(57)【要約】【課題】  空調システムの小型化によるスペース効率の向上と発熱部の冷却性能の向上とを共に図ることができる車両用吸湿冷却装置、車両用吸湿冷却方法および車両吸湿冷却装置付き車両を提供する。【解決手段】  車室外の空気を車室内へ導入する空調用ダクト１内に配置された空調用多孔質熱交換器３と、空調用多孔質熱交換器３に吸湿性液体を循環供給する空調用循環経路４と、空調用循環経路４の循環流量を可変する空調用ポンプ５と、車室外に配置された放熱用多孔質熱交換器９と、放熱用多孔質熱交換器９と車両の発熱部（パワーユニット１２）との間で吸湿性液体を循環させる放熱用循環経路１０と、放熱用循環経路１０の循環流量を可変する放熱用ポンプ１１と、空調用循環経路４内の吸湿性液体と、放熱用循環経路１０の放熱用多孔質熱交換器を通過した吸湿性液体とが合流する吸湿性液体合流部（冷熱貯留タンク６）と、を備える。【選択図】      図１
2007210438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車室外の空気を車室内へ導入する空調用ダクト内に配置された空調用多孔質熱交換器と、
この空調用多孔質熱交換器に前記吸湿性液体を循環供給する空調用循環経路と、
この空調用循環経路の循環流量を可変する空調用ポンプと、
車室外に配置された放熱用多孔質熱交換器と、
この放熱用多孔質熱交換器と車両の発熱部との間で吸湿性液体を循環させる放熱用循環経路と、
この放熱用循環経路の循環流量を可変する放熱用ポンプと、
前記空調用循環経路内の吸湿性液体と、前記放熱用循環経路の前記放熱用多孔質熱交換器を通過した吸湿性液体とを合流させる吸湿性液体合流部と、
を備えることを特徴とする車両用吸湿冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用吸湿冷却装置において、
前記発熱部は、車両のパワーユニットであり、
前記放熱用多孔質熱交換器は、前記パワーユニット用ラジエータであることを特徴とする車両用吸湿冷却装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の車両用吸湿冷却装置において、
冷媒を吸入圧縮する圧縮機と、
圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、
凝縮された冷媒を減圧する絞り抵抗と、
減圧された冷媒を、前記空調用循環経路内の吸湿性液体と熱交換させる蒸発器と、
を有するエアコンサイクルを設けたことを特徴とする車両用吸湿冷却装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両用吸湿冷却装置において、
前記吸湿性液体合流部は、吸湿性液体を貯留する冷熱貯留タンクであることを特徴とする車両用吸湿冷却装置。
【請求項５】
請求項４に記載の車両用吸湿冷却装置において、
前記放熱用循環経路から前記冷熱貯留タンクを迂回して再び放熱用循環経路へ戻るバイパス経路と、
前記冷熱貯留タンクと前記放熱用循環経路との間に位置し、冷熱貯留タンクから放熱用循環経路への吸湿性液体の循環流量を前記バイパス経路の循環流量よりも小さく制限する流量制限手段と、
を備えることを特徴とする車両用吸湿冷却装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の車両用吸湿冷却装置において、
前記冷熱貯留タンク内で、主に前記空調用循環経路を循環する吸湿性液体を貯留する空調用貯留部と、
前記冷熱貯留タンク内で、主に前記放熱用循環経路を循環する吸湿性液体を貯留する放熱用貯留部と、
前記冷熱貯留タンクから前記発熱部に供給する吸水性液体の供給経路を、前記空調用貯留部と前記放熱用貯留部とで切り替え可能な経路切替弁と、
前記発熱部の熱負荷と前記空調用ダクトの目標吹き出し温度の少なくとも一方に基づいて、前記経路切替弁の経路を切り替える経路切替弁制御手段と、
を備えることを特徴とする車両用吸湿冷却装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の車両用吸湿冷却装置において、
前記空調用ダクトの目標吹き出し温度または目標湿度の少なくとも一方に基づいて、前記空調用ポンプの吐出流量を制御する空調用循環流量制御手段を設けたことを特徴とする車両用吸湿冷却装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の車両用吸湿冷却装置において、
前記空調用循環経路の吸湿性液体の水溶液濃度に基づいて、前記放熱用ポンプの吐出流量を制御する放熱用循環流量制御手段と、
を設けたことを特徴とする車両用吸湿冷却装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の車両用吸湿冷却装置において、
蓄熱材を混入した冷却液が貯留された温熱貯留タンクと、
前記発熱部と前記温熱貯留タンクとの間で前記冷却液が循環する冷媒循環経路と、
前記温熱貯留タンク内に位置し、前記放熱用循環経路の吸湿性液体と熱交換する熱交換器と、
を設けたことを特徴とする車両用吸湿冷却装置。
【請求項１０】
空調用ダクト内に配置した空調用多孔質熱交換器に空調用循環経路を介して吸湿性液体を循環供給し、
車室外に配置された放熱用多孔質熱交換器と車両の発熱部との間の放熱用循環経路に吸湿性液体を循環させ、
前記空調用循環経路内の吸湿性液体と、前記放熱用循環経路の前記放熱用多孔質熱交換器を通過した吸湿性液体とを、吸湿性液体合流部で合流させることを特徴とする車両用吸湿冷却装置。
【請求項１１】
空調用ダクト内に配置した空調用多孔質熱交換器に吸湿性液体を供給して車室内へ導入される空気を除湿しつつ、車両の発熱部と車室外に配置した放熱用多孔質熱交換器との間に吸湿性液体を循環させて発熱部を冷却する一方、
前記空調用多孔質熱交換器を通過した吸湿性液体を前記放熱用多孔質熱交換器を通過した吸湿性液体と合流させることを特徴とする車両用吸湿冷却方法。
【請求項１２】
車室外の空気を車室内へ導入する空調用ダクト内に配置された空調用多孔質熱交換器と、
