JP2024167823A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空調ケース内の空気の送風効率を向上させつつ、外気導入および内気排出による熱損失を低減して、空調動作時の消費電力を抑制できる車両用空調装置を提供する。【解決手段】車両用空調装置１は、空調ケース２１内に、外気入口２２から蒸発器３２に外気を導く第１通路Ｐ１と、内気入口２３から蒸発器３２に内気を導く第２通路Ｐ２とが形成されている。第１および第２通路Ｐ１，Ｐ２内にはブロアファン３１が設けられ、ブロアファン３１と蒸発器３２の間には全熱交換器３４が配置されている。全熱交換器３４には、第１通路Ｐ１内を流れる外気が導入されるとともに、第２通路Ｐ２内を流れる内気の少なくとも一部が導入され、外気および内気の間で熱交換が行われる。熱交換された外気は、第２通路Ｐ２内を流れる残りの内気とともに蒸発器３２に導入され、熱交換された内気は車室外へ排出される。【選択図】図１

Description

本発明は、車室内を空調する車両用空調装置に関する。

従来の車両用空調装置として、例えば、特許文献１には、内気を車室外へ排出する内気排出路を流れる内気から吸熱し、外気導入口から導入される外気へ放熱する全熱交換器を設けることにより、外気導入による熱損失を低減して暖房効果を向上させた車両用空調装置が開示されている。

特開平１０－１６５３１号公報

しかし、上記従来の車両用空調装置では、外気が導入される第１送風路において、全熱交換器が送風機の上流側に取り付けられており、送風機の下流側にはエバポレータが設置されている。このような第１送風路上の配置では、送風機の上流側が負圧となり、下流側が正圧となってしまうため、送風機の効率が良くなかった。また、内気が導入される第２送風路においては、送風機に導入された内気が車室内側および車室外側の２方向に吹き出されており、２方向への内気の振り分けが難しく、改善の余地があった。

本発明は上記の点に着目してなされたもので、空調ケース内の空気の送風効率を向上させつつ、外気導入および内気排出による熱損失を低減して、空調動作時の消費電力を抑制できる車両用空調装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の一態様は、外気を導入する外気入口および内気を導入する内気入口が一端側に形成され、かつ、車両の窓ガラスに向けて空気を吹き出すデフロスタ出口、並びに、車室内の乗員に向けて空気を吹き出すフェイス出口およびフット出口が他端側に形成されている空調ケースと、前記空調ケース内を流れる空気を冷却するための冷却用熱交換部と、前記空調ケース内に、前記外気入口から前記冷却用熱交換部に空気を導く第１通路と、前記内気入口から前記冷却用熱交換部に空気を導く第２通路とを形成する仕切板と、前記第１および第２通路内に、前記一端側から前記他端側へ向かう空気の流れを発生させる送風部と、を含む車両用空調装置を提供する。この車両用空調装置は、前記送風部と前記冷却用熱交換部との間に配置され、前記第１通路内を流れる外気が導入されるとともに、前記第２通路内を流れる内気の少なくとも一部が導入され、該導入された外気および内気の間で熱交換を行う内外気熱交換部を含み、前記内外気熱交換部で熱交換された外気が前記第２通路内を流れる残りの内気とともに前記冷却用熱交換部に導入され、前記内外気熱交換部で熱交換された内気が車室外へ排出されるように構成されている。

本発明に係る車両用空調装置によれば、空調ケース内の空気の送風効率を向上させつつ、外気導入および内気排出による熱損失を低減して、空調動作時の消費電力を抑制できる。

本発明の一実施形態に係る車両用空調装置の全体構成を示す概略図である。 車両用空調装置の電気的構成を示すブロック図である。 全熱交換器に用いられる全熱交換エレメントを模式的に示す斜視図である。 夏季・冷房機能ＯＮの初期状態における空気の流れを示す図である。 夏季・乗員２人の場合の空気の流れを示す図である。 夏季・乗員４人の場合の空気の流れを示す図である。 冷媒漏れの場合の空気の流れを示す図である。 冬季・乗員２人で結露の可能性が低い場合の空気の流れを示す図である。 冬季・乗員４人で結露の可能性が低い場合の空気の流れを示す図である。 冬季・乗員２人で結露の可能性が高い場合の空気の流れを示す図である。 冬季・乗員２人で結露の可能性が更に高い場合の空気の流れを示す図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１および図２は、本発明の一実施形態に係る車両用空調装置１の構成を示している。図１は、本実施形態による車両用空調装置１の全体構成の概略図であり、図２は、本実施形態による車両用空調装置１の電気的構成を示すブロック図である。

本実施形態による車両用空調装置１は、自動車などの車両に搭載され、車両の車室内に空調風を吹き出すことで車室内を空調するように構成されている。車両用空調装置１は、空調ユニット２（図１）と空調制御装置５（図２）とを含む。

空調ユニット２は、車両（図示せず）の車室内の前部に配置されており、空調ケース２１を含んでいる。空調ケース２１の一端側（図１の左側）には、外気入口２２および内気入口２３が形成されている。外気入口２２は、車室外空気（以下「外気」という）を空調ケース２１内に導入するための吸込口である。外気入口２２は、外気ダクト２２Ａを介して空調ケース２１内の空間に連通している。内気入口２３は、車室内空気（以下「内気」という）を空調ケース２１内に導入するための吸込口である。内気入口２３は、内気ダクト２３Ａを介して空調ケース２１内の空間に連通している。

外気入口２２および内気入口２３には、外気ドア２２Ｂおよび内気ドア２３Ｂがそれぞれ設けられている。また、後述する第１および第２通路Ｐ１，Ｐ２の各上流側端部を互いに接続する連絡通路Ｐ１２における外気入口２２寄りには、内外気ドア２８が設けられている。外気ドア２２Ｂ、内気ドア２３Ｂおよび内外気ドア２８は、空調制御装置５からの制御信号に基づいて動作する各々に対応した電動アクチュエータ６１，６２，６３によってそれぞれ駆動される（図２）。外気ドア２２Ｂ、内気ドア２３Ｂおよび内外気ドア２８は、各々の回動位置の組み合わせに応じて、車両用空調装置１の吸込口モードを、内気モード、外気モードまたは内外気モードに切り替えることが可能に構成されている。例えば、図１に実線で示すように、外気ドア２２Ｂが外気入口２２を開放した位置にあり、内気ドア２３Ｂが内気入口２３を開放した位置にあり、内外気ドア２８が連絡通路Ｐ１２を閉塞した位置にある場合、車両用空調装置１の吸込口モードは内外気モードとなる。

空調ケース２１の他端側（図１の右側）には、デフロスタ出口２４、フェイス出口２５およびフット出口２６が形成されている。デフロスタ出口２４は、空調ケース２１内の空気を車両の窓ガラス（図示せず）に向けて吹き出すための吹出口である。デフロスタ出口２４は、デフロスタダクト２４Ａを介して空調ケース２１内の空間に連通している。フェイス出口２５は、空調ケース２１内の空気を車室内の乗員の上半身に向けて吹き出すための吹出口である。フェイス出口２５は、フェイスダクト２５Ａを介して空調ケース２１内の空間に連通している。フット出口２６は、空調ケース２１内の空気を車室内の乗員の足元に向けて吹き出すための吹出口である。フット出口２６は、フットダクト２６Ａを介して空調ケース２１内の空間に連通している。

フェイス出口２５およびフット出口２６には、フェイスドア２５Ｂおよびフットドア２６Ｂがそれぞれ設けられている。また、デフロスタ出口２４とフット出口２６の間の空間には、出口切替ドア２７が配置されている。フェイスドア２５Ｂ、フットドア２６Ｂおよび出口切替ドア２７は、空調制御装置５からの制御信号に基づいて動作する各々に対応した電動アクチュエータ６４，６５，６６によってそれぞれ駆動される（図２）。フェイスドア２５Ｂ、フットドア２６Ｂおよび出口切替ドア２７は、各々の回動位置の組み合わせに応じて、車両用空調装置１の吹出口モードを、デフロスタモード、フェイスモード、フットモード、フェイス・フットモード、デフロスタ・フットモードまたは閉塞モードに切り替えることが可能に構成されている。例えば、図１に実線で示すように、フェイスドア２５Ｂがフェイス出口２５を閉塞した位置にあり、フットドア２６Ｂがフット出口２６を開放した位置にあり、出口切替ドア２７がデフロスタ出口２４およびフット出口２６の双方から離れた中立の位置にある場合、車両用空調装置１の吹出口モードは、デフロスタ・フットモードとなる。なお、本実施形態では、フェイスドア２５Ｂ、フットドア２６Ｂ、出口切替ドア２７および電動アクチュエータ６４～６６が本発明の「吹出量調整部」に相当する。

