JPH1035268A

JPH1035268A - 車載用空気調和装置

Info

Publication number: JPH1035268A
Application number: JP19496396A
Authority: JP
Inventors: Takashi Osawa; 隆司大沢
Original assignee: Zexel Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1996-07-24
Filing date: 1996-07-24
Publication date: 1998-02-10

Abstract

(57)【要約】【課題】簡素な構造で、かつ、特殊な冷媒を用いるこ
となく高効率の車載用空気調和装置を提供することを解
決すべき課題とする。【解決手段】水冷式熱交換器１１と空冷式熱交換器１
２とによってペルチェ素子１３を挟んで構成された熱交
換ユニット１４と、車両に搭載された廃熱回収器１５
と、この廃熱回収器１５と並列的に接続されたファン付
きラジエタ１６と、前記廃熱回収器１５あるいはファン
付きラジエタ１６と前記水冷式熱交換器１１との間に熱
交換用水を循環させるポンプ１７と、前記ファン付きラ
ジエタ１６と前記廃熱回収器１５とを選択的に前記水冷
式熱交換器１１に接続する接続切り替え手段である第１
電磁弁１９及び第２電磁弁２０と、この第１電磁弁１９
及び第２電磁弁２０の作動を制御するとともに、前記ペ
ルチェ素子への印加電圧を切り替え制御する制御手段と
によって構成されていることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気調和装置に係
わり、特に、車両に搭載される空気調和装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電気自動車等に搭載される空気調
和装置として、図５に示す構造のものが知られている。
この空気調和装置１は、空調ダクト２と、このダクト２
の上流側の端部に設けられ、前記ダクト２内に吸引され
る空気量を調整する風量調整ダンパ３と、この風量調整
ダンパ３の下流側に設けられ、前記ダクト２内に空気を
吸引する送風機４と、この送風機４の下流側に設けら
れ、この送風機４によって送り込まれる空気との熱交換
をなす熱交換器５と、この熱交換器５に送り込まれる冷
媒を圧縮するコンプレッサ６と、前記熱交換器５におい
て熱交換を終えた冷媒と外気との熱交換をなすファン付
きラジエタ７とによって構成された蒸気圧縮式の空気調
和装置である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来の空気調和装置１においては、蒸気圧縮式であるた
めに、特殊な冷媒を必要とし、使用する冷媒によって
は、漏れ等により環境に悪影響を与えることがある。ま
た、コンプレッサを用いることにより、構造が複雑にな
るばかりでなく、再起動に時間がかかり、安定した運転
状態となるまでに車室内が不快になったり、ガラス面が
曇ったりすることがある。本発明は、このような従来の
問題点に鑑みてなされたもので、簡素な構造で、かつ、
特殊な冷媒を用いることなく高効率の車載用空気調和装
置を提供することを解決すべき課題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の車載用空気調和装置は、前述した課題を解決するため
に、水冷式熱交換器と空冷式熱交換器とによってペルチ
ェ素子を挟んで構成された熱交換ユニットと、車両に搭
載された廃熱回収器と、この廃熱回収器と並列的に接続
されたファン付きラジエタと、前記廃熱回収器あるいは
ファン付きラジエタと前記水冷式熱交換器との間に熱交
換用水を循環させるポンプと、前記ファン付きラジエタ
と前記廃熱回収器とを選択的に前記水冷式熱交換器に接
続する接続切り替え手段と、この接続切り替え手段の作
動を制御するとともに、前記ペルチェ素子への印加電圧
を切り替え制御する制御手段とによって構成されている
ことを特徴としている。

