JP6664766B1 - 車両用空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】走行中の車両用空調システムにおける電力消費を抑制し、車両の航続可能距離を伸ばす。【解決手段】空調システム１００は、車室５内の空気を吸湿ユニット１３に通過させて空気を除湿し、除湿後の空気を吹き出す除湿機構１と、車室５内の空気の温度を調節する温調ユニット２３を含む温調機構２と、除湿機構１及び温調機構２を制御する制御機構とを備える。制御機構は、制御モードとして、温調ユニット２３で加熱された空気を吸湿ユニット１３に供給する吸湿力再生モードを有する。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、車両用空調システムに関する。

近年、電気自動車等の、蓄電池を搭載し電気エネルギーを使用して駆動する車両が実用化されている。こうした車両の技術分野において、航続可能距離を伸ばすために使用電力量を抑制することは、従前からの課題である。

電気自動車等において、電力は、車両の走行のみならず多用途に使用される。電力の使用用途のひとつに、車室内の冷暖房やウインドウの結露除去のための空調システムがあり、こうした空調システムを稼働させるには多くの電力を要する。

従来、電気自動車等では、ウインドウの結露（曇り）を除去するために次の手法を採用していた。すなわち、低相対湿度・低温の外気（車室外の空気）を吸引し、吸引した外気を、空気加熱器（例えば、電気的加熱で得られた温水により空気を加熱する）に通過させて加熱し、低相対湿度・高温になった空気を結露したウインドウに向けて吹き出すことで、ウインドウの結露を除去していた。ここで、空気を加熱するために（温水を作るために）、多量の電力を消費する。そのため、蓄電池の電力消費量が大きくなり、その結果、電気自動車等の航続可能距離を縮減させていた。

そこで、ウインドウの結露を除去する手法として、特許文献１〜４に開示されているように、車室内の空気を取り込み、取り込んだ空気中の水分を吸湿剤に吸湿させて、吸湿させた後にできる低相対湿度の空気をウインドウに向けて吹き出す手法が知られている。この手法は、ウインドウの結露除去に温水等を使用して空気を加熱しないため、電力消費を抑制できる。

しかしながら、吸湿材は、最大吸湿量まで吸湿すると吸湿力が失われる。そのため、吸湿材の吸湿力を再生させるプロセスが必要となる。特許文献１〜２には、専用の加熱器を使用して外気を加熱し、加熱した空気を吸湿材に供給して吸湿力を再生する手法が開示されている。特許文献３〜４には、専用の加熱器を使用して内気（車室内の空気）を加熱し、加熱した空気を吸湿材に供給して吸湿力を再生する手法が開示されている。いずれの手法においても、専用の加熱器を使用して空気を加熱する必要があり、吸湿力の再生に多量の電力を消費する。

特開２０１３−２２６９４２号公報 特開２０１８−０３９５１４号公報 特開２０１１−１２１５１６号公報 特開２０１２−２２４１３５号公報

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、走行中の車両用空調システムにおける電力消費を抑制し、車両の航続可能距離を伸ばすことである。

上記目的は、下記の如き本発明により達成することができる。すなわち、本発明に係る車両用空調システムは、車室内の空気を吸湿ユニットに通過させて空気を除湿し、除湿後の空気を吹き出す除湿機構と、
前記車室内の空気の温度を調節する温調ユニットを含む温調機構と、
前記除湿機構及び前記温調機構を制御する制御機構と、を備え、
前記制御機構は、制御モードとして、前記温調ユニットで加熱された空気を前記吸湿ユニットに供給する吸湿力再生モードを有する。

また、本発明に係る車両用空調システムは、車室内の空気を吸湿ユニットに通過させて空気を除湿し、除湿後の空気を吹き出す除湿機構と、
前記車室内の空気の温度を調節する温調ユニットを含む温調機構から加熱された空気を導入する導入口と、
前記除湿機構を制御する制御機構と、を備え、
前記制御機構は、制御モードとして、前記導入口より導入された空気を前記吸湿ユニットに供給する吸湿力再生モードを有する。

