車両用空調装置
【課題】熱回収を省エネで行える車両用空調装置を提供することを目的とする。
【解決手段】外気を導入する外気導入口から車内に空調風を吹き出す空調吹出口にかけての給気送風路と、内気を導入する内気導入口から内気を車外へ排出する内気排出口にかけての内気排出路と、前記給気送風路に前記外気導入口から前記空調吹出口に向かう空気流を発生させる外気送風手段と、前記内気排出路に前記内気導入口から前記内気排出口に向かう空気流を発生させる内気送風手段と、前記内気排出路を流れる内気と前記外気導入口から導入される外気とを熱交換させて熱回収する熱回収器と、この熱回収器を通らない直接外気導入口を備え、冷房運転または暖房運転の開始時には、前記直接外気導入口より外気を導入するので、外気送風手段の消費電力を低減することができる。
【解決手段】外気を導入する外気導入口から車内に空調風を吹き出す空調吹出口にかけての給気送風路と、内気を導入する内気導入口から内気を車外へ排出する内気排出口にかけての内気排出路と、前記給気送風路に前記外気導入口から前記空調吹出口に向かう空気流を発生させる外気送風手段と、前記内気排出路に前記内気導入口から前記内気排出口に向かう空気流を発生させる内気送風手段と、前記内気排出路を流れる内気と前記外気導入口から導入される外気とを熱交換させて熱回収する熱回収器と、この熱回収器を通らない直接外気導入口を備え、冷房運転または暖房運転の開始時には、前記直接外気導入口より外気を導入するので、外気送風手段の消費電力を低減することができる。
【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するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジン車では、例えば、吸排気時に内気から吸熱し、外気へ放熱する全熱交換器と冷凍サイクルを備え、暖房はエンジンの排熱を利用して行う車両用空調装置が考案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この車両用空調装置は、内気の熱を利用して、外気の温度を高めることができるので、外気導入による熱損失を低減でき、暖房効果を向上できるもので、冷凍サイクルのエバポレータ（冷却用熱交換器）と、その空気下流側には、エンジン冷却水（温水）を熱源とするヒータコア（加熱用熱交換器）が配置してある。そして、空調の温度制御方式として、冷温風の混合割合を調整するエアミックス方式を採用しており、ヒータコアの空気上流側で、エバポレータの空気下流側に配置したエアミックスドアの開度によりヒータコアを通過する温風とヒータコアをバイパスする冷風の風量割合を調整して、車室内への吹出空気温度を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１６５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような従来の車両用空調装置においては、内気の熱を利用して、外気の温度を内気の温度に近づけることができるので、外気導入による熱損失を低減できるが、運転開始時の立ち上がりを速くするための大風量運転時に、車室内と外気の温度差がほとんどない場合でも全熱交換器を通して外気を導入しており、圧力損失が増加するため、送風機の負荷、すなわち消費電力が増えるという課題を有していた。
【０００６】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、運転開始時の圧力損失の増加を抑制し、送風機の消費電力を抑え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】
【０００７】
そして、この目的を達成するために、本発明は、外気を導入する外気導入口から車内に空調風を吹き出す空調吹出口にかけての給気送風路と、内気を導入する内気導入口から内気を車外へ排出する内気排出口にかけての内気排出路と、前記給気送風路に前記外気導入口から前記空調吹出口に向かう空気流を発生させる外気送風手段と、前記内気排出路に前記内気導入口から前記内気排出口に向かう空気流を発生させる内気送風手段と、前記給気送風路を流れる空気を加熱する加熱用車内熱交換器と、前記給気送風路を流れる空気を冷却する冷却用車内熱交換器と、冷房運転時および暖房運転時に凝縮器として外気と熱交換する車外熱交換器と、前記冷却用車内熱交換器および前記車外熱交換器と圧縮機の間で冷媒を循環させる冷凍サイクルと、前記内気排出路を流れる内気と前記外気導入口から導入される外気とを熱交換させて熱回収する熱回収器と、この熱回収器を通らない直接外気導入口を備え、冷房運転または暖房運転の開始時には、前記直接外気導入口より外気を導入するものであり、これにより所期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、冷房運転または暖房運転の開始時には、直接外気導入口より外気を導入する構成にしたことにより、運転開始時の車室内と外気の温度差がほとんどない場合には、熱回収器を通過させず直接外気導入口より外気を導入することができるため、外気の熱回収器通過による圧力損失、すなわち外気送風手段の負荷が低減でき、外気送風手段の消費電力も低減できる。
【０００９】
特に運転開始時には立ち上がりを速くするため通常運転より大きな風量で運転する場合が多く、外気の熱回収器通過による圧力損失が通常運転より大きくなり、外気送風手段の負荷、すなわち外気送風手段の消費電力も通常運転より増加するため、熱回収器を通過させず直接外気導入口より外気を導入することにより、消費電力もより低減でき、省エネ効果のある車両用空調装置を提供するという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１の車両用空調装置の概略構成図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１の車両用空調装置の初期運転モードを示す概略構成図、（ｂ）同車両用空調装置の通常運転モードを示す概略構成図、（ｃ）同車両用空調装置のデフロスト運転モードを示す概略構成図
【図３】本発明の実施の形態２の車両用空調装置の概略構成図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態２の車両用空調装置の初期運転状態を示す概略構成図、（ｂ）同車両用空調装置の通常運転モードを示す概略構成図
【図５】本発明の実施の形態２の熱回収器の送風路を示す概略構成図
【図６】本発明の実施の形態２の熱回収器の別の送風路を示す概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
図１に示すように、車両用空調装置は、外気、内気の送風路と冷凍サイクルシステムで構成されている。また、図２は外気および内気の環境条件、車両用空調装置の運転状態などに応じて変更する車両用空調装置の運転モードを示す。
【００１３】
外気と内気の送風路には、外気を導入する外気導入口１から車内に空調風を吹き出す空調吹出口２にかけての給気送風路３（図中の破線矢印）と、内気導入口４から内気排出口７に向かい内気を車外へ排出する内気排出路８（図中の実線矢印）と、給気送風路３に外気導入口１から空調吹出口２に向かう空気流を発生させる外気送風手段９ａと、内気排出路８に内気導入口４から内気排出口７に向かう空気流を発生させる内気送風手段９ｂが設けられている。
【００１４】
また、内気排出路８を流れる内気から吸熱し、外気導入口１から導入される外気へ放熱する熱回収器１９を備えている。この熱回収器１９は顕熱を熱交換する顕熱交換器である。
【００１５】
また、外気の送風路には、外気を導入する直接外気導入口１ａから熱回収器１９を迂回して外気送風手段９ａにて車内に空調風を吹き出す空調吹出口２にかけての熱回収器バイパス路３０（図１、２中の点線矢印）が、内気の送風路には、車内から車両後方のトランクルームに配置した内気後方排出口２３に向かい内気を車外へ排出する内気後方排出路３１（図２（ａ）中の一点鎖線矢印）が設けられている。
【００１６】
また、外気導入口１、直接外気導入口１ａには、ダンパ２１、２１ａを設けており、ダンパ２１、２１ａの開閉により、外気を熱回収器１９経由で導入するかどうかを選択できる。
【００１７】
