(57)【要約】【課題】例えば、乾燥運転の運転時間の自由度を高めることができる等、より不都合が少なく改善された新規な構成の車両用空調装置を得る。【解決手段】実施形態の車両用空調装置は、例えば、筐体と、室外熱交換器と、室内熱交換器と、ファンと、モータと、バッテリと、を備える。筐体には、車室内と接続された第一空間と、第一空間と仕切られ車室外と接続された第二空間と、が設けられる。室外熱交換器は、第二空間に設けられ、冷媒と車室外の空気との熱交換を行う。室内熱交換器は、第一空間に設けられ、冷媒と車室内の空気との熱交換を行う。ファンは、第一空間に設けられ、車室内から第一空間に導入され室内熱交換器を経由して車室内に排出される空気流を生成する。モータは、ファンを回転させる。バッテリは、筐体内に設けられ、モータを駆動する電力を供給可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車室内と接続された第一空間と、前記第一空間と仕切られ車室外と接続された第二空間と、が設けられた筐体と、
前記第二空間に設けられ、冷媒と前記車室外の空気との熱交換を行う室外熱交換器と、
前記第一空間に設けられ、前記冷媒と前記車室内の空気との熱交換を行う室内熱交換器と、
前記第一空間に設けられ、前記車室内から前記第一空間に導入され前記室内熱交換器を経由して前記車室内に排出される空気流を生成するファンと、
前記ファンを回転させるモータと、
前記筐体内に設けられ、前記モータを駆動する電力を供給可能なバッテリと、
を備えた、車両用空調装置。
【請求項２】
前記バッテリは、前記第一空間に配置された、請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項３】
前記第一空間には、前記バッテリの直流電力を交流電力に変換するインバータが設けられた、請求項２に記載の車両用空調装置。
【請求項４】
前記筐体には、前記第一空間および前記第二空間と仕切られた第三空間が設けられ、
前記バッテリは、前記第三空間に配置された、請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項５】
前記第三空間には、前記バッテリの直流電力を交流電力に変換するインバータが設けられた、請求項４に記載の車両用空調装置。
【請求項６】
前記バッテリおよび前記インバータのうち少なくとも一方は、前記第三空間から前記第一空間内に突出した状態に設けられた放熱部を有した、請求項４または５に記載の車両用空調装置。
【請求項７】
前記第一空間には、前記バッテリから供給される電力によって駆動され、前記空気流と熱交換を行うヒータが設けられた、請求項１〜６のうちいずれか一つに記載の車両用空調装置。
【請求項８】
前記第一空間には、前記室内熱交換器の下流側と上流側とを接続し、前記空気流の少なくとも一部を前記車室内を介さずに循環させるバイパス通路が設けられた、請求項１〜７のうちいずれか一つに記載の車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷房を使用した営業運転終了後に室内熱交換器の乾燥運転を行うことでカビや雑菌等の繁殖を抑制するよう構成された車両用空調装置が、知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１７６９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の車両用空調装置では、乾燥運転時に通常の架線やサードレール等から車両に供給される電力を利用してファンを回転駆動するため、例えば、車両の回送時等の限られた時間内に乾燥運転を行う必要がある等の制約を受けてしまう虞があった。
【０００５】
この種の車両用空調装置では、例えば、乾燥運転の運転時間の自由度を高めることができる等、より不都合が少なく改善された新規な構成が得られれば、好ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の車両用空調装置は、例えば、筐体と、室外熱交換器と、室内熱交換器と、ファンと、モータと、バッテリと、を備える。筐体には、車室内と接続された第一空間と、第一空間と仕切られ車室外と接続された第二空間と、が設けられる。室外熱交換器は、第二空間に設けられ、冷媒と車室外の空気との熱交換を行う。室内熱交換器は、第一空間に設けられ、冷媒と車室内の空気との熱交換を行う。ファンは、第一空間に設けられ、車室内から第一空間に導入され室内熱交換器を経由して車室内に排出される空気流を生成する。モータは、ファンを回転させる。バッテリは、筐体内に設けられ、モータを駆動する電力を供給可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１実施形態の車両用空調装置の例示的かつ模式的な平面図である。
