(57)【要約】【課題】消費電力を大幅に低減可能で電気自動車等に好適な、かつデシカントロータを適切に組み合わせることによりさらに消費電力を低減可能な車両用空調装置を提供する。【解決手段】少なくとも冷媒の圧縮機、凝縮器、蒸発器を有する冷凍回路を一つのユニット内に組み込むとともに、空調風の流れ方向に関して凝縮器と蒸発器を併設し、凝縮器通過風と蒸発器通過風を前記ユニット内のエアミックスゾーンで混合して車室内に送るようにしたことを特徴とする車両用空調装置。【選択図】図１
2011110951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも冷媒の圧縮機、凝縮器、蒸発器を有する冷凍回路を一つのユニット内に組み込むとともに、空調風の流れ方向に関して凝縮器と蒸発器を併設し、凝縮器通過風と蒸発器通過風を前記ユニット内のエアミックスゾーンで混合して車室内に送るようにしたことを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
前記ユニット内に、前記凝縮器、蒸発器に空調風を送る送風ファンも組み込まれている、請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項３】
前記送風ファンが、前記凝縮器に空調風を送るファン部と前記蒸発器に空調風を送るファン部が同軸に配置された同軸ファンからなる、請求項２に記載の車両用空調装置。
【請求項４】
前記凝縮器および蒸発器の下流側で前記エアミックスゾーンの上流側に、デシカントが担持された空気通過可能な円板であって、凝縮器通過風の通過域と蒸発器通過風の通過域との間で回転されるデシカントロータが設けられている、請求項１〜３のいずれかに記載の車両用空調装置。
【請求項５】
前記デシカントが、５０℃以下の低温の凝縮器通過風により、収着されている水分を放出して再生可能な材質からなる、請求項４に記載の車両用空調装置。
【請求項６】
前記冷凍回路の凝縮器と蒸発器の間に気液分離器が設けられており、前記圧縮機が、前記気液分離器で分離された冷媒ガスの一部を圧縮過程の途中に導入可能なガスインジェクションタイプの圧縮機からなる、請求項１〜５のいずれかに記載の車両用空調装置。
【請求項７】
前記圧縮機が、電動モータにより駆動される電動圧縮機からなる、請求項１〜６のいずれかに記載の車両用空調装置。
【請求項８】
電気自動車またはハイブリッド車に搭載される、請求項１〜７のいずれかに記載の車両用空調装置。
【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、とくに電気自動車やハイブリッド車等の走行用の動力源としてバッテリを搭載した車両に搭載され、圧縮機やヒータにバッテリの電力が消費される際に、その消費電力を大幅に低減可能な、新規なシステム構成を有する車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車等においては、車両用空調装置における主電力消費機器である圧縮機やヒータもバッテリからの電力によって作動されることが多いが、冷房時や暖房時における空調装置の消費電力は、バッテリの蓄電量に対し大きな割合を占めることとなっている。通常の車両用空調装置においては、冷凍回路における圧縮機、凝縮器、蒸発器はこの順に配置されて、凝縮器は室外熱交換器とされて空調風の通路外に設置され、空調風の通路内の蒸発器の上流側に送風ファンが配置されるとともに、蒸発器の下流側における通路の一部に、ヒータコアが配置される構成が一般的である。
【０００３】
しかし、電気自動車等では内燃機関車のような排熱源が少なく暖房用熱源としては利用できない。そのため、暖房用には電気ヒータを搭載している場合が多い。その結果、バッテリへの充電無しの車両の連続走行距離が大幅に低下するという問題を招いている。したがって、バッテリの蓄電量の増大という従来の通常の要求に加え、車両用空調装置に関しては、消費電力の大幅な低減が求められている。
【０００４】
消費電力を大幅に低減するために、車両用空調装置としてではないが、室内の空気調和あるいは除湿用として、デシカント（乾燥剤）式の空調装置が知られている（例えば、特許文献１）。すなわち、この方式は、上記したような従来一般の空調方式では、水分を多量に含有する湿った空気を冷却し、空気中の水分を凝縮させて取り除きながら空調するため、空気そのものを冷やすというよりはその中に含まれる水分を取り除くのに多量のエネルギーを消費していることに着目し、例えば、デシカント（乾燥剤）によって空気中の水分を除去し、水分が除去された空気を直接冷却することで、従来一般の空調方式よりも少ないエネルギーで空気を冷却できるようにした空調方式である。特許文献１においては、使用される熱交換器自体にデシカントを担持させる構成を採用しているが、デシカントロータを用いる方式も知られている。