また、内気導入口４には車内の空気温度を検知する内気温検知手段としての温度センサ５が、内気排出口７には車外の空気温度を検知する外気温検知手段としての温度センサ６が設けられている。
【００１８】
熱源としては、給気送風路３とは別の送風路に凝縮器として外気と熱交換する車外熱交換器１２が設けられ、給気送風路３に給気送風路３を流れる空気を冷却する冷却用車内熱交換器１０（蒸発器）および加熱する加熱用車内熱交換器１１（エンジンの冷却水の熱を使用したヒータコア）が設けられ、冷却用車内熱交換器１０および車外熱交換器１２と圧縮機１３の間で冷媒を循環させる冷凍サイクルを備えている。冷凍サイクルは車外熱交換器１２と冷却用車内熱交換器１０の間に絞り弁１６（図に示すように膨張弁１６ａと電磁弁１６ｂを内蔵）を備えている。
【００１９】
上記構成において、車両用空調装置の運転モードについて図２を用いて説明する。
【００２０】
先ず冷房運転について説明する。図２（ａ）は例えば外気温度が３５℃で車両が停止していて冷房運転を開始した場合を示す。車内温度が外気温度に近く車内外で温度差が小さいため、外気は外気送風手段９ａの運転により直接外気導入口１ａから導入され（ダンパ２１閉、ダンパ２１ａ開、以下同様のダンパ操作の説明は省略）、熱回収器１９を迂回して熱回収器バイパス路３０を通り、蒸発器の冷却用車内熱交換器１０通過時に冷媒の気化熱で冷却され、加熱用車内熱交換器１１の加熱源で所定温度に昇温調整し、空調吹出口２からフロントガラスや運転者に冷風を吹き出す。吹出された冷風は、内気となり車内を循環し、車両の走行風や外気導入による車内圧力上昇により、内気は内気後方排出路３１を通り車両後方のトランクルームに配置した内気後方排出口２３から車外へ排出される。
【００２１】
このように冷房運転の開始時に、直接外気導入口１ａより外気を導入する構成にしたことにより、運転開始時の車室内と外気の温度差がほとんどない場合には、熱回収器１９を通過させず直接外気導入口１ａより外気を導入することができるため、外気の熱回収器１９通過による圧力損失、すなわち外気送風手段９ａの負荷が低減でき、外気送風手段９ａの消費電力も低減できる。
【００２２】
特に運転開始時には立ち上がりを速くするため通常運転より大きな風量で外気送風手段９ａを運転する場合が多く、外気の熱回収器１９通過による圧力損失は車内温度が下がった状態の通常運転より大きくなり、外気送風手段９ａの負荷、すなわち外気送風手段９ａの消費電力も通常運転より増加するため、熱回収器１９を通過させず直接外気導入口１ａより外気を導入することにより、消費電力もより低減できる。
【００２３】
次に図２（ｂ）は冷房運転を開始して、車内温度が例えば２５℃に下がった場合を示す。外気は外気送風手段９ａの運転により外気導入口１から導入され（ダンパ２１開、ダンパ２１ａ閉、以下同様のダンパ操作の説明は省略）、熱回収器１９で外気より温度の低い内気に冷やされ、給気送風路３を通り、蒸発器の冷却用車内熱交換器１０通過時に冷媒の気化熱で冷却され、加熱用車内熱交換器１１の加熱源で所定温度に昇温調整し、空調吹出口２からフロントガラスや運転者に冷風を吹き出す。吹出された冷風は、内気となり車内を循環し、内気送風手段９ｂの運転により内気導入口４から内気排出路８中の熱回収器１９で外気に暖められ、内気排出口７から車外へ排出される。
【００２４】
このように内気より温度の高い外気と外気より温度の低い内気とを熱回収器１９で熱交換して、車内温度に近づけてから外気を導入する構成にしたことにより、冷凍サイクルの冷房負荷が減り圧縮機１３の消費電力を低減できる。
【００２５】
次に暖房運転について説明する。図２（ａ）は例えば外気温度が０℃で車両が停止していて暖房運転を開始した場合を示す。車内温度が外気温度に近く車内外で温度差が小さいため、外気は外気送風手段９ａの運転により直接外気導入口１ａから導入され、熱回収器１９を迂回して熱回収器バイパス路３０を通り、加熱用車内熱交換器１１の加熱源で所定温度に昇温調整し、空調吹出口２からフロントガラスや運転者に温風を吹き出す。吹出された温風は、内気となり車内を循環し、車両の走行風や外気導入による車内圧力上昇により、内気は内気後方排出路３１を通り車両後方のトランクルームに配置した内気後方排出口２３から車外へ排出される。前述の図２（ａ）で説明した冷房運転との違いは、冷凍サイクルを作動させず、冷却用車内熱交換器１０で外気を冷却しない点である。
【００２６】
このように暖房運転の開始時に、直接外気導入口１ａより外気を導入する構成にしたことにより、運転開始時の車室内と外気の温度差がほとんどない場合には、熱回収器１９を通過させず直接外気導入口１ａより外気を導入することができるため、外気の熱回収器１９通過による圧力損失、すなわち外気送風手段９ａの負荷が低減でき、外気送風手段９ａの消費電力も低減できる。
【００２７】
特に運転開始時には立ち上がりを速くするため通常運転より大きな風量で外気送風手段９ａを運転する場合が多く、外気の熱回収器１９通過による圧力損失は車内温度が上がった状態の通常運転より大きくなり、外気送風手段９ａの負荷、すなわち外気送風手段９ａの消費電力も通常運転より増加するため、熱回収器１９を通過させず直接外気導入口１ａより外気を導入することにより、消費電力もより低減できる。
【００２８】
次に図２（ｂ）は暖房運転を開始して、車内温度が例えば２０℃に上がった場合を示す。外気は外気送風手段９ａの運転により外気導入口１から導入され、熱回収器１９で外気より温度の高い内気に冷やされ、給気送風路３を通り、加熱用車内熱交換器１１の加熱源で所定温度に昇温調整し、空調吹出口２からフロントガラスや運転者に温風を吹き出す。吹出された温風は、内気となり車内を循環し、内気送風手段９ｂの運転により内気導入口４から内気排出路８中の熱回収器１９で外気に冷やされ、内気排出口７から車外へ排出される。
【００２９】
車両のエンジンの燃焼効率が高い場合は廃熱が少ないため、暖房運転に使用できる加熱源としての加熱用車内熱交換器１１の能力が不足するが、このように内気より温度の低い外気と外気より温度の高い内気とを熱回収器１９で熱交換して、車内温度に近づけてから外気を導入する構成にしたことにより、加熱用車内熱交換器１１の加熱源の暖房負荷を低減できる。
【００３０】
次に図２（ｃ）は熱回収器１９を用いて図２（ｂ）の暖房運転を継続して、熱回収器１９の風路で凍結が発生した時のデフロスト運転しながらの暖房運転を示す。
【００３１】
例えば外気温度０℃、車内温度２０℃相対湿度５０％で図２（ｂ）の運転を継続すると、内気排出路８中の車室内の湿気は熱回収器１９内部で外気との熱交換で結露し、更に運転を継続すると凍結が起こる。
【００３２】
この凍結を解消するため図２（ｃ）に示すように、外気は外気送風手段９ａの運転により直接外気導入口１ａから導入され、熱回収器１９を迂回して熱回収器バイパス路３０を通り、加熱用車内熱交換器１１の加熱源で所定温度に昇温調整し、空調吹出口２からフロントガラスや運転者に温風を吹き出す。
【００３３】
吹出された温風は、内気となり車内を循環し、内気送風手段９ｂの運転により内気導入口４から内気排出路８中の熱回収器１９で凍結した氷を融解し、デフロスト水と共に、内気排出口７から車外へ排出される。
【００３４】
図２（ｂ）の熱回収器１９を用いた暖房運転と図２（ｃ）のデフロスト運転は、一定の時間間隔で運転を切替える。例えば図２（ｂ）を５０分運転後、図２（ｃ）を１０分運転し、図２（ｂ）の運転に戻り、順次運転を切替えながら暖房運転を継続する。
【００３５】
また、別の運転手段として、車内の空気温度を検知する温度センサ５および車外の空気温度を検知する温度センサ６を用いれば、図２（ｂ）の運転と図２（ｃ）の運転を適宜切替えることにより、熱回収器１９の凍結を防止することも可能である。
【００３６】
このように車内の暖かい内気で熱回収器１９の凍結を解消または防止する構成にしたことにより、暖房時に熱回収器１９を用いて熱回収した省エネの暖房運転を継続できる。
【００３７】
（実施の形態２）
図３〜４において、図１および図２と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３８】
図３に示すように、車両用空調装置は、外気、内気の送風路とヒートポンプシステムで構成されている。また、図４は外気および内気の環境条件、車両用空調装置の運転状態などに応じて変更する車両用空調装置の運転モードを示す。
【００３９】
