(57)【要約】【課題】熱電変換モジュールによる発電効率に優れる車両用空調装置を提供する。【解決手段】車室内あるいは車外からチャンバー１内に導入された空気である空調風９を冷却する冷却用熱交換器３と、冷却用熱交換器３よりも空調風９の流れの下流側に配置され、空調風９を加熱する加熱用熱交換器４と、冷却用熱交換器３と加熱用熱交換器４との間に配置され、冷却用熱交換器３を通過した空調風９と加熱用熱交換器４を通過した空調風９との混合割合を調整するエアミックスドア５と、を備える車両用空調装置１００であって、エアミックスドア５の少なくとも一部に設けられ、温度差によって発電する熱電変換素子を有する熱電変換モジュール６を備える。【選択図】図１
2016203830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車室内あるいは車外からチャンバー内に導入された空気である空調風を冷却する冷却用熱交換器と、
前記冷却用熱交換器よりも前記空調風の流れの下流側に配置され、前記空調風を加熱する加熱用熱交換器と、
前記冷却用熱交換器と前記加熱用熱交換器との間に配置され、前記冷却用熱交換器を通過した前記空調風と前記加熱用熱交換器を通過した前記空調風との混合割合を調整するエアミックスドアと、を備える車両用空調装置であって、
前記エアミックスドアの少なくとも一部に設けられ、温度差によって発電する熱電変換素子を有する熱電変換モジュールを備える車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車室内の温度を調節すると共に、その温度調節のメカニズムを利用して発電を行う車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車室内の温度を調節する車両用空調装置は一般的に、冷却用熱交換器と、加熱用熱交換器と、エアミックスドアと、を備える（例えば、特許文献１，２など参照）。冷却用熱交換器は、車室内あるいは車外からチャンバー内に導入された空気（空調風）を冷却する構成である。加熱用熱交換器は、冷却用熱交換器よりも空調風の流れの下流側に配置され、空調風を加熱する構成である。エアミックスドアは、冷却用熱交換器を通過した空調風（冷風）と、加熱用熱交換器を通過した空調風（温風）と、の混合割合を調節する部材である。
【０００３】
上記構成を備える車両用空調装置のチャンバーでは、冷風と温風とが混在した状態となっている。近年、チャンバー内に熱電変換素子を有する熱電変換モジュールを配置して、チャンバー内の温度差を利用して発電を行なうことが検討されている。例えば、特許文献２では、加熱用熱交換器（ヒータコア）の近傍に熱電変換モジュールを配置し、当該モジュールの一面側と他面側とにそれぞれ冷風と温風とが当たるようにして、熱電変換モジュールによる発電を行なっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−２４２７１４号公報
【特許文献２】特開２０１１−２０６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２の構成では、熱電変換モジュールによる発電効率が十分とは言い難かった。熱電変換モジュールは、その一面側と他面側との温度差によって発電する構成であるが、特許文献２に示す熱電変換モジュールの配置では、一面側と他面側との間に大きな温度差を形成することが難しいからである。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、熱電変換モジュールによる発電効率に優れる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】
【０００７】
本発明の一態様に係る車両用空調装置は、車室内あるいは車外からチャンバー内に導入された空気である空調風を冷却する冷却用熱交換器と、前記冷却用熱交換器よりも前記空調風の流れの下流側に配置され、前記空調風を加熱する加熱用熱交換器と、前記冷却用熱交換器と前記加熱用熱交換器との間に配置され、前記冷却用熱交換器を通過した前記空調風と前記加熱用熱交換器を通過した前記空調風との混合割合を調整するエアミックスドアと、を備える車両用空調装置であって、前記エアミックスドアの少なくとも一部に設けられ、温度差によって発電する熱電変換素子を有する熱電変換モジュールを備える。