【０００５】
このデシカントロータは、例えば、湿った外気を通す除湿側の空気通路と、ロータ再生のための熱風を通す再生側の空気通路との間で、デシカントロータをゆっくりと回転させ、除湿側の空気通路内で水分をデシカントロータの一部分に収着させて除湿されたロータ通過風を得、デシカントロータの水分が収着された部分を再生側の空気通路内へと回転させ、そこで熱風により収着していた水分を放出させてデシカントを除湿可能な状態に再生するようにしたものである。近年、デシカントロータに担持させるデシカントとして、岡山大学での研究により、高分子収着剤を用いることにより、５０℃程度の低温でも再生できる可能性があることがわかり、空調機などへの応用研究が進められている。高分子収着剤は、ポリアクリル酸高分子内に水蒸気として収着させる新しい吸湿メカニズムであり、４０〜８０℃の低温でも再生が可能になるとともに、飽和吸収率が極めて高い。このようなデシカントを担持したデシカントロータを使用すると、空調装置において大幅なエネルギー削減が可能になることも知られてきた。また、有機系の材料を用いたデシカントであるため、臭い成分を吸着する可能性が極めて低いと考えられる。
【０００６】
一方、電気自動車においては、他の自動車に比べ、空調装置搭載用のスペースは、従来のように内燃機関による制約を受けないため自由度が高い。しかし、現状の電気自動車は、連続走行距離が短いという基本的な問題を抱えており、走行距離を延ばすためには、車両用空調装置の小型、軽量化は必須の条件となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２９１５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明の課題は、上記のような従来および近年開発された技術に着目し、新規なシステム構成を提案することにより、消費電力を大幅に低減可能で電気自動車等に好適な、しかもデシカントロータを適切に組み合わせることによりさらに消費電力を低減可能な車両用空調装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る車両用空調装置は、少なくとも冷媒の圧縮機、凝縮器、蒸発器を有する冷凍回路を一つのユニット内に組み込むとともに、空調風の流れ方向に関して凝縮器と蒸発器を併設し、凝縮器通過風と蒸発器通過風を前記ユニット内のエアミックスゾーンで混合して車室内に送るようにしたことを特徴とするものからなる。
【００１０】
このような本発明に係る車両用空調装置においては、従来、空気通路内に配置されていた蒸発器と、空気通路外に配置されていた凝縮器が一つのユニット内に組み込まれてパッケージングされるので、冷凍回路、ひいては空調装置全体がコンパクトに構成される。そして、空調風の流れ方向に関して凝縮器と蒸発器を併設し、放熱により加熱され比較的高温とされた凝縮器通過風と、冷媒蒸発により冷却され比較的低温とされた蒸発器通過風とを、好ましくは適切な割合で、前記ユニット内のエアミックスゾーンで混合して空調風として車室内に送るようにしたので、従来の空気通路内に配置されていたヒータコアを廃止して該ヒータコアの代わりに加熱器として凝縮器を有効利用できる。また、凝縮器と蒸発器を併設することにより、回路がコンパクトとなり、配管の取り回しが簡素化される。したがって、空調装置全体が一層コンパクトに構成される。本発明に係る車両用空調装置のここまでの構成により、小型。軽量化が実現されるとともに、凝縮器を加熱器として有効利用することにより、とくに暖房時の消費電力が大幅に削減される。
【００１１】
上記本発明に係る車両用空調装置においては、上記ユニット内に、凝縮器、蒸発器に空調風を送る送風ファンも組み込まれていることが好ましい。送風ファンも同じユニット内にパッケージングされることにより、車両用空調装置全体がより確実にコンパクトに構成されることになる。この場合、上記送風ファンが、凝縮器に空調風を送るファン部と蒸発器に空調風を送るファン部が同軸に配置された同軸ファンからなることが、より一層のコンパクト化の面から好ましい。凝縮器と蒸発器は併設されているので、このような同軸ファンは容易に構成される。
【００１２】