外気と内気の送風路には、外気を導入する外気導入口１から車内に空調風を吹き出す空調吹出口２にかけての給気送風路３（図中の破線矢印）と、内気導入口４から内気排出口７に向かい内気を車外へ排出する内気排出路８（図中の実線矢印）と、給気送風路３に外気導入口１から空調吹出口２に向かう空気流を発生させる外気送風手段９ａと、内気排出路８に内気導入口４から内気排出口７に向かう空気流を発生させる内気送風手段９ｂが設けられている。
【００４０】
また、内気排出路８を流れる内気から吸熱し、外気導入口１から導入される外気へ放熱する熱回収器１９を備えている。この熱回収器１９は顕熱を熱交換する顕熱交換器である。
【００４１】
また、外気の送風路には、外気を導入する直接外気導入口１ａから熱回収器１９を迂回して外気送風手段９ａにて車内に空調風を吹き出す空調吹出口２にかけての熱回収器バイパス路３０（図３、４中の点線矢印）と、内気の送風路には、車内から車両後方のトランクルームに配置した内気後方排出口２３に向かい内気を車外へ排出する内気後方排出路３１（図４（ａ）中の一点鎖線矢印）が設けられている。
【００４２】
また、内気導入口４には車内の空気温度を検知する内気温検知手段としての温度センサ５が、内気排出口７には車外の空気温度を検知する外気温検知手段としての温度センサ６が設けられている。
【００４３】
熱源として、給気送風路３とは別の送風路に冷房運転時凝縮器、暖房運転時蒸発器として外気と熱交換する車外熱交換器１２が設けられ、給気送風路３に給気送風路３を流れる空気を冷却または加熱する第１車内熱交換器１０ａ、第２車内熱交換器１１ａが設けられ、第１車内熱交換器１０ａ、第２車内熱交換器１１ａおよび車外熱交換器１２と圧縮機１３の間で冷媒を循環させるヒートポンプを備えている。
【００４４】
ここでヒートポンプの構成を説明する。
【００４５】
圧縮機１３の高圧冷媒吐出側に四方弁１４、四方弁１４と車外熱交換器１２の間に逆止弁１５、車外熱交換器１２と第１車内熱交換器１０ａの間に絞り弁１６（図に示すように膨張弁１６ａと電磁弁１６ｂを内蔵）、第２車内熱交換器１１ａと車外熱交換器１２の間に逆止弁１７と絞り弁１８（図に示すように膨張弁１８ａと電磁弁１８ｂを内蔵）を設け、ヒートポンプを構成している。ここで本実施の形態では、前述の外気温検知手段としての温度センサ６を、車外熱交換器１２の吸込み側に設けている。
【００４６】
そして、内気排出路８を流れる内気から吸熱し、外気導入口１から導入される外気へ放熱する熱回収器１９を備えている。この熱回収器１９は顕熱を熱交換する顕熱交換器である。
【００４７】
そして本願の特徴は車外熱交換器１２に熱回収器１９を通過した内気を送風するものであり、本実施の形態では、車外熱交換器１２の一部を内気排出口７と熱回収器１９の間の内気排出路８に設けている。
【００４８】
図５および図６は熱回収器１９の送風路の構成を示す。
【００４９】
給気送風路３において、第一開口部２４は外気導入口１と熱回収器１９の間に設け、第二開口部２５は空調吹出口２と熱回収器１９の間に設け、外気切替部２８ａは外気導入口１と第一開口部２４または第二開口部２５との接続を切替え、外気切替部２８ｂは空調吹出口２と第一開口部２４または第二開口部２５との接続を切替える。内気排出路８において、第三開口部２６は内気導入口４と熱回収器１９の間に設け、第四開口部２７は内気排出口７と熱回収器１９の間に設け、内気切替部２９ａは内気導入口４と第三開口部２６または第四開口部２７との接続を切替え、内気切替部２９ｂは内気排出口７と第三開口部２６または第四開口部２７との接続を切替える。
【００５０】
上記構成において、表１に記載の各運転モードについて図４を用いて説明する。
【００５１】
【表１】
【００５２】
先ず冷房運転について説明する。図４（ａ）は例えば外気温度が３５℃で車両が停止していて冷房運転を開始した場合を示す。冷房運転時の冷媒の流れは、圧縮機１３→四方弁１４→逆止弁１５→車外熱交換器１２→絞り弁１６→第１車内熱交換器１０ａ→圧縮機１３で、第２車内熱交換器１１ａには冷媒は流さない。
【００５３】
このような冷媒の流れの中、車内温度が外気温度に近く車内外で温度差が小さいため、外気は外気送風手段９ａの運転により直接外気導入口１ａから導入され、熱回収器１９を迂回して熱回収器バイパス路３０を通り、蒸発器として作用する第１車内熱交換器１０ａ通過時に冷媒の気化熱で冷却され、冷媒の流れていない第２車内熱交換器１１ａを通り、空調吹出口２からフロントガラスや運転者に冷風を吹き出す。吹出された冷風は、内気となり車内を循環し、車両の走行風や外気導入による車内圧力上昇により、内気は内気後方排出路３１を通り車両後方のトランクルームに配置した内気後方排出口２３から車外へ排出される。
【００５４】
このように冷房運転の開始時に、直接外気導入口１ａより外気を導入する構成にしたことにより、運転開始時の車室内と外気の温度差がほとんどない場合には、熱回収器１９を通過させず直接外気導入口１ａより外気を導入することができるため、外気の熱回収器１９通過による圧力損失、すなわち外気送風手段９ａの負荷が低減でき、外気送風手段９ａの消費電力も低減できる。
【００５５】
特に運転開始時には立ち上がりを速くするため通常運転より大きな風量で外気送風手段９ａを運転する場合が多く、外気の熱回収器１９通過による圧力損失は車内温度が下がった状態の通常運転より大きくなり、外気送風手段９ａの負荷、すなわち外気送風手段９ａの消費電力も通常運転より増加するため、熱回収器１９を通過させず直接外気導入口１ａより外気を導入することにより、消費電力もより低減できる。
【００５６】
次に図４（ｂ）は冷房運転を開始して、車内温度が例えば２５℃に下がった場合を示す。外気は外気送風手段９ａの運転により外気導入口１から導入され、熱回収器１９で外気より温度の低い内気に冷やされ、給気送風路３を通り、蒸発器として作用する第１車内熱交換器１０ａ通過時に冷媒の気化熱で冷却され、冷媒の流れていない第２車内熱交換器１１ａを通り、空調吹出口２からフロントガラスや運転者に冷風を吹き出す。吹出された冷風は、内気となり車内を循環し、内気送風手段９ｂの運転により内気導入口４から内気排出路８中の熱回収器１９で外気に暖められ、内気排出口７から車外へ排出される。
【００５７】
このように外気より温度の低い内気をそのまま排出せず、熱回収器１９で外気と熱交換させ、さらに車外熱交換器１２を通過してから排出する構成にしたことにより、第１車内熱交換器１０ａでの冷媒による冷却負荷が減り圧縮機１３の消費電力を低減できる。
【００５８】
しかも、外気温度が高く冷凍サイクル内の冷媒の蒸発温度も高くなってしまうような場合にも、凝縮器として作用する車外熱交換器１２に外気より温度の低い内気を送風して冷媒の液化を促進できるので、第１車内熱交換器１０ａでの冷媒の蒸発温度も低くでき、冷房能力の低下を抑制できる。
【００５９】
次に暖房運転について説明する。図４（ａ）は例えば外気温度が０℃で車両が停止していて暖房運転を開始した場合を示す。暖房運転時の冷媒の流れは、圧縮機１３→四方弁１４→第２車内熱交換器１１ａ→絞り弁１８→車外熱交換器１２→電磁弁１６ｂ→圧縮機１３で、第１車内熱交換器１０ａには冷媒は流さない。
【００６０】
このような冷媒の流れの中、車内温度が外気温度に近く車内外で温度差が小さいため、外気は外気送風手段９ａの運転により直接外気導入口１ａから導入され、熱回収器１９を迂回して熱回収器バイパス路３０を通り、冷媒の流れていない第１車内熱交換器１０ａを通り、凝縮器として作用する第２車内熱交換器１１ａ通過時に冷媒の凝縮熱で加熱され、空調吹出口２からフロントガラスや運転者に温風を吹き出す。吹出された温風は、内気となり車内を循環し、車両の走行風や外気導入による車内圧力上昇により、内気は内気後方排出路３１を通り車両後方のトランクルームに配置した内気後方排出口２３から車外へ排出される。
【００６１】
このように暖房運転の開始時に、直接外気導入口１ａより外気を導入する構成にしたことにより、運転開始時の車室内と外気の温度差がほとんどない場合には、熱回収器１９を通過させず直接外気導入口１ａより外気を導入することができるため、外気の熱回収器１９通過による圧力損失、すなわち外気送風手段９ａの負荷が低減でき、外気送風手段９ａの消費電力も低減できる。
【００６２】
