車両用空調装置
【課題】再生用の加熱手段の電力消費を抑えて、省エネ効果のあ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】第一の風路切替手段６により、顕熱交換器１７を通過した外気と除湿部１４で除湿された内気を混合し、この混合した外気と内気の一部を、第二の風路切替手段１１により、内気排出風路２１へ流入させ、外気導入時の除湿暖房を行うことで、除湿手段１６の再生を行うのに、車内暖房用に除湿され加熱された空気を用いる。よって、再生のための別の加熱手段を設ける必要がない。また、除湿された空気を用いて再生を行うので、相対湿度を再生に必要な値まで下げるために昇温する空気の温度が、除湿されていない状態の空気を用いて再生を行うよりも低温でよい。
【解決手段】第一の風路切替手段６により、顕熱交換器１７を通過した外気と除湿部１４で除湿された内気を混合し、この混合した外気と内気の一部を、第二の風路切替手段１１により、内気排出風路２１へ流入させ、外気導入時の除湿暖房を行うことで、除湿手段１６の再生を行うのに、車内暖房用に除湿され加熱された空気を用いる。よって、再生のための別の加熱手段を設ける必要がない。また、除湿された空気を用いて再生を行うので、相対湿度を再生に必要な値まで下げるために昇温する空気の温度が、除湿されていない状態の空気を用いて再生を行うよりも低温でよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車室内を暖房可能にする車両用空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガソリン車の暖房ではエンジンの排熱を利用したものが主流であり、暖房時の課題である窓等の曇りを防止する除湿装置が考案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この除湿装置は図１０に示すように、車両用除湿装置として構成されており、車室内後方のトランクルーム内に空調装置の通風系とは独立に設置されるもので、除湿装置１０１の室内空気の吸入口１０２は車室内後方のリアパッセージトレーの開口部（図示せず）を通して車室内後方部に連通している。
【０００４】
この吸入口１０２の下方部に送風機１０３を配置している。この送風機１０３は周知の遠心多翼ファン１０３ａと、この遠心多翼ファン１０３ａを回転自在に収容しているスクロールケース１０３ｂとを有し、この空気出口部にケース１０４が接続されている。このケース１０４の内部の通風路は、仕切り板１０５により除湿用の第一通風路１０６と再生用の第二通風路１０７とに仕切られている。
【０００５】
そして、除湿用の第一通風路１０６の入口部には、冷却手段としての第一通風路１０６内の室内空気と低温外気との間で熱交換を行う第一顕熱交換器１０８が配置されている。この第一顕熱交換器１０８の下流側に乾燥剤を有する乾燥剤ユニット１０９が配置され、さらに、その下流側に第二顕熱交換器１１０が配置されている。
【０００６】
このため、第一顕熱交換器１０８は外気用通路１１１に接続されており、この外気用通路１１１の一端部１１１ａは車室外に開口しており、冬期暖房時の低温外気を吸入する。また、外気用通路１１１の他端部側は送風機１０３のモータ１０３ｃの外周側に形成された補助吸入口１１２を介して遠心多翼ファン１０３ａの負圧部に連通している。これにより、遠心多翼ファン１０３ａが回転駆動されると、低温外気が外気用通路１１１および第一顕熱交換器１０８を通して遠心多翼ファン１０３ａの負圧部に向かって流れる。
【０００７】
乾燥剤ユニット１０９は除湿用の第一通風路１０６だけでなく、再生用の第二通風路１０７にわたって設置されており、図示しないモータ等の駆動手段によりケース体１０９ｂを回転駆動するようになっている。また、再生用の第二通風路１０７において、乾燥剤ユニット１０９の上流側には電気発熱体１１３が設置され、第二顕熱交換器１１０は、再生用の第二通風路１０７の高温空気により除湿用の第一通風路１０６の空気を加熱する。除湿用の第一通風路１０６において、第二顕熱交換器１１０の下流側には車室内への吹出口１１４が設けられ、第二顕熱交換器１１０からの再生空気の出口１１５は車室外に開口している。
【０００８】
上記のように、この車両用除湿装置は空調装置の通風系とは独立しており、空調装置の通風系内には前記の再生用の電気発熱体１１３とは別に暖房用の加熱手段が設置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−１０８６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このような車両用除湿装置では、再生空気としては内気と外気を混合した空気を使用しているため、再生用の第二通風路内に加熱手段を設置して再生空気を高温に加熱しなければならず、そのための電力消費が増大するという課題があった。
【００１１】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、再生用の加熱手段の電力消費を抑えて、暖房時の除湿が行え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】
【００１２】
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車外吸気風路と、この車外吸気風路内に、前記外気導入口側から順に、車内に吹出す上流側の空気流を切替える第一の風路切替手段、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送風手段、車内に吹出す空気を冷却する冷却手段、車内に吹出す空気を加熱する加熱手段、車内に吹出す空気流を切替える第二の風路切替手段と、内気を導入する内気導入口から前記第一の風路切替手段へ接続される車内吸気風路と、前記内気導入口と前記第一の風路切替手段の間から分岐して前記第一の風路切替手段へと接続される除湿風路と、前記第二の風路切替手段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風路と、前記除湿風路の前記第一の風路切替手段の上流側に除湿部と前記内気排出風路内に再生部を有する除湿手段を配置し、前記第一の風路切替手段により、前記外気導入口から導入した外気と前記除湿部で除湿された内気を混合し、この混合した外気と内気の一部を、前記第二の風路切替手段により、前記内気排出風路へ流入させ、外気導入時の除湿暖房を行うものであり、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】
【００１３】
本発明によれば、車内の暖房用に加熱され除湿された空気の一部を除湿手段の再生に用いることにより、除湿手段の再生用に別途加熱手段を設けなくてもよい。
【００１４】
すなわち、除湿された空気を除湿手段の再生に用いているので、除湿しない空気に比べより低温でも除湿手段の再生が可能となり、車内暖房用の加熱手段で暖められた空気を利用できる。
【００１５】
そのため、再生用の加熱手段の電力消費を抑えて、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】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１の車両用空調装置の風路構成図
【図２】同除湿暖房運転時の風路構成図
【図３】同除湿暖房運転時における凍結防止モード時の風路構成図
【図４】同冷房運転時の風路構成図
【図５】本発明の実施の形態２の車両用空調装置の風路構成図
【図６】同除湿暖房運転時における凍結防止モード時の風路構成図
【図７】本発明の実施の形態３の車両用空調装置の風路構成図
【図８】同除湿冷房運転時の風路構成図
【図９】本発明の実施の形態４の車両用空調装置の風路構成図
【図１０】従来の車両用除湿装置の概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の車両用空調装置の除湿暖房運転時の風路構成図である。図１に示すように、車両用空調装置は空調システムおよび除湿システムによって構成されている。
【００１９】
先ず、本発明の空調システムについて、図１を参照しながら説明する。
【００２０】
空調システムには、送風路として、車外から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にかけての車外吸気風路３と、車内より内気を導入する内気導入口４から空調吹出口２にかけての車内吸気風路５が設けられている。車外吸気風路３と車内吸気風路５は第一の風路切替手段６から空調吹出口２にかけて同一風路となっている。ここでは、この同一部分を代表して車外吸気風路３と呼ぶ。
【００２１】