そして、本発明に係る車両用空調装置においては、とくに冷房時の消費電力の大幅な低減のために、デシカントロータを有する構成を付加可能である。すなわち、上記凝縮器および蒸発器の下流側で上記エアミックスゾーンの上流側に、デシカント（乾燥剤）が担持された空気通過可能な円板であって、凝縮器通過風の通過域と蒸発器通過風の通過域との間で回転されるデシカントロータが設けられている構成である。このような構成を採用すれば、蒸発器通過風中の水分をデシカントロータに担持されたデシカントに収着させることができ、水分が収着されたデシカントロータ部分を凝縮器通過風の通過域へと回転させ、そこで相対的に高温の凝縮器通過風による加熱により収着されていた水分を放出させることで、デシカントの収着能力を再生し、収着能力が再生されたデシカントロータ部分を再び蒸発器通過風の通過域へと回転させて水分を収着させるという、一連の動作を繰り返し行わせることが可能となる。デシカントロータへの収着により水分量が低減された冷却風（蒸発器通過風）は、車室内へと送られるとともに車室内から循環されてくるので、循環空気全体中の水分量を低減できることになる。凝縮器通過風の通過域側で放出された水分は、加熱風とともに適宜外部に排出させればよい。このようにすれば、従来の空調装置のように水分除去に大量のエネルギーを消費することがなくなり、空調に要する電力の大幅な低減が可能になる。
【００１３】
デシカントロータに担持されるデシカントとしては、シリカゲル等の比較的高温で再生される材質も使用可能ではあるが、凝縮器通過風により容易に再生できるようにするために、５０℃以下の低温（例えば、３０〜５０℃程度の低温）の凝縮器通過風により、収着されている水分を放出して再生可能な材質からなることが好ましい。このようなデシカントとして、例えば、前述したように、岡山大学での研究により、高分子収着剤を用いることにより、５０℃程度の低温でも再生できる可能性があることがわかり、空調機などへの応用研究が進められている。高分子収着剤は、ポリアクリル酸高分子内に水蒸気として収着させる新しい吸湿メカニズムであり、４０〜８０℃の低温でも再生が可能になるとともに、飽和吸収率が極めて高い。
【００１４】
さらに、本発明に係る車両用空調装置においては、好ましい形態として、上記冷凍回路の凝縮器と蒸発器の間に気液分離器が設けられており、上記圧縮機が、前記気液分離器で分離された冷媒ガスの一部を圧縮過程の途中に導入可能なガスインジェクションタイプの圧縮機からなる構成を採用できる。このような構成を採用すれば、圧縮機の圧縮効率を大幅に高めることが可能となり、それによって圧縮機の冷媒圧縮に要するエネルギーを大幅に低減でき、圧縮機の消費電力の大幅な低減が可能になる。
【００１５】
本発明における圧縮機の駆動方式としては、車両走行用の動力源から駆動動力を伝達することも可能ではあるが、上記のような圧縮機の消費電力の低減効果を直接的に得るためには、圧縮機が、電動モータにより駆動される電動圧縮機からなることが好ましい。この場合、電動モータの消費電力が大幅に低減されることになる。
【００１６】
さらに、本発明に係る車両用空調装置は、とくに電気自動車またはハイブリッド車に搭載されることにより、消費電力の低減による大きな効果が得られる。とくに電気自動車では、前述したように連続走行距離の増大という基本的な要求が存在するため、この要求を満たすために、本発明による車両用空調装置の消費電力の大幅な低減は、大いに貢献できることとなる。
【発明の効果】
【００１７】
このように、本発明に係る車両用空調装置によれば、とくに蒸発器と凝縮器を一つのユニット内に併設して組み込むことにより、空調装置全体の小型、軽量化をはかることができるとともに、従来のヒータコアを廃止し凝縮器を加熱器として使用可能とすることができるようになり、空調装置に消費される電力の大幅な削減が可能になる。また、とくにデシカントロータを適切に組み合わせることにより、さらなる消費電力の削減が可能になる。消費電力を大幅に低減することで、電気自動車の連続走行距離の延長をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施態様に係る車両用空調装置の基本構成例を示す概略機器系統図である。
【図２】本発明の一実施態様に係る車両用空調装置のより具体的な構成例を示す上方から見た概略横断面図（Ａ）および側方から見た概略縦断面図（Ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る車両用空調装置の基本構成例を示している（送風ファンについては、図２にて説明する）。図１に示した車両用空調装置１においては、冷凍回路２内を、矢印３の方向に冷媒が循環される。圧縮機４は、電動モータ５により駆動される電動圧縮機からなり、電動モータ５には、図示を省略した車両搭載のバッテリから給電される。圧縮機４で圧縮された冷媒は、凝縮器６に送られて凝縮され、該凝縮により凝縮器６からは放熱される。この放熱により、凝縮器通過風７が加熱され、例えば、３０〜５０℃程度に温められる。
【００２０】
本実施態様では、凝縮器６の下流側に気液分離器８が設けられており、気液分離器８で分離された冷媒ガスの一部が、圧縮機４での圧縮過程の途中に導入可能に構成されている。つまり、圧縮機４がガスインジェクションタイプの圧縮機に構成され、圧縮効率の向上がはかられている。