前記除湿機構は、前記車室内と車室外とを区画するウインドウの結露を除去する結露除去機構を含み、
前記制御機構は、制御モードとして、さらに、除湿後の空気を前記ウインドウに向けて吹き出す結露除去モードを有してもよい。

前記結露除去モードにおいて、除湿後の空気を吹き出す風速及び風量は、前記温調ユニットで温調された空気を吹き出す最小風速及び最小風量より小さいとよい。

前記除湿機構は、前記車室内の空気を取り込むための第１内気吸込口と、除湿後の空気を前記ウインドウに向けて吹き出す第１吹出口と、を有し、
前記第１内気吸込口の前記ウインドウからの距離は、前記第１吹出口の前記ウインドウからの距離よりも長いとよい。

前記制御機構は、制御モードとして、さらに、前記ウインドウの着氷成分を除去する着氷除去モードを有し、
前記着氷除去モードでは、前記温調ユニットで加熱された空気を前記ウインドウに向けて吹き出して前記着氷成分を解凍するとともに、前記吸湿力再生モードを行うとよい。

前記吸湿力再生モードにおいて、暖房使用時には加熱された温調空気を前記吸湿ユニットに供給し、冷房使用時には廃熱を吸収して加熱された空気を前記吸湿ユニットに供給するとよい。

前記結露除去機構を含む前記除湿機構は、前記温調ユニットで加熱された空気を加熱するヒータを備え、
前記制御機構は、前記吸湿力再生モードにおいて、前記ヒータで加熱した空気を前記吸湿ユニットに供給するとよい。

前記除湿機構は、前記吸湿ユニットの吸湿量検出部を備え、
前記制御機構は、前記吸湿量検出部の検出結果に基づいて前記吸湿力再生モードを行うとよい。

前記制御機構は、前記車両用空調システムを駆動する蓄電池が外部電源に接続された状態にあるとき、前記除湿機構及び前記温調機構を動作させるとよい。

前記吸湿ユニットの残存吸湿力が所定値を下回るときは、前記除湿機構の動作に優先して前記吸湿力再生モードを行うとよい。

これにより、エネルギー効率の高い温調ユニットで加熱された暖房空気、又は、冷房で副次的に生じた廃熱を含む空気を使用して吸湿ユニットの吸湿力を再生するから、吸湿力の再生に掛かる電力消費を抑制できる。よって、本発明に係る車両用空調システムは、走行中の空調システムにおける電力消費を抑制し、車両の航続可能距離を伸ばすことができる。

暖房を使用しつつ吸湿力再生モードを行うときの空調システムの配管図である。 冷房を使用しつつ吸湿力再生モードを行うときの空調システムの配管図である。 結露除去機構の他の実施形態を含む空調システムを示す図である。 結露除去モードを行うときの空調システムの配管図である。 電気自動車の前方を示した側面図である。 第１吹出口の変形例を有する電気自動車の前方を示した側面図である。 着氷除去モードを行うときの空調システムの配管図である。

以下、本発明の実施形態の一例について図面を参照しながら説明する。

図１Ａには、電気自動車の空調システムが示されている。空調システム１００は、除湿機構と、温調機構２と、除湿機構及び温調機構２を制御する制御機構と、を有する。電気自動車の走行時、空調システム１００は蓄電池で駆動する。蓄電池は、空調システム１００に電力を供給するのみならず、電気自動車の走行システムにも電力を供給する。

除湿機構は、車室５の空気を吸湿ユニット１３に通過させて空気を除湿し、除湿後の空気を車室５内に吹き出す。除湿方法については図３とともに後述する。車室５は、乗員が搭乗する空間を指す。車室５の外は、自動車の外部の他、自動車のモータやバッテリー等の機器が搭載される空間や、乗員の居る空間と分離されたトランクルーム等も含む。

