2024-108681 キャビンの空気調整方法及び空気調整装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024108681

(43)【公開日】2024-08-13

(54)【発明の名称】キャビンの空気調整方法及び空気調整装置

(51)【国際特許分類】

   B60H 1/22 20060101AFI20240805BHJP

   B60H 1/00 20060101ALI20240805BHJP

【ＦＩ】

B60H1/22

B60H1/00 102C

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023013172

(22)【出願日】2023-01-31

(71)【出願人】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100102141

【弁理士】

【氏名又は名称】的場 基憲

(74)【代理人】

【識別番号】100137316

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 宏

(72)【発明者】

【氏名】山室 毅

【テーマコード（参考）】

3L211

【Ｆターム（参考）】

3L211AA11

3L211BA32

3L211BA42

3L211DA43

3L211DA48

3L211EA13

3L211EA56

3L211GA43

3L211GA47

(57)【要約】

【課題】従来の空気調整装置では、省エネルギ化を図るうえでの改善が要望されていた。
【解決手段】車両ＶのキャビンＣを暖房する際に用いる空気調整方法であって、キャビンＣから外部へ排出する空気から熱を回収し、回収した熱によりキャビンＣに供給する空気を加熱するキャビンの空気調整方法及び空気調整装置とし、キャビンＣ内の空気から回収した熱を暖房に有効活用し、エネルギロスを低減して、燃費や電費の向上を実現する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両のキャビンを暖房する際に用いる空気調整方法であって、
前記キャビンから外部へ排出する空気から熱を回収し、回収した熱により前記キャビンに供給する空気を加熱することを特徴とするキャビンの空気調整方法。

【請求項2】

回収した熱により、外部から車載エアコンに導入される空気を加熱することを特徴とする請求項１に記載のキャビンの空気調整方法。

【請求項3】

外部から前記キャビンに供給する空気の供給経路に配置した第１熱交換器と、前記キャビンから外部へ排出する空気の排出経路に配置した第２熱交換器とを用い、
前記第１熱交換器により、前記第２熱交換器で回収した熱により前記キャビンに供給する空気を加熱し、
前記第２熱交換器により、前記キャビンから外部へ排出する空気から熱を回収することを特徴とする請求項１に記載のキャビンの空気調整方法。

【請求項4】

外気温度と前記キャビンの内部湿度とを測定し、測定した前記外気温度及び前記内部湿度に基づいて前記キャビン内の飽和水蒸気量を算出し、前記飽和水蒸気量に基づいて結露が発生するか否かを判断し、
結露が発生すると判断した際に、前記キャビンに供給する空気を加熱する内気循環と、前記キャビンの空気を排出する外気循環とを行い、
結露が発生しないと判断した際に、前記内気循環を行うことを特徴とする請求項１～３に記載のキャビンの空気調整方法。

【請求項5】

車両のキャビンを暖房する際に用いる空気調整装置であって、
外部から前記キャビンに供給する空気の供給経路に配置した第１熱交換器と、
前記キャビンから外部へ排出する空気の排出経路に配置した第２熱交換器と
前記第１熱交換器と前記第２熱交換器の間に媒体を循環させる媒体循環路と、
前記前記媒体の循環駆動源である媒体駆動ポンプと、
前記第１熱交換器、前記第２熱交換器、及び前記媒体駆動ポンプを夫々制御する空調制御器とを備えたことを特徴とするキャビンの空気調整装置。

【請求項6】

車載エアコンを備え、
前記第１熱交換器が、外部から前記車載エアコンに導入する空気を加熱することを特徴とする請求項５に記載のキャビンの空気調整装置。

【請求項7】

外気温度を測定する温度センサと、前記キャビンの内部湿度を測定する湿度センサとを備え、
前記空調制御器が、前記温度センサ及び前記湿度センサで測定した前記外気温度及び前記内部湿度に基づいて、前記第１熱交換器、前記第２熱交換器、及び前記媒体駆動ポンプを夫々制御することを特徴とする請求項５に記載のキャビンの空気調整装置。

【請求項8】

前記第１熱交換器が、前記キャビンの前方側に配置してあり、
前記第２熱交換器が、前記キャビンの後方側に配置してあることを特徴とする請求項４～６のいずれか１項に記載のキャビンの空気調整装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自動車等の車両において、キャビンを暖房する際に用いられるキャビンの空気調整方法及び空気調整装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般に、自動車等の車両では、冬期や梅雨時期において、結露による窓の曇りを防止するために、キャビンの熱を外部に放出したり、エアコンの除湿機能でキャビン内を除湿したりしている。除湿を行う空気調整装置は、例えば、特許文献１に記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３－１４２３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、キャビン内の冷暖房機能に加えて除湿機能を有する空気調整装置では、消費電力が増大し、燃費や電費に及ぼす影響が大きいことから、省エネルギ化を図るうえでの改善が要望されていた。