特に運転開始時には立ち上がりを速くするため通常運転より大きな風量で外気送風手段９ａを運転する場合が多く、外気の熱回収器１９通過による圧力損失は車内温度が上がった状態の通常運転より大きくなり、外気送風手段９ａの負荷、すなわち外気送風手段９ａの消費電力も通常運転より増加するため、熱回収器１９を通過させず直接外気導入口１ａより外気を導入することにより、消費電力もより低減できる。
【００６３】
次に図４（ｂ）は暖房運転を開始して、車内温度が例えば２０℃に上がった場合を示す。外気は外気送風手段９ａの運転により外気導入口１から導入され、熱回収器１９で外気より温度の高い内気に冷やされ、給気送風路３を通り、冷媒の流れていない第１車内熱交換器１０ａを通り、凝縮器として作用する第２車内熱交換器１１ａ通過時に冷媒の凝縮熱で加熱され、空調吹出口２からフロントガラスや運転者に温風を吹き出す。吹出された温風は、内気となり車内を循環し、内気送風手段９ｂの運転により内気導入口４から内気排出路８中の熱回収器１９で外気に冷やされ、内気排出口７から車外へ排出される。
【００６４】
このように外気より温度の高い内気をそのまま排出せず、熱回収器１９で外気と熱交換させ、さらに車外熱交換器１２を通過してから排出するようにしたので、第２車内熱交換器１１ａでの冷媒による加熱負荷が減り圧縮機１３の消費電力を低減できる。
【００６５】
しかも、外気温度が低く冷凍サイクル内の冷媒の凝縮温度も低くなってしまうような場合にも、蒸発器として作用する車外熱交換器１２に外気より温度の高い内気を送風して冷媒の蒸発を促進できるので、第１車内熱交換器１０ａでの冷媒の凝縮温度も高くでき、暖房能力の低下を抑制できる。
【００６６】
次に熱回収器１９を用いて図４（ｂ）の暖房運転を継続して、熱回収器１９の風路で凍結が発生した時のデフロスト運転しながらの暖房運転を説明する。例えば外気温度０℃、車内温度２０℃相対湿度５０％で図４（ｂ）の運転を継続すると、内気排出路８中の車室内の湿気は熱回収器１９内部で外気との熱交換で結露し、更に運転を継続すると凍結が起こる。
【００６７】
この凍結を解消するため図５および図６に示すように、熱回収器１９内において、給気送風路３と内気排出路８をそれぞれ流れる外気および内気の向きを外気切替部２８ａ、外気切替部２８ｂ、内気切替部２９ａ、内気切替部２９ｂにて一定の時間間隔で反転させる。
【００６８】
図５において、外気切替部２８ａは外気導入口１と第二開口部２５を接続し、外気切替部２８ｂは空調吹出口２と第一開口部２４を接続し、内気切替部２９ａは内気導入口４と第三開口部２６を接続し、内気切替部２９ｂは内気排出口７と第四開口部２７を接続する構成である。
【００６９】
この構成で図４（ｂ）の運転を継続すると、内気排出路８中の車室内の湿気は熱回収器１９内部の第四開口部２７近傍で外気との熱交換で結露し、更に運転を継続すると凍結が起こる。この凍結（または結露）を解消するため、一定時間が経過すると図６の構成に切替える。
【００７０】
図６において、外気切替部２８ａは外気導入口１と第一開口部２４を接続し、外気切替部２８ｂは空調吹出口２と第二開口部２５を接続し、内気切替部２９ａは内気導入口４と第四開口部２７を接続し、内気切替部２９ｂは内気排出口７と第三開口部２６を接続する構成である。
【００７１】
この構成で図４（ｂ）の運転を継続すると、内気排出路８中の車室内の湿気は熱回収器１９内部の第三開口部２６近傍で外気との熱交換で結露し、更に運転を継続すると凍結が起こる。この凍結を解消するため、一定時間が経過すると図５の構成に切替える。
【００７２】
このように熱回収器１９内において、給気送風路３と内気排出路８をそれぞれ流れる気体の向きを反転手段により切替える構成にしたことにより、内気排出路８で発生した結露が内気排出路８内へ蒸発し、内気排出路８内の湿度を高めることで、熱交換運転を継続しながら結露水を外気に排出できる。
【００７３】
また、熱回収器１９内において、給気送風路３と内気排出路８をそれぞれ流れる気体の向きを反転手段により切替える構成にしたことにより、内気排出路８で発生した氷が内気排出路８内へ融解し、内気排出路８内を移動することで、熱交換運転を継続しながらデフロスト運転を同時に行うことができ、暖房時に熱回収器１９を用いて熱回収した省エネの暖房空調運転を継続できる。
【００７４】
なお本実施の形態では一定の時間間隔で図５と図６の構成を切替えると説明したが、車内の空気温度を検知する温度センサ５および車外の空気温度を検知する温度センサ６を用いて、熱回収器１９の結露や凍結を行うか否かを適宜切替える。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明にかかる車両用空調装置は、冷房運転または暖房運転の開始時には、直接外気導入口より外気を導入する構成にしたことにより、運転開始時の車室内と外気の温度差がほとんどない場合には、熱回収器を通過させず直接外気導入口より外気を導入することができるため、外気の熱回収器通過による圧力損失、すなわち外気送風手段の負荷、消費電力の低減を可能とするものであるので、車両用空調装置として有用である。
【符号の説明】
【００７６】
１ 外気導入口
１ａ 直接外気導入口
２ 空調吹出口
３ 給気送風路
４ 内気導入口
５、６ 温度センサ
７ 内気排出口
８ 内気排出路
９ａ 外気送風手段
９ｂ 内気送風手段
１０ 冷却用車内熱交換器
１０ａ 第１車内熱交換器
１１ 加熱用車内熱交換器
１１ａ 第２車内熱交換器
１２ 車外熱交換器
１３ 圧縮機
１４ 四方弁
１５、１７ 逆止弁
１６、１８ 絞り弁
１６ａ、１８ａ 膨張弁
１６ｂ、１８ｂ 電磁弁
１９ 熱回収器
２１、２１ａ ダンパ
２３ 内気後方排出口
２４ 第一開口部
２５ 第二開口部
２６ 第三開口部
２７ 第四開口部
２８ａ、２８ｂ 外気切替部
２９ａ、２９ｂ 内気切替部
３０ 熱回収器バイパス路
３１ 内気後方排出路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジン車では、例えば、吸排気時に内気から吸熱し、外気へ放熱する全熱交換器と冷凍サイクルを備え、暖房はエンジンの排熱を利用して行う車両用空調装置が考案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この車両用空調装置は、内気の熱を利用して、外気の温度を高めることができるので、外気導入による熱損失を低減でき、暖房効果を向上できるもので、冷凍サイクルのエバポレータ（冷却用熱交換器）と、その空気下流側には、エンジン冷却水（温水）を熱源とするヒータコア（加熱用熱交換器）が配置してある。そして、空調の温度制御方式として、冷温風の混合割合を調整するエアミックス方式を採用しており、ヒータコアの空気上流側で、エバポレータの空気下流側に配置したエアミックスドアの開度によりヒータコアを通過する温風とヒータコアをバイパスする冷風の風量割合を調整して、車室内への吹出空気温度を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１６５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような従来の車両用空調装置においては、内気の熱を利用して、外気の温度を内気の温度に近づけることができるので、外気導入による熱損失を低減できるが、運転開始時の立ち上がりを速くするための大風量運転時に、車室内と外気の温度差がほとんどない場合でも全熱交換器を通して外気を導入しており、圧力損失が増加するため、送風機の負荷、すなわち消費電力が増えるという課題を有していた。
【０００６】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、運転開始時の圧力損失の増加を抑制し、送風機の消費電力を抑え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】
【０００７】