本実施形態において、除湿機構は、主に車室５内と車室５外とを区画するウインドウ４の結露を除去するために用いられる、結露除去機構１として使用される。しかしながら、結露の除去以外の目的で除湿機構を使用してもよい。例えば、除湿後の空気を吹き出す吹出口を、天井、前部座席（運転席及び助手席）又は後部座席等に設けて、高温多湿の時期に乗員に向けて除湿された快適な空気を吹き出す目的で除湿機構を使用してもよい。また、結露除去の目的及び結露除去以外の目的の両目的で除湿機構を使用してもよい。

結露除去機構１における吸湿ユニット１３について説明する。吸湿ユニット１３はデシカントブロックを備えている。デシカントブロックには、紙や繊維等の段ボール状構造の担持体に高分子収着材をコーティングしたものを幾重に積層あるいは巻回し、塊状に切り出したものを使用すると、好ましい。高分子収着材には、例えばポリアクリル酸系等の有機高分子の高性能吸放湿材料が使用される。高分子収着材は、高分子鎖の有する親水性基を水分子の収着サイトとして用いることで、空気中の水分を取り込むことができ、特に高相対湿度領域において高い吸湿力を発揮する。

また、高分子収着材は、比較的高温かつ低相対湿度の空気を供給することにより、放湿（吸湿した水分を放出すること）し、吸湿力を再生できる。シリカゲル、活性炭及びゼオライト等の吸湿材料に比べて低温の空気（例えば、８０度以下）で放湿するため、吸湿力の再生に掛かる電力消費を抑制できる。高分子収着材は、吸湿すると膨張し樹脂組織の収縮する力が大きくなるため、シリカゲル、活性炭及びゼオライト等の吸湿材料に比べて吸湿力の再生が早い。

デシカントブロックの形状は、必ずしも立方体や直方体でなくてもよく、求める吸湿力や載置スペースに合致する形状で形成するとよい。また、吸湿ユニット１３に、高分子収着材以外の吸湿材料、例えば、シリカゲル、活性炭及びゼオライトを使用してもかまわない。

ところで、自動車のウインドウが結露する主要因は、内気と外気との気温差、及び車室内の相対湿度である。自動車走行中において相対湿度が上昇する最大要因は、乗員が放出し続ける水蒸気である。よって、結露のない状態を保つためには、除湿を連続的又は断続的に行うことが好ましい。

ここで、車室内と車室外の気温差が変化せず、かつ、大人一人で毎時５０ｇの水蒸気を放出すると仮定する。そして、１リットルで１６０ｇの水の吸湿力を有するデシカントブロック３個を使用した吸湿ユニット１３を使用した除湿機構を有する自動車に、大人４人が乗車する条件下では、デシカントブロックの吸湿力を再生することなく、連続して２．４時間に亘ってウインドウに結露のない状態を保つことができる。ただし、後述するが、デシカントブロックの吸湿力が残存している段階で、デシカントブロックの吸湿力を再生してもよい。

温調機構２について説明する。温調機構２は、内気（車室５内の空気）又は外気（車室５外の空気）を加熱又は冷却するための温調ユニット２３を有する冷暖房装置である。本実施形態では、温調ユニット２３としてエネルギー効率に優れたヒートポンプ式を採用している。温調ユニット２３内には閉じた冷媒流路（不図示）が設けられ、温調機構２は、この冷媒流路を挟み、一次側（熱源側）と二次側（利用側）とを有する。

温調機構２の二次側は、空気の取入側から順に、第２内気吸込口２１（又は第１外気取入口２６）、切換弁Ｖ６、温調ユニット２３、切換弁Ｖ４、並びに第２・第３吹出口（２４，２５）を有し、各部分が配管で接続されている。温調機構２の一次側（熱源側）は、空気の取入側から順に、第２外気取入口２７、温調ユニット２３、切換弁Ｖ５及び第２排出口２８を有し、各部分が配管で接続されている。図示していないが、温調機構２内又は温調ユニット２３内には、空気の流れを作るためのブロアファンを有している。