【発明の効果】
【０００８】
エアミックスドアに熱電変換素子を有する熱電変換モジュールを設けることで、熱電変換素子を有する熱電変換モジュールによる発電効率を向上させることができる。エアミックスドアは、冷却用熱交換器を通過した空調風を分流する部材であるため、エアミックスドアには当該空調風が減速されることなく直接当たる。そのため、エアミックスドアに熱電変換素子を有する熱電変換モジュールを設けることで、熱電変換素子を有する熱電変換モジュールの一面側と他面側との間に大きな温度差を形成し易く、熱電変換素子を有する熱電変換モジュールによる発電効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態１に示す車両用空調装置の概略図である。
【図２】（Ａ）は熱電変換素子を有する熱電変換モジュールを備えるエアミックスドアの概略斜視図、（Ｂ）は（Ａ）に示すエアミックスドアの概略縦断面図である。
【図３】実施形態２に示す車両用空調装置の概略図である。
【図４】実施形態３に示す車両用空調装置の概略図である。
【図５】制御例に示すエアミックスドアの制御に係るフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態に係る車両用空調装置を図面に基づいて説明する。
【００１１】
＜実施形態１＞
≪全体構成≫
図１に示すように、車両用空調装置１００は、チャンバー１と、ブロワ２と、冷却用熱交換器３と、加熱用熱交換器４と、エアミックスドア５と、を備える。この車両用空調装置１００における従来の車両用空調装置との主たる相違点は、熱を利用して発電を行なう熱電変換モジュール６がエアミックスドア５に設けられている点である。以下、車両用空調装置１００に備わる各構成を詳細に説明する。
【００１２】
≪チャンバー≫
チャンバー１は、車両用空調装置１００の部材２，３，４，５を内部に収納する。チャンバー１には、外気導入路１Ａと内気導入路１Ｂとが繋がっている。両導入路１Ａ，１Ｂには、その開閉を切り換えるモード切替ドア１０が設けられている。モード切替ドア１０は、実線で示す位置と二点鎖線で示す位置との間で回動自在に設けられており、実線で示す位置にモード切替ドア１０があるときは、車外からチャンバー１内に外気が導入され、二点鎖線で示す位置にモード切替ドア１０があるとき、車室からチャンバー１内に内気が導入される。また、両導入路１Ａ，１Ｂの近傍にはブロワ２が設けられており、このブロワ２によって内気もしくは外気が効率的にチャンバー１内に導入されるようになっている。チャンバー１内に導入される内気もしくは外気である空調風９のおおよその流れを太線矢印で示す。
【００１３】
上記チャンバー１には、チャンバー１内で温度調節を行なった空調風９を車室内に送り出す送風路１Ｘ，１Ｙ，１Ｚが繋がっている。これらの送風路１Ｘ，１Ｙ，１Ｚはそれぞれ、車室内のインストルメントパネルや足元にある空調風の吹出口や、デフロスターに繋がっている。各送風路１Ｘ，１Ｙ，１Ｚには図示しない開閉ドアが設けられており、各送風路１Ｘ，１Ｙ，１Ｚの使用・不使用を切り換えることができるようになっている。
【００１４】
≪冷却用熱交換器≫
冷却用熱交換器３は、空調風９を冷却する部材である。本例の冷却用熱交換器３は、内部に冷媒の循環路の一部が構成されるエバポレータである。エバポレータ３を備える熱交換システムは、例えば特許文献２に記載されるように公知であって、冷媒を圧縮するコンプレッサ、コンプレッサを経た冷媒を冷却するコンデンサ、コンデンサを経た冷媒をエバポレータ内の循環路に噴霧するエキスパンションバルブなどを備える。エバポレータ３内に冷媒を循環させておけば、空調風９はエバポレータ３を通過する際に冷却される。エバポレータ３内の冷媒の循環を停止しておけば、空調風９は冷却されることなく単にエバポレータ３を通過する。