この空調用多孔質熱交換器に前記吸湿性液体を循環供給する空調用循環経路と、
この空調用循環経路の循環流量を可変する空調用ポンプと、
車室外に配置された放熱用多孔質熱交換器と、
この放熱用多孔質熱交換器と車両の発熱部との間で吸湿性液体を循環させる放熱用循環経路と、
この放熱用循環経路の循環流量を可変する放熱用ポンプと、
前記空調用循環経路内の吸湿性液体と、前記放熱用循環経路の前記放熱用多孔質熱交換器を通過した吸湿性液体とを合流させる吸湿性液体合流部と、
を備えることを特徴とする車両用吸湿冷却装置付き車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸湿性液体を用いて空調用ダクトから車室内へ導入される空気を除湿すると共に、車両の発熱部の冷却を行う車両用吸湿冷却装置、車両用吸湿冷却方法および車両吸湿冷却装置付き車両の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来の車両用吸湿冷却装置では、車室内と車室外との間に吸湿性液体の循環経路を設け、車室内から車室外へ向かう経路に凝縮器を設けて吸湿性液体を加熱し、車室外から車室内へ向かう経路に蒸発器を設けて吸湿性液体を冷却している（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−１４６６２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術にあっては、１系統の循環経路上に吸湿性液体を加熱する凝縮器と吸湿性液体を冷却する蒸発器とが必要であるため、スペース効率が悪く、システムの大型化を招くという問題があった。
【０００４】
本発明は上記課題に対してなされたもので、その目的とするところは、空調システムの小型化によるスペース効率の向上と発熱部の冷却性能の向上とを共に図ることができる車両用吸湿冷却装置、車両用吸湿冷却方法および車両吸湿冷却装置付き車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的を達成するため、本発明では、
車室外の空気を車室内へ導入する空調用ダクト内に配置された空調用多孔質熱交換器と、
この空調用多孔質熱交換器に前記吸湿性液体を循環供給する空調用循環経路と、
この空調用循環経路の循環流量を可変する空調用ポンプと、
車室外に配置された放熱用多孔質熱交換器と、
この放熱用多孔質熱交換器と車両の発熱部との間で吸湿性液体を循環させる放熱用循環経路と、
この放熱用循環経路の循環流量を可変する放熱用ポンプと、
前記空調用循環経路内の吸湿性液体と、前記放熱用循環経路の前記放熱用多孔質熱交換器を通過した吸湿性液体とを合流させる吸湿性液体合流部と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明では、空調用多孔質熱交換器に吸湿性液体を循環供給して車室内の除湿を行いつつ、放熱用多孔質熱交換器の蒸発潜熱により発熱部を冷却した吸湿性液体の放熱が行われる。同時に、吸湿性液体合流部において、空調用循環経路内の吸湿性液体と、放熱用循環経路内で放熱用多孔質熱交換器を通過して水分を蒸発させた吸湿性液体とが合流し、空調用多孔質熱交換器を通過する吸湿性液体の濃度低下が抑制される。
【０００７】
すなわち、除湿を行う吸湿性液体の循環経路と、車両の発熱部を冷却する吸湿性液体の放熱を行う循環経路とを、吸湿性液体合流部で合流させることにより、既存の発熱部の冷却による廃熱と除湿で得た水分とを共に有効利用しようとするものである。よって、空調用循環経路内に凝縮器等の除湿用動力を設けることなく、吸湿性液体の放熱を行うことができると共に、蒸発潜熱を利用して吸湿性液体の放熱を行うことで、顕熱により放熱を行う場合と比較して、放熱効率を高めることができる。
この結果、空調システムの小型化によるスペース効率の向上と発熱部の冷却性能の向上とを共に図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１〜３に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００９】
まず、構成を説明する。
図１は、実施例１の車両用吸湿冷却装置の構成図である。
空調用ダクト１は、ブロワファン２により導入した外気を車室内へ導くもので、この空調用ダクト１内には、高分子多孔質膜などで構成され、導入した外気を除湿する空調用多孔質熱交換器３が配置されている。この空調用多孔質熱交換器３には、空調用循環経路４が接続されている。
【００１０】
空調用循環経路４には、空調用ポンプ５により、吸湿性液体の水溶液（例えば,LiBr水溶液）が流通する。さらにこの空調用循環経路４には、吸湿性液体の水溶液が貯留される冷熱貯留タンク（吸湿性液体合流部）６、およびエアコンサイクル７の低温熱交換器８が設けられている。
【００１１】
エアコンサイクル７は、冷媒を圧縮する圧縮機であるコンプレッサ７ａと、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器であるコンデンサ７ｂと、凝縮された冷媒を減圧する絞り抵抗である膨張弁１６と、減圧された冷媒を空調用循環経路４内の吸湿性液体と熱交換させる蒸発器としての低温熱交換器８と、から構成される。ここで、膨張弁１６は、低温熱交換器８出口部の吸湿性液体の水溶液温度を検知する感温弁１５により制御される。
【００１２】
さらに、冷熱貯留タンク６には、高分子多孔質膜などで構成された放熱用多孔質熱交換器９との間で吸湿性液体の水溶液を循環させる放熱用循環経路１０が接続されており、放熱用ポンプ１１により、吸湿性液体の水溶液が流通する。また、放熱用循環経路１０には、車両の発熱部であるパワーユニット１２が接続され、放熱用多孔質熱交換器９は、パワーユニット１２のラジエータとして機能する。パワーユニット１２は、車両の駆動源であり、
実施例１では、パワーユニット１２として、電動モータとインバータを設定している。
【００１３】