空調ケース２１内には、空調ケース２１の内壁および複数の仕切板２９によって区画された第１通路Ｐ１、第２通路Ｐ２および連絡通路Ｐ１２が形成されている（図１）。第１通路Ｐ１は、外気入口２２から後述する蒸発器３２（冷却用熱交換部）に空気を導く通路である。第２通路Ｐ２は、内気入口２３から蒸発器３２に空気を導く通路である。つまり、空調ケース２１内における蒸発器３２よりも上流側の空間は、複数の仕切板２９により、図１で概ね上側に位置する第１通路Ｐ１と概ね下側に位置する第２通路Ｐ２との二層に仕切られており、第１通路Ｐ１の上流側端部と第２通路Ｐ２の上流側端部とが連絡通路Ｐ１２を介して連通されている。

空調ケース２１における第１通路Ｐ１の下流側端部を臨む部分には、排気口３０が形成されている（図１）。排気口３０は、排気ダクト３０Ａを介して空調ケース２１内の空間に連通している。排気ダクト３０Ａは、排気口３０とは反対側に位置する端部（図示せず）が車両後部まで延びて車室外の空間に連通している。つまり、空調ケース２１の排気口３０から排気ダクト３０Ａに導かれた空気は、排気ダクト３０Ａ内を通って車室側に排出される。

空調ケース２１内における一端側部位には、第１および第２通路Ｐ１，Ｐ２に亘ってブロアファン３１が設けられている（図１）。ブロアファン３１は、電動モータを有した電動送風機である。ブロアファン３１（電動モータ）は、空調制御装置５からの制御信号に基づいて動作し（図２）、空調ケース２１の一端側から他端側へ向かう空気の流れを発生させる。つまり、ブロアファン３１は、外気入口２２から導入された外気および／または内気入口２３から導入された内気を車室内に向けて送風するように構成されている。なお、本実施形態では、ブロアファン３１が本発明の「送風部」に相当する。

空調ケース２１内におけるブロアファン３１の下流側には、前述した蒸発器３２が設けられている。蒸発器３２には、第１通路Ｐ１を通過した空気（外気）が後述する全熱交換器３４を介して導入されるとともに、第２通路Ｐ２を通過した空気（内気）が導入される。蒸発器３２は、ここでは図示を省略するが、圧縮機、凝縮器、液分離器および膨張弁などと共に、冷媒が循環する冷媒循環路に配置されて冷媒回路（冷凍サイクル）を構成している。蒸発器３２は、圧縮機の動作に伴って、蒸発器３２に導入された空気と冷媒とを熱交換させることにより、空調ケース２１内を流れる空気を冷却するように構成されている。つまり、蒸発器３２は、空調ケース２１内を流れる空気を冷却する冷却用熱交換部として機能する。なお、蒸発器３２（冷媒回路の圧縮機）は、空調制御装置５からの制御信号に基づいて動作する（図２）。

空調ケース２１内における蒸発器３２の下流側には、ヒータコア３３が設けられている。また、ヒータコア３３の周辺（図１でヒータコア３３の背後）には、バイパス通路Ｂ（図１の点線）が形成されている。バイパス通路Ｂは、空調ケース２１内を流れる空気がヒータコア３３をバイパスするための通路である。

ヒータコア３３は、空調ケース２１内における蒸発器３２の下流側の空間でバイパス通路Ｂ以外を流れる空気を加熱する加熱器である。特に限定されないが、本実施形態において、ヒータコア３３は、ここでは図示を省略するが、電気ヒータを内蔵した熱媒体加熱装置と共に、電動ポンプによって水などの熱媒体が循環する熱媒体循環路に配置されている。そして、ヒータコア３３は、熱媒体加熱装置の電気ヒータによって加熱された熱媒体と空調ケース２１内（バイパス通路Ｂを除く）を流れる空気とを熱交換させることで、当該空気を加熱するように構成されている。つまり、ヒータコア３３は、空調ケース２１内（バイパス通路Ｂを除く）を流れる空気を加熱する加熱用熱交換部として機能する。ヒータコア３３（熱媒体加熱装置の電気ヒータおよび電動ポンプ）は、空調制御装置５からの制御信号に基づいて動作する（図２）。

ヒータコア３３の上流側には、エアミックスドア３３Ａが設けられている。エアミックスドア３３Ａは、空調制御装置５からの制御信号に基づいて動作する電動アクチュエータ６７によって駆動される（図２）。エアミックスドア３３Ａは、その回動位置に応じて、空調ケース２１内を流れる空気のうち、ヒータコア３３を通過させる空気の流量とバイパス通路Ｂを通過させる空気の流量の割合（風量割合）を調節する。

空調ケース２１内におけるブロアファン３１と蒸発器３２との間には、第１通路Ｐ１の下流側端部に亘って前述した全熱交換器３４が設けられている。全熱交換器３４には、第１通路Ｐ１内を流れる空気（外気）が導入されるとともに、第２通路Ｐ２内を流れる空気（内気）の少なくとも一部が導入される。全熱交換器３４は、導入される２種類の空気（外気、内気）の間で顕熱および潜熱を交換する。つまり、全熱交換器３４は、導入される外気と内気の間で全熱（温度および湿度）を交換可能に構成されている。本実施形態では、全熱交換器３４が本発明の「内外気熱交換部」に相当する。

図３は、全熱交換器３４に用いられる全熱交換エレメントを模式的に示す斜視図である。図３において、全熱交換器３４に用いられる全熱交換エレメントは、例えば、繊維質基材に高分子収着材を塗布して形成された仕切部材３４１と、波型加工された間隔部材３４２とが一方向に積層されている。全熱交換エレメントは、外気ＯＡを導入して給気ＳＡとして送り出す方向と、還気（内気）ＲＡを導入して排気ＥＡとして送り出す方向とが各層間で交互に９０°異なるように構成されている。仕切部材３４１に使用される高分子収着材は、例えば、ポリアクリル酸ナトリウム架橋体などから構成されている。このような高分子収着材は、水分を吸収する速度が高く、保持する水分を低い加熱温度で脱離（放出）することができ、かつ、水分を長時間保持することができる。したがって、繊維質基材に高分子収着材を塗布して形成された仕切部材３４１は伝熱性および透湿性を有している。

本実施形態では、図３の全熱交換エレメントにおける外気ＯＡ－給気ＳＡ側の流れ方向が、空調ケース２１における第１通路Ｐ１内の空気（外気）の流れ方向に沿うように、全熱交換器３４が第１通路Ｐ１の下流側端部に配置されている（図１）。言い換えると、図３の全熱交換エレメントにおける還気（内気）ＲＡ－排気ＥＡ側の流れ方向が、空調ケース２１における第１通路Ｐ１内の外気の流れ方向と直交し、全熱交換エレメントにおける内気の導入面が第２通路Ｐ２を臨み、かつ、排気ＥＡの排出面が排気口３０を臨むように、全熱交換器３４が第１通路Ｐ１の下流側端部に配置されている（図１）。このように配置された全熱交換器３４では、外気ＯＡ－給気ＳＡ側の流れと還気（内気）ＲＡ－排気ＥＡ側の流れとが混ざり合うことなく、外気および内気（給気および排気）の間で全熱（温度および湿度）が効率良く交換される。本実施形態における全熱交換器３４の交換効率は５０％程度である。ただし、全熱交換器３４の交換効率はこれに限定されない。

全熱交換器３４における内気の導入面の外方（図１で下方）には、内気熱交換調整ダンパ３４Ａが設けられている。内気熱交換調整ダンパ３４Ａは、空調制御装置５からの制御信号に基づいて動作する電動アクチュエータ６８によって駆動される（図２）。内気熱交換調整ダンパ３４Ａは、その回動位置に応じて、第２通路Ｐ２内を流れる空気（内気）のうちで全熱交換器３４に導入する空気の流量と蒸発器３２に導入する空気の流量の割合（風量割合）を調節する。例えば、図１に実線で示すように、内気熱交換調整ダンパ３４Ａが、第２通路Ｐ２内の空気の流れ方向に対して略４５°の角度をなす位置にある場合、風量割合は略１対１となる。なお、本実施形態では、外気ドア２２Ｂ、内気ドア２３Ｂ、内外気ドア２８、内気熱交換調整ダンパ３４Ａおよび電動アクチュエータ６１～６３，６８が本発明の「内外気量調整部」に相当する。