そして、この目的を達成するために、本発明は、外気を導入する外気導入口から車内に空調風を吹き出す空調吹出口にかけての給気送風路と、内気を導入する内気導入口から内気を車外へ排出する内気排出口にかけての内気排出路と、前記給気送風路に前記外気導入口から前記空調吹出口に向かう空気流を発生させる外気送風手段と、前記内気排出路に前記内気導入口から前記内気排出口に向かう空気流を発生させる内気送風手段と、前記給気送風路を流れる空気を加熱する加熱用車内熱交換器と、前記給気送風路を流れる空気を冷却する冷却用車内熱交換器と、冷房運転時および暖房運転時に凝縮器として外気と熱交換する車外熱交換器と、前記冷却用車内熱交換器および前記車外熱交換器と圧縮機の間で冷媒を循環させる冷凍サイクルと、前記内気排出路を流れる内気と前記外気導入口から導入される外気とを熱交換させて熱回収する熱回収器と、この熱回収器を通らない直接外気導入口を備え、冷房運転または暖房運転の開始時には、前記直接外気導入口より外気を導入するものであり、これにより所期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、冷房運転または暖房運転の開始時には、直接外気導入口より外気を導入する構成にしたことにより、運転開始時の車室内と外気の温度差がほとんどない場合には、熱回収器を通過させず直接外気導入口より外気を導入することができるため、外気の熱回収器通過による圧力損失、すなわち外気送風手段の負荷が低減でき、外気送風手段の消費電力も低減できる。
【０００９】
特に運転開始時には立ち上がりを速くするため通常運転より大きな風量で運転する場合が多く、外気の熱回収器通過による圧力損失が通常運転より大きくなり、外気送風手段の負荷、すなわち外気送風手段の消費電力も通常運転より増加するため、熱回収器を通過させず直接外気導入口より外気を導入することにより、消費電力もより低減でき、省エネ効果のある車両用空調装置を提供するという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１の車両用空調装置の概略構成図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１の車両用空調装置の初期運転モードを示す概略構成図、（ｂ）同車両用空調装置の通常運転モードを示す概略構成図、（ｃ）同車両用空調装置のデフロスト運転モードを示す概略構成図
【図３】本発明の実施の形態２の車両用空調装置の概略構成図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態２の車両用空調装置の初期運転状態を示す概略構成図、（ｂ）同車両用空調装置の通常運転モードを示す概略構成図
【図５】本発明の実施の形態２の熱回収器の送風路を示す概略構成図
【図６】本発明の実施の形態２の熱回収器の別の送風路を示す概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
図１に示すように、車両用空調装置は、外気、内気の送風路と冷凍サイクルシステムで構成されている。また、図２は外気および内気の環境条件、車両用空調装置の運転状態などに応じて変更する車両用空調装置の運転モードを示す。
【００１３】
外気と内気の送風路には、外気を導入する外気導入口１から車内に空調風を吹き出す空調吹出口２にかけての給気送風路３（図中の破線矢印）と、内気導入口４から内気排出口７に向かい内気を車外へ排出する内気排出路８（図中の実線矢印）と、給気送風路３に外気導入口１から空調吹出口２に向かう空気流を発生させる外気送風手段９ａと、内気排出路８に内気導入口４から内気排出口７に向かう空気流を発生させる内気送風手段９ｂが設けられている。
【００１４】
また、内気排出路８を流れる内気から吸熱し、外気導入口１から導入される外気へ放熱する熱回収器１９を備えている。この熱回収器１９は顕熱を熱交換する顕熱交換器である。
【００１５】
また、外気の送風路には、外気を導入する直接外気導入口１ａから熱回収器１９を迂回して外気送風手段９ａにて車内に空調風を吹き出す空調吹出口２にかけての熱回収器バイパス路３０（図１、２中の点線矢印）が、内気の送風路には、車内から車両後方のトランクルームに配置した内気後方排出口２３に向かい内気を車外へ排出する内気後方排出路３１（図２（ａ）中の一点鎖線矢印）が設けられている。
【００１６】
また、外気導入口１、直接外気導入口１ａには、ダンパ２１、２１ａを設けており、ダンパ２１、２１ａの開閉により、外気を熱回収器１９経由で導入するかどうかを選択できる。
【００１７】
また、内気導入口４には車内の空気温度を検知する内気温検知手段としての温度センサ５が、内気排出口７には車外の空気温度を検知する外気温検知手段としての温度センサ６が設けられている。
【００１８】
熱源としては、給気送風路３とは別の送風路に凝縮器として外気と熱交換する車外熱交換器１２が設けられ、給気送風路３に給気送風路３を流れる空気を冷却する冷却用車内熱交換器１０（蒸発器）および加熱する加熱用車内熱交換器１１（エンジンの冷却水の熱を使用したヒータコア）が設けられ、冷却用車内熱交換器１０および車外熱交換器１２と圧縮機１３の間で冷媒を循環させる冷凍サイクルを備えている。冷凍サイクルは車外熱交換器１２と冷却用車内熱交換器１０の間に絞り弁１６（図に示すように膨張弁１６ａと電磁弁１６ｂを内蔵）を備えている。
【００１９】
上記構成において、車両用空調装置の運転モードについて図２を用いて説明する。
【００２０】
先ず冷房運転について説明する。図２（ａ）は例えば外気温度が３５℃で車両が停止していて冷房運転を開始した場合を示す。車内温度が外気温度に近く車内外で温度差が小さいため、外気は外気送風手段９ａの運転により直接外気導入口１ａから導入され（ダンパ２１閉、ダンパ２１ａ開、以下同様のダンパ操作の説明は省略）、熱回収器１９を迂回して熱回収器バイパス路３０を通り、蒸発器の冷却用車内熱交換器１０通過時に冷媒の気化熱で冷却され、加熱用車内熱交換器１１の加熱源で所定温度に昇温調整し、空調吹出口２からフロントガラスや運転者に冷風を吹き出す。吹出された冷風は、内気となり車内を循環し、車両の走行風や外気導入による車内圧力上昇により、内気は内気後方排出路３１を通り車両後方のトランクルームに配置した内気後方排出口２３から車外へ排出される。
【００２１】
このように冷房運転の開始時に、直接外気導入口１ａより外気を導入する構成にしたことにより、運転開始時の車室内と外気の温度差がほとんどない場合には、熱回収器１９を通過させず直接外気導入口１ａより外気を導入することができるため、外気の熱回収器１９通過による圧力損失、すなわち外気送風手段９ａの負荷が低減でき、外気送風手段９ａの消費電力も低減できる。
【００２２】
特に運転開始時には立ち上がりを速くするため通常運転より大きな風量で外気送風手段９ａを運転する場合が多く、外気の熱回収器１９通過による圧力損失は車内温度が下がった状態の通常運転より大きくなり、外気送風手段９ａの負荷、すなわち外気送風手段９ａの消費電力も通常運転より増加するため、熱回収器１９を通過させず直接外気導入口１ａより外気を導入することにより、消費電力もより低減できる。
【００２３】
次に図２（ｂ）は冷房運転を開始して、車内温度が例えば２５℃に下がった場合を示す。外気は外気送風手段９ａの運転により外気導入口１から導入され（ダンパ２１開、ダンパ２１ａ閉、以下同様のダンパ操作の説明は省略）、熱回収器１９で外気より温度の低い内気に冷やされ、給気送風路３を通り、蒸発器の冷却用車内熱交換器１０通過時に冷媒の気化熱で冷却され、加熱用車内熱交換器１１の加熱源で所定温度に昇温調整し、空調吹出口２からフロントガラスや運転者に冷風を吹き出す。吹出された冷風は、内気となり車内を循環し、内気送風手段９ｂの運転により内気導入口４から内気排出路８中の熱回収器１９で外気に暖められ、内気排出口７から車外へ排出される。
【００２４】
このように内気より温度の高い外気と外気より温度の低い内気とを熱回収器１９で熱交換して、車内温度に近づけてから外気を導入する構成にしたことにより、冷凍サイクルの冷房負荷が減り圧縮機１３の消費電力を低減できる。
【００２５】
次に暖房運転について説明する。図２（ａ）は例えば外気温度が０℃で車両が停止していて暖房運転を開始した場合を示す。車内温度が外気温度に近く車内外で温度差が小さいため、外気は外気送風手段９ａの運転により直接外気導入口１ａから導入され、熱回収器１９を迂回して熱回収器バイパス路３０を通り、加熱用車内熱交換器１１の加熱源で所定温度に昇温調整し、空調吹出口２からフロントガラスや運転者に温風を吹き出す。吹出された温風は、内気となり車内を循環し、車両の走行風や外気導入による車内圧力上昇により、内気は内気後方排出路３１を通り車両後方のトランクルームに配置した内気後方排出口２３から車外へ排出される。前述の図２（ａ）で説明した冷房運転との違いは、冷凍サイクルを作動させず、冷却用車内熱交換器１０で外気を冷却しない点である。