ここで、放熱用多孔質熱交換器９における吸湿性液体の循環流量および通過風量は、空調用多孔質熱交換器３における吸湿性液体の循環流量および通過風量よりも大きくなるように設定されている。
【００１４】
放熱用循環経路１０には、放熱用循環経路１０から冷熱貯留タンク６を迂回して再び放熱用循環経路１０へ戻るバイパス経路１４が接続されている。また、冷熱貯留タンク６と放熱用循環経路１０との間の配管には、バイパス経路１４の循環流量に対し、冷熱貯留タンク６から放熱用循環経路１０に流入する吸湿性液体の循環流量を小さく抑えるオリフィス（流量制限手段）１３が設けられている。
【００１５】
コントロールユニット１９は、濃度センサ１８の検出値、ユニット水温および図外のエアコンスイッチのON/OFFに基づいて、空調用ポンプ５、放熱用ポンプ１１、および冷却ファン１７の回転数をそれぞれ制御する。
【００１６】
［吸熱放熱制御処理］
図２は、実施例１のコントロールユニット１９で実行される吸熱放熱制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。
【００１７】
ステップS1では、エアコンスイッチが入っているか否かを判断する。YESの場合にはステップS2へ移行し、NOの場合にはステップS3へ移行する。
【００１８】
ステップS2では、空調用ポンプ５を作動させ、ステップS3へ移行する。
【００１９】
ステップS3では、濃度センサ（濃度検出手段）１８の検出値により、冷熱貯留タンク６内の吸湿性液体の水溶液濃度が設定値以上であるか否かを判定する。YESの場合にはステップS5へ移行し、NOの場合にはステップS4へ移行する。
【００２０】
ステップS4では、放熱用ポンプ１１の回転数をアップさせ、ステップS8へ移行する。
【００２１】
ステップS5では、放熱用ポンプ１１の回転数をダウンさせ、ステップS8へ移行する。
ステップS4およびステップS5により、吸湿性液体の水溶液濃度に基づいて、放熱用ポンプ１１の回転数、すなわち吐出流量を制御する放熱用循環流量制御手段が構成される。
【００２２】
ステップS6では、空調用ポンプ５の作動を停止し、ステップS7へ移行する。
【００２３】
ステップS7では、放熱用ポンプ１１を作動させ、ステップS8へ移行する。
【００２４】
ステップS8では、パワーユニット１２の温度が規定値Tw以上であるか否かを判定する。YESの場合にはステップS9へ移行し、NOの場合にはステップS10へ移行する。
【００２５】
ステップS9では、冷却ファン１７の回転数をアップさせ、リターンへ移行する。
【００２６】
ステップS10では、冷却ファン１７の回転数をダウンさせ、リターンへ移行する。
【００２７】
［吸熱放熱制御動作］
エアコンスイッチが入っている場合には、図２のフローチャートにおいて、ステップS1→ステップS2へと進み、ステップS2では、空調用ポンプ５を作動させて空調を行う。続いて、ステップS3へと進み、冷熱貯留タンク６内の吸湿性液体の水溶液濃度が設定値未満である場合には、ステップS4へと進んで放熱用ポンプ１１の回転数をアップさせ、冷熱貯留タンク６の水溶液濃度が設定値以上である場合には、ステップS5へと進んで放熱用ポンプ１１の回転数をダウンさせる。これにより、放熱用ポンプ１１の消費電力を抑制しつつ、空調用多孔質熱交換器３へ供給される吸湿性液体の水溶液濃度を設定値以上に維持することができる。
【００２８】
エアコンスイッチが入っていない場合には、除湿、冷房の必要は無いので、ステップS6→ステップS7へと進み、空調用ポンプ５は作動させないが、パワーユニット１２の冷却は必要であるため、放熱用ポンプ１１は作動させる。
【００２９】
次に、ステップS8において、パワーユニット１２の温度が規定値Tw以上である場合には、ステップS9へと進んで冷却ファン１７の回転数をアップさせ、パワーユニット１２の温度が規定値Tw未満である場合には、ステップS10へと進んで冷却ファン１７の回転数をダウンさせる。これにより、冷却ファン１７の消費電力を抑制しつつ、パワーユニット１２の温度を規定値Tw以下に抑制することができる。
【００３０】
次に、実施例１の車両用吸湿冷却装置の作用について説明する。
［空調除湿作用］
低温熱交換器８と熱交換して低温になった吸湿性液体の水溶液は、空調用ダクト１内に設けられた空調用多孔質熱交換器３に流入する。ここでは、多孔質膜を通した水蒸気交換も行うので、外気との間で顕熱交換と共に、潜熱交換を行う。例えば、温度35℃/湿度70%の外気を、15℃/湿度50%まで下げて車室へ２m3/minで吹き出すことを考える。
【００３１】
このときの空調用多孔室熱交換器における総熱交換量は、約2.7KW、そのうち顕熱交換量が約1KW、潜熱交換量は約1.7KWとなる。このときの除湿量は、45g/minである。外気の水蒸気分圧は、3.9KPa、吹き出し空気の水蒸気分圧は0.8KPaとなるので、空調用多孔質熱交換器３入口出口の吸湿性液体の水溶液における水蒸気分圧がこれ以下となれば吸湿できる。
【００３２】
このことを、吸湿性液体の水溶液としてLiBr水溶液を例に挙げ、図３に示すデューリング線図で説明する。空調用多孔質熱交換器３の入口条件を、LiBr水溶液の温度10℃、溶液濃度40％とすると、図３中A点よりLiBr水溶液の水蒸気分圧が約0.1KPaである。外気の水蒸気分圧が3.9KPaなので、空気中の水分は、水蒸気分圧差に基づいて多孔質を介してLiBr水溶液に移動して吸湿される。
【００３３】
次に、空調用多孔質熱交換器３出口におけるLiBr水溶液の温度と濃度を見積もる。
LiBr水溶液の循環流量を10Kg/minとおくと、空調用多孔質熱交換器３全体における吸湿量が45g/minであるので、入口出口間におけるLiBr濃度低下は、45g/min÷10Kg/min＝約１％、温度上昇は約８℃となる。したがって、出口の濃度は約39％、温度は約18℃となり、そこでの水蒸気分圧は、図３中B点より約1.2KPaとなるため、外気の水蒸気分圧より低くなる。すなわち、空調用多孔質熱交換器３全体を通して、外気から吸湿することができる。
【００３４】