空調制御装置５（図２）は、ＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリ、および、Ｉ／Ｏポートなどを含むマイクロコンピュータで構成されている。また、空調制御装置５は、ＲＯＭに記憶された空調制御プログラム、入力される各種センサの検出信号および入力される各種スイッチの操作信号に基づいて各種の演算等を行い、空調制御装置５に電気的に接続された各種機器、例えば、前述したブロアファン３１や蒸発器３２（冷媒回路の圧縮機）、ヒータコア３３（熱媒体加熱装置の電気ヒータおよび電動ポンプ）、各電動アクチュエータ６１～６８などに制御信号を出力して、これらの機器の動作を制御するように構成されている。なお、本実施形態では、空調制御装置５が本発明の「制御部」に相当する。

空調制御装置５に接続される各種センサは、例えば、空調ユニット２内外の各所に設置されている温度センサ群７１および湿度センサ群７２、並びに、座席重量センサ７３およびＣＯ_２濃度センサ７４などを含む。温度センサ群７１は、外気の温度を検出する外気温センサ、内気の温度を検出する内気温センサ、車両の窓ガラス（例えば、フロントガラス等）の表面温度を検出する温度センサ、車室内における窓ガラス近傍の空気の温度を検出する温度センサ等を有している。湿度センサ群７２は、外気の湿度を検出する外気湿度センサ、内気の湿度を検出する内気湿度センサ、車室内における窓ガラス近傍の空気の湿度を検出する湿度センサ等を有している。座席重量センサ７３は、車室内に設置されている各座席の重量を検出するセンサである。空調制御装置５は、座席重量センサ７３で検出される各座席の重量の変化に基づいて、車室内の乗員数を判断することが可能である。ＣＯ_２濃度センサ７４は、車室内の二酸化炭素（ＣＯ_２）の濃度を検出するセンサである。

また、空調制御装置５に接続される各種スイッチは、乗員が操作可能なように、例えば車室内の前部に設置された操作パネル７５に設けられている。操作パネル７５には、例えば、車両用空調装置１をＯＮ／ＯＦＦするＯＮ・ＯＦＦスイッチ、車両用空調装置１の自動制御をＯＮ／ＯＦＦするＡＵＴＯスイッチ、冷房機能をＯＮ／ＯＦＦするＡ／Ｃスイッチ、暖房機能をＯＮ／ＯＦＦするＨＥＡＴスイッチ、吸込口モードを切り替える吸込口モードスイッチ、吹出口モードを切り替える吹出口モードスイッチ、ブロアファン３１の風量を設定する風量設定スイッチなどが設けられている。

次に、本実施形態による車両用空調装置１の動作について説明する。
一般に、外気温が高くなる夏季などにおいて、空調装置の冷房機能を使用する際には、冷房効率を高めるために、吸込口モードを内気モードに設定して、空調装置による空調風を車室内で循環させる内気循環とするのが望ましい。内気循環１００％で冷房機能を使用した場合、乗員の呼気等によって車室内のＣＯ_２濃度が上昇するため、車室内の換気が必要になる。すなわち、高温の外気を吸い込み冷却して車室内へ供給し、それと同量の内気を車室外に排出することで車室内の換気が行われる。このような換気に伴う高温の外気の導入と低温の内気の排出とによる熱損失は、冷房効率を低下させることになる。そこで、本実施形態による車両用空調装置１は、ブロアファン３１と蒸発器３２との間に全熱交換器３４を配置し、この全熱交換器３４に導入される外気および内気の各流量を車室内のＣＯ_２濃度に応じて制御することで、外気導入および内気排出による熱損失を低減して冷房時の消費電力を抑制できるようにしている。

具体的に、車両用空調装置１では、まず、操作パネル７５のＯＮ・ＯＦＦスイッチがＯＮされることにより車両用空調装置１の各部が起動する。そして、操作パネル７５のＡ／ＣスイッチがＯＮされて風量設定スイッチが所望の風量に設定されるか、または、ＡＵＴＯスイッチがＯＮされることにより、空調制御装置５からの制御信号に従ってブロアファン３１および蒸発器３２が作動して冷房機能がＯＮとなる。なお、ＨＥＡＴスイッチはＯＦＦされておりヒータコア３３は作動していない。冷房機能ＯＮの初期状態では、冷房効率を高めるために、吸込口モード切替スイッチが内気モードに設定されるか、または、ＡＵＴＯスイッチＯＮによる自動制御により吸込口モードが内気モードに設定される。これにより、車両用空調装置１が内気循環１００％で冷房動作を開始する。

図４は、夏季・冷房機能ＯＮの初期状態における空気の流れを示している。吸込口モードが内気モードに設定されることにより、空調制御装置５からの制御信号に従って電動アクチュエータ６１～６３が駆動されて、外気ドア２２Ｂ、内気ドア２３Ｂおよび内外気ドア２８が図４に実線で示す位置に制御される。すなわち、外気ドア２２Ｂが外気入口２２を閉塞した位置となり、内気ドア２３Ｂが内気入口２３を開放した位置となり、内外気ドア２８が連絡通路Ｐ１２を開放した位置となる。

さらに、吹出口モードスイッチがフェイスモードに設定されることにより、空調制御装置５からの制御信号に従って電動アクチュエータ６４～６６が駆動されて、フェイスドア２５Ｂ、フットドア２６Ｂおよび出口切替ドア２７が図４に実線で示す位置に制御される。すなわち、フェイスドア２５Ｂがフェイス出口２５を開放した位置となり、フットドア２６Ｂがフット出口２６を閉塞した位置となり、出口切替ドア２７がデフロスタ出口２４側に最も近づいた位置となる。

このとき、全熱交換器３４に対応して配置された内気熱交換調整ダンパ３４Ａは、空調制御装置５からの制御信号に基づいて動作する電動アクチュエータ６８によって駆動され、図４に実線で示すように第２通路Ｐ２内の空気の流れ方向に沿う位置となり、全熱交換器３４の内気導入面を閉塞する。また、ヒータコア３３の上流側に配置されたエアミックスドア３３Ａは、空調制御装置５からの制御信号に従って電動アクチュエータ６７が駆動されることで、空調ケース２１内を流れる空気の全量がバイパス通路Ｂを通るようにする位置となる。さらに、風量設定に応じて空調制御装置５から出力される制御信号に従ってブロアファン３１が駆動されることで、例えば、２００ｍ^３／ｈ等の流量の内気ＲＡが、内気入口２３から内気ダクト２３Ａを介して空調ケース２１内に導入される。

内気入口２３から空調ケース２１内に導入された内気ＲＡは、連絡通路Ｐ１２側と第２通路Ｐ２側とに分かれ、連絡通路Ｐ１２および第１通路Ｐ１を通る空気の流れと、第２通路Ｐ２を通る空気の流れとなる。第１通路Ｐ１を流れる空気は全熱交換器３４を介して蒸発器３２に導入され、第２通路Ｐ２を流れる空気は蒸発器３２に直接導入される。蒸発器３２は、冷房の温度設定に応じて空調制御装置５から出力される制御信号に従って駆動されており、第１および第２通路Ｐ１，Ｐ２からの空気をまとめて冷却する。蒸発器３２で冷却された空気は、バイパス通路Ｂを通過してフェイス出口２５から空調風ＣＡとして２００ｍ^３／ｈの流量で吹き出される。これにより、冷房機能ＯＮの初期状態において、車両用空調装置１が内気循環１００％で冷房動作を開始する。

本実施形態による車両用空調装置１では、冷房動作の開始とともに、若しくは所定の待機時間が経過した後に、空調制御装置５が、座席重量センサ７３で検出される各座席の重量の変化を基に車室内の乗員数を判断する。車室内の乗員数は、車室内のＣＯ_２濃度が上昇する度合いを推定可能なパラメータとして利用される。すなわち、車室内のＣＯ_２濃度は主に乗員の呼気によって上昇するので、車室内の乗員数または乗員の総重量などに比例してＣＯ_２濃度の上昇度合いも変化する。このような特性を利用して、本実施形態では、冷房時における車室内のＣＯ_２濃度の変化を乗員数から推定して換気量の制御を行うようにしている。ただし、ＣＯ_２濃度センサ７４で検出される車室内のＣＯ_２濃度を用いて換気量の制御を行うことも勿論可能である。つまり、車室内の乗員数（または乗員の総重量）に応じた換気量の制御は、ＣＯ_２濃度センサが車両に設けられていないような場合に、ＣＯ_２濃度に応じた換気量の制御を実現するための代替手段として有効である。