【図２】図２は、図１のII−II断面図である。
【図３】図３は、第２実施形態の車両用空調装置の例示的かつ模式的な平面図である。
【図４】図４は、図３のIV−IV断面図である。
【図５】図５は、第３実施形態の車両用空調装置の例示的かつ模式的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および効果は、一例である。なお、本明細書では、序数は、部品や部材を区別するためだけに用いられており、順番や優先度を示すものではない。
【０００９】
また、以下に開示される複数の実施形態には、同様の構成要素が含まれる。よって、以下では、それら同様の構成要素には共通の符号が付与されるとともに、重複する説明が省略される。なお、以下の各図では、便宜上、互いに直交する三方向が定義されている。Ｘ方向は、車両前後方向に沿い、Ｙ方向は、車幅方向に沿い、Ｚ方向は、車両上下方向に沿う。
【００１０】
［第１実施形態］
図１は、車両用空調装置１の平面図であり、図２は、図１のII−II断面図である。図１，２に示されるように、車両用空調装置１は、例えば、筐体２や、圧縮機３、室外熱交換器４、室外ファン５、膨張機構（不図示）、室内熱交換器６、室内ファン７、モータ８、バッテリ９、インバータ１０、制御装置１１等を備えている。本実施形態では、不図示の冷媒が流れる配管によって、圧縮機３、室外熱交換器４、膨張機構、および室内熱交換器６がループ状に接続され、冷凍サイクルが構成されている。
【００１１】
車両用空調装置１は、例えば、電車等の車両１００の天井一箇所に設置された、いわゆる天井集中式として構成されている。車両用空調装置１は、車室Ｒ外の天井上に設置されている。車両用空調装置１から排出された空気流Ｗ（冷風）は、不図示のダクトを介して、車室Ｒ内へと供給される。ダクトは、Ｘ方向（図２では紙面と垂直な方向）に沿って延びており、空気流ＷをＸ方向にガイドするとともに、空気流ＷをＸ方向に間隔をあけて設けられた複数の排出口（不図示）から車室Ｒ内に供給可能である。なお、車両用空調装置１は、この例には限定されず、例えば、天井分散式や、床下集中式、スプリット式等、その他の搭載方式で構成されてもよい。
【００１２】
筐体２は、例えば、Ｚ方向に扁平な直方体状の箱型に構成されている。筐体２は、底壁２ａ（図２参照）や、天壁２ｂ、前壁２ｃ（図１参照）、左壁２ｄ、後壁２ｅ、右壁２ｆ、仕切壁２ｇ，２ｈ等の複数の壁部を有している。前壁２ｃ、左壁２ｄ、後壁２ｅ、および右壁２ｆは、側壁や周壁等とも称される。なお、図１では、天壁２ｂが図示されていない。
【００１３】
本実施形態では、筐体２内には、一つの内側空間Ｓ１と、二つの外側空間Ｓ２と、二つの中央空間Ｓ３と、が設けられている。内側空間Ｓ１はＸ方向の中央部に位置され、二つの外側空間Ｓ２は、内側空間Ｓ１をＸ方向に挟むように位置されている。内側空間Ｓ１と外側空間Ｓ２とは、仕切壁２ｇ，２ｈによって仕切られている。中央空間Ｓ３は、仕切壁２ｇと仕切壁２ｈとの間に位置されている。
【００１４】
図１に示されるように、二つの仕切壁２ｇは、Ｘ方向と交差して延びており、Ｘ方向に間隔をあけて互いに平行に設けられている。仕切壁２ｇは、いずれも、前壁２ｃと後壁２ｅとの間に位置され、左壁２ｄと右壁２ｆとの間、および底壁２ａと天壁２ｂとの間に亘っている。
【００１５】
また、二つの仕切壁２ｈは、例えば、Ｘ方向に沿って互いに反対方向に開放された略Ｕ字状に構成されている。仕切壁２ｈは、それぞれ、当該Ｕ字の底部２ｈ１が仕切壁２ｇから離間した状態で、仕切壁２ｇと接続されている。また、仕切壁２ｈは、底壁２ａと天壁２ｂとの間に亘っている。
【００１６】
このような構成において、仕切壁２ｇのＹ方向の両端部は、内側空間Ｓ１と外側空間Ｓ２とを仕切り、仕切壁２ｇのＹ方向の中央部は、中央空間Ｓ３と外側空間Ｓ２とを仕切っている。また、仕切壁２ｈは、内側空間Ｓ１と中央空間Ｓ３とを仕切っている。なお、仕切壁２ｇ，２ｈには、上述した冷媒が流れる配管が貫通する貫通孔等が設けられうる。
【００１７】
内側空間Ｓ１は、左壁２ｄ、右壁２ｆ、底壁２ａ、天壁２ｂ、および仕切壁２ｇ，２ｈによって囲まれている。内側空間Ｓ１には、二つの室内熱交換器６がＹ方向に互いに間隔をあけて設けられている。また、二つの室内熱交換器６の間には、後述する室内ファン７や、モータ８、バッテリ９、インバータ１０、制御装置１１等が設けられている。内側空間Ｓ１は、車室Ｒ内の空間と底壁２ａに設けられた複数の導入口２ｓおよび複数の排出口２ｔを介して接続されている。内側空間Ｓ１は、第一空間の一例である。