車外吸気風路３内には、外気導入口１側から順に、車内に吹出す上流側の空気を切替える第一の風路切替手段６、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送風手段７、車内に吹出す空気を冷却する冷却手段８、車内に吹出す空気を加熱する加熱手段９、車内に吹出す下流側の空気流を切替える第二の風路切替手段１１が配置され、冷却手段８と加熱手段９の間には加熱手段９を通過させる風量を調整して温度を調整する温度調整手段１０を配置している。
【００２２】
内気導入口４には車内の空気温度および湿度を検知する内気温湿度検知手段としての内気温湿度センサ１２、車外の空気温度および湿度を検知する外気温湿度検知手段としての外気温湿度センサ１３が設けられている。
【００２３】
冷却手段８は、通過する空気を冷却して車室内を冷房するものであり、例えば、冷房用のヒートポンプサイクルによって構成されるものである。
【００２４】
ヒートポンプサイクルは、圧縮機、車外熱交換器、絞り弁、車内熱交換器から構成され、冷媒が圧縮機、車外熱交換器、絞り弁、車内熱交換器、圧縮機の順に流れることで、車内熱交換器中での冷媒の気化熱によって通過する空気を冷却して車室内の冷房を行うものである。
【００２５】
加熱手段９はエンジンや電力機器を冷却する循環冷却水との熱交換によって空気を加熱する加熱用熱交換器、もしくは、ＰＴＣヒータ等の電気ヒータ、もしくはその両方によって構成されており、通過する空気を加熱して車室内を暖房するものである。
【００２６】
温度調整手段１０はダンパ機構によって加熱手段９を通過させる風量を調整して温度調整を行うものであり、冷却手段８と加熱手段９の間に配置されている。
【００２７】
次いで、本発明の除湿システムについても同じく図１を参照しながら説明する。
【００２８】
除湿システムは、内気を除湿するための、後述する除湿部１４と再生部１５とを有する除湿手段１６と、内気導入口４から導入される内気と外気導入口１から導入される外気とを熱交換させる顕熱交換器１７と、車外吸気風路３の外気導入口１と第一の風路切替手段６の間から分岐して第一の風路切替手段６へと接続される予冷風路１８と、車内吸気風路５の内気導入口４と第一の風路切替手段６の間から分岐して第一の風路切替手段６へと接続される除湿風路１９と、第二の風路切替手段１１から内気を車外へと排出する内気排出口２０にかけての内気排出風路２１で構成されている。
【００２９】
そして、除湿風路１９と予冷風路１８の交差部に顕熱交換器１７が設けられており、除湿風路１９内の顕熱交換器１７と第一の風路切替手段６との間に除湿手段１６の除湿部１４が配置され、内気排出風路２１内に除湿手段１６の再生部１５が配置されている。
【００３０】
また、外気温湿度センサ１３および内気温湿度センサ１２にて検知されるそれぞれの温湿度によって、空調装置の冷暖房を切替える制御手段（図示せず）を備え、予め設定した所定の温度または温湿度になるように運転制御を行う。
【００３１】
第一の風路切替手段６および第二の風路切替手段１１は、接続されるそれぞれの風路の開口部にダンパ機構と、そのダンパを開閉するモータによって構成されている。そして、制御手段から送信される信号によってダンパの開閉などを行い、連通させる風路の組合せの制御を行うものである。
【００３２】
除湿手段１６は、吸湿材料を有し、吸湿材料への吸湿によって通過する空気を除湿する除湿部１４と、吸湿材料からの通過する空気への放湿によって吸湿材料を再生する再生部１５によって構成され、車内に吹出す空気の除湿を行い、また、吸湿材料から放湿させた水分を車外に排出するものである。
【００３３】
尚、除湿手段１６は、吸湿材料を基材に保持させ回転自在な円筒形状の吸着ローターで構成し、この場合は除湿手段１６に駆動部を備え所定の速度にて回転させることにより、除湿手段１６の内、除湿風路１９に跨る除湿部１４と、内気排出風路２１に跨る再生部１５を連続して入れ替えることができる。
【００３４】
また尚、除湿手段１６を、吸湿材料を基材に保持させた互い違いに交差する風路を備えた伝熱板の積層体で構成しても良く、この場合は除湿手段１６には駆動部を設けず、除湿部１４に連通する除湿風路１９と再生部１５に連通する内気排出風路２１を切換手段、例えば駆動部を備えたシャッターやダンパ、により所定間隔毎に切り替えることができる。
【００３５】
また尚、顕熱交換器１７は、互い違いに交差する風路を備えた伝熱板の積層体で構成し、伝熱板は風路高さを保持するリブを所定間隔で複数配置しており、材質は樹脂または金属である。
【００３６】
以上述べた構成において、その運転動作について図２〜４を参照しながら説明する。
【００３７】
本構成において、除湿暖房運転とは除湿手段１６の作用によって除湿しながら暖房する運転をいい、また、暖房運転とは除湿手段１６を作用させないで暖房を行う運転のことをいう。
【００３８】
初めに、除湿暖房運転時の動作について、図２を参照しながら説明する。
【００３９】
除湿暖房運転時には、第一の風路切替手段６の動作によって、外気が外気導入口１から予冷風路１８を通って第一の風路切替手段６に至る風路と、内気が内気導入口４から除湿風路１９を通って第一の風路切替手段６に至る風路が形成される。
【００４０】
このとき、外気導入口１から予冷風路１８内に導入された外気と、内気導入口４から除湿風路１９内に導入された内気とが、顕熱交換器１７の作用によって熱交換され、すなわち除湿風路１９内の内気は外気によって冷却されて相対湿度が上昇する。
【００４１】
顕熱交換器１７を通過して相対湿度が上昇した内気は除湿手段１６の除湿部１４へと送風され、除湿部１４を通過して水分が吸湿されて乾燥する。そして除湿手段１６の吸湿材料の吸着熱を受け取り、温度が上昇する。
【００４２】
一方、予冷風路１８内の外気は顕熱交換器１７で熱交換し、すなわち内気によって加熱され温度上昇する。
【００４３】
そして除湿部１４を通過して乾燥および温度上昇した内気と、顕熱交換器１７を通過して温度上昇した外気は、第一の風路切替手段６にて混合され送風手段７に吸引される。
【００４４】
送風手段７から吐出された空気は、温度調整手段１０によってその一部または全部が加熱手段９によって加熱され、所望の温度に調整されて第二の風路切替手段１１へ送風される。
【００４５】
第二の風路切替手段１１に送風された空気は、第二の風路切替手段１１の動作によって、その一部が内気排出風路２１へと分配され、その残りは空調吹出口２から車内各所、例えば窓、顔、足元へと分配される。
【００４６】
内気排出風路２１へ送風された加熱空気は除湿手段１６の再生部１５へと送風される。再生部１５において、除湿手段１６の吸湿材料は内気排出風路２１内の空気から熱を受け取って水分を空気中に放湿し、除湿手段１６の再生が行われる。
【００４７】
再生部１５を通過して水分を含んだ空気は内気排出口２０へと送風され、水分とともに車外へ排出される。
【００４８】
ここで、本発明の構成では、除湿手段１６の再生を行うのに、車内暖房用に除湿され加熱された空気を用いている。よって、再生のための別の加熱手段を設ける必要がない。
【００４９】
また、除湿された空気を用いて再生を行うので、相対湿度を再生に必要な値まで下げるために昇温する空気の温度が、除湿されていない状態の空気を用いて再生を行うよりも低温でよい。したがって、加熱手段９における電力消費が抑えられ、省エネ効果のある車両用空調装置を提供できる。
【００５０】
またさらに本発明の請求項２の構成により、外気導入口１から予冷風路１８内に吸込まれた外気と、内気導入口４から除湿風路１９内に吸込まれた内気とが、顕熱交換器１７の作用によって顕熱交換されるので、除湿風路１９内の内気は外気によって冷却され相対湿度が上昇する。内気は、相対湿度が上昇することにより、除湿手段１６の吸湿材料に水分が吸湿されやすくなるため、内気と外気を混合させてから除湿する場合、もしくは、内気を顕熱交換せずに除湿する場合と比較して、相対湿度が高いため、より多くの水分を除湿することができる。
【００５１】
また、除湿された空気は、水分の吸着熱により空気温度が上昇し、除湿量増加に比例して吸着熱も大きくなる。従って、より多くの水分を除湿された内気は、より多くの吸着熱によって温度が上昇しているので、加熱手段９における加熱負荷をより低減することができる。
【００５２】
また、内気の除湿による吸着熱を空調吹出口２から車内へ吹き出される空気に戻せるので、車外への熱流出が少なくなる。したがって、加熱手段９における加熱負荷をさらに低減することができる。
【００５３】
さらにまた、車内温度を快適温度に維持するために、より少ない風量での暖房でよくなるので、空調吹出口２や送風手段７から発生する騒音が小さくなり、車内の静粛性を保つことができる。
【００５４】
さらにまた、顕熱交換器１７を樹脂材料のみで構成しても良く、この場合除湿システムを軽量化することができる。
【００５５】