空調制御装置５は、座席重量センサ７３からの情報を基に車室内の乗員数を判断すると、該乗員数に応じて換気（外気導入および内気排出）が行われるように、車両用空調装置１の各部を制御する。本実施形態では、乗員の呼気等による車室内のＣＯ_２濃度上昇を考慮し、空調使用時に必要な車室内の換気量として、例えば、乗員一人当たり３０ｃｆｍ（ｆｔ^３／ｍｉｎ）＝５１ｍ^３／ｈを制御目標値に設定する。なお、この換気量の制御目標値は、文献：Gursaran D. Mathur, ”Power Savings by Operating HVAC Unit in Partial Recirculation Mode”, Automotive Air-Conditioning Technical Review 2022 - HVAC Systems for Vehicle Electrification等に基づくものである。以下では、夏季において車室内の乗員数が２人の場合と４人の場合とに分けて、本実施形態による車両用空調装置１の具体的な動作を説明する。

（夏季・乗員２人の場合）
図５は、夏季・乗員２人の場合の空気の流れを示している。本実施形態による車両用空調装置１では、空調制御装置５が、座席重量センサ７３からの情報を基に乗員２人を判断すると、５１ｍ^３／ｈ×２＝１０２ｍ^３／ｈの換気量で外気導入および内気排出が行われるように、外気ドア２２Ｂ、内外気ドア２８および内気熱交換調整ダンパ３４Ａにそれぞれ対応した電動アクチュエータ６１，６３，６８を制御する。これにより、外気ドア２２Ｂ、内外気ドア２８および内気熱交換調整ダンパ３４Ａは、図５の実線に示す各位置にそれぞれ調整される。すなわち、外気ドア２２Ｂは、外気入口２２から導入される外気ＯＡの流量を１０２ｍ^３／ｈとする中間位置に調整される。内外気ドア２８は、連絡通路Ｐ１２を閉塞した位置に調整される。この内外気ドア２８により、内気入口２３から２００ｍ^３／ｈの流量で導入される内気ＲＡ１の全てが第２通路Ｐ２を流れるようになる。内気熱交換調整ダンパ３４Ａは、第２通路Ｐ２を流れる内気のうち、全熱交換器３４に導入する内気ＲＡ２－１の流量を１０２ｍ^３／ｈとし、蒸発器３２に送る内気ＲＡ２－２の流量を９８ｍ^３／ｈとする中間位置に調整される。つまり、空調制御装置５は、外気ドア２２Ｂの開度に比例させて、内気熱交換調整ダンパ３４Ａにおける内気ＲＡ２－１の流量と内気ＲＡ２－２の流量との割合を制御する。

ここで、外気および内気の各状態の具体的な一例として、温度が３５℃、相対湿度が６０％、絶対湿度が０．０２１５ｋｇ／ｋｇの状態にある外気ＯＡが、外気入口２２から空調ケース２１内に導入されるとともに、温度が２５℃、相対湿度が３０％、絶対湿度が０．００５９ｋｇ／ｋｇの状態にある内気（還気）ＲＡ１が、内気入口２３から空調ケース２１内に導入される状況を想定する。このような状況において、空調制御装置５の各部を流れる空気の状態は、次の表１に示すように変化する。

図５および表１を参照しながら、夏季・乗員２人の場合の空調制御装置５の動作を詳細に説明すると、外気入口２２から１０２ｍ^３／ｈの流量で空調ケース２１内に導入された外気ＯＡは、第１通路Ｐ１を通過して全熱交換器３４に導入される。また、内気入口２３から２００ｍ^３／ｈの流量で空調ケース２１内に導入された内気ＲＡは、第２通路Ｐ２を通過した後に内気熱交換調整ダンパ３４Ａで２方向に分けられ、１０２ｍ^３／ｈの流量の内気ＲＡ２－１が全熱交換器３４に導入されるとともに、９８ｍ^３／ｈの流量の内気ＲＡ２－２が蒸発器３２に送られる（図５）。

全熱交換器３４では、同じの流量（１０２ｍ^３／ｈ）で導入された外気ＯＡと内気ＲＡ２－１との間で全熱（温度および湿度）が交換される。本実施形態における全熱交換の効率は５０％である。このような全熱交換により、外気ＯＡの温度および絶対湿度が低下して、温度が３０℃、相対湿度が５１．４％、絶対湿度が０．０１３７ｋｇ／ｋｇの状態にある給気ＳＡ（表１）が、全熱交換器３４から吹き出されて蒸発器３２に送られる。また、上記全熱交換により、内気ＲＡ２－１の温度および絶対湿度が上昇して、温度が３０℃、相対湿度が５１．４％、絶対湿度が０．０１３７ｋｇ／ｋｇの状態にある排気ＥＡ（表１）が、全熱交換器３４から排気口３０および排気ダクト３０Ａを通って車室外に排出される。

したがって、蒸発器３２には、全熱交換器３４から１０２ｍ^３／ｈの流量で送られてくる給気ＳＡと、第２通路Ｐ２から９８ｍ^３／ｈの流量で送られてくる内気ＲＡ２－２とが混合された状態で導入される（図５）。具体的には、状態の異なる給気ＳＡおよび内気ＲＡ２－２が混合されることで、温度が２７．５℃、相対湿度が４２．８％、絶対湿度が０．００９８ｋｇ／ｋｇの状態にある空気ＣＡ１（表１）が蒸発器３２に導入される。蒸発器３２に導入される空気ＣＡ１の流量は２００ｍ^３／ｈとなる。そして、空気ＣＡ１は、蒸発器３２で冷却された後にバイパス通路Ｂを通過してフェイス出口２５から空調風ＣＡ２として吹き出される。本実施形態では、温度が５℃、相対湿度が１００％、絶対湿度が０．００５４ｋｇ／ｋｇの状態にある空調風ＣＡ２（表１）が、フェイス出口２５およびフェイスダクト２５Ａを介して車室内の乗員の上半身に向けて吹き出される。

上記のように全熱交換器３４を利用して外気導入および内気排出を行った場合、蒸発器３２に導入される空気ＣＡ１の比エンタルピーは５２．７ｋＪ／ｋｇとなる（表１の全熱交換器：有）。一方、同様な条件の下で全熱交換器３４を設けずに外気導入および内気排出を行った場合に、蒸発器３２に導入される空気ＣＡ１は、温度が３０℃、相対湿度が５１．４％、絶対湿度が０．０１３７ｋｇ／ｋｇ、比エンタルピーが６５．２ｋＪ／ｋｇとなる（表１の全熱交換器：無）。フェイス出口２５から前述した状態で吹き出される空調風ＣＡ２の比エンタルピーは１８．６ｋＪ／ｋｇである（表１）。これらの値を用いて全熱交換器３４による省エネルギー効果を計算すると、｛１－（５２．７－１８．６）／（６５．２－１８．６）｝＝１－（３４．１／４６．６）＝２６．８％となる。

また、本実施形態による車両用空調装置１では、ブロアファン３１の上流側が第１および第２通路Ｐ１，Ｐ２の双方とも自由空間（外気入口２２、内気入口２３）からの吸込みとなっている。さらに、ブロアファン３１に導入された外気および内気の流れも双方ともに一方向になっている。このため、上述した従来技術と比べてブロアファン３１を効率良く駆動することができる。したがって、車両用空調装置１によれば、空調ケース２１内の空気の送風効率を向上させつつ、外気導入および内気排出による熱損失を低減して、冷房時の消費電力を効果的に抑制することが可能になる。なお、本実施形態では、全熱交換器３４に導入される外気ＯＡと内気ＲＡ２－１を同じ流量としたが、外気ＯＡに比較して内気ＲＡ２－１の流量を若干量減らしてもよい。この場合、外気ＯＡおよび内気ＲＡ２－１の差分量は車両後部の換気口から排出されることになる。ただし、外気ＯＡに比較して内気ＲＡ２－１の流量を増やすことは、車両の隙間から外気を車室内に引き込むこととなり、それは蒸発器３２を通らず冷却されないので避ける必要がある。