【００１５】
≪加熱用熱交換器≫
加熱用熱交換器４は、冷却用熱交換器（エバポレータ）３を通過した空調風９を加熱する部材である。本例の加熱用熱交換器４は、エンジンを冷却する冷媒の循環路の一部が構成されるヒータコアである。ヒータコア４を備える熱交換システムは、例えば特許文献２に記載されるように公知である。エンジンの熱によって高温になった冷媒をヒータコア４内に循環させておけば、空調風９はヒータコア４を通過する際に加熱される。ヒータコア４内の高温の冷媒の循環を停止しておけば、空調風９は加熱されることなく単にヒータコア４を通過する。
【００１６】
≪エアミックスドア≫
エアミックスドア５は、エバポレータ３とヒータコア４との間に配置され、エバポレータ３を通過した空調風９とヒータコア４を通過した空調風９との混合割合を調整する部材、言い換えればエバポレータ３を通過した空調風９のヒータコア４による加熱の程度を調整する部材である。エアミックスドア５は、その一端側に設けられる回動軸部５１によってチャンバー１内に軸支されており、実線で示す位置と二点鎖線で示す位置との間で回動自在に構成されている。エアミックスドア５が実線で示す位置にあるとき、エアミックスドア５の下端（回動軸部５１の反対側の端部）がヒータコア４に接触し、エバポレータ３からヒータコア４に至る空調風９の通路（バイパス路）が最も広くなる。一方、エアミックスドア５が二点鎖線で示す位置にあるとき、エアミックスドア５の下端がエバポレータ３に接触し、バイパス路が最も狭くなる。以降、バイパス路が最も広くなった状態を『全開状態』、バイパス路が最も狭くなった状態を『全閉状態』と呼ぶ。
【００１７】
上記エアミックスドア５は、図２に示すように、概略Ｕ字状に形成された枠状のドア本体５０と、ドア本体５０の二股に分かれていない側の端部に設けられる上記回動軸部５１と、を備える。本例のエアミックスドア５には、Ｕ字状に形成されたドア本体５０の切欠き部５０ｈに熱電変換モジュール６が固定されている。エアミックスドア５の寸法は例えば２４０ｍｍ×７０ｍｍ×６ｍｍ、熱電変換モジュール６の寸法は例えば２００ｍｍ×５０ｍｍ×４ｍｍとすることができる。
【００１８】
［熱電変換モジュール］
エアミックスドア５に設けられる熱電変換モジュール６は、ゼーベック効果を利用して発電を行なう部材である。熱電変換モジュール６としては、例えば一対の電極基板の間に複数の熱電変換素子を配置した構成を利用することができる。この構成の場合、一方の電極基板（被低温部６Ｌ）の温度よりも他方の電極基板（被高温部６Ｈ）の温度が高くなることで、熱電変換モジュール６による発電が行なわれる（図２（Ｂ）参照）。熱電変換モジュール６の被低温部６Ｌは、ドア本体５０の一面側に露出され、被高温部６Ｈは、ドア本体５０の他面側に露出されている。図１に示すチャンバー１内においては、被低温部６Ｌがエバポレータ３に対向し、被低温部６Ｌにエバポレータ３を通過した空調風９が直接当たるように、エアミックスドア５に熱電変換モジュール６が設けられている。ここで、本例の構成では、バイパス路が全開状態（全閉状態）のときに被高温部６Ｈ（被低温部６Ｌ）がヒータコア４（エバポレータ３）に接触する構成であるので、熱電変換モジュール６の被高温部６Ｈ（被低温部６Ｌ）の温度を高く（低く）し易い。
【００１９】
≪効果≫
上記構成を備える車両用空調装置１００によれば、車室内の温度調節に加えて発電を行なうことができる。しかもその発電効率は、特許文献２に示される従来構成よりも大きい。その理由は、図１に示すように、エアミックスドア５に熱電変換モジュール６が設けられると共に、熱電変換モジュール６の被低温部６Ｌがエバポレータ３に対向する向きに配置されているからである。被低温部６Ｌがエバポレータ３に対向する位置に配置されていれば、エアミックスドア５が実線で示す位置と二点鎖線で示す位置との間のどの位置にあっても、エバポレータ３で冷却された空調風９が被低温部６Ｌに直接当たり、被低温部６Ｌが冷却され易い。そのため、被低温部６Ｌと被高温部６Ｈとの間の温度差が大きくなり、熱電変換モジュール６の発電効率が向上する。
【００２０】