次に、極寒冷地での使用など、外気温が氷点下であり、車内気温に比べて非常に低い温度である場合の動作について、図３を参照しながら説明する。
【００５６】
この場合、除湿暖房運転中に顕熱交換器１７が凍結する可能性がある。本実施の形態では、外気温湿度センサ１３および内気温湿度センサ１２が所定の値以下の温度および湿度を検知すると、除湿暖房運転の凍結防止モードとなり、制御手段によって第一の風路切替手段６が外気を導入する風路を予冷風路１８から車外吸気風路３へと切替える。また、内気を導入する風路は除湿風路１９のまま維持する。
【００５７】
このように変更すると、顕熱交換器１７に導入される空気が内気導入口４からの内気のみとなり、外気が導入されなくなるので、顕熱交換器１７の温度が上昇して表面に着氷しにくくなる、もしくは氷が付着してもそれを融かすことができる。このようにすると、顕熱交換器１７の凍結を抑制できるので、極寒冷地でも連続的な除湿暖房を行うことができる。
【００５８】
尚、エンジンや電力機器を冷却する循環冷却水との熱交換によって空気を加熱する加熱用熱交換器、もしくは、ＰＴＣヒータ等の電気ヒータ、もしくはその両方によって構成される加熱手段を第一の風路切替手段６および第二の風路切替手段１１に凍結解除のために備えても良く、この場合極寒冷地での除湿暖房運転への切替えを確実に行うことができる。
【００５９】
次に、夏季など、車内気温よりも車外気温が高い場合の動作について図４を参照しながら説明する。
【００６０】
車内気温よりも車外気温が高い場合には、冷房運転に切り替わる。
【００６１】
冷房運転に切り替わると、第一の風路切替手段６が動作し、外気導入口１から車外吸気風路３を通過して第一の風路切替手段６に至る風路と、内気導入口４から車内吸気風路５を通過して第一の風路切替手段６に至る風路が形成される。
【００６２】
また、第二の風路切替手段１１ が動作し、内気排出風路２１への連通が遮断される。
【００６３】
そして送風手段７が運転開始すると、外気および内気がこれらの風路および第一の風路切替手段６を介して混合されて送風手段７に吸引される。
【００６４】
送風手段７から吐出される空気は、冷却手段８にて冷却されて第二の風路切替手段１１に送風される。第二の風路切替手段１１では、内気排出風路２１は遮断されているため、空調吹出口２へと送風され、車内各所へ吹出される。このようにして、冷房運転が行われる。
【００６５】
以上述べたように、本発明における実施の形態１の構成および動作によれば、車内の暖房用に加熱され除湿された空気の一部を除湿手段の再生に用いることにより、再生用の加熱手段９の電力消費を抑えて、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。
【００６６】
（実施の形態２）
図５は本発明における実施の形態２の車両用空調装置の除湿暖房運転時の風路構成図である。以下、その構成について図５および６を参照しながら説明するが、実施の形態１と同等の構成および同じ作用となる部分についてはその詳細な説明を省略する。
【００６７】
図５に示すように、本実施の形態における車両空調装置は、上記実施の形態１における構成に加え、内気排出風路２１中の第二の風路切替手段１１と除湿手段１６の再生部１５との間に第三の風路切替手段２２と、第三の風路切替手段２２から予冷風路１８の顕熱交換器１７の上流側に接続する外気加熱風路２３が設けられている。
【００６８】
上記したような本実施の形態における構成では、極寒冷地での使用など、暖房時、外気温が氷点下であり、車内気温に比べて非常に低く、除湿暖房運転中に顕熱交換器１７が凍結する可能性のある場合には除湿暖房運転の凍結防止モードとなる。
【００６９】
凍結防止モード時には、図６に示すように、第一の風路切替手段６が動作し、外気導入口１から予冷風路１８を通過して第一の風路切替手段６へと至る風路と、内気導入口４から除湿風路を通じて第一の風路切替手段６へと至る風路が形成される。
【００７０】
除湿風路１９を通過する空気は、除湿手段１６の作用によって除湿および温度上昇し、予冷風路を通過して顕熱交換器１７により温度上昇した空気と混合され、第一の風路切替手段６を介して送風手段７に吸引される。
【００７１】
送風手段７から吐出された空気は加熱手段９によって加熱されて第二の風路切替手段１１に送風される。第二の風路切替手段１１に送風された空気は、第二の風路切替手段１１の作用によって、内気排出風路２１に送風される空気と空調吹出口から吹出される空気とに分流される。内気排出風路２１に送風された空気は、さらに第三の風路切替手段２２に送風される。
【００７２】
ここで、第三の風路切替手段２２の動作により、内気排出風路２１から分岐して外気加熱風路２３に至る風路が形成される。第三の風路切替手段２２に導入された空気は、除湿手段１６の再生部１５へ送風される空気と、外気加熱風路２３に送風される空気とに分流される。分流されて再生部１５へ導入された空気は、除湿手段１６の吸湿材料を再生して水分を含んだ空気となり、内気排出口２０から車外へと排出される。
【００７３】
一方、分流されて外気加熱風路２３へと導入された空気は、外気導入口１から予冷風路１８へ導入された空気と顕熱交換器１７の上流側で合流し混合される。このとき、外気よりも外気加熱風路２３を通過した空気のほうが温度が高いので、混合空気は外気よりも温度が高くなってから顕熱交換器１７へ導入される。顕熱交換器１７では、内気導入口４から除湿風路に導入された空気と、この混合空気との間での熱交換が行われる。このとき、混合された空気の温度は外気温度よりも高いため、顕熱交換器１７内における除湿風路１９側の空気温度が高くなり、顕熱交換器１７内における水分凍結が生じにくくなる。
【００７４】
したがって、顕熱交換器１７の凍結によって引き起こされる除湿量の低下、すなわち、凍結によって除湿風路１９が閉塞し、風量が減少して除湿量が低下する状態となりにくくなるので、極寒冷地においても連続的な除湿暖房運転が可能となる。
【００７５】
また、凍結防止に使用するための熱は車外へ排出されずに車内を循環するので、凍結防止のために熱損失が生じるものではない。すなわち、外気加熱風路２３を通過した空気の持つ熱は、加熱手段９を通過し車室内に吹出される空気へと回収されるので、凍結防止のために熱を追加使用するものではなく、省エネで凍結防止を行うことができる。
【００７６】
以上述べたように、本発明の実施の形態２の構成および動作によれば、車内の暖房用に加熱され除湿された空気の一部を除湿手段１６の再生に用いることにより、再生用の加熱手段９の電力消費を抑える作用に加えて、顕熱交換器１７の凍結抑制による連続的な除湿暖房運転が可能となるものであり、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。
【００７７】
（実施の形態３）
図７は本発明における実施の形態３の車両用空調装置の除湿冷房運転時の風路構成図である。以下、その構成について図７および８を参照しながら説明するが、実施の形態１と同等の構成および同じ作用となる部分についてはその詳細な説明を省略する。
【００７８】
図７に示すように、本実施の形態における車両空調装置は、上記実施の形態１における構成に加え、内気排出風路２１内の除湿手段１６の再生部１５の上流側に第二の加熱手段２４と、予冷風路１８の顕熱交換器１７の上流側から分岐して除湿風路１９の顕熱交換器１７と除湿部１４との間に接続される外気除湿風路２５と、除湿風路１９と外気除湿風路２５との合流点に、除湿部に導入する空気を内気と外気のどちらかに切替える第四の風路切替手段２６を設けている。
【００７９】
第二の加熱手段２４は、エンジンや電力機器を冷却する循環冷却水との熱交換によって空気を加熱する加熱用熱交換器、もしくは、ＰＴＣヒータ等の電気ヒータ、もしくはその両方によって構成されており、通過する空気を加熱するものであり、加熱手段９とは独立して運転される。
【００８０】
なお、第二の加熱手段２４は、主に次に説明する除湿冷房運転時において除湿手段１６の再生部１５を再生する加熱空気を生成するために使用されるものであり、除湿暖房運転時においては必ずしも使用する必要はない。
【００８１】
次に本実施の形態における動作について図８を参照しながら説明する。ここで、本実施の形態における除湿冷房運転とは、除湿手段１６の作用によって除湿しながら冷房する運転のことをいう。
【００８２】
除湿冷房運転時、外気温が車内気温よりも高く、かつ、外気湿度が車内湿度よりも高い場合、図８に示すように、外気温湿度センサ１３および内気温湿度センサ１２が所定の値以下の温度および湿度を検知すると、制御手段によって第一の風路切替手段６および第四の風路切替手段２６が動作し、外気導入口１から一度予冷風路１８を通り、予冷風路１８から分岐した外気除湿風路２５を通って除湿風路１９に入り、除湿手段１６の除湿部１４を通って第一の風路切替手段６へと至る風路と、内気導入口４から車内吸気風路５を通過して第一の風路切替手段６に至る風路が形成される。