LiBr水溶液の温度が低いか、あるいは濃度が高くなるに従って水蒸気分圧は低くなるので、より水分を吸収する傾向が強くなる。したがって、本条件では、空調用多孔質熱交換器３の入口LiBr水溶液の温度を10℃以下、濃度を40%にコントロールすれば、所要の吹き出し空気条件が作れることになる。
【００３５】
実施例１では、LiBr水溶液の温度をコントロールするため、エアコンサイクル７の冷媒とLiBr水溶液とで熱交換する低温熱交換器８を設け、低温熱交換器８出口部の温度を感温弁１５などにより検知して、エアコンサイクル７の膨張弁１６をコントロールしており、これにより空調用多孔質熱交換器３に流入するLiBr水溶液温度は10℃以下に制御される。
【００３６】
なお、低温熱交換器８における放熱量は、従来であれば、顕熱と潜熱の合計（上記条件では約2.7KW）であるが、実施例１では、顕熱および後述する再生時の受熱量のみとなり、露点（上記吹き出し条件では約４℃）まで冷却する必要もないので、エアコンサイクル７の消費動力は大幅に低減できる。
【００３７】
［吸湿性液体の水溶液濃度コントロール作用］
次に、LiBr水溶液の濃度をコントロールする方法について説明する。
上述した空調用循環経路４のみの構成では、吸湿するのみであるため、LiBr水溶液は時間と共に薄くなり、吸湿性能が落ちてしまう。そこで、実施例１では、放熱用循環経路１０により、吸湿した水分の蒸散を行うことにより、LiBr水溶液の濃度を保っている。
【００３８】
まず、放熱用ポンプ１１により、放熱用循環経路１０に吸引されたLiBr水溶液は、パワーユニット１２を通過することによりパワーユニット１２を冷却すると共に昇温する。そして、昇温により水蒸気分圧が上昇したLiBr水溶液は、放熱用多孔質熱交換器９に流入し、外気によって冷却されると共に、含有した水分を蒸散させ、濃度を上昇させる。
【００３９】
放熱用循環経路１０には、冷熱貯留タンク６を迂回するバイパス経路１４が接続され、冷熱貯留タンク６から放熱用循環経路１０への吸湿性液体の流量は、オリフィス１３により制限されている。すなわち、パワーユニット１２および放熱用多孔質熱交換器９を流通する循環流量は、冷熱貯留タンク６から放熱用循環経路１０に流入するLiBr水溶液量よりも大きくなるように設定されている。前記条件で説明すると、空調用多孔質熱交換器３で回収した水分量は、45g/minであった。
【００４０】
これを放熱用多孔質熱交換器９で蒸散させることを考える。
外気条件、すなわち放熱用多孔質熱交換器９入口空気条件は35℃、湿度70%、水蒸気分圧3.9KPaである。通過風量を5m3/minとすると、ここで蒸散する水分量（空気中の水分増加量）が45g/minであるため、放熱用多孔質熱交換器９出口空気の水蒸気分圧は、約5.1KPaとなる。
【００４１】
すなわち、放熱用多孔質熱交換器９を流通するLiBr水溶液の水蒸気分圧が、5.1KPaよりも十分大きければ、45g/minの蒸散が可能である。図３に示したデューリング線図で確認すると、LiBr水溶液温度が60℃、濃度49％で水蒸気分圧が約6KPa（C点）であるので、放熱用循環経路１０のLiBr水溶液温度を60℃以上とするよう冷却ファン１７を制御すれば、ここでのLiBr水溶液は、濃度49％前後まで濃くなることになる。
【００４２】
一方、60℃近辺の高温のLiBr水溶液を冷熱貯留タンク６に還流させると、エアコンサイクル７の負荷が増えてしまう。そこで、オリフィス１３およびバイパス経路１４の作用により、放熱用循環経路１０におけるパワーユニット１２および放熱用多孔質熱交換器９の循環流量を多く、冷熱貯留タンク６から放熱用循環経路１０に流入する流量を少なく設定することにより、放熱用多孔質熱交換器９前後におけるLiBr水溶液の温度および濃度低下を小さくして蒸散能力を確保しつつ、冷熱貯留タンク６に還流する熱量を小さくすることができる。
【００４３】
例えば、パワーユニット１２および放熱用多孔質熱交換器９の循環流量を15Kg/min、冷熱貯留タンク６から放熱用循環経路１０に流入する流量を0.5Kg/minと設定する。この条件では、放熱用多孔質熱交換器９前後のLiBr水溶液の濃度変化は45g/min÷15Kg/minとなるので無視できるほど小さく、一方、冷熱貯留タンク６に流入するLiBr水溶液が持つ顕熱量は、約400Wである。この400Wは、低温熱交換器８により、エアコンサイクル７の冷媒に伝えられて、外気へ放出されることになる。
【００４４】
したがって、エアコンサイクル７の負荷がその分増えることになるが、前述の通り、除湿分のエネルギーを放熱用多孔質熱交換器９で放出しているので、その分エアコンサイクル７の負荷は低減している。すなわち、潜熱分1.7KWが低減され、顕熱分400Wが還流してくるので、差し引き1.3KWエアコンサイクル７の負荷を低減できることになる。
【００４５】
なお、実施例１では、従来の車両用エアコンシステムに対し、空調用ポンプ５が追加されており、ここでの消費電力が増加することになる。しかし、吸湿性液体の流量は10Kg/min程度と少ないため、空調用ポンプ５の追加による消費電力は100Wクラスで抑えることができる。
【００４６】
また、放熱用多孔質熱交換器９での放熱量が、空調用多孔質熱交換器３で吸収した水分量だけ多くなるため、冷却ファン１７での消費電力が多くなるという懸念がある。これについて、図４に過渡運転時の冷却ファン消費電力の概念図を示して説明する。ドライバが図４に示すような加減速走行をした場合、水温は増減し、目標制御水温（既定値Tw）を上回った場合には、冷却ファン１７が作動する。ここで、冷却水温が目標制御水温を下回った場合でも、放熱用多孔質熱交換器９での蒸散が可能であり、ここでは冷却ファン１７の消費電力増加は要求しない。
【００４７】
したがって、冷却ファン１７の消費電力増加は目標制御温度を上回る時間が僅かに伸びるのみであり、また冷却ファンの消費電力が100〜300Wクラスであるので、上記エアコンサイクル７での消費電力低減効果よりも十分小さい。別の言い方をすると、回収した水分のエネルギーは、冷却水温に余裕のある時に冷却ファンの消費電力を増大させること無く蒸散することができる。