【0005】

本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、とくに、キャビンを暖房する際に用いる空気調整方法及び空気調整装置であって、エネルギロスを低減し、燃費や電費の向上を実現することができるキャビンの空気調整方法及び空気調整装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係わるキャビンの空気調整方法は、車両のキャビンを暖房する際に用いる空気調整方法であって、キャビンから外部へ排出する空気から熱を回収し、回収した熱によりキャビンに供給する空気を加熱することを特徴としている。

【0007】

本発明に係わる空気調整装置は、車両のキャビンを暖房する際に用いる空気調整装置であって、外部からキャビンに供給する空気の供給経路に配置した第１熱交換器と、キャビンから外部へ排出する空気の排出経路に配置した第２熱交換器と、第１熱交換器と第２熱交換器の間に媒体を循環させる媒体循環路と、前記前記媒体の循環駆動源である媒体駆動ポンプと、第１熱交換器、第２熱交換器、及び媒体駆動ポンプを夫々制御する空調制御器とを備えたことを特徴としている。

【発明の効果】

【0008】

本発明に係わるキャビンの空気調整方法及び空気調整装置は、上記構成を採用したことにより、キャビン内の空気から回収した熱を暖房に有効活用することとなり、これによりエネルギロスを低減して、燃費や電費の向上を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明に係わる空気調整装置の第１実施形態を示す図であって、装置構成と内気及び外気の併用循環を説明する平面図である。

【図2】本発明に係わる空気調整方法を説明するフローチャートである。

【図3】図１に示す空気調整装置の内気循環を説明する平面図である。

【図4】図１に示す空気調整装置の外気循環を説明する平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

〈第１実施形態〉
図１～図４は、本発明に係わるキャビンの空気調整方法及び空気調整装置の第１実施形態を説明する図である。図１は、上記の空気調整方法が適用可能な空気調整装置を備えた車両（自動車）Ｖを説明する図であり、図１中で左方向が車両Ｖの前方向である。

【0011】

図示の車両Ｖは、前後左右の車輪Ｗを有する電気自動車であって、キャビンＣの後方にバッテリ１が搭載してある。また、車両Ｖは、キャビンＣの前方に、ラジエータ２、モータ３、減速機４、モータ駆動用のインバータ５、ヒートポンプ６、ラジエータ２の冷却水をモータ３等に循環させるウオータポンプ７、及び車載エアコン８が搭載してある。

【0012】

車載エアコン８は、インターコンデンサ８Ａと、外部ヒータ８Ｂとを備えている。この車載エアコン８は、ＨＶＡＣ（Heating Ventilation and Air-Conditioning）と呼ばれるもので、キャビンＣ内を快適に保つために、風の温度や風量、吹き出し口の調整を行うカーエアコンユニットである。なお、車載エアコン８は、便宜上、各図中でキャビンＣ内に示しているが、実際はダッシュボードの内部に配置される。

【0013】

上記車両Ｖにおける空気調整装置は、車載エアコン８の一部として構成することが可能であり、外部からキャビンＣに供給する空気の供給経路に配置した第１熱交換器Ｈ１と、キャビンＣから外部へ排出する空気の排出経路に配置した第２熱交換器Ｈ２とを備えている。また、空気調整装置は、第１熱交換器Ｈ１と第２熱交換器Ｈ２の間に媒体を循環させる媒体循環路Ｒと、媒体の循環駆動源である媒体駆動ポンプＰと、第１熱交換器Ｈ１、第２熱交換器Ｈ２、及び媒体駆動ポンプＰを夫々制御する空調制御器１１を備える。媒体は、気体又は液体である流体であり、各熱交換器Ｈ１，Ｈ２専用のものでも良いし、ラジエータ２の冷却水を利用することも可能である。

【0014】

空気の供給経路は、詳細な図示を省略したが、車体内部において、ラジエータ２を通過した空気を車載エアコン８に導く経路である。また、空気の排出経路は、同様に図示を省略したが、キャビンＣから車体内部を経て外部に至る経路である。これらの経路には、空気の流通を促進させるファンなどを配置しても良い。そして、空気調整装置は、空気の供給経路及び第１熱交換器Ｈ１が、キャビンＣの前方側に配置してあり、空気の排出経路及び第２熱交換器Ｈ２がキャビンＣの後方側に配置してある。