【００８３】
送風手段７が運転開始すると、外気および内気がそれぞれ外気導入口１および内気導入口４から吸引されるが、外気導入口１から導入された外気は、予冷風路１８に入り、さらに顕熱交換器１７の上流側で予冷風路１８から分岐した外気除湿風路２５へと入り、除湿風路１９に入る。そして、除湿手段１６の除湿部１４を通過して除湿され、第一の風路切替手段６へと送風される。一方、内気導入口４から導入された内気は車内吸気風路５を通じて第一の風路切替手段６へ送風され、除湿された外気と混合する。
【００８４】
混合した空気は送風手段７によって冷却手段８へと送風されて冷却され、第二の風路切替手段１１へと送風される。そして、第二の風路切替手段１１の作用によって、内気排出風路２１に送風される空気と、および空調吹出口２から車内に吹出される空気とに分流される。内気排出風路２１に分流された空気は第二の加熱手段２４で加熱される。加熱された空気は除湿手段１６の再生部１５へと導入され、除湿手段１６の吸湿材料を再生する。除湿手段１６の再生部１５を通過して水分を含んだ空気は、内気排出口２０より車外へと排出される。
【００８５】
ここで、本発明の実施の形態３における構成では、冷却手段８に導入される空気を、湿度の高い外気を除湿したあとに内気と混合した空気としたので、除湿冷房運転の際に、冷却手段で結露除湿を行う必要がない。よって、結露によって冷却手段８に生じるカビを抑制できるため、除湿冷房運転開始時などに、空調吹出口２から車室内に吹出されてしまうカビ臭を予防することができる。
【００８６】
以上述べたように、本発明の実施の形態３における車両空調装置は、車内の暖房用に加熱され除湿された空気の一部を除湿手段１６の再生に用いることにより、再生用の加熱手段９の電力消費を抑える作用に加え、除湿冷房運転時に、冷却手段８で結露除湿を行う必要がないので、省エネ効果とともに、冷房時に空調吹出口から車室内に吹出されるカビ臭を予防する車両用空調装置を提供する効果を得ることができる。
【００８７】
なお、本実施の形態においては、第二の加熱手段２４は、内気排出風路２１、つまり冷却手段８の下流側に設ける構成としているが、除湿手段１６の除湿部１４と冷却手段８の間から分岐して内気排出風路２１に接続するバイパス風路（図示せず）を設け、このバイパス風路内もしくはこのバイパス風路と内気排出風路２１の接続する下流側に第二の加熱手段２４を設ける構成としても良い。
【００８８】
これにより、第二の加熱手段２４を、冷却手段８を通過しない風路に設けることとなるので、外気導入口１から導入された温度の高い外気を、冷却手段８により冷却することなく、高い温度を保持した状態で、第二の加熱手段２４により加熱することができる。従って、第二の加熱手段２４の加熱負荷を低減することができる。
【００８９】
（実施の形態４）
図９は本発明における実施の形態４の車両用空調装置の除湿暖房運転時の風路構成図である。以下、その構成について図９を参照しながら説明するが、実施の形態１乃至３と同等の構成および同じ作用となる部分についてはその詳細な説明を省略する。
【００９０】
図９に示すように、本実施の形態における車両空調装置は、上記実施の形態１における構成に加え、内気排出風路２１内の再生部１５の下流側と、車外吸気風路３内の第一の風路切替手段６と送風手段７との間の交差部に熱回収手段２７を設けている。
【００９１】
熱回収手段２７は、顕熱交換器が好ましく、ヒートポンプサイクルやヒートパイプでも良い。
【００９２】
本実施の形態４の構成では、除湿暖房運転時に、内気排出風路２１を通って除湿材料から放湿させることで再生部１５を再生させた内気は、熱回収手段２７により車外吸気風路３を通って車内へ吹出す空気との間で熱交換を行い、内気排出口２０を通って除湿材料から放湿させた水分とともに車外へと排気される。
【００９３】
すなわち、除湿暖房運転時は熱回収手段２７により、内気排出風路２１を通って再生部１５を再生させた加熱空気の熱で、車外吸気風路３を通り除湿部１４を通った除湿空気を昇温することができるので、車内へ吹出す空気の温度を調整する加熱手段９の加熱負荷を抑えて電力消費を低減することができる。
【００９４】
また、図９に示すように熱回収手段２７を送風手段７よりも上流側に配置することで、熱回収手段２７へ空気が吸い込みで流入するので、熱回収手段２７に均一に空気が流入して熱交換効率を向上させることができる。
【００９５】
また尚、熱回収手段２７を送風手段７よりも下流側に配置しても良く、この場合は送風手段７から発生する騒音が熱回収手段２７により遮音されるので、車内の静粛性を保つことができる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明にかかる車両用空調装置は、車内の暖房用に加熱され除湿された空気の一部を除湿手段の再生に用いることにより、再生用の加熱手段の電力消費を抑えて、省エネ効果のあるもので、暖房の熱源の得られにくい電気自動車やハイブリッド車等に使用される車室内を暖房可能な車両用空調装置として有用である。
【符号の説明】
【００９７】
１ 外気導入口
２ 空調吹出口
３ 車外吸気風路
４ 内気導入口
５ 車内吸気風路
６ 第一の風路切替手段
７ 送風手段
８ 冷却手段
９ 加熱手段
１１ 第二の風路切替手段
１４ 除湿部
１５ 再生部
１６ 除湿手段
１７ 顕熱交換器
１８ 予冷風路
１９ 除湿風路
２０ 内気排出口
２１ 内気排出風路
２２ 第三の風路切替手段
２３ 外気加熱風路
２４ 第二の加熱手段
２５ 外気除湿風路
２６ 第四の風路切替手段
２７ 熱回収手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車室内を暖房可能にする車両用空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガソリン車の暖房ではエンジンの排熱を利用したものが主流であり、暖房時の課題である窓等の曇りを防止する除湿装置が考案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この除湿装置は図１０に示すように、車両用除湿装置として構成されており、車室内後方のトランクルーム内に空調装置の通風系とは独立に設置されるもので、除湿装置１０１の室内空気の吸入口１０２は車室内後方のリアパッセージトレーの開口部（図示せず）を通して車室内後方部に連通している。
【０００４】
この吸入口１０２の下方部に送風機１０３を配置している。この送風機１０３は周知の遠心多翼ファン１０３ａと、この遠心多翼ファン１０３ａを回転自在に収容しているスクロールケース１０３ｂとを有し、この空気出口部にケース１０４が接続されている。このケース１０４の内部の通風路は、仕切り板１０５により除湿用の第一通風路１０６と再生用の第二通風路１０７とに仕切られている。
【０００５】
そして、除湿用の第一通風路１０６の入口部には、冷却手段としての第一通風路１０６内の室内空気と低温外気との間で熱交換を行う第一顕熱交換器１０８が配置されている。この第一顕熱交換器１０８の下流側に乾燥剤を有する乾燥剤ユニット１０９が配置され、さらに、その下流側に第二顕熱交換器１１０が配置されている。
【０００６】
このため、第一顕熱交換器１０８は外気用通路１１１に接続されており、この外気用通路１１１の一端部１１１ａは車室外に開口しており、冬期暖房時の低温外気を吸入する。また、外気用通路１１１の他端部側は送風機１０３のモータ１０３ｃの外周側に形成された補助吸入口１１２を介して遠心多翼ファン１０３ａの負圧部に連通している。これにより、遠心多翼ファン１０３ａが回転駆動されると、低温外気が外気用通路１１１および第一顕熱交換器１０８を通して遠心多翼ファン１０３ａの負圧部に向かって流れる。
【０００７】
乾燥剤ユニット１０９は除湿用の第一通風路１０６だけでなく、再生用の第二通風路１０７にわたって設置されており、図示しないモータ等の駆動手段によりケース体１０９ｂを回転駆動するようになっている。また、再生用の第二通風路１０７において、乾燥剤ユニット１０９の上流側には電気発熱体１１３が設置され、第二顕熱交換器１１０は、再生用の第二通風路１０７の高温空気により除湿用の第一通風路１０６の空気を加熱する。除湿用の第一通風路１０６において、第二顕熱交換器１１０の下流側には車室内への吹出口１１４が設けられ、第二顕熱交換器１１０からの再生空気の出口１１５は車室外に開口している。
【０００８】
上記のように、この車両用除湿装置は空調装置の通風系とは独立しており、空調装置の通風系内には前記の再生用の電気発熱体１１３とは別に暖房用の加熱手段が設置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−１０８６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このような車両用除湿装置では、再生空気としては内気と外気を混合した空気を使用しているため、再生用の第二通風路内に加熱手段を設置して再生空気を高温に加熱しなければならず、そのための電力消費が増大するという課題があった。