さらに本例の構成では、バイパス路が全閉状態（エアミックスドア５が二点鎖線の位置にある状態）となったとき、エアミックスドア５における被低温部６Ｌがエバポレータ３に接触するようになっており、バイパス路が全開状態（エアミックスドア５が実線の位置にある状態）となったとき、エアミックスドア５における被高温部６Ｈがヒータコア４に接触するようになっている。部材同士が直接接触する熱伝導は、気体を介した熱伝導よりも大きいので、本例の構成によれば被低温部６Ｌと被高温部６Ｈとの温度差を大きくし易い、即ち熱電変換モジュール６の発電効率を向上させ易い。
【００２１】
＜実施形態２＞
実施形態２では、実施形態１とは異なる形状のエアミックスドア７を備える車両用空調装置１０１を図３に基づいて説明する。
【００２２】
本例のエアミックスドア７は、板状のドア本体７０と、ドア本体７０の中央部分に形成される回動軸部７１と、を備える。ドア本体７０における回転軸部７１よりも下方側の部分には、図２に示す実施形態１のドア本体５０と同様に切欠き部が形成されており、その切欠き部に熱電変換モジュール６が取り付けられている。エアミックスドア７に設けられる熱電変換モジュール６の被低温部６Ｌは、エバポレータ３に対向する向きに配置されている。
【００２３】
上記エアミックスドア７は、次の条件Ａ，Ｂを満たす位置に設けられている。
・条件Ａ…図中の実線で示すように、ヒータコア４へのバイパス路を全開状態にしたときに、回動軸部７１を挟む紙面上方側の部分がエバポレータ３に、紙面下方側の部分（被高温部６Ｈ）がヒータコア４に接触する。
・条件Ｂ…図中の二点鎖線で示すように、ヒータコア４へのバイパス路を全閉状態にしたときに、回動軸部７１を挟む紙面下方側の部分（被低温部６Ｌ）がエバポレータ３に接触する。
【００２４】
上記構成でも、エバポレータ３を通過した空調風９が、エアミックスドア７に設けられる熱電変換モジュール６の被低温部６Ｌに直接当たるため、被低温部６Ｌの温度を低くすることができ、熱電変換モジュール６による発電効率を向上させることができる。特に、バイパス路を全閉状態にした場合、被低温部６Ｌがエバポレータ３に直接接触するため、被低温部６Ｌと被高温部６Ｈとの間の温度差を大きくすることができる。また、ヒータコア４へのバイパス路を全開状態にした場合、被低温部６Ｌに空調風９が直接当たることに加え、エアミックスドア７の被高温部６Ｈがヒータコア４に直接接触するため、被低温部６Ｌと被高温部６Ｈとの間の温度差を非常に大きくすることができる。
【００２５】
＜実施形態３＞
実施形態３では、実施形態１で説明したエアミックスドア５に備わる熱電変換モジュール６の被高温部６Ｈをヒータコア４に対面する位置に配置した車両用空調装置１０２を図４に基づいて説明する。
【００２６】
実施形態３では、実施形態１と同様に、エアミックスドア５の一端側に回転軸部５１が形成されたエアミックスドア５を用いている。エアミックスドア５が実線で示す配置になったとき、エアミックスドア５の端部（回動軸部５１とは反対側の部分）がチャンバー１の下方内周面に当接し、加熱用熱交換器４に向うバイパス路は全閉状態になる。このとき、被高温部６Ｈはヒータコア４との間に間隔をあけて対面される。図示する例と異なり、バイパス路が全閉状態のときに被高温部６Ｈがヒータコア４に面接触するようにしても良い。一方、エアミックスドア５が二点鎖線で示す配置になったときに、エアミックスドア５の端部がチャンバー１の上方内周面に当接し、加熱用熱交換器４に向うバイパス路は全開状態になる。
【００２７】
上記構成でも、被低温部６Ｌに空調風９が直接当たり易くなっているため、被低温部６Ｌと被高温部６Ｈとの間の温度差を大きくし易い。その結果、熱電変換モジュール６による発電効率を向上させ易い。特に、ヒータコア４をオンからオフに切り換えたとき、バイパス路を全閉状態（実線で示す状態）とした場合、被低温部６Ｌが空調風９で冷却され、被高温部６Ｈがその対面位置にあるヒータコア４の余熱で加熱され、被低温部６Ｌと被高温部６Ｈとの間の温度差が非常に大きくなる。
【００２８】
＜制御例＞