【００２６】
このように暖房運転の開始時に、直接外気導入口１ａより外気を導入する構成にしたことにより、運転開始時の車室内と外気の温度差がほとんどない場合には、熱回収器１９を通過させず直接外気導入口１ａより外気を導入することができるため、外気の熱回収器１９通過による圧力損失、すなわち外気送風手段９ａの負荷が低減でき、外気送風手段９ａの消費電力も低減できる。
【００２７】
特に運転開始時には立ち上がりを速くするため通常運転より大きな風量で外気送風手段９ａを運転する場合が多く、外気の熱回収器１９通過による圧力損失は車内温度が上がった状態の通常運転より大きくなり、外気送風手段９ａの負荷、すなわち外気送風手段９ａの消費電力も通常運転より増加するため、熱回収器１９を通過させず直接外気導入口１ａより外気を導入することにより、消費電力もより低減できる。
【００２８】
次に図２（ｂ）は暖房運転を開始して、車内温度が例えば２０℃に上がった場合を示す。外気は外気送風手段９ａの運転により外気導入口１から導入され、熱回収器１９で外気より温度の高い内気に冷やされ、給気送風路３を通り、加熱用車内熱交換器１１の加熱源で所定温度に昇温調整し、空調吹出口２からフロントガラスや運転者に温風を吹き出す。吹出された温風は、内気となり車内を循環し、内気送風手段９ｂの運転により内気導入口４から内気排出路８中の熱回収器１９で外気に冷やされ、内気排出口７から車外へ排出される。
【００２９】
車両のエンジンの燃焼効率が高い場合は廃熱が少ないため、暖房運転に使用できる加熱源としての加熱用車内熱交換器１１の能力が不足するが、このように内気より温度の低い外気と外気より温度の高い内気とを熱回収器１９で熱交換して、車内温度に近づけてから外気を導入する構成にしたことにより、加熱用車内熱交換器１１の加熱源の暖房負荷を低減できる。
【００３０】
次に図２（ｃ）は熱回収器１９を用いて図２（ｂ）の暖房運転を継続して、熱回収器１９の風路で凍結が発生した時のデフロスト運転しながらの暖房運転を示す。
【００３１】
例えば外気温度０℃、車内温度２０℃相対湿度５０％で図２（ｂ）の運転を継続すると、内気排出路８中の車室内の湿気は熱回収器１９内部で外気との熱交換で結露し、更に運転を継続すると凍結が起こる。
【００３２】
この凍結を解消するため図２（ｃ）に示すように、外気は外気送風手段９ａの運転により直接外気導入口１ａから導入され、熱回収器１９を迂回して熱回収器バイパス路３０を通り、加熱用車内熱交換器１１の加熱源で所定温度に昇温調整し、空調吹出口２からフロントガラスや運転者に温風を吹き出す。
【００３３】
吹出された温風は、内気となり車内を循環し、内気送風手段９ｂの運転により内気導入口４から内気排出路８中の熱回収器１９で凍結した氷を融解し、デフロスト水と共に、内気排出口７から車外へ排出される。
【００３４】
図２（ｂ）の熱回収器１９を用いた暖房運転と図２（ｃ）のデフロスト運転は、一定の時間間隔で運転を切替える。例えば図２（ｂ）を５０分運転後、図２（ｃ）を１０分運転し、図２（ｂ）の運転に戻り、順次運転を切替えながら暖房運転を継続する。
【００３５】
また、別の運転手段として、車内の空気温度を検知する温度センサ５および車外の空気温度を検知する温度センサ６を用いれば、図２（ｂ）の運転と図２（ｃ）の運転を適宜切替えることにより、熱回収器１９の凍結を防止することも可能である。
【００３６】
このように車内の暖かい内気で熱回収器１９の凍結を解消または防止する構成にしたことにより、暖房時に熱回収器１９を用いて熱回収した省エネの暖房運転を継続できる。
【００３７】
（実施の形態２）
図３〜４において、図１および図２と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３８】
図３に示すように、車両用空調装置は、外気、内気の送風路とヒートポンプシステムで構成されている。また、図４は外気および内気の環境条件、車両用空調装置の運転状態などに応じて変更する車両用空調装置の運転モードを示す。
【００３９】
外気と内気の送風路には、外気を導入する外気導入口１から車内に空調風を吹き出す空調吹出口２にかけての給気送風路３（図中の破線矢印）と、内気導入口４から内気排出口７に向かい内気を車外へ排出する内気排出路８（図中の実線矢印）と、給気送風路３に外気導入口１から空調吹出口２に向かう空気流を発生させる外気送風手段９ａと、内気排出路８に内気導入口４から内気排出口７に向かう空気流を発生させる内気送風手段９ｂが設けられている。
【００４０】
また、内気排出路８を流れる内気から吸熱し、外気導入口１から導入される外気へ放熱する熱回収器１９を備えている。この熱回収器１９は顕熱を熱交換する顕熱交換器である。
【００４１】
また、外気の送風路には、外気を導入する直接外気導入口１ａから熱回収器１９を迂回して外気送風手段９ａにて車内に空調風を吹き出す空調吹出口２にかけての熱回収器バイパス路３０（図３、４中の点線矢印）と、内気の送風路には、車内から車両後方のトランクルームに配置した内気後方排出口２３に向かい内気を車外へ排出する内気後方排出路３１（図４（ａ）中の一点鎖線矢印）が設けられている。
【００４２】
また、内気導入口４には車内の空気温度を検知する内気温検知手段としての温度センサ５が、内気排出口７には車外の空気温度を検知する外気温検知手段としての温度センサ６が設けられている。
【００４３】
熱源として、給気送風路３とは別の送風路に冷房運転時凝縮器、暖房運転時蒸発器として外気と熱交換する車外熱交換器１２が設けられ、給気送風路３に給気送風路３を流れる空気を冷却または加熱する第１車内熱交換器１０ａ、第２車内熱交換器１１ａが設けられ、第１車内熱交換器１０ａ、第２車内熱交換器１１ａおよび車外熱交換器１２と圧縮機１３の間で冷媒を循環させるヒートポンプを備えている。
【００４４】
ここでヒートポンプの構成を説明する。
【００４５】
圧縮機１３の高圧冷媒吐出側に四方弁１４、四方弁１４と車外熱交換器１２の間に逆止弁１５、車外熱交換器１２と第１車内熱交換器１０ａの間に絞り弁１６（図に示すように膨張弁１６ａと電磁弁１６ｂを内蔵）、第２車内熱交換器１１ａと車外熱交換器１２の間に逆止弁１７と絞り弁１８（図に示すように膨張弁１８ａと電磁弁１８ｂを内蔵）を設け、ヒートポンプを構成している。ここで本実施の形態では、前述の外気温検知手段としての温度センサ６を、車外熱交換器１２の吸込み側に設けている。
【００４６】
そして、内気排出路８を流れる内気から吸熱し、外気導入口１から導入される外気へ放熱する熱回収器１９を備えている。この熱回収器１９は顕熱を熱交換する顕熱交換器である。
【００４７】
そして本願の特徴は車外熱交換器１２に熱回収器１９を通過した内気を送風するものであり、本実施の形態では、車外熱交換器１２の一部を内気排出口７と熱回収器１９の間の内気排出路８に設けている。
【００４８】
図５および図６は熱回収器１９の送風路の構成を示す。
【００４９】
給気送風路３において、第一開口部２４は外気導入口１と熱回収器１９の間に設け、第二開口部２５は空調吹出口２と熱回収器１９の間に設け、外気切替部２８ａは外気導入口１と第一開口部２４または第二開口部２５との接続を切替え、外気切替部２８ｂは空調吹出口２と第一開口部２４または第二開口部２５との接続を切替える。内気排出路８において、第三開口部２６は内気導入口４と熱回収器１９の間に設け、第四開口部２７は内気排出口７と熱回収器１９の間に設け、内気切替部２９ａは内気導入口４と第三開口部２６または第四開口部２７との接続を切替え、内気切替部２９ｂは内気排出口７と第三開口部２６または第四開口部２７との接続を切替える。
【００５０】
上記構成において、表１に記載の各運転モードについて図４を用いて説明する。
【００５１】
【表１】
【００５２】
先ず冷房運転について説明する。図４（ａ）は例えば外気温度が３５℃で車両が停止していて冷房運転を開始した場合を示す。冷房運転時の冷媒の流れは、圧縮機１３→四方弁１４→逆止弁１５→車外熱交換器１２→絞り弁１６→第１車内熱交換器１０ａ→圧縮機１３で、第２車内熱交換器１１ａには冷媒は流さない。
【００５３】