【００１８】
外側空間Ｓ２は、前壁２ｃまたは後壁２ｅ、左壁２ｄ、右壁２ｆ、底壁２ａ、天壁２ｂ、および仕切壁２ｇによって囲まれている。外側空間Ｓ２には、それぞれ、二つの室外熱交換器４がＹ方向に互いに間隔をあけて設けられている。また、二つの室外熱交換器４の間には、それぞれ室外ファン５が設けられている。外側空間Ｓ２は、車室Ｒ外の空間と天壁２ｂに設けられうる室外ファン５が部分的に露出する開口部（不図示）を介して接続されている。外側空間Ｓ２は、第二空間の一例である。
【００１９】
中央空間Ｓ３は、底壁２ａ、天壁２ｂ、および仕切壁２ｇ，２ｈによって囲まれている。中央空間Ｓ３には、それぞれ、二つの圧縮機３がＹ方向に互いに間隔をあけて設けられている。中央空間Ｓ３と内側空間Ｓ１および外側空間Ｓ２との間は、それぞれシール部材等によって気密状態でシールされている。中央空間Ｓ３は、第三空間の一例であり、中間空間等とも称される。
【００２０】
室内熱交換器６は、内側空間Ｓ１において、導入口２ｓと排出口２ｔとの間に位置されている。具体的には、本実施形態では、例えば、二つの室内熱交換器６の間に四つの排出口２ｔが設けられ、室内熱交換器６の排出口２ｔとは反対側に二つの導入口２ｓが設けられている。排出口２ｔは、底壁２ａをＺ方向に貫通した貫通孔であり、導入口２ｓは、底壁２ａをＺ方向に貫通するとともに、Ｘ方向に延びた長穴である。
【００２１】
室内ファン７は、例えば、排出口２ｔのそれぞれとＺ方向に並んで位置されている。本実施形態では、排出口２ｔに対応して四つの室内ファン７がＸ方向およびＹ方向に互いに間隔をあけて設けられている。室内ファン７は、ファンの一例である。
【００２２】
室内ファン７は、例えば、クロスフローファンである。室内ファン７は、導入口２ｓから内側空間Ｓ１に導入され室内熱交換器６を経由して排出口２ｔから車室Ｒ内に排出される空気流Ｗを生成する。
【００２３】
バッテリ９は、例えば、Ｙ方向に並んだ二つの室内ファン７の間に位置されている。バッテリ９は、複数の電池セルを有したバッテリモジュールや、複数のバッテリモジュールを有したバッテリパック等である。
【００２４】
また、バッテリ９の電池セルは、例えば、リチウムイオン二次電池等の二次電池で構成されている。なお、電池セルは、この例には限定されず、例えば、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電他等の他の二次電池や、一次電池等で構成されてもよい。
【００２５】
インバータ１０は、例えば、バッテリ９のＸ方向、かつＹ方向に並んだ二つの室内ファン７の間に位置されている。インバータ１０は、配線等を介して、バッテリ９およびモータ８のそれぞれと電気的に接続されている。インバータ１０は、複数のスイッチング素子や、バスバーのような配線を有し、バッテリ９の直流電力を三相交流のような交流電力に変換してモータ８に供給可能である。
【００２６】
制御装置１１は、例えば、ＥＣＵ（engine  control  unit）であり、インバータ１０の天壁上に設置されている。制御装置１１は、インバータ１０のスイッチング素子の開閉を制御することにより、モータ８ひいては室内ファン７の作動を制御する。
【００２７】
モータ８は、例えば、Ｘ方向に並んだ二つの室内ファン７の間に位置され、当該二つの室内ファン７で共用されている。本実施形態では、二組の二つの室内ファン７に対応して二つのモータ８がＹ方向に互いに間隔をあけて設けられている。
【００２８】
モータ８は、車両１００の営業運転時には、通常の架線やサードレール等から車両１００に供給される電力から変圧された電力によって駆動される。この場合、室内ファン７は、車両用空調装置１によって調整された空気を車室Ｒ内に送出することができるし、車室Ｒ内の空気の循環風を送出することができる。
【００２９】
そして、本実施形態では、室内熱交換器６の乾燥運転時には、バッテリ９からインバータ１０を介してモータ８に当該モータ８を駆動する電力が供給されるよう、構成されている。これにより、例えば、車両１００が営業運転終了後に車庫へと戻り、パンタグラフを落とした状態等にも、室内ファン７の作動による室内熱交換器６の乾燥運転（送風）を行うことができる。
【００３０】