【０００５】また、本発明の請求項２に記載の車載用空
気調和装置は、水冷式熱交換器と空冷式熱交換器とによ
ってペルチェ素子を挟んで構成された複数の熱交換ユニ
ットと、車両に搭載された廃熱回収器と、この廃熱回収
器と並列的に接続されたファン付きラジエタと、前記フ
ァン付きラジエタと前記各水冷式熱交換器との間に熱交
換用水を循環させる第１ポンプと、前記廃熱回収器と前
記各水冷式熱交換器との間に熱交換用水を循環させる第
２ポンプと、前記ファン付きラジエタと前記廃熱回収器
とを選択的に前記各水冷式熱交換器に接続する接続切り
替え手段と、この接続切り替え手段の作動を制御すると
ともに、前記各ペルチェ素子への印加電圧を切り替え制
御する制御手段とによって構成されていることを特徴と
している。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て、図１および図２を参照して説明する。図１において
符号１０で示す本実施の形態に係わる車載用空気調和装
置は、水冷式熱交換器１１と空冷式熱交換器１２とによ
ってペルチェ素子１３を挟んで構成された熱交換ユニッ
ト１４と、車両に搭載された廃熱回収器１５と、この廃
熱回収器１５と並列的に接続されたファン付きラジエタ
１６と、前記廃熱回収器１５あるいはファン付きラジエ
タ１６と前記水冷式熱交換器１１との間に熱交換用水を
循環させるポンプ１７と、前記ファン付きラジエタ１６
と前記廃熱回収器１５とを選択的に前記水冷式熱交換器
１１に接続する接続切り替え手段である第１電磁弁１９
及び第２電磁弁２０と、この第１電磁弁１９及び第２電
磁弁２０の作動を制御するとともに、前記ペルチェ素子
１３への印加電圧を切り替え制御する制御手段（図示
略）とによって概略構成されている。

【０００７】ついでこれらの詳細について説明すれば、
前記熱交換ユニット１４を構成する空冷式熱交換気１２
は、外気を車内へ取り込むダクト（図示略）内に位置さ
せられており、このダクトに吸引される外気との熱交換
を行なうようになされている。

【０００８】前記廃熱回収器１５は、たとえば、車両が
電気自動車である場合には、モータから排出される熱を
利用した廃熱回収器であり、また、通常の化石燃料を用
いた車両である場合には内燃機関からの廃熱を用いた廃
熱回収器である。

【０００９】また、前記接続切り替え手段である第１電
磁弁１９は、前記ファン付きラジエタ１６の入口側に設
けられ、第２電磁弁２０は、前記廃熱回収器１５の出口
側に設けられている。

【００１０】このように構成された車載用空気調和装置
１０の作用について以下に説明する。まず、冷房運転時
においては、制御手段から切り替え手段１８に制御信号
が出力されることにより、図２に示すように、第１電磁
弁１９が開放されるとともに第２電磁弁２０が閉止され
て、前記水冷式熱交換器１１とファン付きラジエタ１６
とが接続され、廃熱回収器１５が循環経路から切り離さ
れる。また、ペルチェ素子１３に正の電圧が印加される
ことにより、空冷式熱交換器１２側が冷却されるととも
に、ポンプ１７が作動させられる。

【００１１】これによって、水冷式熱交換器１１とファ
ン付きラジエタ１６との間で水が循環させられ、この循
環水が、前記ファン付きラジエタ１６において冷却され
た後に、前記水冷式熱交換器１１へ送り込まれ、この水
冷式熱交換器１１においてペルチェ素子１３の一方の面
を冷却する。

【００１２】そして、このペルチェ素子１３において
は、他方の面において空冷式熱交換器１２との熱交換に
よって熱を吸収しており、この熱が、前記水冷式熱交換
器１１において前記循環水に吸収された後にファン付き
ラジエタ１６へ送り込まれて外気へ放出される。したが
って、前記空冷式熱交換器１２において、この空冷式熱
交換器１２に接触させられる空気が冷却されて車内へ送
り込まれて、この車内の冷房が行なわれる。

【００１３】また、暖房運転時においては、前記第１電
磁弁１９が閉止されるとともに第２電磁弁２０が開放さ
れて、前記水冷式熱交換器１１と廃熱回収器１５とが接
続され、ファン付きラジエタ１６が循環経路から切り離
される。また、ペルチェ素子１３に負の電圧が印加され
ることにより、空冷式熱交換器１２側が加熱されるとと
もに、ポンプ１７が作動させられる。

【００１４】これによって、廃熱回収器１５において回
収された熱が循環水によって水冷式熱交換器１１へ伝達
され、前記ペルチェ素子１３による加熱作用と相まっ
て、前記空冷式熱交換器１２内を流れる空気が加熱され
た後に車内へ送り込まれて、車内の暖房が行なわれる。

【００１５】このように、本実施形態に係わる車載用空
気調和装置１０によれば、ペルチェ素子１３による加熱
作用を用いて空気の加熱を行ない、かつ、車両において
発生する廃熱によって前記ペルチェ素子１３の水冷式熱
交換器１１側の加熱を行なうものであるから、効率の良
い暖房が行なわれるとともに、外気の温度が低い場合に
おいても、十分な暖房が可能である。また、冷房時にお
いては、ペルチェ素子１３によって空冷式熱交換器１２
において吸収した熱がファン付きラジエタ１６において
強制的に外気へ放出されることから効率の良い冷房が行
なわれ、コンプレッサ等の可動部材が不要となって構造
が簡素化される。しかも、ペルチェ素子１３に印加する
電圧を調整することによって、空冷式熱交換器１２にお
ける加熱度や冷却度がきめ細かく制御されることから、
高精度の温度調整が行なわれる。