【００１１】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、再生用の加熱手段の電力消費を抑えて、暖房時の除湿が行え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】
【００１２】
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車外吸気風路と、この車外吸気風路内に、前記外気導入口側から順に、車内に吹出す上流側の空気流を切替える第一の風路切替手段、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送風手段、車内に吹出す空気を冷却する冷却手段、車内に吹出す空気を加熱する加熱手段、車内に吹出す空気流を切替える第二の風路切替手段と、内気を導入する内気導入口から前記第一の風路切替手段へ接続される車内吸気風路と、前記内気導入口と前記第一の風路切替手段の間から分岐して前記第一の風路切替手段へと接続される除湿風路と、前記第二の風路切替手段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風路と、前記除湿風路の前記第一の風路切替手段の上流側に除湿部と前記内気排出風路内に再生部を有する除湿手段を配置し、前記第一の風路切替手段により、前記外気導入口から導入した外気と前記除湿部で除湿された内気を混合し、この混合した外気と内気の一部を、前記第二の風路切替手段により、前記内気排出風路へ流入させ、外気導入時の除湿暖房を行うものであり、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】
【００１３】
本発明によれば、車内の暖房用に加熱され除湿された空気の一部を除湿手段の再生に用いることにより、除湿手段の再生用に別途加熱手段を設けなくてもよい。
【００１４】
すなわち、除湿された空気を除湿手段の再生に用いているので、除湿しない空気に比べより低温でも除湿手段の再生が可能となり、車内暖房用の加熱手段で暖められた空気を利用できる。
【００１５】
そのため、再生用の加熱手段の電力消費を抑えて、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】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１の車両用空調装置の風路構成図
【図２】同除湿暖房運転時の風路構成図
【図３】同除湿暖房運転時における凍結防止モード時の風路構成図
【図４】同冷房運転時の風路構成図
【図５】本発明の実施の形態２の車両用空調装置の風路構成図
【図６】同除湿暖房運転時における凍結防止モード時の風路構成図
【図７】本発明の実施の形態３の車両用空調装置の風路構成図
【図８】同除湿冷房運転時の風路構成図
【図９】本発明の実施の形態４の車両用空調装置の風路構成図
【図１０】従来の車両用除湿装置の概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の車両用空調装置の除湿暖房運転時の風路構成図である。図１に示すように、車両用空調装置は空調システムおよび除湿システムによって構成されている。
【００１９】
先ず、本発明の空調システムについて、図１を参照しながら説明する。
【００２０】
空調システムには、送風路として、車外から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にかけての車外吸気風路３と、車内より内気を導入する内気導入口４から空調吹出口２にかけての車内吸気風路５が設けられている。車外吸気風路３と車内吸気風路５は第一の風路切替手段６から空調吹出口２にかけて同一風路となっている。ここでは、この同一部分を代表して車外吸気風路３と呼ぶ。
【００２１】
車外吸気風路３内には、外気導入口１側から順に、車内に吹出す上流側の空気を切替える第一の風路切替手段６、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送風手段７、車内に吹出す空気を冷却する冷却手段８、車内に吹出す空気を加熱する加熱手段９、車内に吹出す下流側の空気流を切替える第二の風路切替手段１１が配置され、冷却手段８と加熱手段９の間には加熱手段９を通過させる風量を調整して温度を調整する温度調整手段１０を配置している。
【００２２】
内気導入口４には車内の空気温度および湿度を検知する内気温湿度検知手段としての内気温湿度センサ１２、車外の空気温度および湿度を検知する外気温湿度検知手段としての外気温湿度センサ１３が設けられている。
【００２３】
冷却手段８は、通過する空気を冷却して車室内を冷房するものであり、例えば、冷房用のヒートポンプサイクルによって構成されるものである。
【００２４】
ヒートポンプサイクルは、圧縮機、車外熱交換器、絞り弁、車内熱交換器から構成され、冷媒が圧縮機、車外熱交換器、絞り弁、車内熱交換器、圧縮機の順に流れることで、車内熱交換器中での冷媒の気化熱によって通過する空気を冷却して車室内の冷房を行うものである。
【００２５】
加熱手段９はエンジンや電力機器を冷却する循環冷却水との熱交換によって空気を加熱する加熱用熱交換器、もしくは、ＰＴＣヒータ等の電気ヒータ、もしくはその両方によって構成されており、通過する空気を加熱して車室内を暖房するものである。
【００２６】
温度調整手段１０はダンパ機構によって加熱手段９を通過させる風量を調整して温度調整を行うものであり、冷却手段８と加熱手段９の間に配置されている。
【００２７】
次いで、本発明の除湿システムについても同じく図１を参照しながら説明する。
【００２８】
除湿システムは、内気を除湿するための、後述する除湿部１４と再生部１５とを有する除湿手段１６と、内気導入口４から導入される内気と外気導入口１から導入される外気とを熱交換させる顕熱交換器１７と、車外吸気風路３の外気導入口１と第一の風路切替手段６の間から分岐して第一の風路切替手段６へと接続される予冷風路１８と、車内吸気風路５の内気導入口４と第一の風路切替手段６の間から分岐して第一の風路切替手段６へと接続される除湿風路１９と、第二の風路切替手段１１から内気を車外へと排出する内気排出口２０にかけての内気排出風路２１で構成されている。
【００２９】
そして、除湿風路１９と予冷風路１８の交差部に顕熱交換器１７が設けられており、除湿風路１９内の顕熱交換器１７と第一の風路切替手段６との間に除湿手段１６の除湿部１４が配置され、内気排出風路２１内に除湿手段１６の再生部１５が配置されている。
【００３０】
また、外気温湿度センサ１３および内気温湿度センサ１２にて検知されるそれぞれの温湿度によって、空調装置の冷暖房を切替える制御手段（図示せず）を備え、予め設定した所定の温度または温湿度になるように運転制御を行う。
【００３１】
第一の風路切替手段６および第二の風路切替手段１１は、接続されるそれぞれの風路の開口部にダンパ機構と、そのダンパを開閉するモータによって構成されている。そして、制御手段から送信される信号によってダンパの開閉などを行い、連通させる風路の組合せの制御を行うものである。
【００３２】
除湿手段１６は、吸湿材料を有し、吸湿材料への吸湿によって通過する空気を除湿する除湿部１４と、吸湿材料からの通過する空気への放湿によって吸湿材料を再生する再生部１５によって構成され、車内に吹出す空気の除湿を行い、また、吸湿材料から放湿させた水分を車外に排出するものである。
【００３３】
尚、除湿手段１６は、吸湿材料を基材に保持させ回転自在な円筒形状の吸着ローターで構成し、この場合は除湿手段１６に駆動部を備え所定の速度にて回転させることにより、除湿手段１６の内、除湿風路１９に跨る除湿部１４と、内気排出風路２１に跨る再生部１５を連続して入れ替えることができる。
【００３４】
また尚、除湿手段１６を、吸湿材料を基材に保持させた互い違いに交差する風路を備えた伝熱板の積層体で構成しても良く、この場合は除湿手段１６には駆動部を設けず、除湿部１４に連通する除湿風路１９と再生部１５に連通する内気排出風路２１を切換手段、例えば駆動部を備えたシャッターやダンパ、により所定間隔毎に切り替えることができる。
【００３５】
また尚、顕熱交換器１７は、互い違いに交差する風路を備えた伝熱板の積層体で構成し、伝熱板は風路高さを保持するリブを所定間隔で複数配置しており、材質は樹脂または金属である。
【００３６】
以上述べた構成において、その運転動作について図２〜４を参照しながら説明する。
【００３７】
