(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車室内に向けて空気を送るための空調ダクトと、この空調ダクト内に配設されて、前記空調ダクト内を流れる空気を加熱する加熱用熱交換器と、前記空調ダクト内に配設されて、前記加熱用熱交換器を通過する暖風と前記加熱用熱交換器を迂回する冷風とを振り分ける冷風暖風振分手段とを備えた車両用空調装置において、
前記空調ダクトには、前記加熱用熱交換器を迂回した冷風のみを流す冷風単独層、および前記加熱用熱交換器を通過した暖風のみを流す暖風単独層を有し、冷風と暖風とを交互に多層状に流すようにした複数段の空気層が設けられ、
前記複数段の空気層には、少なくとも３段に１段の割合で、数段毎に、冷風と暖風との両方を流す冷風暖風層が設けられていることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用空調装置において、
前記冷風暖風層には、暖風と２次元的に交差した後の冷風が流れる冷風通路と冷風と２次元的に交差した後の暖風が流れる暖風通路とを区画する仕切り部が設けられていることを特徴とする車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷風と暖風とを交互に多層状に流す複数段の空気層よりなる多層型通風路を備えた車両用空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術として、特開平４−９５５２０号公報に記載された車両用空調装置がある。この車両用空調装置は、冷風と暖風とを互いに近接させて交互に多層状に流れるように案内する冷風バイパスドアを設けることで、冷風バイパスドアが開いているときに、冷風バイパスドアの下流側の混合部で冷風と暖風とを短距離で速やかに混合するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の車両用空調装置においては、冷風と暖風とを交互に多層状に流すことによって速やかに冷風と暖風とを混合させようとするものであるが、冷風と暖風とを完全に交互に多層状に分けているため、図６の模式図に示したように、冷風と暖風とが３次元的に交差することで、温度分布に偏りが生じてしまう。したがって、混合部において冷風と暖風とが均一な温度に混ざらず、図７のグラフに示したように、乗員に吹出口温度の不均一による不快感を与えてしまうという問題が生じている。
【０００４】
【発明の目的】
本発明の目的は、冷風と暖風とを交互に多層状に流す多層構造にした時に冷風と暖風との温度分布の偏りをなくし、より短距離で均一な温度に混ぜることにより、乗員に吹出温度の不均一による不快感を与えることのない車両用空調装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、加熱用熱交換器を通過した暖風と加熱用熱交換器を迂回した冷風とを交互に多層状に流すようにした複数段の空気層中に、数段毎に冷風と暖風との両方を流す冷風暖風層を設けることにより、冷風と暖風とを完全に交互に多層状に分けないようにしている。
【０００６】
それによって、冷風と暖風とを完全に多層状に分けている冷風単独層および暖風単独層での温度分布の偏りを、冷風と暖風との両方を流す冷風暖風層での温度分布によって解消させることができる。したがって、より短い距離で冷風と暖風とを均一な温度に混合することができ、乗員に吹出口温度の不均一による不快感を与えることはない。
また、請求項１に記載の発明によれば、冷風と暖風との両方を流す冷風暖風層を、３段につき１段の割合で設けることにより、少なくとも３段につき１段の割合で冷風と暖風とを分けない層、つまり冷風と暖風とを衝突させる層を設けることができる。それによって、冷風と暖風とを完全に多層状に分けている冷風単独層および暖風単独層での温度分布の偏りを、冷風と暖風との両方を流す冷風暖風層での温度分布によって効率良く解消させることができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明によれば、冷風と暖風との両方を流す冷風暖風層に仕切り部を設けることにより、暖風と２次元的に交差した後の冷風が流れる冷風通路と冷風と２次元的に交差した後の暖風が流れる暖風通路とを区画することで、通風路より流出した冷風と暖風とがより衝突し易くなり、より温度分布の偏りをなくすことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態の構成〕