（夏季・乗員４人の場合）
図６は、夏季・乗員４人の場合の空気の流れを示している。本実施形態による車両用空調装置１では、空調制御装置５が、座席重量センサ７３からの情報を基に乗員４人を判断すると、５１ｍ^３／ｈ×４＝２０４ｍ^３／ｈの換気量で外気導入および内気排出が行われるように、外気ドア２２Ｂ、内外気ドア２８および内気熱交換調整ダンパ３４Ａにそれぞれ対応した電動アクチュエータ６１，６３，６８を制御する。これにより、外気ドア２２Ｂ、内外気ドア２８および内気熱交換調整ダンパ３４Ａは、図６の実線に示す各位置にそれぞれ調整される。前述した乗員２人の場合との相違点は、乗員４人の場合、外気ドア２２Ｂが外気入口２２を開放した位置に調整され、内気熱交換調整ダンパ３４Ａが第２通路Ｐ２内の内気の流れ方向に直交する位置に調整されている点である。このような乗員４人に対応した制御により、外気ＯＡが２０４ｍ^３／ｈの流量で外気入口２２から空調ケース２１内に導入される。また、内気ＲＡ１が２０４ｍ^３／ｈの流量で内気入口２３から空調ケース２１内に導入され、第２通路Ｐ２内を通過した内気ＲＡ２の全量（２０４ｍ^３／ｈ）が全熱交換器３４に導入される。

前述した乗員２人の場合と同様な温湿度状態の外気ＯＡおよび内気ＲＡ１が空調ケース２１内に導入される状況において、空調制御装置５の各部を流れる空気の状態は、次の表２に示すように変化する。

図６および表２を参照しながら、夏季・乗員４人の場合の空調制御装置５の動作を詳細に説明すると、前述した夏季・乗員２人の場合と異なり、全熱交換器３４には、２０４ｍ^３／ｈの流量の外気ＯＡが導入されるとともに、２０４ｍ^３／ｈの流量の内気ＲＡ２が導入され、外気ＯＡと内気ＲＡ２との間で全熱（温度および湿度）が交換される（図６）。この全熱交換により、外気ＯＡの温度および絶対湿度が低下するとともに、内気ＲＡ２－１の温度および絶対湿度が上昇する。全熱交換器３４から蒸発器３２に送られる給気ＳＡの状態、および、全熱交換器３４から排気口３０および排気ダクト３０Ａを通って車室外に排出される排気ＥＡの状態は、前述した夏季・乗員２人の場合と同様である（表２）。

夏季・乗員４人の場合、蒸発器３２には、全熱交換器３４から２０４ｍ^３／ｈの流量で送られてくる給気ＳＡだけが導入される。つまり、温度が３０℃、相対湿度が５１．４％、絶対湿度が０．０１３７ｋｇ／ｋｇの状態にある空気ＣＡ１（＝ＳＡ）が、２０４ｍ^３／ｈの流量で蒸発器３２に導入される。そして、空気ＣＡ１は、蒸発器３２で冷却された後にバイパス通路Ｂを通過してフェイス出口２５から空調風ＣＡ２として吹き出される。フェイス出口２５から吹き出される空調風ＣＡ２の状態も、前述した夏季・乗員２人の場合と同様である（表２）。これにより、夏季・乗員４人の場合についても、前述した夏季・乗員２人の場合と同様な省エネルギー効果が得られるようになる。

本実施形態による空調制御装置５では、上述したような車室内の乗員数に応じた換気（外気導入および内気排出）が冷房時に行われるのに加えて、空調制御装置５により、ＣＯ_２濃度センサ７４で検出される車室内のＣＯ_２濃度が監視され、該ＣＯ_２濃度が基準値以下となるように、乗員数に応じた換気量が補正制御される。上記基準値は、乗員に害を与えることがないＣＯ_２濃度の上限値として空調制御装置５に予め定められており、例えば１１００ｐｐｍ等に設定されている。つまり、空調制御装置５は、ＣＯ_２濃度センサ７４で検出される車室内のＣＯ_２濃度が基準値に近づくか、或いは基準値を上回った場合に、前述した乗員一人当たりの換気量の制御目標値を増加させる補正を行うことで、車室内のＣＯ_２濃度が基準値以下に制御された状態を実現する。

ところで、蒸発器３２を含む冷媒回路（冷凍サイクル）の冷媒としてＣＯ_２が使用されている場合、冷媒回路の異常等により冷媒漏れが発生すると、上記換気量の補正制御が限界に達して、車室内のＣＯ_２濃度が基準値を大幅に上回ってしまう可能性がある。そこで、本実施形態では、ＣＯ_２濃度センサ７４の検出される車室内のＣＯ_２濃度が所定の閾値（＞基準値）を超えた場合に、空調制御装置５が、冷媒漏れの発生を推定して、空調ケース２１内の空気を強制的に車室外へ排出させる制御を行う。

（冷媒漏れの場合）
図７は、冷媒漏れの場合の空気の流れを示している。上記のように車室内のＣＯ_２濃度が閾値を超えて冷媒漏れの発生が推定された場合、空調制御装置５は、まず、吹出口モードが閉塞モードとなるように、フェイスドア２５Ｂ、フットドア２６Ｂおよび出口切替ドア２７にそれぞれ対応した電動アクチュエータ６４，６５，６６を制御する。これにより、図７の実線に示すように、フェイスドア２５Ｂは、フェイス出口２５を閉塞した位置に調整され、フットドア２６Ｂは、フット出口２６を閉塞した位置に調整され、出口切替ドア２７は、デフロスタ出口２４側に最も近づいた位置に調整される。

そして、空調制御装置５は、外気入口２２から導入される外気ＯＡだけが第１通路Ｐ１を流れ、空調ケース２１内を循環して排気口３０から車室外に排出されるように、外気ドア２２Ｂ、内気ドア２３Ｂおよび内気熱交換調整ダンパ３４Ａにそれぞれ対応した電動アクチュエータ６１，６２，６８を制御する。これにより、図７の実線に示すように、外気ドア２２Ｂは、外気入口２２を全開にした位置に調整され、内気ドア２３Ｂは、内気入口２３を閉塞した位置に調整される。また、内気熱交換調整ダンパ３４Ａは、蒸発器３２の側から全熱交換器３４の側へ空気を送風可能な状態となるように制御される。具体的には、内気熱交換調整ダンパ３４Ａは、第２通路Ｐ２内の空気の流れ方向に対して略４５°傾斜した位置に調整され、前述した風量割合が略１対１に制御される。なお、内気熱交換調整ダンパ３４Ａの風量割合は概ね１対１であればよく厳密に１対１である必要はない。

上記のような冷媒漏れに対応した制御により、外気入口２２から導入された外気ＯＡは、第１通路Ｐ１、全熱交換器３４、蒸発器３２およびヒータコア３３を順に通過する。そして、出口切替ドア２７の手前で流れ方向が反転し、ヒータコア３３、蒸発器３２、内気熱交換調整ダンパ３４Ａおよび全熱交換器３４を順に通過して、排気口３０から車室外に排出される。このとき、冷媒回路の異常等により空調ケース２１内に漏れ出した冷媒（ＣＯ_２）も、空調ケース２１内を循環する外気ＯＡと一緒に車室外に排出される。これにより、冷媒漏れに起因した車室内のＣＯ_２濃度の上昇を防ぐことができる。

なお、上記のような冷媒漏れに対応した空調ケース２１内の強制的な換気のための制御は、ＣＯ_２以外の冷媒（例えば、炭化水素など）が蒸発器３２を含む冷媒回路（冷凍サイクル）に使用されている場合にも有効である。この場合、空調ケース２１内に取り付けた冷媒漏れセンサの検知信号、或いは冷凍サイクルの異常を知らせる信号が空調制御装置５に与えられたときに、空調ケース２１内の強制的な換気が行われるようにすればよい。

次に、冬季における車両用空調装置１の動作について説明する。
一般に、外気温が低くなる冬季などにおいて、吸込口モードを内気モード（内気循環）にして暖房機能を使用すると、内気の絶対湿度が外気の絶対湿度に対して比較的大きくなるため車両の窓ガラスに結露が生じ易くなる。この暖房時の結露による窓ガラスの曇りを防ぐためには、車室内に外気を導入するのが有効であるが、外気導入による熱損失が課題となる。そこで、本実施形態による車両用空調装置１は、上述した冷房時と同様な車室内のＣＯ_２濃度の上昇を防ぐための換気量を確保しつつ、外気の導入量を窓ガラスが曇らない程度の最小限の範囲に制御することで、外気導入による熱損失を低減して暖房時の消費電力を抑制できるようにしている。