本構成において、除湿暖房運転とは除湿手段１６の作用によって除湿しながら暖房する運転をいい、また、暖房運転とは除湿手段１６を作用させないで暖房を行う運転のことをいう。
【００３８】
初めに、除湿暖房運転時の動作について、図２を参照しながら説明する。
【００３９】
除湿暖房運転時には、第一の風路切替手段６の動作によって、外気が外気導入口１から予冷風路１８を通って第一の風路切替手段６に至る風路と、内気が内気導入口４から除湿風路１９を通って第一の風路切替手段６に至る風路が形成される。
【００４０】
このとき、外気導入口１から予冷風路１８内に導入された外気と、内気導入口４から除湿風路１９内に導入された内気とが、顕熱交換器１７の作用によって熱交換され、すなわち除湿風路１９内の内気は外気によって冷却されて相対湿度が上昇する。
【００４１】
顕熱交換器１７を通過して相対湿度が上昇した内気は除湿手段１６の除湿部１４へと送風され、除湿部１４を通過して水分が吸湿されて乾燥する。そして除湿手段１６の吸湿材料の吸着熱を受け取り、温度が上昇する。
【００４２】
一方、予冷風路１８内の外気は顕熱交換器１７で熱交換し、すなわち内気によって加熱され温度上昇する。
【００４３】
そして除湿部１４を通過して乾燥および温度上昇した内気と、顕熱交換器１７を通過して温度上昇した外気は、第一の風路切替手段６にて混合され送風手段７に吸引される。
【００４４】
送風手段７から吐出された空気は、温度調整手段１０によってその一部または全部が加熱手段９によって加熱され、所望の温度に調整されて第二の風路切替手段１１へ送風される。
【００４５】
第二の風路切替手段１１に送風された空気は、第二の風路切替手段１１の動作によって、その一部が内気排出風路２１へと分配され、その残りは空調吹出口２から車内各所、例えば窓、顔、足元へと分配される。
【００４６】
内気排出風路２１へ送風された加熱空気は除湿手段１６の再生部１５へと送風される。再生部１５において、除湿手段１６の吸湿材料は内気排出風路２１内の空気から熱を受け取って水分を空気中に放湿し、除湿手段１６の再生が行われる。
【００４７】
再生部１５を通過して水分を含んだ空気は内気排出口２０へと送風され、水分とともに車外へ排出される。
【００４８】
ここで、本発明の構成では、除湿手段１６の再生を行うのに、車内暖房用に除湿され加熱された空気を用いている。よって、再生のための別の加熱手段を設ける必要がない。
【００４９】
また、除湿された空気を用いて再生を行うので、相対湿度を再生に必要な値まで下げるために昇温する空気の温度が、除湿されていない状態の空気を用いて再生を行うよりも低温でよい。したがって、加熱手段９における電力消費が抑えられ、省エネ効果のある車両用空調装置を提供できる。
【００５０】
またさらに本発明の請求項２の構成により、外気導入口１から予冷風路１８内に吸込まれた外気と、内気導入口４から除湿風路１９内に吸込まれた内気とが、顕熱交換器１７の作用によって顕熱交換されるので、除湿風路１９内の内気は外気によって冷却され相対湿度が上昇する。内気は、相対湿度が上昇することにより、除湿手段１６の吸湿材料に水分が吸湿されやすくなるため、内気と外気を混合させてから除湿する場合、もしくは、内気を顕熱交換せずに除湿する場合と比較して、相対湿度が高いため、より多くの水分を除湿することができる。
【００５１】
また、除湿された空気は、水分の吸着熱により空気温度が上昇し、除湿量増加に比例して吸着熱も大きくなる。従って、より多くの水分を除湿された内気は、より多くの吸着熱によって温度が上昇しているので、加熱手段９における加熱負荷をより低減することができる。
【００５２】
また、内気の除湿による吸着熱を空調吹出口２から車内へ吹き出される空気に戻せるので、車外への熱流出が少なくなる。したがって、加熱手段９における加熱負荷をさらに低減することができる。
【００５３】
さらにまた、車内温度を快適温度に維持するために、より少ない風量での暖房でよくなるので、空調吹出口２や送風手段７から発生する騒音が小さくなり、車内の静粛性を保つことができる。
【００５４】
さらにまた、顕熱交換器１７を樹脂材料のみで構成しても良く、この場合除湿システムを軽量化することができる。
【００５５】
次に、極寒冷地での使用など、外気温が氷点下であり、車内気温に比べて非常に低い温度である場合の動作について、図３を参照しながら説明する。
【００５６】
この場合、除湿暖房運転中に顕熱交換器１７が凍結する可能性がある。本実施の形態では、外気温湿度センサ１３および内気温湿度センサ１２が所定の値以下の温度および湿度を検知すると、除湿暖房運転の凍結防止モードとなり、制御手段によって第一の風路切替手段６が外気を導入する風路を予冷風路１８から車外吸気風路３へと切替える。また、内気を導入する風路は除湿風路１９のまま維持する。
【００５７】
このように変更すると、顕熱交換器１７に導入される空気が内気導入口４からの内気のみとなり、外気が導入されなくなるので、顕熱交換器１７の温度が上昇して表面に着氷しにくくなる、もしくは氷が付着してもそれを融かすことができる。このようにすると、顕熱交換器１７の凍結を抑制できるので、極寒冷地でも連続的な除湿暖房を行うことができる。
【００５８】
尚、エンジンや電力機器を冷却する循環冷却水との熱交換によって空気を加熱する加熱用熱交換器、もしくは、ＰＴＣヒータ等の電気ヒータ、もしくはその両方によって構成される加熱手段を第一の風路切替手段６および第二の風路切替手段１１に凍結解除のために備えても良く、この場合極寒冷地での除湿暖房運転への切替えを確実に行うことができる。
【００５９】
次に、夏季など、車内気温よりも車外気温が高い場合の動作について図４を参照しながら説明する。
【００６０】
車内気温よりも車外気温が高い場合には、冷房運転に切り替わる。
【００６１】
冷房運転に切り替わると、第一の風路切替手段６が動作し、外気導入口１から車外吸気風路３を通過して第一の風路切替手段６に至る風路と、内気導入口４から車内吸気風路５を通過して第一の風路切替手段６に至る風路が形成される。
【００６２】
また、第二の風路切替手段１１ が動作し、内気排出風路２１への連通が遮断される。
【００６３】
そして送風手段７が運転開始すると、外気および内気がこれらの風路および第一の風路切替手段６を介して混合されて送風手段７に吸引される。
【００６４】
送風手段７から吐出される空気は、冷却手段８にて冷却されて第二の風路切替手段１１に送風される。第二の風路切替手段１１では、内気排出風路２１は遮断されているため、空調吹出口２へと送風され、車内各所へ吹出される。このようにして、冷房運転が行われる。
【００６５】
以上述べたように、本発明における実施の形態１の構成および動作によれば、車内の暖房用に加熱され除湿された空気の一部を除湿手段の再生に用いることにより、再生用の加熱手段９の電力消費を抑えて、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。
【００６６】
（実施の形態２）
図５は本発明における実施の形態２の車両用空調装置の除湿暖房運転時の風路構成図である。以下、その構成について図５および６を参照しながら説明するが、実施の形態１と同等の構成および同じ作用となる部分についてはその詳細な説明を省略する。
【００６７】
図５に示すように、本実施の形態における車両空調装置は、上記実施の形態１における構成に加え、内気排出風路２１中の第二の風路切替手段１１と除湿手段１６の再生部１５との間に第三の風路切替手段２２と、第三の風路切替手段２２から予冷風路１８の顕熱交換器１７の上流側に接続する外気加熱風路２３が設けられている。
【００６８】
上記したような本実施の形態における構成では、極寒冷地での使用など、暖房時、外気温が氷点下であり、車内気温に比べて非常に低く、除湿暖房運転中に顕熱交換器１７が凍結する可能性のある場合には除湿暖房運転の凍結防止モードとなる。
【００６９】
凍結防止モード時には、図６に示すように、第一の風路切替手段６が動作し、外気導入口１から予冷風路１８を通過して第一の風路切替手段６へと至る風路と、内気導入口４から除湿風路を通じて第一の風路切替手段６へと至る風路が形成される。
【００７０】
除湿風路１９を通過する空気は、除湿手段１６の作用によって除湿および温度上昇し、予冷風路を通過して顕熱交換器１７により温度上昇した空気と混合され、第一の風路切替手段６を介して送風手段７に吸引される。
【００７１】
送風手段７から吐出された空気は加熱手段９によって加熱されて第二の風路切替手段１１に送風される。第二の風路切替手段１１に送風された空気は、第二の風路切替手段１１の作用によって、内気排出風路２１に送風される空気と空調吹出口から吹出される空気とに分流される。内気排出風路２１に送風された空気は、さらに第三の風路切替手段２２に送風される。
【００７２】