図１ないし図４は本発明の第１実施形態を示したもので、図１は車両用空調装置の概略構成を示した構成図で、図２および図３は空調ユニットの多層型通風路を示した模式図である。
【００１０】
本実施形態の車両用空調装置は、車両の車室内を空調するための空調ユニットを備えている。この空調ユニットは、車室内に空気を導くための空調ダクト１を有している。この空調ダクト１の上流側には、内外気切替手段および遠心式送風機が設けられている。
【００１１】
内外気切替手段は、車室内空気（内気）を吸い込むための内気吸込口１１、および車室外空気（外気）を吸い込むための外気吸込口１２が形成された内外気切替箱１３と、内気吸込口１１と外気吸込口１２とを選択的に開閉する内外気切替ドア１４とから構成されている。
【００１２】
遠心式送風機は、車室内に向かう空気流を発生させるもので、内外気切替箱１３の下流側に一体成形されたブロワケース１５と、このブロワケース１５内に回転自在に収容された遠心式ファン１６と、この遠心式ファン１６を回転駆動するブロワモータ１７とから構成されている。
【００１３】
空調ダクト１の下流側には、吹出口切替手段が設けられている。吹出口切替手段は、デフロスタ（ＤＥＦ）開口部１８、フェイス（ＦＡＣＥ）開口部１９およびフット（ＦＯＯＴ）開口部２０が形成された吹出口切替箱２１と、吹出口モードを切り替えるモード切替ドア２２、２３とから構成されている。
【００１４】
ＤＥＦ開口部１８は、デフロスタ（ＤＥＦ）ダクト２４を介して、車両のフロント窓ガラス２５の内面に空調風（主に暖風）を吹き出すためのデフロスタ（ＤＥＦ）吹出口２６に連通している。また、ＦＡＣＥ開口部１９は、フェイス（ＦＡＣＥ）ダクト２７を介して、乗員の頭胸部（上半身）に空調風（主に冷風）を吹き出すためのフェイス（ＦＡＣＥ）吹出口２８に連通している。
【００１５】
さらに、ＦＯＯＴ開口部２０は、フット（ＦＯＯＴ）ダクト２９を介して、乗員の足元部（下半身）に空調風（主に暖風）を吹き出すためのフット（ＦＯＯＴ）吹出口３０に連通している。そして、モード切替ドア２２は、ＤＥＦ開口部１８またはＦＡＣＥ開口部１９を選択的に開閉するものである。また、モード切替ドア２３は、ＦＯＯＴ開口部２０を選択的に開閉するものである。
【００１６】
ここで、遠心式送風機と吹出口切替手段との間には、空調ダクト１内を流れる空気を冷却する冷却用熱交換器としてのエバポレータ２、空調ダクト１内を流れる空気を加熱する加熱用熱交換器としてのヒータコア３、冷風量と暖風量とを調節するためのエアミックス（Ａ／Ｍ）ドア５、冷風と暖風とを多層状に流す多層型通風路６、および冷風と暖風とを混合させる混合部７が設けられている。
【００１７】
エバポレータ２は、空調ダクト１内において空気通路全面を塞ぐように配設されて、遠心式送風機により送風される空気と内部に流入する冷媒とを熱交換させて冷媒を蒸発気化させる冷媒蒸発器で、冷凍サイクルを構成する要素の１つである。なお、冷凍サイクルは、コンプレッサ（冷媒圧縮機）、コンデンサ（冷媒凝縮器）、レシーバ（気液分離器）、膨張弁およびエバポレータ２を冷媒が循環するように接続したものである。
【００１８】
ヒータコア３は、エバポレータ２よりも下流側に配設されて、エンジンの冷却水を暖房用熱源として、通過する空気を加熱する。このヒータコア３は、空調ダクト１内を流れる空気がヒータコア３を迂回して流れるバイパス通路４を形成するように偏った位置に設けられている。
【００１９】
Ａ／Ｍドア５は、本発明の冷風暖風振分手段に相当するもので、ヒータコア３の上流側に回動自在に支持されて、ヒータコア３を通過した暖風とバイパス通路４を通過した冷風とを振り分けることで、ヒータコア３を通過した暖風量とバイパス通路４を通過した冷風量との割合を調整する。
【００２０】
多層型通風路６は、図２および図３に示したように、ヒータコア３およびバイパス通路４と吹出口切替箱２１との間に一体的に設けられた温調ケース９内に形成されている。この多層型通風路６の上流側には、バイパス通路４を通過した冷風が導入される冷風導入通路４１、およびヒータコア３を通過した暖風が導入される暖風導入通路４２が設けられている。
【００２１】