具体的に、車両用空調装置１では、ヒータコア３３が作動して（蒸発器３２は作動せず）暖房動作が開始されると、暖房動作の開始とともに若しくは所定の待機時間が経過した後に、空調制御装置５は、座席重量センサ７３で検出される各座席の重量の変化を基に車室内の乗員数を判断する。また、空調制御装置５は、温度センサ群７１および湿度センサ群７２のうちで窓ガラス近傍に設置された温度センサおよび湿度センサの各検出値を用いて、窓ガラス近傍の空気の露点温度を演算する。そして、空調制御装置５は、車室内の乗員数に応じた換気（外気導入および内気排出）が行われ、かつ、露点温度が窓ガラスの表面温度よりも低くなるように、車両用空調装置１の各部を制御する。なお、暖房時、吹出口モードはフットモード等に設定される。

（冬季・乗員２人で結露の可能性が低い場合）
図８は、冬季・乗員２人で結露の可能性が低い場合の空気の流れを示している。本実施形態による車両用空調装置１では、空調制御装置５が、座席重量センサ７３からの情報を基に乗員２人を判断するとともに、演算した露点温度が窓ガラスの表面温度よりも十分に低く結露しないと判断すると、上述した夏季・乗員２人の場合と同様に、５１ｍ^３／ｈ×２＝１０２ｍ^３／ｈの換気量で外気導入および内気排出が行われるように、外気ドア２２Ｂ、内外気ドア２８および内気熱交換調整ダンパ３４Ａにそれぞれ対応した電動アクチュエータ６１，６３，６８を制御する。これにより、図８の実線に示すように、外気ドア２２Ｂは、外気入口２２から導入される外気ＯＡの流量を１０２ｍ^３／ｈとする中間位置に調整され、内外気ドア２８は、連絡通路Ｐ１２を閉塞した位置に調整され、内気熱交換調整ダンパ３４Ａは、第２通路Ｐ２を流れる内気のうち、全熱交換器３４に導入する内気ＲＡ２－１の流量を１０２ｍ^３／ｈとし、蒸発器３２を介してヒータコア３３に送る内気ＲＡ２－２の流量を９８ｍ^３／ｈとする中間位置に調整される。

ここで、外気および内気の各状態の具体的な一例として、温度が５℃、相対湿度が５０％、絶対湿度が０．００２７ｋｇ／ｋｇの状態にある外気ＯＡが、外気入口２２から空調ケース２１内に導入されるとともに、温度が２５℃、相対湿度が３０％、絶対湿度が０．００５９ｋｇ／ｋｇの状態にある内気（還気）ＲＡ１が、内気入口２３から空調ケース２１内に導入される状況を想定する。このような状況において、空調制御装置５の各部を流れる空気の状態は、次の表３に示すように変化する。

図８および表３を参照しながら、冬季・乗員２人で結露の可能性が低い場合の空調制御装置５の動作を詳細に説明すると、外気入口２２から１０２ｍ^３／ｈの流量で空調ケース２１内に導入された外気ＯＡは、上述した夏季・乗員２人の場合と同様に、第１通路Ｐ１を通過して全熱交換器３４に導入される。また、内気入口２３から２００ｍ^３／ｈの流量で空調ケース２１内に導入された内気ＲＡは、第２通路Ｐ２を通過した後に内気熱交換調整ダンパ３４Ａで２方向に分けられ、１０２ｍ^３／ｈの流量の内気ＲＡ２－１が全熱交換器３４に導入されるとともに、９８ｍ^３／ｈの流量の内気ＲＡ２－２が蒸発器３２を介してヒータコア３３に送られる（図８）。

全熱交換器３４では、上述した夏季・乗員２人の場合と同様に、同じの流量（１０２ｍ^３／ｈ）で導入された外気ＯＡと内気ＲＡ２－１との間で全熱（温度および湿度）が交換される。これにより、外気ＯＡの温度および絶対湿度が上昇して、温度が１５℃、相対湿度が４０．８％、絶対湿度が０．００４３ｋｇ／ｋｇの状態にある給気ＳＡ（表３）が、全熱交換器３４から吹き出され、蒸発器３２を介してヒータコア３３に送られる。また、内気ＲＡ２－１の温度および絶対湿度が低下して、温度が１５℃、相対湿度が４０．８％、絶対湿度が０．００４３ｋｇ／ｋｇの状態にある排気ＥＡ（表３）が、全熱交換器３４から排気口３０および排気ダクト３０Ａを通って車室外に排出される。

したがって、ヒータコア３３には、全熱交換器３４から１０２ｍ^３／ｈの流量で送られてくる給気ＳＡと、第２通路Ｐ２から９８ｍ^３／ｈの流量で送られてくる内気ＲＡ２－２とが混合された状態で蒸発器３２を介して導入される（図８）。具体的には、状態の異なる給気ＳＡおよび内気ＲＡ２－２が混合されることで、温度が２０℃、相対湿度が３５．２％、絶対湿度が０．００５１ｋｇ／ｋｇの状態にある空気ＣＡ１（表３）が蒸発器３２を介してヒータコア３３に導入される。ヒータコア３３に導入される空気ＣＡ１の流量は２００ｍ^３／ｈとなる。そして、ヒータコア３３で加熱された空気ＣＡ１はフット出口２６から空調風ＣＡ２として吹き出される。本実施形態では、温度が５０℃、相対湿度が６．７％、絶対湿度が０．００５１ｋｇ／ｋｇの状態にある空調風ＣＡ２（表３）が、フット出口２６およびフットダクト２６Ａを介して車室内の乗員の足元に向けて吹き出される。このような暖房時の車室内における窓ガラス近傍の空気の露点温度は４．２℃となり、外気温の５℃よりも低いので、窓ガラスの曇りを防ぐことができる。

上記のように全熱交換器３４を利用して外気導入および内気排出を行った場合、蒸発器３２を介してヒータコア３３に導入される空気ＣＡ１の比エンタルピーは３３．１ｋＪ／ｋｇとなり、フット出口２６から前述した状態で吹き出される空調風ＣＡ２の比エンタルピーは６３．５ｋＪ／ｋｇとなる（表３の全熱交換器：有）。一方、同様な条件の下で全熱交換器３４を設けずに外気導入および内気排出を行った場合に、蒸発器３２を介してヒータコア３３に導入される空気ＣＡ１の比エンタルピーは２６ｋＪ／ｋｇとなり、フット出口２６から前述した状態で吹き出される空調風ＣＡ２の比エンタルピーは６１．５ｋＪ／ｋｇとなる（表３の全熱交換器：無）。これらの値を用いて全熱交換器３４による省エネルギー効果を計算すると、｛１－（６３．５－３３．１）／（６１．５－２６）｝＝１－（３０．４／３５．５）＝１４．４％となる。

（冬季・乗員４人で結露の可能性が低い場合）
図９は、冬季・乗員４人で結露の可能性が低い場合の空気の流れを示している。本実施形態による車両用空調装置１では、空調制御装置５が、座席重量センサ７３からの情報を基に乗員４人を判断するとともに、演算した露点温度が窓ガラスの表面温度よりも十分に低く結露しないと判断すると、上述した夏季・乗員４人の場合と同様に、５１ｍ^３／ｈ×４＝２０４ｍ^３／ｈの換気量で外気導入および内気排出が行われるように、外気ドア２２Ｂ、内外気ドア２８および内気熱交換調整ダンパ３４Ａにそれぞれ対応した電動アクチュエータ６１，６３，６８を制御する。これにより、外気ドア２２Ｂ、内外気ドア２８および内気熱交換調整ダンパ３４Ａは、図９の実線に示す各位置にそれぞれ調整される。前述した冬季・乗員２人の場合との相違点は、乗員４人の場合、外気ドア２２Ｂが外気入口２２を開放した位置に調整され、内気熱交換調整ダンパ３４Ａが第２通路Ｐ２内の内気の流れ方向に直交する位置に調整されている点である。このような乗員４人に対応した制御により、外気ＯＡが２０４ｍ^３／ｈの流量で外気入口２２から空調ケース２１内に導入される。また、内気ＲＡ１が２０４ｍ^３／ｈの流量で内気入口２３から空調ケース２１内に導入され、第２通路Ｐ２内を通過した内気ＲＡ２の全量（２０４ｍ^３／ｈ）が全熱交換器３４に導入される。

前述した冬季・乗員２人の場合と同様な温湿度状態の外気ＯＡおよび内気ＲＡ１が空調ケース２１内に導入される状況において、空調制御装置５の各部を流れる空気の状態は、次の表４に示すように変化する。