実施形態１〜３で説明した車両用空調装置１００〜１０２の主たる機能は、車室内の温度調整であって、熱電変換モジュール６による発電は副次的な機能である。従って、熱電変換モジュール６の発電効率の向上のために温度調整を犠牲にしてエアミックスドア５，７を動かすことは基本的にない。しかし、乗員が車両用空調装置１００〜１０２のスイッチをオフにした場合はその限りではない。以下、実施形態１の車両用空調装置１００を例にして、乗員が車両用空調装置１００のスイッチをオフにしたときに熱電変換モジュール６による効率的な発電を行なわせるための制御の一例を図５のフローチャート、および図１の概略図に基づいて説明する。
【００２９】
乗員が車両用空調装置１００のスイッチをオフにした場合、その情報（Ａ／Ｃ  ＯＦＦの情報）が、車両の電子制御ユニット（ＥＣＵ）に入力される（Ｓ１）。ＥＣＵは、第一判定部、温度差演算部、第二判定部、エアミックスドア制御部、及び第三判定部を備える。ＥＣＵの第一判定部は、車両用空調装置１００のスイッチがオンだったときに、ヒータコア４がオンになっていたかを判断する（Ｓ２）。判断結果がイエスの場合はＳ３の処理を行い、ノーの場合はＳ１に戻る。
【００３０】
ＥＣＵの温度差演算部は、外気導入路１Ａに設けられる温度センサの測定結果と、内気導入路１Ｂに設けられる温度センサの測定結果と、を取得し、内気温と外気温との差を計算する（Ｓ３）。そして、ＥＣＵの第二判定部は、内気温が外気温以上であるか否かを判断する（Ｓ４）。内気温が外気温以上であればＳ５の処理を行い、内気温が外気温未満ならＳ６の処理を行なう。
【００３１】
内気温が外気温以上である場合、ＥＣＵのエアミックスドア制御部は、モード切替ドア１０を実線の位置に移動させ、外気をチャンバー１内に導入すると共に、エアミックスドア５を実線の位置に移動させ、エアミックスドア５をヒータコア４に接触させる（Ｓ５）。その結果、内気よりも温度の低い外気が熱電変換モジュール６の被低温部６Ｌに当てられ、エアミックスドア５における被高温部６Ｈが高温のヒータコア４に当接されるので、熱電変換モジュール６の発電効率が向上する。
【００３２】
一方、内気温が外気温未満の場合、ＥＣＵのエアミックスドア制御部は、モード切替ドア１０を二点鎖線の位置に移動させ、内気をチャンバー１内に導入すると共に、エアミックスドア５を実線の位置に移動させ、エアミックスドア５をヒータコア４に接触させる（Ｓ６）。その結果、外気よりも温度の低い内気が熱電変換モジュール６の被低温部６Ｌに当てられ、エアミックスドア５における被高温部６Ｈが高温のヒータコア４に当接されるので、熱電変換モジュール６の発電効率が向上する。
【００３３】
Ｓ５またはＳ６の後、ＥＣＵの第三判定部は、乗員による現状変更の入力（例えば、Ａ／Ｃ  ＯＮ情報や、外気導入と内気循環の切替情報）があるか否かを判断する（Ｓ７）。現状変更の入力があった場合、ＥＣＵは、本制御を終了する。現状変更の入力がない場合、現状変更の入力があるまでＳ３〜Ｓ７を繰り返す。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の車両用空調装置は、低燃費車両やハイブリッド自動車、電気自動車などの車両用空調装置として好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１００，１０１，１０２  車両用空調装置
１  チャンバー
１Ａ  外気導入路  １Ｂ  内気導入路  １Ｘ，１Ｙ，１Ｚ  送風路
１０  モード切替ドア
２  ブロワ
３  冷却用熱交換器（エバポレータ）
４  加熱用熱交換器（ヒータコア）
５，７  エアミックスドア  ５０，７０  ドア本体  ５０ｈ  切欠き部
５１，７１  回動軸部
６  熱電変換モジュール  ６Ｌ  被低温部  ６Ｈ  被高温部
９  空調風
【図１】
2016203830.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2016203830.tif 000006
【図５】
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