暖房使用時には、二次側では、第２内気吸込口２１から車室５内の空気を取り入れるか、第１外気取入口２６から車室５外の空気を取り入れて、温調ユニット２３で空気を加熱し、第２吹出口２４及び第３吹出口２５から車室５内へ加熱した空気を吹き出す。一次側では、第２排出口２８から、外気より低温の空気を排出する。

空気を加熱するには、ヒートポンプ式以外に、蓄電池をエネルギー源とした空気若しくは水加熱方式の電気ヒータ、又は燃料燃焼方式の燃焼式ヒータを採用してもよく、ヒートポンプ式に電気ヒータや燃焼式ヒータを併用してもよい。また、モータ、インバータ及び電子基板等、電気自動車の各部で生じた廃熱を回収し、空気の加熱に併用してもよい。

冷房使用時には、二次側では、第２内気吸込口２１から車室５内の空気を取り入れるか、第１外気取入口２６から車室５外の空気を取り入れて、温調ユニット２３で空気を冷却し、第２吹出口２４及び第３吹出口２５から車室５内へ冷却した空気を吹き出す。一次側では、第２排出口２８から、外気より高温の、廃熱を含む空気を排出する。

制御機構について説明する。制御機構は、本発明を構成する各要素を制御するための機能構成であり、専用回路基板、ファームウエア、プロセッサーとメモリを有するハードウエアとメモリに記録された制御手順を示すプログラムで構成されていてもよい。制御機構は、本発明を構成する各要素から各種電気信号を受信し、また指令信号を送信するための通信機能を有していてもよい。また、制御機構は、車の各種制御を統合する電子制御ユニット、温調ユニットの制御装置、各種センサなどから、電気信号または指令信号などを受信し、制御機構の状態を示す状態信号をそれらへ送信してもよい。

制御機構は、制御モードとして、除湿後の空気をウインドウ４に向けて吹き出す結露除去モードと、温調ユニット２３で加熱した空気を吸湿ユニット１３に供給する吸湿力再生モードと、ウインドウ４の着氷成分を除去する着氷除去モードと、を有する。結露除去モードは、上述したように、乗員に向けて除湿された快適な空気を吹き出す除湿モードであってもよい。さらに、制御機構は、制御モードとして、結露除去機構１（除湿機構）を使用せず、温調機構２のみを使用する冷暖房モードも有する。

＜吸湿力再生モード＞
図１Ａは、暖房を使用しつつ吸湿力再生モードを行うときの、切換弁Ｖ１〜Ｖ６の弁の状態及び空気の流れを示している。切換弁Ｖ１〜Ｖ６は、以下の状態に切り換えられる。
切換弁Ｖ１ 切換弁Ｖ４と切換弁Ｖ３を連通させる。
切換弁Ｖ２ 吸湿ユニット１３と第１排出口１８とを連通させる。
切換弁Ｖ３ 切換弁Ｖ１と吸湿ユニット１３とを連通させる。
切換弁Ｖ４ 温調ユニット２３と第２・第３吹出口（２４，２５）と切換弁Ｖ１とを連通させる。
切換弁Ｖ５ 温調ユニット２３と第２排出口２８とを連通させる。
切換弁Ｖ６ 第２内気吸込口２１と温調ユニット２３とを連通させる。

これにより、内気を温調ユニット２３で加熱し、加熱された温調空気の大半を車室５内の暖房に使用しつつ、加熱された温調空気の一部を吸湿ユニット１３に供給し、吸湿ユニット１３の吸湿力を再生する。吸湿ユニット１３で水分を回収した空気は車室外に排出する。ただし、外気の相対湿度が内気の相対湿度よりも低い場合は、切換弁Ｖ６を、第１外気取入口と温調ユニット２３とを連通させるように切り換えて、相対湿度の低い外気を温調ユニット２３で加熱して吸湿ユニット１３に供給し、吸湿力再生に使用すると好ましい。