このような冷媒の流れの中、車内温度が外気温度に近く車内外で温度差が小さいため、外気は外気送風手段９ａの運転により直接外気導入口１ａから導入され、熱回収器１９を迂回して熱回収器バイパス路３０を通り、蒸発器として作用する第１車内熱交換器１０ａ通過時に冷媒の気化熱で冷却され、冷媒の流れていない第２車内熱交換器１１ａを通り、空調吹出口２からフロントガラスや運転者に冷風を吹き出す。吹出された冷風は、内気となり車内を循環し、車両の走行風や外気導入による車内圧力上昇により、内気は内気後方排出路３１を通り車両後方のトランクルームに配置した内気後方排出口２３から車外へ排出される。
【００５４】
このように冷房運転の開始時に、直接外気導入口１ａより外気を導入する構成にしたことにより、運転開始時の車室内と外気の温度差がほとんどない場合には、熱回収器１９を通過させず直接外気導入口１ａより外気を導入することができるため、外気の熱回収器１９通過による圧力損失、すなわち外気送風手段９ａの負荷が低減でき、外気送風手段９ａの消費電力も低減できる。
【００５５】
特に運転開始時には立ち上がりを速くするため通常運転より大きな風量で外気送風手段９ａを運転する場合が多く、外気の熱回収器１９通過による圧力損失は車内温度が下がった状態の通常運転より大きくなり、外気送風手段９ａの負荷、すなわち外気送風手段９ａの消費電力も通常運転より増加するため、熱回収器１９を通過させず直接外気導入口１ａより外気を導入することにより、消費電力もより低減できる。
【００５６】
次に図４（ｂ）は冷房運転を開始して、車内温度が例えば２５℃に下がった場合を示す。外気は外気送風手段９ａの運転により外気導入口１から導入され、熱回収器１９で外気より温度の低い内気に冷やされ、給気送風路３を通り、蒸発器として作用する第１車内熱交換器１０ａ通過時に冷媒の気化熱で冷却され、冷媒の流れていない第２車内熱交換器１１ａを通り、空調吹出口２からフロントガラスや運転者に冷風を吹き出す。吹出された冷風は、内気となり車内を循環し、内気送風手段９ｂの運転により内気導入口４から内気排出路８中の熱回収器１９で外気に暖められ、内気排出口７から車外へ排出される。
【００５７】
このように外気より温度の低い内気をそのまま排出せず、熱回収器１９で外気と熱交換させ、さらに車外熱交換器１２を通過してから排出する構成にしたことにより、第１車内熱交換器１０ａでの冷媒による冷却負荷が減り圧縮機１３の消費電力を低減できる。
【００５８】
しかも、外気温度が高く冷凍サイクル内の冷媒の蒸発温度も高くなってしまうような場合にも、凝縮器として作用する車外熱交換器１２に外気より温度の低い内気を送風して冷媒の液化を促進できるので、第１車内熱交換器１０ａでの冷媒の蒸発温度も低くでき、冷房能力の低下を抑制できる。
【００５９】
次に暖房運転について説明する。図４（ａ）は例えば外気温度が０℃で車両が停止していて暖房運転を開始した場合を示す。暖房運転時の冷媒の流れは、圧縮機１３→四方弁１４→第２車内熱交換器１１ａ→絞り弁１８→車外熱交換器１２→電磁弁１６ｂ→圧縮機１３で、第１車内熱交換器１０ａには冷媒は流さない。
【００６０】
このような冷媒の流れの中、車内温度が外気温度に近く車内外で温度差が小さいため、外気は外気送風手段９ａの運転により直接外気導入口１ａから導入され、熱回収器１９を迂回して熱回収器バイパス路３０を通り、冷媒の流れていない第１車内熱交換器１０ａを通り、凝縮器として作用する第２車内熱交換器１１ａ通過時に冷媒の凝縮熱で加熱され、空調吹出口２からフロントガラスや運転者に温風を吹き出す。吹出された温風は、内気となり車内を循環し、車両の走行風や外気導入による車内圧力上昇により、内気は内気後方排出路３１を通り車両後方のトランクルームに配置した内気後方排出口２３から車外へ排出される。
【００６１】
このように暖房運転の開始時に、直接外気導入口１ａより外気を導入する構成にしたことにより、運転開始時の車室内と外気の温度差がほとんどない場合には、熱回収器１９を通過させず直接外気導入口１ａより外気を導入することができるため、外気の熱回収器１９通過による圧力損失、すなわち外気送風手段９ａの負荷が低減でき、外気送風手段９ａの消費電力も低減できる。
【００６２】
特に運転開始時には立ち上がりを速くするため通常運転より大きな風量で外気送風手段９ａを運転する場合が多く、外気の熱回収器１９通過による圧力損失は車内温度が上がった状態の通常運転より大きくなり、外気送風手段９ａの負荷、すなわち外気送風手段９ａの消費電力も通常運転より増加するため、熱回収器１９を通過させず直接外気導入口１ａより外気を導入することにより、消費電力もより低減できる。
【００６３】
次に図４（ｂ）は暖房運転を開始して、車内温度が例えば２０℃に上がった場合を示す。外気は外気送風手段９ａの運転により外気導入口１から導入され、熱回収器１９で外気より温度の高い内気に冷やされ、給気送風路３を通り、冷媒の流れていない第１車内熱交換器１０ａを通り、凝縮器として作用する第２車内熱交換器１１ａ通過時に冷媒の凝縮熱で加熱され、空調吹出口２からフロントガラスや運転者に温風を吹き出す。吹出された温風は、内気となり車内を循環し、内気送風手段９ｂの運転により内気導入口４から内気排出路８中の熱回収器１９で外気に冷やされ、内気排出口７から車外へ排出される。
【００６４】
このように外気より温度の高い内気をそのまま排出せず、熱回収器１９で外気と熱交換させ、さらに車外熱交換器１２を通過してから排出するようにしたので、第２車内熱交換器１１ａでの冷媒による加熱負荷が減り圧縮機１３の消費電力を低減できる。
【００６５】
しかも、外気温度が低く冷凍サイクル内の冷媒の凝縮温度も低くなってしまうような場合にも、蒸発器として作用する車外熱交換器１２に外気より温度の高い内気を送風して冷媒の蒸発を促進できるので、第１車内熱交換器１０ａでの冷媒の凝縮温度も高くでき、暖房能力の低下を抑制できる。
【００６６】
次に熱回収器１９を用いて図４（ｂ）の暖房運転を継続して、熱回収器１９の風路で凍結が発生した時のデフロスト運転しながらの暖房運転を説明する。例えば外気温度０℃、車内温度２０℃相対湿度５０％で図４（ｂ）の運転を継続すると、内気排出路８中の車室内の湿気は熱回収器１９内部で外気との熱交換で結露し、更に運転を継続すると凍結が起こる。
【００６７】
この凍結を解消するため図５および図６に示すように、熱回収器１９内において、給気送風路３と内気排出路８をそれぞれ流れる外気および内気の向きを外気切替部２８ａ、外気切替部２８ｂ、内気切替部２９ａ、内気切替部２９ｂにて一定の時間間隔で反転させる。
【００６８】
図５において、外気切替部２８ａは外気導入口１と第二開口部２５を接続し、外気切替部２８ｂは空調吹出口２と第一開口部２４を接続し、内気切替部２９ａは内気導入口４と第三開口部２６を接続し、内気切替部２９ｂは内気排出口７と第四開口部２７を接続する構成である。
【００６９】
この構成で図４（ｂ）の運転を継続すると、内気排出路８中の車室内の湿気は熱回収器１９内部の第四開口部２７近傍で外気との熱交換で結露し、更に運転を継続すると凍結が起こる。この凍結（または結露）を解消するため、一定時間が経過すると図６の構成に切替える。
【００７０】
図６において、外気切替部２８ａは外気導入口１と第一開口部２４を接続し、外気切替部２８ｂは空調吹出口２と第二開口部２５を接続し、内気切替部２９ａは内気導入口４と第四開口部２７を接続し、内気切替部２９ｂは内気排出口７と第三開口部２６を接続する構成である。
【００７１】
この構成で図４（ｂ）の運転を継続すると、内気排出路８中の車室内の湿気は熱回収器１９内部の第三開口部２６近傍で外気との熱交換で結露し、更に運転を継続すると凍結が起こる。この凍結を解消するため、一定時間が経過すると図５の構成に切替える。
【００７２】
このように熱回収器１９内において、給気送風路３と内気排出路８をそれぞれ流れる気体の向きを反転手段により切替える構成にしたことにより、内気排出路８で発生した結露が内気排出路８内へ蒸発し、内気排出路８内の湿度を高めることで、熱交換運転を継続しながら結露水を外気に排出できる。
【００７３】
また、熱回収器１９内において、給気送風路３と内気排出路８をそれぞれ流れる気体の向きを反転手段により切替える構成にしたことにより、内気排出路８で発生した氷が内気排出路８内へ融解し、内気排出路８内を移動することで、熱交換運転を継続しながらデフロスト運転を同時に行うことができ、暖房時に熱回収器１９を用いて熱回収した省エネの暖房空調運転を継続できる。
【００７４】