乾燥運転を行うことで、室内熱交換器６に付着した結露水を乾燥させ、カビや雑菌等の繁殖を抑制することができる。また、乾燥運転を行うことで、車両１００の次の営業運転時に室内熱交換器６に塵埃等が付着し難くなり、ひいては車両用空調装置１のメンテナンス作業の頻度が減りやすいという利点もある。
【００３１】
なお、制御装置１１は、例えば、運転手による乾燥運転の操作ボタンが押されたことを検出した場合や、車両１００のパンタグラフが落とされたことを検出した場合等に、所定期間、バッテリ９の電力がモータ８に供給されるよう、インバータ１０を制御することができる。また、バッテリ９は、例えば、車両１００の営業運転中にパンタグラフ等から供給された電力から変圧された電力が充電可能に構成され、当該充電した電力によって室内ファン７の作動による乾燥運転を行うことができる。
【００３２】
以上のように、本実施形態では、例えば、車両用空調装置１は、筐体２の内側空間Ｓ１（第一空間）に設けられ、車室Ｒ内から内側空間Ｓ１に導入され室内熱交換器６を経由して車室Ｒ内に排出される空気流Ｗを生成する室内ファン７（ファン）と、室内ファン７を回転させるモータ８と、モータ８を駆動する電力を供給可能なバッテリ９と、を備える。このような構成によれば、例えば、室内熱交換器６の乾燥運転時にバッテリ９から供給される電力を利用して室内ファン７を回転駆動することができる。よって、例えば、乾燥運転時に通常の架線やサードレール等から供給される電力を利用する従来構造と比べて、乾燥運転の運転時間や実施場所等の自由度を高めることができ、ひいては室内熱交換器６の乾燥効果が高まりやすい。
【００３３】
また、本実施形態では、例えば、バッテリ９は、内側空間Ｓ１に配置されている。このような構成によれば、例えば、内側空間Ｓ１を流れる空気流Ｗによってバッテリ９の冷却効果が高まりやすい。また、例えば、バッテリ９との熱交換により暖められた空気流Ｗによって、室内熱交換器６の乾燥効果が高まりやすい。
【００３４】
また、本実施形態では、例えば、内側空間Ｓ１には、バッテリ９の直流電力を交流電力に変換するインバータ１０が設けられている。このような構成によれば、例えば、内側空間Ｓ１を流れる空気流Ｗによってインバータ１０の冷却効果が高まるとともに、インバータ１０との熱交換により暖められた空気流Ｗによって、室内熱交換器６の乾燥効果がより高まりやすい。また、インバータ１０によって室内ファン７を定格回転数以下で回転させることにより、省エネ化を図ることができる。
【００３５】
［第２実施形態］
図３は、車両用空調装置１Ａの平面図であり、図４は、図３のIV−IV断面図である。図３，４に示される実施形態の車両用空調装置１Ａは、上記第１実施形態の車両用空調装置１と同様の構成を備えている。よって、本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の構成に基づく同様の効果が得られる。
【００３６】
ただし、本実施形態では、例えば、図３，４に示されるように、内側空間Ｓ１にヒータ１５が設けられている点が、上記第１実施形態と相違している。ヒータ１５は、室内熱交換器６と室内ファン７との間に位置されている。よって、本実施形態では、室内ファン７は、導入口２ｓから内側空間Ｓ１に導入され、室内熱交換器６およびヒータ１５を経由して、排出口２ｔから車室Ｒ内に排出される空気流Ｗを生成する。
【００３７】
そして、本実施形態では、室内熱交換器６の乾燥運転時に、バッテリ９からモータ８およびヒータ１５のそれぞれに電力が供給されるよう、構成されている。これにより、例えば、ヒータ１５との熱交換によって空気流Ｗが暖められ、ひいては室内熱交換器６の乾燥効果がより一層高まりやすい。
【００３８】
なお、本実施形態では、車両１００の営業運転時においては、例えば、パンタグラフ等から供給される電力から変圧された電力によりヒータ１５を駆動することで、空気流Ｗ（冷風）を加熱して除湿運転を行うことができる。
【００３９】
また、本実施形態では、内側空間Ｓ１には、バイパス通路１３が設けられている。バイパス通路１３は、Ｙ方向に沿って延び、室内熱交換器６の上流側の導入口２ｓと室内熱交換器６の下流側の排出口２ｔとを接続している。バイパス通路１３は、例えば、底壁２ａ上に設置されたダクト部材等によって構成されうる。
【００４０】
また、導入口２ｓおよび排出口２ｔのそれぞれには、通路切替部１６，１７が設けられている。通路切替部１６，１７は、例えば、バイパスダンパ等である。通路切替部１７は、排出口２ｔを開放する開位置と、排出口２ｔを閉じる閉位置と、の間で移動可能に設けられている。通路切替部１７は、開位置にある状態では空気流Ｗを車室Ｒ内に向けてガイドし、閉位置にある状態では空気流Ｗをバイパス通路１３内に向けてガイドする。