【0015】

さらに、空気調整装置は、外気温度を測定する温度センサＴＳと、キャビンＣの内部湿度を測定する湿度センサＨＳとを備えている。各センサＴＳ，ＨＳの測定値は空調制御器１１に入力される。空調制御器１１は、コンピュータであって、温度センサＴＳ及び湿度センサＨＳで測定した外気温度及び内部湿度に基づいて、後記する内気循環及び外気循環の少なくとも一方を選択する機能を有する。この空調制御器１１は、独立した機器であっても良いし、車載エアコン８の制御器や車両Ｖの主制御器の一部を構成するものであっても良い。

【0016】

上記の空気調整装置を用いた空気調整方法は、車両ＶのキャビンＣを暖房する際に用いられ、キャビンＣから外部へ排出する空気から熱を回収し、回収した熱によりキャビンＣに供給する空気を加熱する。とくに、この実施形態では、回収した熱により、車載エアコン８に導入される空気を加熱する。より具体的には、空気調整方法は、第１熱交換器Ｈ１により、第２熱交換器Ｈ２で回収した熱により車載エアコン８を通してキャビンＣに供給する空気を加熱（放熱）し、第２熱交換器Ｈ２により、キャビンＣから外部へ排出する空気から熱を回収する。

【0017】

図２は、空気調整装置を構成する空気制御器１１の制御工程を示すフローチャートである。すなわち、制御工程は、ステップＳ１において、イグニッションスイッチがＯＮになると、ステップＳ２において、ヒートポンプ６及び車載エアコン８がＯＮであるか否かを判定し、ステップＳ２でＯＮではない（ＮＯ）と判定した場合は、制御を終了する。

【0018】

次に、空気制御器１１は、ステップＳ２でＯＮである（ＹＥＳ）と判定した場合は、ステップＳ３に移行して温度センサＴＳにより外気温度を測定し、さらに、ステップＳ４に移行して湿度センサＨＳでキャビンＣの内部湿度を測定し、測定した外気温度と内部湿度に基づいて、キャビンＣ内の飽和水蒸気量を算出し、ステップＳ５において、飽和水蒸気量に基づいて結露が発生するか否かを判断する。

【0019】

上記のステップＳ５で結露が発生しない（ＮＯ）と判断した場合は、ステップＳ６に移行して内気循環を行う。内気循環は、図３中の矢印Ａ１，Ａ２で示すように、外部から導入した空気を車載エアコン８で加熱してキャビンＣに供給する。この際、車載エアコン８は、矢印Ａ３で示すようにキャビンＣ内の空気を取り込んで循環させる。これに対して、外気循環では、図４中の矢印Ａ１，Ａ２で示すように、外部から導入した空気を車載エアコン８で加熱してキャビンＣに供給する一方で、矢印Ａ４，Ａ５で示すように、キャビンＣの空気を外部に排出する。

【0020】

そして、空気制御器１１は、ステップＳ５で結露が発生する（ＹＥＳ）と判断した場合は、ステップＳ７において媒体駆動ポンプＰを作動させ、ステップＳ８において内気及び外気の併用循環を行う。

【0021】

すなわち、空気調整方法では、外気温度と内部湿度とを測定し、結露が発生しないと判断した際に、内気循環を行い、結露が発生すると判断した際に、キャビンＣに供給する空気を加熱する内気循環と、キャビンＣの空気を排出する外気循環との両方である併用循環を行う。

【0022】

上記の併用循環では、図１に示すように、媒体駆動ポンプＰを作動させ、媒体循環路Ｒを介して第１熱交換器Ｈ１と第２熱交換器Ｈ２との間に媒体を循環させる。この際、第２熱交換器Ｈ２は、相対的に低温である媒体と、図中の矢印Ａ４で示す空気すなわち相対的に高温であるキャビンＣの空気との間で熱交換を行い、媒体によりキャビンＣの空気から熱を回収する。熱が回収された空気は、図中の矢印Ａ５で示すように外部に排出する。

【0023】

他方、第１熱交換器Ｈ２は、相対的に高温になった媒体と、図中の矢印Ａ１で示す空気すなわち外部から導入した相対的に低温である空気との間で熱交換を行い、外部から車載エアコン８に導入する空気に放熱してこれを加熱する。車載エアコン８は、図中の矢印Ａ２で示すように、空気をさらに加熱してキャビンＣに供給し、矢印Ａ３で示すようにキャビンＣの空気を取り込んで循環させる。なお、併用循環は、内部湿度が一定以下になるまで、又はステップＳ５で結露が発生しないと判定するまで継続することも可能である。