【００１６】ついで、本発明の他の実施形態について図
３および図４に基づき説明する。本実施形態に係わる車
載用空気調和装置３０には、第１熱交換ユニット１４ａ
及び第２熱交換ユニット１４ｂが設けられており、上記
第１熱交換ユニット１４ａにはファン付きラジエタ１６
が接続され、また、上記第２熱交換ユニット１４ｂには
廃熱回収器１５が接続されている。

【００１７】また、各熱交換ユニット１４ａ，１４ｂの
出口側には、それぞれ第１ポンプ１７ａ，第２ポンプ１
７ｂが設けられているとともに、ファン付きラジエタ１
６の出口側には逆止弁３１が設けられ、前記各熱交換ユ
ニット１４ａ，１４ｂを構成する各水冷式熱交換器１１
ａ，１１ｂの各出口側が、前記各ポンプ１７ａ，１７ｂ
の上流側において連通管３２によって相互に連通させら
れているとともに、この連通管３２の途中に第２電磁弁
３３が設けられている。

【００１８】また、前記各熱交換ユニット１４ａ，１４
ｂの入口側が、前記逆止弁３１よりも下流側で連通管３
４によって相互に連結されており、この連通管３４の途
中には第１電磁弁３５が設けられ、さらに、前記第２熱
交換ユニット１４ｂの水冷式熱交換器１１ｂの入口側と
廃熱回収器１５との間で、前記連通管３４よりも上流側
の位置に逆止弁３６が設けられているとともに、前記第
２ポンプ１７ｂと廃熱回収器１５との間にも逆止弁３７
が設けられている。

【００１９】そして、前記両熱交換ユニット１４ａ，１
４ｂに設けられている各空冷式熱交換器１２ａ，１２ｂ
は、同一のダクト内に、その長さ方向に間隔をおいて設
置されている。

【００２０】ついで、このように構成された本実施形態
の作用について図４を参照して説明する。まず、比較的
温度の高い冷房運転の場合（図４に冷房１として示し
た）には、第１電磁弁３５および第２電磁弁３３が閉塞
されるとともに、第１ポンプ１７ａが作動させられ、ま
た、第２ポンプ１７ｂが停止させられ、さらに、ファン
が作動させられるとともに、前記第１熱交換ユニット１
４ａのペルチェ素子１３ａへ正の電圧が印加されること
により空冷式熱交換器１２ａ側が冷却され、水冷式熱交
換器１１ａ側は温められる。

【００２１】これによって第１熱交換ユニット１４ａの
空冷式熱交換器１２ａのみにおいてダクト内を流れる空
気が冷却されるとともに、ペルチェ素子１３ａより放出
された熱は、水冷式熱交換器１１ａおよびファン付きラ
ジエタ１６を介して外気へ強制排出される。したがっ
て、第１熱交換ユニット１４ａのみによる冷房が行なわ
れる。

【００２２】次に、比較的温度の低い冷房運転の場合
（図４に冷房２として示した）には、冷房１におけるセ
ッティングにおいて閉止状態にあった両電磁弁３３，３
５が開放される。

【００２３】これによって、両熱交換ユニット１４ａ，
１４ｂの各水冷式熱交換器１１ａ，１１ｂがファン付き
ラジエタ１６へ接続されるとともに、これらの水冷式熱
交換器１１ａ，１１ｂと前記ファン付きラジエタ１６と
の間に第１ポンプ１７ａによって熱交換水が循環させら
れるが、さらに、前記両ペルチェ素子１３ａ，１３ｂに
正の電圧が印加されることにより、両空冷式熱交換器１
２ａ，１２ｂ側が冷却される。したがって、一方の空冷
式熱交換器１２ａにおいて冷却された外気が、他方の空
冷式熱交換器１２ｂへ送り込まれてさらに冷却され、温
度の低い冷房が行なわれる。

【００２４】また、除湿暖房運転の場合には、両電磁弁
３３，３５を閉止して両熱交換ユニット１４ａ，１４ｂ
を切り離すとともに、これらを個別に作動させ、かつ、
第１熱交換ユニット１４ａのペルチェ素子１３ａには正
の電圧を印加し、第２熱交換ユニット１４ｂのペルチェ
素子１３ｂには負の電圧を印加する。