ここで、第三の風路切替手段２２の動作により、内気排出風路２１から分岐して外気加熱風路２３に至る風路が形成される。第三の風路切替手段２２に導入された空気は、除湿手段１６の再生部１５へ送風される空気と、外気加熱風路２３に送風される空気とに分流される。分流されて再生部１５へ導入された空気は、除湿手段１６の吸湿材料を再生して水分を含んだ空気となり、内気排出口２０から車外へと排出される。
【００７３】
一方、分流されて外気加熱風路２３へと導入された空気は、外気導入口１から予冷風路１８へ導入された空気と顕熱交換器１７の上流側で合流し混合される。このとき、外気よりも外気加熱風路２３を通過した空気のほうが温度が高いので、混合空気は外気よりも温度が高くなってから顕熱交換器１７へ導入される。顕熱交換器１７では、内気導入口４から除湿風路に導入された空気と、この混合空気との間での熱交換が行われる。このとき、混合された空気の温度は外気温度よりも高いため、顕熱交換器１７内における除湿風路１９側の空気温度が高くなり、顕熱交換器１７内における水分凍結が生じにくくなる。
【００７４】
したがって、顕熱交換器１７の凍結によって引き起こされる除湿量の低下、すなわち、凍結によって除湿風路１９が閉塞し、風量が減少して除湿量が低下する状態となりにくくなるので、極寒冷地においても連続的な除湿暖房運転が可能となる。
【００７５】
また、凍結防止に使用するための熱は車外へ排出されずに車内を循環するので、凍結防止のために熱損失が生じるものではない。すなわち、外気加熱風路２３を通過した空気の持つ熱は、加熱手段９を通過し車室内に吹出される空気へと回収されるので、凍結防止のために熱を追加使用するものではなく、省エネで凍結防止を行うことができる。
【００７６】
以上述べたように、本発明の実施の形態２の構成および動作によれば、車内の暖房用に加熱され除湿された空気の一部を除湿手段１６の再生に用いることにより、再生用の加熱手段９の電力消費を抑える作用に加えて、顕熱交換器１７の凍結抑制による連続的な除湿暖房運転が可能となるものであり、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。
【００７７】
（実施の形態３）
図７は本発明における実施の形態３の車両用空調装置の除湿冷房運転時の風路構成図である。以下、その構成について図７および８を参照しながら説明するが、実施の形態１と同等の構成および同じ作用となる部分についてはその詳細な説明を省略する。
【００７８】
図７に示すように、本実施の形態における車両空調装置は、上記実施の形態１における構成に加え、内気排出風路２１内の除湿手段１６の再生部１５の上流側に第二の加熱手段２４と、予冷風路１８の顕熱交換器１７の上流側から分岐して除湿風路１９の顕熱交換器１７と除湿部１４との間に接続される外気除湿風路２５と、除湿風路１９と外気除湿風路２５との合流点に、除湿部に導入する空気を内気と外気のどちらかに切替える第四の風路切替手段２６を設けている。
【００７９】
第二の加熱手段２４は、エンジンや電力機器を冷却する循環冷却水との熱交換によって空気を加熱する加熱用熱交換器、もしくは、ＰＴＣヒータ等の電気ヒータ、もしくはその両方によって構成されており、通過する空気を加熱するものであり、加熱手段９とは独立して運転される。
【００８０】
なお、第二の加熱手段２４は、主に次に説明する除湿冷房運転時において除湿手段１６の再生部１５を再生する加熱空気を生成するために使用されるものであり、除湿暖房運転時においては必ずしも使用する必要はない。
【００８１】
次に本実施の形態における動作について図８を参照しながら説明する。ここで、本実施の形態における除湿冷房運転とは、除湿手段１６の作用によって除湿しながら冷房する運転のことをいう。
【００８２】
除湿冷房運転時、外気温が車内気温よりも高く、かつ、外気湿度が車内湿度よりも高い場合、図８に示すように、外気温湿度センサ１３および内気温湿度センサ１２が所定の値以下の温度および湿度を検知すると、制御手段によって第一の風路切替手段６および第四の風路切替手段２６が動作し、外気導入口１から一度予冷風路１８を通り、予冷風路１８から分岐した外気除湿風路２５を通って除湿風路１９に入り、除湿手段１６の除湿部１４を通って第一の風路切替手段６へと至る風路と、内気導入口４から車内吸気風路５を通過して第一の風路切替手段６に至る風路が形成される。
【００８３】
送風手段７が運転開始すると、外気および内気がそれぞれ外気導入口１および内気導入口４から吸引されるが、外気導入口１から導入された外気は、予冷風路１８に入り、さらに顕熱交換器１７の上流側で予冷風路１８から分岐した外気除湿風路２５へと入り、除湿風路１９に入る。そして、除湿手段１６の除湿部１４を通過して除湿され、第一の風路切替手段６へと送風される。一方、内気導入口４から導入された内気は車内吸気風路５を通じて第一の風路切替手段６へ送風され、除湿された外気と混合する。
【００８４】
混合した空気は送風手段７によって冷却手段８へと送風されて冷却され、第二の風路切替手段１１へと送風される。そして、第二の風路切替手段１１の作用によって、内気排出風路２１に送風される空気と、および空調吹出口２から車内に吹出される空気とに分流される。内気排出風路２１に分流された空気は第二の加熱手段２４で加熱される。加熱された空気は除湿手段１６の再生部１５へと導入され、除湿手段１６の吸湿材料を再生する。除湿手段１６の再生部１５を通過して水分を含んだ空気は、内気排出口２０より車外へと排出される。
【００８５】
ここで、本発明の実施の形態３における構成では、冷却手段８に導入される空気を、湿度の高い外気を除湿したあとに内気と混合した空気としたので、除湿冷房運転の際に、冷却手段で結露除湿を行う必要がない。よって、結露によって冷却手段８に生じるカビを抑制できるため、除湿冷房運転開始時などに、空調吹出口２から車室内に吹出されてしまうカビ臭を予防することができる。
【００８６】
以上述べたように、本発明の実施の形態３における車両空調装置は、車内の暖房用に加熱され除湿された空気の一部を除湿手段１６の再生に用いることにより、再生用の加熱手段９の電力消費を抑える作用に加え、除湿冷房運転時に、冷却手段８で結露除湿を行う必要がないので、省エネ効果とともに、冷房時に空調吹出口から車室内に吹出されるカビ臭を予防する車両用空調装置を提供する効果を得ることができる。
【００８７】
なお、本実施の形態においては、第二の加熱手段２４は、内気排出風路２１、つまり冷却手段８の下流側に設ける構成としているが、除湿手段１６の除湿部１４と冷却手段８の間から分岐して内気排出風路２１に接続するバイパス風路（図示せず）を設け、このバイパス風路内もしくはこのバイパス風路と内気排出風路２１の接続する下流側に第二の加熱手段２４を設ける構成としても良い。
【００８８】
これにより、第二の加熱手段２４を、冷却手段８を通過しない風路に設けることとなるので、外気導入口１から導入された温度の高い外気を、冷却手段８により冷却することなく、高い温度を保持した状態で、第二の加熱手段２４により加熱することができる。従って、第二の加熱手段２４の加熱負荷を低減することができる。
【００８９】
（実施の形態４）
図９は本発明における実施の形態４の車両用空調装置の除湿暖房運転時の風路構成図である。以下、その構成について図９を参照しながら説明するが、実施の形態１乃至３と同等の構成および同じ作用となる部分についてはその詳細な説明を省略する。
【００９０】
図９に示すように、本実施の形態における車両空調装置は、上記実施の形態１における構成に加え、内気排出風路２１内の再生部１５の下流側と、車外吸気風路３内の第一の風路切替手段６と送風手段７との間の交差部に熱回収手段２７を設けている。
【００９１】
熱回収手段２７は、顕熱交換器が好ましく、ヒートポンプサイクルやヒートパイプでも良い。
【００９２】
本実施の形態４の構成では、除湿暖房運転時に、内気排出風路２１を通って除湿材料から放湿させることで再生部１５を再生させた内気は、熱回収手段２７により車外吸気風路３を通って車内へ吹出す空気との間で熱交換を行い、内気排出口２０を通って除湿材料から放湿させた水分とともに車外へと排気される。
【００９３】
すなわち、除湿暖房運転時は熱回収手段２７により、内気排出風路２１を通って再生部１５を再生させた加熱空気の熱で、車外吸気風路３を通り除湿部１４を通った除湿空気を昇温することができるので、車内へ吹出す空気の温度を調整する加熱手段９の加熱負荷を抑えて電力消費を低減することができる。
【００９４】
また、図９に示すように熱回収手段２７を送風手段７よりも上流側に配置することで、熱回収手段２７へ空気が吸い込みで流入するので、熱回収手段２７に均一に空気が流入して熱交換効率を向上させることができる。
【００９５】