【００４１】
また、通路切替部１６は、例えば、導入口２ｓを開放するとともにバイパス通路１３を閉じる第一位置と、導入口２ｓの一部を閉じるとともにバイパス通路１３を開放する第二位置と、の間で移動可能に設けられている。導入口２ｓは、通路切替部１６が第二位置にある状態では、バイパス通路１３を流れる空気流Ｗを内側空間Ｓ１内に導入可能である。
【００４２】
このように、本実施形態では、内側空間Ｓ１にバイパス通路１３や通路切替部１６，１７が設けられているため、室内熱交換器６の乾燥運転時に、空気流Ｗの少なくとも一部を車室Ｒ内を介さずに循環させることができる。よって、例えば、空気流Ｗをより短い距離で循環させることができるため、室内ファン７の省エネ化が図られやすい。また、例えば、ヒータ１５との熱交換により暖められた空気流Ｗがより短い距離で循環するため、室内熱交換器６の乾燥効果がより一層高まりやすい。
【００４３】
［第３実施形態］
図５は、車両用空調装置１Ｂの平面図である。図５に示される実施形態の車両用空調装置１Ｂは、上記第１実施形態の車両用空調装置１と同様の構成を備えている。よって、本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の構成に基づく同様の効果が得られる。
【００４４】
ただし、本実施形態では、例えば、図５に示されるように、バッテリ９およびインバータ１０が中央空間Ｓ３に配置されている点が、上記第１実施形態と相違している。本実施形態では、例えば、二つの中央空間Ｓ３のうち一方にバッテリ９が設けられ、他方にインバータ１０が設けられている。インバータ１０は、不図示の配線等を介して、バッテリ９およびモータ８のそれぞれと電気的に接続されている。
【００４５】
また、本実施形態では、バッテリ９およびインバータ１０は、それぞれ、放熱部９ａ，１０ａを有している。放熱部９ａ，１０ａは、仕切壁２ｈに設けられた貫通孔を介して、中央空間Ｓ３から内側空間Ｓ１内に突出した状態に設けられている。放熱部９ａ，１０ａは、例えば、ヒートシンクや、ヒートパイプ等である。なお、放熱部９ａ，１０ａと仕切壁２ｈの貫通孔との間には、シール部材等が設けられうる。
【００４６】
このように、本実施形態では、バッテリ９およびインバータ１０が中央空間Ｓ３に配置されているため、例えば、塵埃や水滴等によるバッテリ９およびインバータ１０への影響が抑制されやすい。また、例えば、バッテリ９およびインバータ１０を室内熱交換器６とは別の中央空間Ｓ３に配置することで、室内熱交換器６のメンテナンス作業（洗浄作業等）がより容易に行われやすいという利点もある。
【００４７】
また、本実施形態では、例えば、バッテリ９およびインバータ１０は、中央空間Ｓ３から内側空間Ｓ１内に突出した状態に設けられた放熱部９ａ，１０ａを有している。このような構成によれば、例えば、放熱部９ａ，１０ａと内側空間Ｓ１を流れる空気流Ｗ（図２参照）との熱交換によって、バッテリ９およびインバータ１０の冷却効果が高まりやすい。
【００４８】
以上、本発明の実施形態を例示したが、上記実施形態はあくまで一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。上記実施形態は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。本発明は、上記実施形態に開示される構成以外によっても実現可能であるとともに、基本的な構成（技術的特徴）によって得られる種々の効果（派生的な効果も含む）を得ることが可能である。また、各構成要素のスペック（構造や、種類、方向、形状、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等）は、適宜に変更して実施することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１，１Ａ，１Ｂ…車両用空調装置、２…筐体、４…室外熱交換器、６…室内熱交換器、７…室内ファン（ファン）、８…モータ、９…バッテリ、９ａ…放熱部、１０…インバータ、１０ａ…放熱部、１３…バイパス通路、１５…ヒータ、Ｒ…車室、Ｓ１…内側空間（第一空間）、Ｓ２…外側空間（第二空間）、Ｓ３…中央空間（第三空間）、Ｗ…空気流。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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