【００２１】
気液分離器８の下流側には膨張弁９が配置されており、その下流側に蒸発器１０が配置されている。蒸発器１０では、冷媒の蒸発が行われ、蒸発器通過風１１との熱交換により蒸発器通過風１１が冷却される。蒸発器１０からの冷媒は、再び圧縮機４に吸入され、冷凍回路２内を循環される。この蒸発器１０と上記凝縮器６とは、空調風の流れ方向（つまり、凝縮器通過風７および蒸発器通過風１１の流れ方向）に関して、併設。つまり、パラレルに配置されている。
【００２２】
上記凝縮器通過風７と蒸発器通過風１１は、エアミックスゾーン１２で混合され、空調風１３として車室内に送られるようになっている。これら圧縮機４、凝縮器６、気液分離器８、膨張弁９、蒸発器１０が一つのユニット内に組み込まれ、該ユニット内にエアミックスゾーン１２が形成されている。
【００２３】
また、本実施態様では、凝縮器６および蒸発器１０の空調風流れ方向下流側で、上記エアミックスゾーン１２の上流側に、凝縮器通過風７の通過域と蒸発器通過風１１の通過域との間で回転されるデシカントロータ１４が設けられている。このデシカントロータ１４は、デシカント（乾燥剤）が担持された空気通過可能な円板から構成されている。担持されるデシカントとしては、前述の如く、３０〜５０℃程度の比較的低温にて、収着されていた水分を放出させ、水分収着可能な状態に再生できる材質が好ましい。
【００２４】
図２は、より具体的な構成例を示している。図２には、上述したようなユニット２１の例が示されており、該ユニット２１内に圧縮機４と、併設された凝縮器６および蒸発器１０、デシカントロータ１４が、例えば図２に示すように組み込まれる。このユニット２１内には、凝縮器６、蒸発器１０に空調風を送る送風ファン２２も組み込まれており、送風ファン２２は、凝縮器６に空調風を送るファン部２２ａと蒸発器１０に空調風を送るファン部２２ｂが同軸に配置された同軸ファンからなる。
【００２５】
空調風の凝縮器６通過前後の空気通路２３と、蒸発器１０通過前後の空気通路２４とは壁２５で仕切られており、凝縮器通過風７と蒸発器通過風１１は、デシカントロータ１４通過後に、エアミックスゾーン１２で混合される。このエアミックスゾーン１２には、例えば、凝縮器通過風７と蒸発器通過風１１の混合割合を調整可能なエアミックスダンパ２６が設けられている。適切に混合された空調風１３（図１）が、例えば下流側に設けられたモードダンパ２７（複数配置が好ましい）によって、車室内への行き先とその風量が調節されるようになっている。また、デシカントロータ１４を通過した凝縮器通過風７には、デシカントの再生により水分が多く含まれる場合があるので、そのような空気を適宜外部へ排気できるように、排気ダンパ２８も設けられている。車室内からの循環風あるいは外気は、吸気口２９から取り入れられる。
【００２６】
このように、一つのユニット２１内に、冷凍回路２、送風ファン２２、デシカントロータ１４等を組み込んでパッケージングすることにより、コンパクトな空調装置が完成され、電気自動車等に好適な小型・軽量の車両用空調装置が構成される。そして前述したように、凝縮器６と蒸発器１０を併設し、凝縮器通過風７と蒸発器通過風１１を混合して所望の空調風１３を得ることにより、少なくとも従来のヒータによる加熱が不要となる分、消費電力が低減される。
【００２７】
また、デシカントロータ１４を配置して、蒸発器通過風１１中の水分を収着させ、収着された水分を比較的低温の凝縮器通過風７の通過域で放出させてデシカントを再生できるようにしたことで、従来の空調システムにおけるように水分除去に多量のエネルギーを消費することがなくなり、空調装置に消費される電力の大幅な削減が可能になる。その結果、本空調装置が電気自動車に搭載される場合には、所定のバッテリ蓄電量に対し、車両の連続走行可能距離を大幅に増大させることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明に係る車両用空調装置は、とくに電気自動車に搭載されて好適なものである。
【符号の説明】
【００２９】
１  車両用空調装置
２  冷凍回路
３  冷媒の流れ方向
４  圧縮機
５  電動モータ
６  凝縮器
７  凝縮器通過風
８  気液分離器
９  膨張弁
１０  蒸発器
１１  蒸発器通過風
１２  エアミックスゾーン
１３  空調風
１４  デシカントロータ
２１  ユニット
２２  送風ファン
２２ａ、２２ｂ  ファン部
２３、２４  空気通路
２５  壁
２６  エアミックスダンパ
２７  モードダンパ
２８  排気ダンパ
２９  吸気口
【図１】
2011110951.tif 000003
【図２】
2011110951.tif 000004