【0024】

このようにして、上記実施形態で説明したキャビンの空気調整方法及び空気調整装置は、キャビンＣ内の空気から回収した熱をキャビンＣの暖房に有効活用することとなり、これによりエネルギロスを低減して、燃費や電費の向上を実現することができる。

【0025】

また、上記の空気調整方法及び空気調整装置は、キャビンＣ内の空気から回収した熱により、外部から車載エアコン８に導入される空気を加熱することから、車載エアコン８の負担を軽減して電極消費を大幅に抑制し、燃費や電費のさらなる向上を実現する。

【0026】

さらに、上記の空気調整方法及び空気調整装置は、第１熱交換器Ｈ１、第２熱交換器Ｈ２、媒体及び媒体駆動ポンプＰ、並びに空調制御器１１を用いることで、比較的簡単な構成により、熱の回収及び加熱（放熱）を効果的に行うことができる。

【0027】

さらに、上記の空気調整方法及び空気調整装置は、温度センサＴＳで測定した外気温度と、湿度センサＨで測定したキャビンＣの内部湿度とに基づいて、空調制御器１１により、内気循環、外気循環、及び併用循環を選択するので、キャビンＣ内の雰囲気に応じた空調が行われ、暖房を継続しつつ、外気導入に伴うキャビンＣ内の酸素濃度の増加、キャビンＣ内の排気に伴う湿度及び二酸化炭素の減少を実現する。要するに、暖房しながらキャビンＣの空気を入れ替える。

【0028】

さらに、上記の空気調整方法及び空気調整装置は、図２のフローチャートに示すように、外気温度と内部湿度とに基づいて、キャビンＣ内の飽和水蒸気量を算出し、結露が発生すると判断した際には、図１に示すように、内気循環と外気循環とを行い、結露が発生しないと判断した際には、内気循環を行う。

【0029】

つまり、とくに冬期においては、乗員の呼気等によりキャビンＣ内の湿度が上昇し、これにより窓ガラス等に結露が生じ易くなる。これに対して、上記の空気調整方法及び空気調整装置では、結露が生じると判断した際に併用循環を行うことで、暖房を継続しながら、外気の導入とキャビンＣ内の排気（除湿）とを行って結露の発生を防止する。

【0030】

このとき、上記の空気調整方法及び空気調整装置では、キャビンＣ内の排気により除湿を行うので、車載エアコン８の除湿機能が不要であり、また、車載エアコン８に余計な負荷を与えずに除湿を行うことができ、消費電力の低減、燃費や電費のさらなる向上を実現する。

【0031】

さらに、上記の空気調整装置では、第１熱交換器Ｈ１をキャビンＣの前方側に配置し、第２熱交換器Ｈ２をキャビンＣの後方側に配置しているので、キャビンＣの前方側から後方側へ暖気の流れが形成され、キャビンＣの全体を均一に暖めることができ、キャビンＣ内の快適性がより高められる。

【0032】

上記の実施形態では、図１及び図２に示すように、測定した外気温度と内部湿度に基づいて内気及び外気の併用循環と、内気循環とを選択するようにし、内気循環及び外気循環では、第１及び第２の熱交換器Ｈ１，Ｈ２や媒体駆動ポンプＰが作動しない場合を説明した。

【0033】

これに対して、本発明に係わる空気調整方法及び空気調整装置は、図３に示す内気循環や図４に示す外気循環の際に、第１及び第２の熱交換器Ｈ１，Ｈ２や媒体駆動ポンプＰを作動させても構わない。その際、空調制御器１１は、温度センサＴＳや湿度センサＨＳの測定値を用いずに制御を行うようにしても良い。

【0034】

これにより、上記の空気調整方法及び空気調整装置は、作動を開始すると、第２熱交換器Ｈ２による熱の回収と第１熱交換器Ｈ２による加熱（放熱）を継続的に行い、車載エアコン８の負担を軽減して消費電力を節約し、燃費や電費の向上に貢献することができる。

【0035】

本発明に係わる空気調整方法及び空気調整装置は、その構成が上記実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

【符号の説明】

【0036】

Ｃ キャビン
Ｈ１ 第１熱交換器
Ｈ２ 第２熱交換器
ＨＳ 湿度センサ
Ｐ 媒体駆動ポンプ
Ｒ 媒体循環路
ＴＳ 温度センサ
Ｖ 車両
８ 車載エアコン
１１ 空調制御器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】