多層型通風路６の下流側には、冷風と暖風とを交互に多層状に流す複数段（例えば５層）の空気層（多層領域）が設けられている。この複数段の空気層は、冷風のみを流す冷風単独層（例えば５０ｍｍ×１０ｍｍ程度）５１、５４と、暖風のみを流す暖風単独層（例えば５０ｍｍ×１０ｍｍ程度）５２、５５と、冷風と暖風との両方を流す冷風暖風層（例えば５０ｍｍ×１０ｍｍ程度）５３とから構成されている。なお、冷風暖風層５３は、複数段の空気層のうち少なくとも３段につき１段の割合で設けられている。
【００２２】
冷風単独層５１と暖風単独層５２との間は、空気の流れ方向に沿うように配された区画板４３により図示上下方向（空気層の積層方向）に仕切られている。また、暖風単独層５２と冷風暖風層５３との間は、空気の流れ方向に沿うように配された区画板４４により図示上下方向に仕切られている。
【００２３】
そして、冷風暖風層５３と冷風単独層５４との間は、空気の流れ方向に沿うように配された区画板４５により図示上下方向に仕切られている。また、冷風単独層５４と暖風単独層５５との間は、空気の流れ方向に沿うように配された区画板４６により図示上下方向に仕切られている。
【００２４】
ここで、冷風単独層５１、５４の上流側には、エバポレータ２を通過した冷風がバイパス通路４および冷風導入通路４１を経て内部に流入するように、冷風導入通路４１側のみに連通口（図示せず）が設けられている。これらの冷風単独層５１、５４では、図３に示したように、図示右側寄りに冷風が流れる。
【００２５】
また、暖風単独層５２、５５の上流側には、ヒータコア３を通過した暖風が暖風導入通路４２を経て内部に流入するように、暖風導入通路４２側のみに連通口（図示せず）が設けられている。これらの暖風単独層５２、５５では、図３に示したように、図示左側寄りに暖風が流れる。
【００２６】
そして、冷風暖風層５３の上流側には、冷風と暖風との両方が内部に流入するように、冷風導入通路４１側および暖風導入通路４２側の両方にそれぞれ連通口（図示せず）が設けられている。この冷風暖風層５３では、上流側で冷風と暖風とが衝突するように交差するため、図３に示したように、他の層とは逆に図示左側寄りに冷風が流れ、図示右側寄りに暖風が流れる。
【００２７】
混合部７は、多層型通風路６の各出口とＤＥＦ開口部１８、ＦＡＣＥ開口部１９およびＦＯＯＴ開口部２０との間に設けられて、多層型通風路６の各出口から流出した冷風と暖風とを効率的に混合させて吹出口温度を均一化するためのエアチャンバである。
【００２８】
〔第１実施形態の作用〕
次に、本実施形態の車両用空調装置の空調ユニットの作用を図１ないし図３に基づいて簡単に説明する。
【００２９】
遠心式送風機の遠心式ファン１６の回転によって空調ダクト１内に吸い込まれた空気は、エバポレータ２を通過する際に冷却されて冷風となる。そして、Ａ／Ｍドア５の位置が図１の位置の場合には、エバポレータ２より吹き出された冷風の一部は、バイパス通路４を経て冷風導入通路４１内に流入する。そして、冷風導入通路４１内に流入した冷風は、冷風単独層５１、冷風暖風層５３および冷風単独層５４をそれぞれ通過して混合部７内に流入する。
【００３０】
一方、エバポレータ２より吹き出された冷風の残部は、ヒータコア３を通過する際に加熱されて暖風となる。そして、ヒータコア３より吹き出された暖風は、暖風導入通路４２内に流入する。そして、暖風導入通路４２内に流入した暖風は、暖風単独層５２、冷風暖風層５３および暖風単独層５５をそれぞれ通過して混合部７内に流入する。
【００３１】
そして、冷風単独層５１、冷風暖風層５３および冷風単独層５４より混合部７内に流入した冷風と暖風単独層５２、冷風暖風層５３および暖風単独層５５より混合部７内に流入した暖風とが瞬時に混合される。とくに、冷風暖風層５３では、冷風導入通路４１より流入した冷風と暖風導入通路４２より流入した暖風とが衝突して混ざり合うことで温度が均一化される。
【００３２】
〔第１実施形態の効果〕
以上のように、本実施形態の空調ユニットにおいては、冷風のみを流す冷風単独層５１、５４、および暖風のみを流す暖風単独層５２、５５を有し、冷風と暖風とを交互に多層状に流すようにした多層型通風路６中に、冷風と暖風とを両方とも流す冷風暖風層５３を少なくとも３段につき１段の割合で設けることにより、冷風と暖風とを完全に多層状に分けないようにしている。
【００３３】