【００４８】
また、実施例１では、空調用多孔質熱交換器３における吸湿性液体の循環流量および通過風量よりも、放熱用多孔質熱交換器９における吸湿性液体の循環流量および通過風量が大きくなるように設定しているので、空調用多孔質熱交換器３で回収した水分量よりも放熱用多孔質熱交換器９で蒸散する水分量が大きくなる条件のほうが多くなり、LiBr水溶液濃度は濃く保たれ、除湿性能が不足することは稀である。
【００４９】
しかしながら、条件によっては薄くなることが懸念されるため、実施例１では、冷熱貯留タンク６に濃度センサ１８を設け、吸湿性液体の水溶液濃度が規定値以下となった場合には、濃度が薄くなり過ぎると判断し、放熱用ポンプ１１の送風量を増大させ、放熱用多孔質熱交換器９における蒸散量を増大させることにより、吸湿性液体の水溶液濃度を設定値以上に維持する制御を行う。
【００５０】
さらに、実施例１では、放熱用多孔質熱交換器９において、水分の蒸散による熱移動（蒸発潜熱）が行われるので、顕熱による通常のラジエータと比較して、放熱性能を大幅に向上させることができる。なお、水の蒸発潜熱を利用した放熱量増大技術は、従来から考えられていたが、水分の確保が大きな課題であった。
【００５１】
これに対し、実施例１では、パワーユニット冷却の廃熱を利用して空調除湿を行い、そこでの負荷を下げつつ、そこで回収した水分によって放熱量を増大させる水分を確保することができる。
【００５２】
次に、効果を説明する。
実施例１の車両用吸湿冷却装置にあっては、以下に列挙する効果が得られる。
【００５３】
・車室外の空気を車室内へ導入する空調用ダクト１内に配置された空調用多孔質熱交換器３と、この空調用多孔質熱交換器３に吸湿性液体を循環供給する空調用循環経路４と、この空調用循環経路４の循環流量を可変する空調用ポンプ５と、車室外に配置された放熱用多孔質熱交換器９と、この放熱用多孔質熱交換器９と車両の発熱部（パワーユニット１２）との間で吸湿性液体を循環させる放熱用循環経路１０と、この放熱用循環経路１０の循環流量を可変する放熱用ポンプ１１と、空調用循環経路４内の吸湿性液体と、放熱用循環経路１０の放熱用多孔質熱交換器を通過した吸湿性液体とを合流させる吸湿性液体合流部（冷熱貯留タンク６）と、を備えるため、空調システムの小型化によるスペース効率の向上と発熱部の冷却性能の向上とを共に図ることができる。
【００５４】
・発熱部は、車両のパワーユニット１２であり、放熱用多孔質熱交換器９は、パワーユニット用ラジエータであるため、顕熱を利用した通常のラジエータと比較して、パワーユニット１２の冷却性能を高めることができる。
【００５５】
・冷媒を吸入圧縮するコンプレッサ７ａと、圧縮された冷媒を凝縮するコンデンサ７ｂと、凝縮された冷媒を減圧する膨張弁１６と、減圧された冷媒を、空調用循環経路４内の吸湿性液体と熱交換させる低温熱交換器８と、を有するエアコンサイクル７を設けたため、エバポレータ、ヒータコアおよびミキシングドアによって湿度および温度を制御していた従来の空調ユニットを、空調用多孔質熱交換器３のみに置き換えることになり、空調ユニットの大幅な小型化が可能となる。
【００５６】
・吸湿性液体合流部は、吸湿性液体を貯留する冷熱貯留タンク６であるため、システム内を、水分を多く含んだ系と水分が少ない系とに分けることができ、空調用多孔質熱交換器３で吸湿した水分量と放熱用多孔質熱交換器９で蒸散する水分量とが等しくない場合であっても、空調における除湿効果と、蒸散による放熱量増大効果の両立を図ることができる。
【００５７】
・放熱用循環経路１０から冷熱貯留タンク６を迂回して再び放熱用循環経路１０へ戻るバイパス経路１４と、冷熱貯留タンク６と放熱用循環経路１０との間に位置し、冷熱貯留タンク６から放熱用循環経路１０への吸湿性液体の循環流量をバイパス経路１４の循環流量よりも小さく制限するオリフィス１３と、を備えるため、蒸散のために回収した廃熱がエアコンサイクル７に多く流入することで、エアコン負荷が増大するのを防ぐことができる。
【００５８】
・濃度センサ１８により検出された空調用循環経路４の吸湿性液体の水溶液濃度に基づいて、放熱用ポンプ１１の回転数（吐出流量）を制御する放熱用循環流量制御手段（ステップS4およびステップS5）と、を設けたため、吸湿性液体水溶液の濃度を設定値に維持でき、除湿性能の低下を防止することができる。
【００５９】
・空調用ダクト１内に配置した空調用多孔質熱交換器３に空調用循環経路４を介して吸湿性液体を循環供給し、車室外に配置された放熱用多孔質熱交換器９と車両の発熱部（パワーユニット１２）との間の放熱用循環経路１０に吸湿性液体を循環させ、空調用循環経路４内の吸湿性液体と、放熱用循環経路１０の放熱用多孔質熱交換器９を通過した吸湿性液体とを、冷熱貯留タンク６内で合流させるため、空調システムの小型化によるスペース効率および発熱部の冷却性能の向上を図ることができる。
【００６０】
・空調用ダクト１内に配置した空調用多孔質熱交換器３に吸湿性液体を供給して車室内へ導入される空気を除湿しつつ、車両の発熱部（パワーユニット１２）と車室外に配置した放熱用多孔質熱交換器９との間に吸湿性液体を循環させて発熱部を冷却する一方、空調用多孔質熱交換器３を通過した吸湿性液体と放熱用多孔質熱交換器９を通過した吸湿性液体とを合流させるため、空調システムの小型化によるスペース効率および発熱部の冷却性能の向上を図ることができる。
【実施例２】
【００６１】
まず、構成を説明する。
図５は、実施例２の車両用吸湿冷却装置の構成図であり、実施例２の車両用吸湿冷却装置は、図１に示した実施例１に対し、パワーユニット１２の冷媒循環経路２０を別途備えている点で構成が異なる。この冷媒循環経路２０には、放熱用循環経路１０の吸湿性液体水溶液と熱交換する液液熱交換器２１を内包した温熱貯留タンク２２が接続されている。冷媒循環経路２０の冷却液は、蓄熱材を含有した潜熱スラリーを冷媒としている。
【００６２】
次に、実施例２の冷媒循環経路２０による作用を説明する。
［蓄熱材による熱源確保作用］