【００２５】これによって、第１熱交換ユニット１４ａ
によって冷却されて乾燥された外気が、第２熱交換ユニ
ット１４ｂによって加熱されることにより、低温に加熱
された低湿度の空気が車内へ供給されることとなって、
暖房しつつ除湿が行なわれる。

【００２６】さらに、ファン付きラジエタ１６の作動を
停止した状態で、前記電磁弁３３，３５の開閉の組み合
わせと、両ポンプ１７ａ，１７ｂの作動の組み合わせ、
さらに、両ペルチェ素子１３ａ，１３ｂへの負の電圧の
印加の組み合わせを変化させることにより、温度の低い
暖房や温度の高い暖房とが行なわれる。

【００２７】なお、前記各実施形態において示した各構
成部材の諸形状や寸法等は一例であって、設計要求等に
基づき種々変更可能である。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
に係わる車載用空気調和装置によれば、廃熱回収器によ
って車両において発生する廃熱を利用した加熱と、ペル
チェ素子による加熱作用を用いて空気の加熱を行なうも
のであるから、効率の良い暖房を行なうことができると
ともに、外気の温度が低い場合においても、十分な暖房
を行なうことができる。また、冷房時においては、ペル
チェ素子によって空冷式熱交換器において吸収した熱を
ファン付きラジエタにおいて強制的に外気へ放出するこ
とから効率の良い冷房を行なうことができるとともに、
コンプレッサ等の可動部材を不要にして構造を簡素化す
ることができる。しかも、ペルチェ素子に印加する電圧
を調整することによって、空冷式熱交換器における加熱
度や冷却度をきめ細かく制御できることから、高精度の
温度調整を行なうことができるとともに、車両において
冷却剤として用いられている水を熱交換用水として用い
ることから、漏れ等が発生したとしても、環境への影響
がない。

【００２９】また、本発明の請求項２に係わる車載用空
気調和装置によれば、複数の熱交換ユニットと、ファン
付きラジエタおよび廃熱回収器との接続の組み合わせを
調整することにより、他種類の空気調和機能を実現する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すシステム構成図であ
る。

【図２】本発明の一実施形態の作用を説明するための各
構成部材の作動関係を示す図である。

【図３】本発明の他の実施形態を示すシステム構成図で
ある。

【図４】本発明の他の実施形態の作用を説明するための
各構成部材の作動関係を示す図である。

【図５】従来の車載用空気調和装置のシステム構成図で
ある。

【符号の説明】

１０，３０車載用空気調和装置１１水冷式熱交換器１２空冷式熱交換器１３，１３ａ，１３ｂペルチェ素子１４，１４ａ，１４ｂ熱交換ユニット１５廃熱回収器１６ファン付きラジエタ１７，１７ａ，１７ｂポンプ１９，２０，３３，３５電磁弁（接続切り替え手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水冷式熱交換器と空冷式熱交換器とによ
ってペルチェ素子を挟んで構成された熱交換ユニット
と、車両に搭載された廃熱回収器と、この廃熱回収器と
並列的に接続されたファン付きラジエタと、前記廃熱回
収器あるいはファン付きラジエタと前記水冷式熱交換器
との間に熱交換用水を循環させるポンプと、前記ファン
付きラジエタと前記廃熱回収器とを選択的に前記水冷式
熱交換器に接続する接続切り替え手段と、この接続切り
替え手段の作動を制御するとともに、前記ペルチェ素子
への印加電圧を切り替え制御する制御手段とによって構
成されていることを特徴とする車載用空気調和装置。
【請求項２】水冷式熱交換器と空冷式熱交換器とによ
ってペルチェ素子を挟んで構成された複数の熱交換ユニ
ットと、車両に搭載された廃熱回収器と、この廃熱回収
器と並列的に接続されたファン付きラジエタと、前記フ
ァン付きラジエタと前記各水冷式熱交換器との間に熱交
換用水を循環させる第１ポンプと、前記廃熱回収器と前
記各水冷式熱交換器との間に熱交換用水を循環させる第
２ポンプと、前記ファン付きラジエタと前記廃熱回収器
とを選択的に前記各水冷式熱交換器に接続する接続切り
替え手段と、この接続切り替え手段の作動を制御すると
ともに、前記各ペルチェ素子への印加電圧を切り替え制
御する制御手段とによって構成されていることを特徴と
する車載用空気調和装置。