それによって、バイパス通路４を通過して冷風導入通路４１より冷風暖風層５３に流入した冷風とヒータコア３を通過して暖風導入通路４２より冷風暖風層５３に流入した暖風とを２次元的に交差させて衝突させることで、冷風と暖風とを多層状に完全に分けている冷風単独層５１、５４および暖風単独層５２、５５での温度分布の偏りを、冷風と暖風とを分けていない冷風暖風層５３での温度分布によって解消させることができる。
【００３４】
したがって、多層型通風路６の下流側の混合部７において、より短い距離で冷風と暖風とを均一な空気温度に混ぜることができるので、各吹出口（例えば冷房モードの時にＦＡＣＥ吹出口２８または暖房モードの時にＤＥＦ吹出口２６やＦＯＯＴ吹出口３０）から車室内に吹き出される空気の吹出口温度の不均一による不快感を乗員に与えることはない。
【００３５】
〔第１実施形態の実験結果〕
次に、ＦＡＣＥ吹出口２８に複数個の温度センサを設置して、Ａ／Ｍドアポジションを種々変化させて、各吹出口温度がどのように変化するかについて調査した実験について説明する。
【００３６】
第１の実験は、本実施例のような多層型通風路６中に暖風と冷風との両方を流す冷風暖風層５３を設けたタイプのＡ／Ｍドアポジションを変化させ、各吹出口温度がどのように変化するかについて調査したもので、その実験結果を図４のグラフに示した。
【００３７】
そして、第２の実験は、従来の技術のように冷風と暖風とを完全に分けたタイプのＡ／Ｍドアポジションを変化させ、各吹出口温度がどのように変化するかについて調査したもので、その実験結果を図７のグラフに示した。
【００３８】
したがって、この図４のグラフおよび図７のグラフからも確認できるように、従来の技術の吹出口温度の最大温度差が５８℃に対して、本実施例の吹出口温度の最大温度差は１４℃であり、従来の技術に対して本実施例の方が吹出口温度を均一化できる。
【００３９】
〔第２実施形態〕
図５は本発明の第２実施形態を示したもので、空調ユニットの多層型通風路を示した模式図である。
【００４０】
本実施形態では、多層型通風路６の冷風暖風層５３内を、暖風と２次元的に交差した後の冷風が流れる冷風通路５６と、冷風と２次元的に交差した後の暖風が流れる暖風通路５７とに図示左右方向（空気層の積層方向に対して直交する方向）に区画する仕切り板（本発明の仕切り部に相当する）４９を設けている。
【００４１】
このように、冷風暖風層５３内を冷風通路５６と暖風通路５７とに区画する仕切り板４９を設けることで、冷風導入通路４１から冷風通路５６に流入する冷風と暖風導入通路４２から暖風通路５７に流入する暖風とが効率良く衝突する。それによって、より温度分布の偏りをなくすことができるので、吹出口から吹き出される空気の吹出口温度をより均一化できる。
【００４２】
〔他の実施形態〕
本実施形態では、冷風と暖風とを交互に多層状に流す多層型通風路（複数段の空気層、多段型の空気層）６として５つの冷風単独層５１、暖風単独層５２、冷風暖風層５３、冷風単独層５４、暖風単独層５５を設けたが、冷風と暖風とを交互に多層状に流す複数段の空気層として６つ以上の空気層を設けても良い。また、冷風と暖風とを両方とも流す冷風暖風層を、複数段の空気層中において２つ以上設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両用空調装置の概略構成を示した構成図である（第１実施形態）。
【図２】空調ユニットの多層型通風路を示した模式図である（第１実施形態）。
【図３】空調ユニットの多層型通風路を示した模式図である（第１実施形態）。
【図４】Ａ／Ｍドアポジションと吹出口温度との関係を示したグラフである（第１実施形態）。
【図５】空調ユニットの多層型通風路を示した模式図である（第２実施形態）。
【図６】空調ユニットの多層型通風路を示した模式図である（従来の技術）。
【図７】Ａ／Ｍドアポジションと吹出口温度との関係を示したグラフである（従来の技術）。
【符号の説明】
１  空調ダクト
２  エバポレータ（冷却用熱交換器）
３  ヒータコア（加熱用熱交換器）
５  Ａ／Ｍドア（冷風暖風振分手段）
６  多層型通風路（複数段の空気層）
７  混合部
４９  仕切り板（仕切り部）
５１  冷風単独層
５２  暖風単独層
５３  冷風暖風層
５４  冷風単独層
５５  暖風単独層
５６  冷風通路
５７  暖風通路
【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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