図９および表４を参照しながら、冬季・乗員４人の場合の空調制御装置５の動作を詳細に説明すると、前述した冬季・乗員２人の場合と異なり、全熱交換器３４には、２０４ｍ^３／ｈの流量の外気ＯＡが導入されるとともに、２０４ｍ^３／ｈの流量の内気ＲＡ２が導入され、外気ＯＡと内気ＲＡ２との間で全熱（温度および湿度）が交換される（図９）。この全熱交換により、外気ＯＡの温度および絶対湿度が上昇するとともに、内気ＲＡ２－１の温度および絶対湿度が低下する。全熱交換器３４から蒸発器３２を介してヒータコア３３に送られる給気ＳＡの状態、および、全熱交換器３４から排気口３０および排気ダクト３０Ａを通って車室外に排出される排気ＥＡの状態は、前述した冬季・乗員２人の場合と同様である（表４）。

冬季・乗員４人の場合、ヒータコア３３には、全熱交換器３４から２０４ｍ^３／ｈの流量で送られてくる給気ＳＡだけが蒸発器３２を介して導入される。つまり、温度が１５℃、相対湿度が４０．８％、絶対湿度が０．００４３ｋｇ／ｋｇの状態にある空気ＣＡ１（＝ＳＡ）が、２０４ｍ^３／ｈの流量で蒸発器３２を介してヒータコア３３に導入される。そして、空気ＣＡ１は、ヒータコア３３で加熱されてフット出口２６から空調風ＣＡ２として吹き出される。フット出口２６から吹き出される空調風ＣＡ２の状態は、温度が５０℃、相対湿度が５．６％、絶対湿度が０．００４３ｋｇ／ｋｇとなる（表４）。このような暖房時の車室内における窓ガラス近傍の空気の露点温度は１．８℃となり、外気温の５℃よりも低いので、窓ガラスの曇りを防ぐことができる。また、冬季・乗員４人の場合についても、前述した冬季・乗員２人の場合と同様な省エネルギー効果を得ることが可能である。

上記のように本実施形態による車両用空調装置１では、暖房時に結露の可能性が低い場合、全熱交換器３４に導入される外気および内気の各流量を乗員数に応じた値に維持した状態で、外気および内気の間での全熱交換を行いながら車室内の換気（外気導入および内気排出）が実施される。一方、結露の可能性が高まる、すなわち、空調制御装置５で演算される露点温度が窓ガラスの表面温度に近づいて結露が発生しそうな場合には、全熱交換器３４に導入される内気の流量を乗員数に応じた値から徐々に減らし、最終的に全熱交換器３４への内気の導入量が零となるように、内気熱交換調整ダンパ３４Ａの位置などが調整される。これにより、露点温度が窓ガラスの表面温度よりも低い状態が保たれるようになり、窓ガラスの曇りを防ぐことが可能になる。ここでは、結露の可能性が高い場合の一例として、冬季・乗員２人における車両用空調装置１の動作を具体的に説明する。

（冬季・乗員２人で結露の可能性が高い場合）
図１０は、冬季・乗員２人で結露の可能性が高い場合の空気の流れを示している。前述したような乗員２人に応じた換気量で暖房動作する車両用空調装置１において、空調制御装置５で演算される露点温度が窓ガラスの表面温度に近づいて結露の可能性が高まった状況になると、空調制御装置５は、全熱交換器３４に導入される内気ＲＡ２－１の流量が１０２ｍ^３／ｈから０ｍ^３／ｈに徐々に減少するように、内気熱交換調整ダンパ３４Ａの位置を調整する。このとき、全熱交換器３４に導入される内気ＲＡ２－１の流量の減少に合わせて、内気入口２３から導入される内気ＲＡの流量が２００ｍ^３／ｈから９８ｍ^３／ｈに徐々に減少するように、内気ドア２３Ｂの位置も調整される。

このように全熱交換器３４に導入される内気ＲＡ２－１の流量が徐々に減少することにより、全熱交換器３４における外気および内気の間での潜熱の交換量が減少するので、車室内側に送られる空気の絶対湿度が低下するようになる。このような絶対湿度の低下した空気がヒータコア３３で加熱されてフット出口２６から車室内に吹き出されることにより、車室内における窓ガラス近傍の空気の露点温度も低下するため、該露点温度が窓ガラスの表面温度よりも低い状態を保ちやすくなる。

具体的に、前述の表３に例示したような空気の状態において、全熱交換器３４に導入される内気ＲＡ２－１の流量が０ｍ^３／ｈまで減らされた場合、フット出口２６から吹き出される空気ＣＡ２の状態は、温度が５０℃、相対湿度が５．６％、絶対湿度が０．００４３ｋｇ／ｋｇとなる。このときの窓ガラス近傍の空気の露点温度は１．８℃となり、前述した全熱交換器３４に導入される内気ＲＡ２－１の流量が１０２ｍ^３／ｈのときの露点温度（＝４．２℃）よりも低くなる。

上記のような全熱交換器３４に導入される内気ＲＡ２－１の流量を減少させる制御を行っても、露点温度が窓ガラスの表面温度に近づいてしまうような結露の可能性が更に高い状況においては、内気入口２３から導入される内気ＲＡ１の流量を徐々に減らし、最終的に内気入口２３からの内気の導入量が零となるように、内気ドア２３Ｂの位置などが調整される。すなわち、空調制御装置５は、全熱交換器３４に導入される内気ＲＡ２－１の流量が零になっても露点温度が窓ガラスの表面温度よりも低くならない場合に、外気入口２２から導入される外気ＯＡの流量に対する内気入口２３から導入される内気ＲＡ１の流量の割合（内気導入比率）が減少するように、外気ドア２２Ｂ、内気ドア２３Ｂおよび内外気ドア２８の各位置を制御する。

（冬季・乗員２人で結露の可能性が更に高い場合）
図１１は、冬季・乗員２人で結露の可能性が更に高い場合の空気の流れを示している。具体的に、結露の可能性が更に高まった状況において、空調制御装置５は、内気入口２３から導入される内気ＲＡ１の流量が９８ｍ^３／ｈから０ｍ^３／ｈに徐々に減少するように、内気ドア２３Ｂの位置を調整する。このとき、内気入口２３から導入される内気ＲＡ１の流量の減少に対応させて、外気入口２２から導入される外気ＯＡの流量が１０２ｍ^３／ｈから２００ｍ^３／ｈに徐々に増加するように、外気ドア２２Ｂの位置も調整される。そして、内気入口２３から導入される内気ＲＡ１の流量が０ｍ^３／ｈになると、内外気ドア２８が連絡通路Ｐ１２を開放する位置に調整される。

このように内気入口２３から導入される内気ＲＡ１の流量が徐々に減少し、外気入口２２から導入される外気ＯＡの流量が徐々に増加することにより、絶対湿度が内気ＲＡ１よりも低い外気ＯＡの導入比率が増加するので、車室内側に送られる空気の絶対湿度が低下するようになる。このような絶対湿度の低下した空気がヒータコア３３で加熱されてフット出口２６から車室内に吹き出されることにより、車室内における窓ガラス近傍の空気の露点温度も低下するため、該露点温度が窓ガラスの表面温度よりも低い状態を更に保ちやすくなる。

具体的に、前述の表３に例示したような空気の状態において、全熱交換器３４に導入される内気ＲＡ２－１の流量が０ｍ^３／ｈまで減らされ、かつ、内気入口２３から導入される内気ＲＡ１の流量も０ｍ^３／ｈまで減らされた場合、フット出口２６から吹き出される空気ＣＡ２の状態は、温度が５０℃、相対湿度が３．５％、絶対湿度が０．００２７ｋｇ／ｋｇとなる。このときの窓ガラス近傍の空気の露点温度は－４．０℃まで低下する。なお、上記のような内気入口２３から導入される内気ＲＡの流量を減少させる制御を行っても、露点温度が窓ガラスの表面温度に近づいてしまうような場合には、吹出口モードを、フットモードからデフロスタ・フットモードまたはデフロスタモードに切り替えるのがよい。

以上説明したように本実施形態による車両用空調装置１では、ブロアファン３１と蒸発器３２との間に全熱交換器３４が配置され、第１通路Ｐ１内を流れる外気ＯＡと、第２通路Ｐ２内を流れる内気の少なくとも一部（ＲＡ２－１）が導入され、該導入された外気ＯＡおよび内気ＲＡ２－１の間で全熱交換を行いながら、外気導入および内気排出による車室内の換気が実施される。このような車両用空調装置１は、ブロアファン３１の上流側が第１および第２通路Ｐ１，Ｐ２の双方とも自由空間（外気入口２２、内気入口２３）からの吸込みとなり、かつ、ブロアファン３１に導入された外気および内気の流れも双方ともに一方向になっている。このため、上述した従来技術と比べてブロアファン３１を効率良く駆動することができる。したがって、車両用空調装置１によれば、空調ケース２１内の空気の送風効率を向上させつつ、外気導入および内気排出による熱損失を全熱交換器３４により低減することができ、空調動作時の消費電力を抑制することが可能になる。