実施例１で説明した通り、吸湿性液体に含まれる水分を放熱用多孔質熱交換器９から外気に蒸散させるためには、吸湿性液体の温度を上昇させ、水蒸気分圧を高く保つ必要があるが、モータ負荷が低い場合や外気温が低い場合には、水温が所定値まで上昇しない状況が起こり得る。
【００６３】
このため、実施例２では、パワーユニット１２の冷媒循環経路２０を別途設け、さらにその冷却液に蓄熱材を混入して蓄熱効果を持たせることにより、パワーユニット１２の負荷変動にかかわらず、安定した熱源が確保でき、吸湿性液体の水溶液濃度を高い状態に保つことができる。
【００６４】
次に、効果を説明する。
実施例２の車両用吸湿冷却装置にあっては、実施例１の効果に加え、以下の効果が得られる。
【００６５】
・蓄熱材を混入した冷却液が貯留された温熱貯留タンク２２と、パワーユニット１２と温熱貯留タンク２２との間で冷却液が循環する冷媒循環経路２０と、温熱貯留タンク２２内に位置し、放熱用循環経路１０の吸湿性液体と熱交換する液液熱交換器２１と、を設けたため、アイドル時などパワーユニット１２からの熱源が少ない条件でも、走行中に回収して蓄熱した廃熱を用いて吸湿性液体水溶液の温度を上昇させ、水分を蒸散させることができる。よって、吸湿性液体水溶液の濃度が少なくなり、除湿不能となる条件をほぼ無くすことができる。
【実施例３】
【００６６】
まず、構成を説明する。
図６は、実施例３の車両用吸湿冷却装置の構成図であり、実施例３の車両用吸湿冷却装置は、実施例１に対し、冷熱貯留タンク６内部を仕切り板２３で仕切り、空調用循環経路４の配管が接続された空調用貯留部２４と、放熱用循環経路１０配管が接続された放熱用貯留部２５とに分けた構成としている。
【００６７】
空調用貯留部２４の容積は、放熱用貯留部２５の容積よりも大きく設定されている。仕切り板２３の上部には開口部が設定され、液面上昇時には空調用貯留部２４と放熱用貯留部２５との間で吸湿性液体の流通が可能となる。
【００６８】
また、冷熱貯留タンク６と放熱用循環経路１０との間の配管であって、オリフィス１３の手前（冷熱貯留タンク６側）の位置には、三方弁（経路切替弁）２６が設けられている。この三方弁２６は、冷熱貯留タンク６から放熱用循環経路１０への吸湿性液体の流入経路を、空調用貯留部２４（B経路）と放熱用貯留部２５（A経路）とで選択可能に構成されている。
【００６９】
コントロールユニット１９は、濃度センサ１８の検出値、ユニット水温、空調用ダクト１の吹き出し温度・湿度および図外のエアコンスイッチのON/OFFに基づいて、空調用ポンプ５、放熱用ポンプ１１、冷却ファン１７の回転数、および三方弁２６の経路をそれぞれ制御する。
【００７０】
［吸収放熱モード制御処理］
図７は、実施例３のコントロールユニット１９で実行される吸収放熱モード制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。
【００７１】
ステップS11では、エアコンスイッチが入っているか否かを判断する。YESの場合にはステップS12へ移行し、NOの場合にはステップS17へ移行する。
【００７２】
ステップS12では、ユニット水温が設定値（制御値）＋α以上であるか否かを判定する。YESの場合にはステップS13へ移行し、NOの場合にはステップS14へ移行する。
【００７３】
ステップS13では、放熱増大モード（図８）へ移行し、ステップS18へ移行する。
【００７４】
ステップS14では、冷熱貯留タンク６の吸湿性液体の水溶液濃度が設定値以上であるか否かを判定する。YESの場合にはステップS16へ移行し、NOの場合にはステップS15へ移行する。
【００７５】
ステップS15では、再生モード（図９）へ移行し、ステップS18へ移行する。
【００７６】
ステップS16では、空調モード（図１０）へ移行し、ステップS18へ移行する。
【００７７】
ステップS17では、三方弁２６をA経路とし、ステップS18へ移行する。
【００７８】
ステップS18では、水温制御モード（図１１）へ移行し、リターンへ移行する。
【００７９】
［吸収放熱モード制御動作］
エアコンスイッチが入っている場合には、図７のフローチャートにおいて、ステップS11→ステップS12へと進み、ステップS12では、ユニット水温が設定値＋α以上であるか否かを判定し、YESの場合には、ステップS13へと進んで放熱増大モードへ移行した後、ステップS18へと進んで水温制御モードへ移行する。一方、NOの場合には、ステップS14へと進み、ステップS14で冷熱貯留タンク６の吸湿性液体の水溶液濃度が設定値以上である場合には、ステップS16へと進んで空調モードへ移行し、設定値未満である場合には、ステップS15へと進んで再生モードへ移行する。以降、ステップS18へと進み、水温制御モードへ移行する。
【００８０】
エアコンスイッチが入っていない場合には、除湿、冷房の必要は無いので、ステップS17→ステップS18へと進み、空調用ポンプ５は作動させず、三方弁２６をA経路とし、水温制御モードへ移行する。
【００８１】
［放熱増大モード制御処理］
図８は、実施例３の放熱増大モード制御処理の流れを示すフローチャートであり、以下、各ステップについて説明する。
【００８２】
ステップS131では、空調用ポンプ５、放熱用ポンプ１１および冷却ファン１７を作動させ、ステップS132へ移行する。
【００８３】
ステップS132では、空調吹き出し温度が設定値＋β以上であるか否かを判定する。YESの場合にはステップS133へ移行し、NOの場合にはステップS134へ移行する。
【００８４】
ステップS133では、三方弁２６をB経路とし、リターンへ移行する。
【００８５】
ステップS134では、三方弁２６をA経路とし、リターンへ移行する。
【００８６】
ステップS133およびステップS134により、パワーユニット１２の熱負荷と空調用ダクト１の目標吹き出し温度の少なくとも一方に基づいて、三方弁２６の経路を切り替える経路切替弁制御手段が構成される。
【００８７】
［放熱増大モード制御動作］
放熱増大モードは、吸収放熱モードにおいて、ユニット水温が設定値＋α以上である場合、すなわち、ラジエータ放熱量（放熱用多孔質熱交換器９の放熱量）の増大が必要である場合に移行するモードである。