なお本実施の形態では一定の時間間隔で図５と図６の構成を切替えると説明したが、車内の空気温度を検知する温度センサ５および車外の空気温度を検知する温度センサ６を用いて、熱回収器１９の結露や凍結を行うか否かを適宜切替える。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明にかかる車両用空調装置は、冷房運転または暖房運転の開始時には、直接外気導入口より外気を導入する構成にしたことにより、運転開始時の車室内と外気の温度差がほとんどない場合には、熱回収器を通過させず直接外気導入口より外気を導入することができるため、外気の熱回収器通過による圧力損失、すなわち外気送風手段の負荷、消費電力の低減を可能とするものであるので、車両用空調装置として有用である。
【符号の説明】
【００７６】
１ 外気導入口
１ａ 直接外気導入口
２ 空調吹出口
３ 給気送風路
４ 内気導入口
５、６ 温度センサ
７ 内気排出口
８ 内気排出路
９ａ 外気送風手段
９ｂ 内気送風手段
１０ 冷却用車内熱交換器
１０ａ 第１車内熱交換器
１１ 加熱用車内熱交換器
１１ａ 第２車内熱交換器
１２ 車外熱交換器
１３ 圧縮機
１４ 四方弁
１５、１７ 逆止弁
１６、１８ 絞り弁
１６ａ、１８ａ 膨張弁
１６ｂ、１８ｂ 電磁弁
１９ 熱回収器
２１、２１ａ ダンパ
２３ 内気後方排出口
２４ 第一開口部
２５ 第二開口部
２６ 第三開口部
２７ 第四開口部
２８ａ、２８ｂ 外気切替部
２９ａ、２９ｂ 内気切替部
３０ 熱回収器バイパス路
３１ 内気後方排出路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外気を導入する外気導入口から車内に空調風を吹き出す空調吹出口にかけての給気送風路と、
内気を導入する内気導入口から内気を車外へ排出する内気排出口にかけての内気排出路と、
前記給気送風路に前記外気導入口から前記空調吹出口に向かう空気流を発生させる外気送風手段と、
前記内気排出路に前記内気導入口から前記内気排出口に向かう空気流を発生させる内気送風手段と、
前記給気送風路を流れる空気を加熱する加熱用車内熱交換器と、
前記給気送風路を流れる空気を冷却する冷却用車内熱交換器と、
冷房運転時および暖房時に凝縮器として外気と熱交換する車外熱交換器と、
前記冷却用車内熱交換器および前記車外熱交換器と圧縮機の間で冷媒を循環させる冷凍サイクルと、
前記内気排出路を流れる内気と前記外気導入口から導入される外気とを熱交換させて熱回収する熱回収器と、
この熱回収器を通らない直接外気導入口を備え、
冷房運転または暖房運転の開始時には、前記直接外気導入口より外気を導入することを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
暖房運転中の所定時間、直接外気導入口より外気を導入す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３】
外気を導入する外気導入口から車内に空調風を吹き出す空調吹出口にかけての給気送風路と、
内気を導入する内気導入口から内気を車外へ排出する内気排出口にかけての内気排出路と、
前記給気送風路に前記外気導入口から前記空調吹出口に向かう空気流を発生させる外気送風手段と、
前記内気排出路に前記内気導入口から前記内気排出口に向かう空気流を発生させる内気送風手段と、
前記給気送風路を流れる空気を冷却または加熱する第１車内熱交換器および第２車内熱交換器と、
冷房運転時凝縮器、暖房運転時蒸発器として外気と熱交換する車外熱交換器と、
前記第１車内熱交換器、前記第２車内熱交換器および前記車外熱交換器と圧縮機の間で冷媒を循環させるヒートポンプと、
前記内気排出路を流れる内気と前記外気導入口から導入される外気とを熱交換させて熱回収する熱回収器と、
この熱回収器を通らない直接外気導入口を備え、
冷房運転または暖房運転の開始時には、前記直接外気導入口より外気を導入することを特徴とする車両用空調装置。
【請求項４】
給気送風路と内気排出路をそれぞれ流れる気体の向きを反転させる反転手段を備え、暖房運転時、前記内気排出路を流れる気体の向きが反転することで、前記内気排出路で発生した結露が前記内気排出路内へ蒸発し、前記内気排出路内の湿度を高めることを特徴とする請求項３記載の車両用空調装置。
【請求項５】
給気送風路と内気排出路をそれぞれ流れる気体の向きを反転させる反転手段を備え、暖房運転時、前記内気排出路を流れる気体の向きが反転することで、前記内気排出路で発生した氷が前記内気排出路内へ融解し、前記内気排出路内を移動することを特徴とする請求項３記載の車両用空調装置。
【請求項１】
外気を導入する外気導入口から車内に空調風を吹き出す空調吹出口にかけての給気送風路と、
内気を導入する内気導入口から内気を車外へ排出する内気排出口にかけての内気排出路と、
前記給気送風路に前記外気導入口から前記空調吹出口に向かう空気流を発生させる外気送風手段と、
前記内気排出路に前記内気導入口から前記内気排出口に向かう空気流を発生させる内気送風手段と、
前記給気送風路を流れる空気を加熱する加熱用車内熱交換器と、
前記給気送風路を流れる空気を冷却する冷却用車内熱交換器と、
冷房運転時および暖房時に凝縮器として外気と熱交換する車外熱交換器と、
前記冷却用車内熱交換器および前記車外熱交換器と圧縮機の間で冷媒を循環させる冷凍サイクルと、
前記内気排出路を流れる内気と前記外気導入口から導入される外気とを熱交換させて熱回収する熱回収器と、
この熱回収器を通らない直接外気導入口を備え、
冷房運転または暖房運転の開始時には、前記直接外気導入口より外気を導入することを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
暖房運転中の所定時間、直接外気導入口より外気を導入す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３】
外気を導入する外気導入口から車内に空調風を吹き出す空調吹出口にかけての給気送風路と、
内気を導入する内気導入口から内気を車外へ排出する内気排出口にかけての内気排出路と、
前記給気送風路に前記外気導入口から前記空調吹出口に向かう空気流を発生させる外気送風手段と、
前記内気排出路に前記内気導入口から前記内気排出口に向かう空気流を発生させる内気送風手段と、
前記給気送風路を流れる空気を冷却または加熱する第１車内熱交換器および第２車内熱交換器と、
冷房運転時凝縮器、暖房運転時蒸発器として外気と熱交換する車外熱交換器と、
前記第１車内熱交換器、前記第２車内熱交換器および前記車外熱交換器と圧縮機の間で冷媒を循環させるヒートポンプと、
前記内気排出路を流れる内気と前記外気導入口から導入される外気とを熱交換させて熱回収する熱回収器と、
この熱回収器を通らない直接外気導入口を備え、
冷房運転または暖房運転の開始時には、前記直接外気導入口より外気を導入することを特徴とする車両用空調装置。
【請求項４】
給気送風路と内気排出路をそれぞれ流れる気体の向きを反転させる反転手段を備え、暖房運転時、前記内気排出路を流れる気体の向きが反転することで、前記内気排出路で発生した結露が前記内気排出路内へ蒸発し、前記内気排出路内の湿度を高めることを特徴とする請求項３記載の車両用空調装置。
【請求項５】
給気送風路と内気排出路をそれぞれ流れる気体の向きを反転させる反転手段を備え、暖房運転時、前記内気排出路を流れる気体の向きが反転することで、前記内気排出路で発生した氷が前記内気排出路内へ融解し、前記内気排出路内を移動することを特徴とする請求項３記載の車両用空調装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１７１５２２（Ｐ２０１２−１７１５２２Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３６７６３（Ｐ２０１１−３６７６３）
【出願日】平成２３年２月２３日（２０１１．２．２３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２３日（２０１１．２．２３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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