また、本実施形態による車両用空調装置１では、空調制御装置５が、車室内の乗員数から推定可能な車室内のＣＯ_２濃度に応じて、外気ドア２２Ｂ、内気ドア２３Ｂ、内外気ドア２８および内気熱交換調整ダンパ３４Ａの各位置を調整して、全熱交換器３４に導入される外気ＯＡおよび内気ＲＡ２－１の各流量を制御するように構成されている。このように全熱交換器３４における外気ＯＡおよび内気ＲＡ２－１の間での全熱（温度および湿度）の交換量が車室内のＣＯ_２濃度（乗員数）に応じて制御されることにより、車室内の換気（外気導入および内気排出）を効率的に行うことができ、空調動作時の消費電力を効果的に抑制することが可能になる。

さらに、本実施形態による車両用空調装置１では、空調制御装置５が、車室内のＣＯ_２濃度が予め定めた基準値以下となるように、外気ドア２２Ｂおよび内気ドア２３Ｂの開閉状態が制御されるとともに、外気ドア２２Ｂの開度に比例させて内気熱交換調整ダンパ３４Ａにおける全熱交換器３４側への内気の導入量を制御するように構成されている。これにより、外気ＯＡおよび内気ＲＡ２－１の間での全熱交換を効率良く行いながら、ＣＯ_２濃度が基準値以下に保たれた良好な車室内環境を実現することができる。特に、冷媒回路の異常等により冷媒漏れが発生した場合に、空調ケース２１内の空気を強制的に車室外へ排出させる制御を行うようにすれば、冷媒漏れに起因した車室内環境の悪化を防いで乗員の安全を確保することが可能になる。

加えて、本実施形態による車両用空調装置１では、暖房時、空調制御装置５が、窓ガラスの近傍の温度および湿度を用いて露点温度を演算し、その露点温度が窓ガラスの表面温度よりも低くなるように、全熱交換器３４に導入される外気ＯＡおよび内気ＲＡ２－１の各流量を制御するように構成されている。窓ガラスの表面温度および露点温度に基づいて外気および内気の導入量が制御されることにより、窓ガラスの結露を防ぐことが可能になり、窓晴れ性を高めることができる。さらに、空調制御装置５は、全熱交換器３４に導入される内気ＲＡ２－１の流量が零になっても露点温度が窓ガラスの表面温度よりも低くならない場合、内気導入比率が減少するように、外気ドア２２Ｂ、内気ドア２３Ｂおよび内外気ドア２８の各位置を制御するように構成されている。これにより、窓ガラスの結露を確実に防ぐことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、全熱交換器３４を用いて外気ＯＡおよび内気ＲＡ２－１の間で全熱（温度および湿度）が交換される一例を説明したが、全熱交換器３４に代えて顕熱交換器を適用するようにしてもよい。顕熱交換器を適用した場合、顕熱交換器に導入される外気および内気の間で顕熱（温度）が交換される。この場合にも、外気導入および内気排出による熱損失を低減することができ、空調動作時の消費電力を抑制することが可能になる。

また、上述した実施形態では、冷却用熱交換部として蒸発器３２が使用され、暖房用熱交換部としてヒータコア３３が使用される場合を説明したが、例えば、蒸発器３２に代えて、クーラントの循環路に配置されたクーラーコアを使用してもよい。このクーラーコアには、冷却されたクーラントが流通している。また、ヒータコア３３に代えて、上述した冷媒回路（冷凍サイクル）と同様な冷媒が循環する冷媒循環路に配置された凝縮器を使用してもよい。この凝縮器には、高温の冷媒が流通している。

１…車両用空調装置、２…空調ユニット、５…空調制御装置、２１…空調ケース、２２…外気入口、２３…内気入口、２４…デフロスタ出口、２５…フェイス出口、２６…フット出口、２８…内外気ドア、２９…仕切板、３０…排気口、３１…ブロアファン（送風部）、３２…蒸発器（冷却用熱交換部）、３３…ヒータコア（加熱用熱交換部）、３３Ａ…エアミックスドア、３４…全熱交換器（内外気熱交換部）、３４Ａ…内気熱交換調整ダンパ、６１～６８…電動アクチュエータ、７１…温度センサ群、７２…湿度センサ群、７３…座席重量センサ、７４…ＣＯ_２濃度センサ、７５…操作パネル、Ｂ…バイパス通路、Ｐ１…第１通路、Ｐ２…第２通路、Ｐ１２…連絡通路、ＯＡ…外気、ＲＡ…内気（還気）、ＳＡ…給気、ＥＡ…排気、ＣＡ…空調風

Claims (6)

1. 外気を導入する外気入口および内気を導入する内気入口が一端側に形成され、かつ、車両の窓ガラスに向けて空気を吹き出すデフロスタ出口、並びに、車室内の乗員に向けて空気を吹き出すフェイス出口およびフット出口が他端側に形成されている空調ケースと、
   前記空調ケース内を流れる空気を冷却するための冷却用熱交換部と、
   前記空調ケース内に、前記外気入口から前記冷却用熱交換部に空気を導く第１通路と、前記内気入口から前記冷却用熱交換部に空気を導く第２通路とを形成する仕切板と、
   前記第１および第２通路内に、前記一端側から前記他端側へ向かう空気の流れを発生させる送風部と、
   を含む車両用空調装置であって、
   前記送風部と前記冷却用熱交換部との間に配置され、前記第１通路内を流れる外気が導入されるとともに、前記第２通路内を流れる内気の少なくとも一部が導入され、該導入された外気および内気の間で熱交換を行う内外気熱交換部を含み、
   前記内外気熱交換部で熱交換された外気が前記第２通路内を流れる残りの内気とともに前記冷却用熱交換部に導入され、前記内外気熱交換部で熱交換された内気が車室外へ排出されるように構成されている、車両用空調装置。
2. 前記内外気熱交換部に導入される外気および内気の各流量を調整する内外気量調整部と、
   車室内の二酸化炭素濃度に関する情報が与えられ、該二酸化炭素濃度に応じて前記内外気量調整部の動作を制御する制御部と、
   を含む、請求項１に記載の車両用空調装置。
3. 前記内外気量調整部は、前記外気入口から導入される外気の流量を調整する外気ドアと、前記内気入口から導入される内気の流量を調整する内気ドアと、前記第２通路内を流れる内気のうちで前記内外気熱交換部に導入する内気の流量と前記冷却用熱交換部に送る内気の流量の割合を調整する内気熱交換調整ダンパと、を有し、
   前記制御部は、前記二酸化炭素濃度が予め定めた基準値以下となるように、前記外気ドアおよび前記内気ドアの開閉状態を制御するとともに、前記外気ドアの開度に比例させて前記内気熱交換調整ダンパの前記割合を制御する、請求項２に記載の車両用空調装置。
4. 前記デフロスタ出口、前記フェイス出口および前記フット出口からそれぞれ吹き出される空気の各流量を調整する吹出量調整部を含み、
   前記制御部は、前記冷却用熱交換部において冷媒漏れが発生した場合に、前記デフロスタ出口、前記フェイス出口および前記フット出口からそれぞれ吹き出される空気の流量が零になるように前記吹出量調整部を制御するとともに、前記外気ドアが開放状態となり、前記内気ドアが閉塞状態となり、かつ、前記内気熱交換調整ダンパが前記冷却用熱交換部の側から前記内外気熱交換部の側へ空気を送風可能な状態となるように制御する、請求項３に記載の車両用空調装置。
5. 前記空調ケース内を流れる空気を加熱するための加熱用熱交換部を含み、
   前記制御部は、前記車両の窓ガラスの表面温度を示す情報と、車室内における前記窓ガラス近傍の空気の温度および湿度を示す情報とが与えられ、前記窓ガラスの近傍の温度および湿度を用いて演算した露点温度が前記窓ガラスの表面温度よりも低くなるように、前記内外気量調整部の動作を制御する、請求項２に記載の車両用空調装置。
6. 前記制御部は、前記内外気熱交換部に導入される内気の流量が零になっても前記露点温度が前記窓ガラスの表面温度よりも低くならない場合に、前記外気入口から導入される外気の流量に対する前記内気入口から導入される内気の流量の割合が減少するように、前記内外気量調整部の動作を制御する、請求項５に記載の車両用空調装置。