また尚、熱回収手段２７を送風手段７よりも下流側に配置しても良く、この場合は送風手段７から発生する騒音が熱回収手段２７により遮音されるので、車内の静粛性を保つことができる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明にかかる車両用空調装置は、車内の暖房用に加熱され除湿された空気の一部を除湿手段の再生に用いることにより、再生用の加熱手段の電力消費を抑えて、省エネ効果のあるもので、暖房の熱源の得られにくい電気自動車やハイブリッド車等に使用される車室内を暖房可能な車両用空調装置として有用である。
【符号の説明】
【００９７】
１ 外気導入口
２ 空調吹出口
３ 車外吸気風路
４ 内気導入口
５ 車内吸気風路
６ 第一の風路切替手段
７ 送風手段
８ 冷却手段
９ 加熱手段
１１ 第二の風路切替手段
１４ 除湿部
１５ 再生部
１６ 除湿手段
１７ 顕熱交換器
１８ 予冷風路
１９ 除湿風路
２０ 内気排出口
２１ 内気排出風路
２２ 第三の風路切替手段
２３ 外気加熱風路
２４ 第二の加熱手段
２５ 外気除湿風路
２６ 第四の風路切替手段
２７ 熱回収手段
【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車外吸気風路と、
この車外吸気風路内に、前記外気導入口側から順に、
車内に吹出す上流側の空気流を切替える第一の風路切替手段、
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送風手段、
車内に吹出す空気を冷却する冷却手段、
車内に吹出す空気を加熱する加熱手段、
車内に吹出す下流側の空気流を切替える第二の風路切替手段と、
内気を導入する内気導入口から前記第一の風路切替手段へ接続される車内吸気風路と、
前記内気導入口と前記第一の風路切替手段の間から分岐して前記第一の風路切替手段へと接続される除湿風路と、
前記第二の風路切替手段から分岐され、前記送風手段が吹出す空気の少なくとも一部を車外へ排出する内気排出口にかけての内気排出風路と、
前記除湿風路内の前記第一の風路切替手段の上流側に除湿部と前記内気排出風路内に再生部とを有する除湿手段を設けたものであって、
前記第一の風路切替手段により、前記外気導入口から導入した外気と前記除湿部で除湿された内気を混合し、この混合した外気と内気の一部を、前記第二の風路切替手段により、前記内気排出風路へ流入させ、外気導入時の除湿暖房を行うことを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
外気導入口と第一の風路切替手段の間から分岐して前記第一の風路切替手段へ接続される予冷風路と、
除湿風路内の除湿部の上流側と前記予冷風路の交差部に顕熱交換器を設け、
前記顕熱交換器により、前記除湿風路に導入した内気と、前記予冷風路内に導入した外気とを熱交換させることを特徴とする請求項１記載の車両用空調装置。
【請求項３】
第二の風路切替手段と再生部の間に第三の風路切替手段と、
この第三の風路切替手段から予冷風路内の顕熱交換器の上流側に接続する外気加熱風路を設け、
前記第三の風路切替手段により、内気排出風路内の空気を外気導入口から導入した外気と混合させ、前記顕熱交換器の凍結を防止することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用空調装置。
【請求項４】
内気排出風路内の再生部の上流側に第二の加熱手段と、
予冷風路の顕熱交換器の上流側から分岐して除湿風路の前記顕熱交換器と除湿部との間に接続される外気除湿風路と、
前記除湿風路と前記外気除湿風路との合流点に、前記除湿部に導入する空気を内気と外気のどちらかに切替える第四の風路切替手段を設け、
冷房運転時において、外気導入口より導入した外気は、前記除湿部を通過することにより除湿された後に、第一の風路切替手段により、内気と混合され、冷却手段により冷却されて室内に供給されるとともに、この混合空気の一部は、前記内気排出風路へ流入して、前記第二の加熱手段により加熱されて前記再生部を通過することにより除湿手段を再生し、車外へ排出して除湿冷房を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の車両用空調装置。
【請求項５】
内気排出風路内の再生部の下流側と、車外吸気風路内の温度調整手段の上流側との交差部に熱回収手段を設け、
前記熱回収手段により、前記再生部を通って車外へと排出される内気の熱が、前記車外吸気風路を通って車内へ吹出す空気へ熱回収されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに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車外吸気風路と、
この車外吸気風路内に、前記外気導入口側から順に、
車内に吹出す上流側の空気流を切替える第一の風路切替手段、
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送風手段、
車内に吹出す空気を冷却する冷却手段、
車内に吹出す空気を加熱する加熱手段、
車内に吹出す下流側の空気流を切替える第二の風路切替手段と、
内気を導入する内気導入口から前記第一の風路切替手段へ接続される車内吸気風路と、
前記内気導入口と前記第一の風路切替手段の間から分岐して前記第一の風路切替手段へと接続される除湿風路と、
前記第二の風路切替手段から分岐され、前記送風手段が吹出す空気の少なくとも一部を車外へ排出する内気排出口にかけての内気排出風路と、
前記除湿風路内の前記第一の風路切替手段の上流側に除湿部と前記内気排出風路内に再生部とを有する除湿手段を設けたものであって、
前記第一の風路切替手段により、前記外気導入口から導入した外気と前記除湿部で除湿された内気を混合し、この混合した外気と内気の一部を、前記第二の風路切替手段により、前記内気排出風路へ流入させ、外気導入時の除湿暖房を行うことを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
外気導入口と第一の風路切替手段の間から分岐して前記第一の風路切替手段へ接続される予冷風路と、
除湿風路内の除湿部の上流側と前記予冷風路の交差部に顕熱交換器を設け、
前記顕熱交換器により、前記除湿風路に導入した内気と、前記予冷風路内に導入した外気とを熱交換させることを特徴とする請求項１記載の車両用空調装置。
【請求項３】
第二の風路切替手段と再生部の間に第三の風路切替手段と、
この第三の風路切替手段から予冷風路内の顕熱交換器の上流側に接続する外気加熱風路を設け、
前記第三の風路切替手段により、内気排出風路内の空気を外気導入口から導入した外気と混合させ、前記顕熱交換器の凍結を防止することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用空調装置。
【請求項４】
内気排出風路内の再生部の上流側に第二の加熱手段と、
予冷風路の顕熱交換器の上流側から分岐して除湿風路の前記顕熱交換器と除湿部との間に接続される外気除湿風路と、
前記除湿風路と前記外気除湿風路との合流点に、前記除湿部に導入する空気を内気と外気のどちらかに切替える第四の風路切替手段を設け、
冷房運転時において、外気導入口より導入した外気は、前記除湿部を通過することにより除湿された後に、第一の風路切替手段により、内気と混合され、冷却手段により冷却されて室内に供給されるとともに、この混合空気の一部は、前記内気排出風路へ流入して、前記第二の加熱手段により加熱されて前記再生部を通過することにより除湿手段を再生し、車外へ排出して除湿冷房を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の車両用空調装置。
【請求項５】
内気排出風路内の再生部の下流側と、車外吸気風路内の温度調整手段の上流側との交差部に熱回収手段を設け、
前記熱回収手段により、前記再生部を通って車外へと排出される内気の熱が、前記車外吸気風路を通って車内へ吹出す空気へ熱回収されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか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２０１３−１４３０７（Ｐ２０１３−１４３０７Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７１５７４（Ｐ２０１１−１７１５７４）
【出願日】平成２３年８月５日（２０１１．８．５）
【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２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月５日（２０１１．８．５）
【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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