよび前記第２のペルチェユニットを接続することを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
前記車両は、内燃機関と、前記内燃機関を冷却するエンジン冷却水と前記車両の外部との間で熱交換を行うラジエータと、前記エンジン冷却水と前記空調用空気との間で熱交換を行う車室内用熱交換器と、前記内燃機関、前記ラジエータおよび前記車室内用熱交換器を接続し、前記内燃機関を通過したエンジン冷却水を前記車室内用熱交換器に供給するエンジン冷却水用循環水路と、を備え、
前記車室内用熱交換器は、前記第２のペルチェユニットよりも下流側の前記供給経路に設置されることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項１】
ペルチェ素子を有し、前記ペルチェ素子に加える電圧の極性に応じて車両の外部から車室内に供給される空調用空気を加熱あるいは冷却可能な第１のペルチェユニットおよび第２のペルチェユニットと、
前記第１のペルチェユニットおよび前記第２のペルチェユニットに冷却水を供給するとともに、前記冷却水と前記車両の外部との間で熱交換を行う放熱器と接続された冷却水路と、
前記第１のペルチェユニットおよび前記第２のペルチェユニットのペルチェ素子に加える電圧の極性および大きさを制御する制御手段と、を備えた車両用空調装置であって、
前記第１のペルチェユニットおよび前記第２のペルチェユニットは、前記冷却水と熱交換を行う水冷用熱交換器と、前記空調用空気と熱交換を行う空冷用熱交換器と、をそれぞれ有し、
前記水冷用熱交換器および前記空冷用熱交換器は、前記ペルチェ素子を挟むよう設置され、
前記第１のペルチェユニットは、前記車両の外部から吸入された空調用空気を車室内に供給する供給経路に設置され、
前記第２のペルチェユニットは、前記第１のペルチェユニットよりも下流側の前記供給経路に設置され、
前記冷却水路は、前記放熱器を通過した冷却水が前記第１のペルチェユニットの水冷用熱交換器を通過した後に、前記第２のペルチェユニットの水冷用熱交換器を通過するよう前記放熱器、前記第１のペルチェユニットおよび前記第２のペルチェユニットを接続することを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
前記車両は、内燃機関と、前記内燃機関を冷却するエンジン冷却水と前記車両の外部との間で熱交換を行うラジエータと、前記エンジン冷却水と前記空調用空気との間で熱交換を行う車室内用熱交換器と、前記内燃機関、前記ラジエータおよび前記車室内用熱交換器を接続し、前記内燃機関を通過したエンジン冷却水を前記車室内用熱交換器に供給するエンジン冷却水用循環水路と、を備え、
前記車室内用熱交換器は、前記第２のペルチェユニットよりも下流側の前記供給経路に設置されることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１９５２８７（Ｐ２０１０−１９５２８７Ａ）
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４４２６４（Ｐ２００９−４４２６４）
【出願日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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