【００８８】
放熱増大モードでは、まず、ステップS131において、空調用ポンプ５、放熱用ポンプ１１および冷却ファン１７を作動させ、次に、ステップS132で吹き出し温度が設定値＋β未満である場合には、ステップS133へと進み、三方弁２６をB経路として、空調用貯留部２４に貯留された水分を多く含む吸湿性液体を放熱用循環経路１０に流入させる。
【００８９】
これにより、高温の吸湿性液体が冷熱貯留タンク６内に流れ込むことで、空調吹き出し温度が設定値＋β以上となった場合には、ステップS131→ステップS132→ステップS134へと進み、三方弁２６をA経路に戻して空調を優先させる。
この後、吹き出し温度が設定値+β未満となれば、再びステップS131→ステップS132→ステップS133へと進んで放熱を増大させる。
【００９０】
［再生モード制御処理］
図９は、実施例３の再生モード制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。
【００９１】
ステップS151では、空調用ポンプ５、放熱用ポンプ１１および冷却ファン１７を作動させ、ステップS152へ移行する。
【００９２】
ステップS152では、空調吹き出し温度が設定値＋γであるか否かを判定する。YESの場合にはステップS153へ移行し、NOの場合にはステップS154へ移行する。ここで、γはβよりも小さい値に設定されている。
【００９３】
ステップS153では、三方弁２６をB経路とし、リターンへ移行する。
【００９４】
ステップS154では、三方弁２６をA経路とし、リターンへ移行する。
【００９５】
ステップS153およびステップS154により、パワーユニット１２の熱負荷と空調用ダクト１の目標吹き出し温度の少なくとも一方に基づいて、三方弁２６の経路を切り替える経路切替弁制御手段が構成される。
【００９６】
［再生モード制御動作］
再生モードは、吸収放熱モードにおいて、ユニット水温が設定値＋α未満で、冷熱貯留タンク６の吸湿性液体の水溶液濃度が設定値未満の場合、すなわち、空調用循環経路４内の吸湿性液体が水分を吸収し過ぎている場合に移行するモードである。
【００９７】
再生モードでは、放熱増大モードと同様、ステップS151において空調用ポンプ５、放熱用ポンプ１１および冷却ファン１７を作動させ、次に、ステップS152で空調吹き出し温度が設定値＋γ未満である場合には、ステップS153へと進み、三方弁２６をB経路として、空調用貯留部２４に貯留された水分を多く含む吸湿性液体を放熱用循環経路１０に流入させる。
【００９８】
なお、再生モードでは、放熱増大モードと比較して、ラジエータ放熱用の増大が重要ではないため、空調吹き出し温度の判断基準値を、設定値＋γとし、γはβよりも小さい値に設定することで、空調の優先度を上げている。
【００９９】
［空調モード制御処理］
図１０は、実施例３の空調モード制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。
【０１００】
ステップS161では、空調用ポンプ５を作動させ、三方弁２６をA経路とし、ステップS162へ移行する。
【０１０１】
ステップS162では、空調吹き出し温度・湿度が共に設定値以上であるか否かを判定する。YESの場合にはステップS163へ移行し、NOの場合にはステップS164へ移行する。
【０１０２】
ステップS163では、空調用ポンプ５の回転数をアップさせ、リターンへ移行する。
【０１０３】
ステップS164では、空調用ポンプ５の回転数をダウンさせ、リターンへ移行する。
【０１０４】
ステップS163およびステップS164により、空調用ダクト１の目標吹き出し温度または目標湿度の少なくとも一方に基づいて、空調用ポンプ５の回転数（吐出流量）を制御する空調用循環流量制御手段が構成される。
【０１０５】
［空調モード制御処理］
空調モードは、吸収放熱モードにおいて、ユニット水温が設定値＋α未満で、冷熱貯留タンク６内の吸湿性液体の濃度が設定値以上の場合、すなわちラジエータ放熱量の増大が不要で、かつ冷熱貯留タンク６の吸湿性液体の水溶液濃度が設定値以上に維持されている場合に移行するモードである。
【０１０６】
空調モードでは、まず、ステップSS161において、空調用ポンプ５を作動させると共に、三方弁２６をA経路とし、続いて、ステップS162で吹き出し温度・湿度が共に設定値以上である場合には、ステップS163へと進み、空調用ポンプ５の回転数をアップさせる。ステップS162で吹き出し温度・湿度が設定値未満である場合には、ステップS164へと進み、空調用ポンプ５の回転数をダウンさせる。
【０１０７】
すなわち、エアコンサイクル７は、低温熱交換器８出口温度（感温弁１５により検知された水溶液温度）でコントロールされているため、空調用多孔質熱交換器３に流入する吸湿性液体水溶液の温度は一定に制御される。そこで、空調吹き出しの温度・湿度をモニタし、設定値となるように空調用ポンプ５の回転を制御している。
【０１０８】
［水温制御モード制御処理］
図１１は、実施例３の水温制御モード制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。
【０１０９】
ステップS181では、放熱用ポンプ１１の作動させ、ステップS182へ移行する。
【０１１０】
ステップS182では、パワーユニット１２の水温が設定値以上であるか否かを判定する。YESの場合にはステップS183へ移行し、NOの場合にはステップS184へ移行する。
【０１１１】
ステップS183では、冷却ファン１７を作動させ、リターンへ移行する。
【０１１２】
ステップS184では、冷却ファン１７の作動を停止させ、リターンへ移行する。
【０１１３】
［水温制御モード制御動作］
水温制御モードでは、まず、ステップS181で放熱用ポンプ１１が作動し、続いてステップS182でユニット水温が設定値以上である場合には、ステップS183へと進み、冷却ファン１７を作動させる。ユニット水温が設定値未満である場合には、ステップS184へと進み、冷却ファン１７を停止させる。
【０１１４】
次に、実施例３の車両用吸湿冷却装置の作用について説明する。
［経路切替による水分蒸散量確保作用］
ラジエータ放熱量の増大が不要で、かつ冷熱貯留タンク６の吸湿性液体の水溶液濃度が設定値以上に維持されている通常時は、空調モードから水温制御モードへと移行する流れ（図７のステップS11→ステップS12→ステップS14→ステップS16→ステップS18）が繰り返されるため、三方弁２６をA経路とし、放熱用貯留部２５のみから吸湿性液体が吸引される。したがって、この状態では、空調用循環経路４との吸湿性液体の交換（混合）が行われないため、放熱用貯留部２５の濃度は濃く、空調用貯留部２４の濃度は薄くなる一方であり、空調用循環経路４内の吸湿性液体と、放熱用循環経路１０内の吸湿性液体との濃度差は拡大して行く。
【０１１５】
運転時間が長くなり、空調用貯留部２４の濃度が規定値よりも薄くなると、再生モードへと移行する流れ（ステップS11→ステップS12→ステップS14→ステップS15→ステップS18）となり、三方弁２６を経路Bとし、空調用貯留部２４の濃度が薄い吸湿性液体水溶液を放熱用循環経路１０に流入させる。放熱用循環経路１０の戻りは放熱用貯留部２５のままであるが、ここでの液位が上昇するため、仕切り板２３を乗り越え、空調用貯留部２４内へ流入して、ここでの濃度を濃くすることができる。
【０１１６】
また、盛夏の登坂走行条件など、パワーユニット１２の必要放熱量が限界に達した場合には、放熱増大モードへと移行する流れ（ステップS11→ステップS12→ステップS13→ステップS18）となり、三方弁２６をB経路とする。これにより、空調用貯留部２４に蓄えられた水分を放熱用多孔質熱交換器９で蒸散できるので、大きな放熱量を確保することができる。
【０１１７】
実施例３では、空調用貯留部２４の容積は、放熱用貯留部２５の容積よりも大きく設定しているため、限られた容積において、抱えられる水分量をより多くすることができ、例えば、熱地における高負荷走行条件が長く続く場合などでも、出来るだけ多くの水分を確保でき、蒸散すべき水分量が不足するのを防止することができる。
【０１１８】
次に、効果を説明する。
実施例３の車両用吸湿冷却装置にあっては、実施例１の効果に加え、以下に列挙する効果が得られる。
【０１１９】
・空調用ダクト１の目標吹き出し温度または目標湿度の少なくとも一方に基づいて、空調用ポンプ５の回転数（吐出流量）を制御する空調用循環流量制御手段（ステップS163およびステップS164）を設けたため、目標吹き出し温度または目標湿度の少なくとも一方を得るための目標空調性能を、簡単な構成で実現することができる。
【０１２０】
・冷熱貯留タンク６内で、主に空調用循環経路４を循環する吸湿性液体を貯留する空調用貯留部２４と、冷熱貯留タンク６内で、主に放熱用循環経路１０を循環する吸湿性液体を貯留する放熱用貯留部２５と、冷熱貯留タンク６からパワーユニット１２に供給する吸水性液体の供給経路を、空調用貯留部２４と放熱用貯留部２５とで切り替え可能な三方弁２６と、パワーユニット１２の熱負荷と空調用ダクト１の目標吹き出し温度の少なくとも一方に基づいて、三方弁２６の経路を切り替える経路切替弁制御手段（ステップS133，ステップS134，ステップS153，ステップS154）と、を備えるため、空調用循環経路４における吸湿性液体の水溶液濃度と放熱用循環経路１０における吸湿性液体の水溶液濃度との濃度差を大きくすることができ、系内に貯留可能な水分量を多くなり、熱地での高負荷走行条件での水分蒸散量を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】実施例１の車両用吸湿冷却装置の構成図である。
【図２】実施例１のコントロールユニット１９で実行される吸熱放熱制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】デューリング線図である。
【図４】過渡運転時の冷却ファン消費電力の概念図である。
【図５】実施例２の車両用吸湿冷却装置の構成図である。
【図６】実施例３の車両用吸湿冷却装置の構成図である。
【図７】実施例３のコントロールユニット１９で実行される吸収放熱モード制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】実施例３の放熱増大モード制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】実施例３の再生モード制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】実施例３の空調モード制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図１１】実施例３の水温制御モード制御処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１２２】
１  空調用ダクト
２  ブロワファン
３  空調用多孔質熱交換器
４  空調用循環経路
５  空調用ポンプ
６  冷熱貯留タンク
６  冷熱貯留タンク
７  エアコンサイクル
７ａ  コンプレッサ
７ｂ  コンデンサ
８  低温熱交換器
９  放熱用多孔質熱交換器
１０  放熱用循環経路
１１  放熱用ポンプ
１２  パワーユニット
１３  オリフィス
１４  バイパス経路
１５  感温弁
１６  膨張弁
１７  冷却ファン
１８  濃度センサ
１９  コントロールユニット
２０  冷媒循環経路
２１  液液熱交換器
２２  温熱貯留タンク
２３  仕切り板
２４  空調用貯留部
２５  放熱用貯留部
２６  三方弁
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2007210438.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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