吸湿力再生モードにおいて吸湿ユニット１３に供給する空気は、エネルギー効率の高い温調ユニット２３により加熱された温調空気であるから、吸湿力の再生に掛かる電力消費を抑制できる。また、温調ユニット２３は、外気より温度の高い内気を取り入れて加熱しているから、空気の昇温幅が小さく電力消費を抑制できる。よって、吸湿力再生モードにおいて吸湿ユニットに供給する高温の空気を得るための電力消費を抑制できる。

特に温調ユニット２３としてヒートポンプ式を使用する場合には、特に温調ユニット２３でのエネルギー効率が高くなるため、電力消費を抑制する効果が高い。さらに、吸湿力を再生するための専用加熱器を必須としないので、専用加熱器を設けない場合には省スペース化及び低コスト化につながる。なお、温調ユニット２３で生成された温調空気のうち、ごく少量を吸湿力再生に振り分けるため、吸湿力再生に温調空気を振り分けたことによる暖房能力の低下は限定的である。

図１Ｂは、冷房を使用しつつ吸湿力再生モードを行うときの、切換弁Ｖ１〜Ｖ６の弁の状態及び空気の流れを示している。切換弁Ｖ１〜Ｖ６は、以下の状態に切り換えられる。
切換弁Ｖ１ 使用しない（切換方向を問わない）。
切換弁Ｖ２ 吸湿ユニット１３と第１排出口１８とを連通させる。
切換弁Ｖ３ 切換弁Ｖ５と吸湿ユニット１３とを連通させる。
切換弁Ｖ４ 温調ユニット２３と第２・第３吹出口（２４，２５）を連通させる。
切換弁Ｖ５ 温調ユニット２３と第２排出口２８と切換弁Ｖ３とを連通させる。
切換弁Ｖ６ 第２内気吸込口２１と温調ユニット２３とを連通させる、又は第１外気取入口２６と温調ユニット２３とを連通させる。

これにより、内気又は外気を温調ユニット２３で冷却し、冷却した温調空気を車室５内の冷房に使用する。温調ユニット２３の一次側出口では、外気より高温の廃熱を含む空気が排出される。廃熱を含む空気のうち必要分を吸湿ユニット１３に供給し、吸湿ユニット１３の吸湿力を再生する。吸湿ユニット１３で水分を回収した空気は車室外に排出する。廃熱を含む空気のうち余剰分を第２排出口２８から排出する。温調ユニット２３の二次側に導入する空気は、冷却効率を考慮して内気と外気のうち低温である方を選択してもよく、換気を考慮して外気を選択してもよい。

冷房を使用しつつ吸湿力再生モードを行う場合、吸湿力の再生に、冷房で副次的に生じた廃熱を活用できるから、吸湿力再生のために空気を加熱する電力消費を大幅に抑制できる。

吸湿ユニット１３の吸湿量を検出する吸湿量検出部を使用して、吸湿量検出部の検出結果に基づいて吸湿力再生モードを行ってもよい。吸湿ユニット１３内のデシカントブロックは、吸湿量が増えるほど、その質量及び体積が増加する。そのため、デシカントブロックの質量や体積を検出し、質量や体積の増加量から吸湿量及び残存吸湿力を算出して、吸湿力再生モードを行うか否かを判断してもよい。また、結露除去モードを所定時間行った後に、吸湿力再生モードを行ってもよい。さらに、結露除去モード時において相対湿度計で吸湿ユニット前後での相対湿度差を計測し、吸湿力が低下して所定の相対湿度差が得られなくなったときに、残存吸湿力が低下したと判断して吸湿力再生モードを行ったりしてもよい。

吸湿力再生モードは、必ずしも、吸湿ユニット１３の残存吸湿力がゼロになった後に行わなくてもよい。すなわち、吸湿力が残存する段階で吸湿力を再生してもよい。また、再生は、残存吸湿力が完全に回復するまで行わなくてもよい。例えば、結露除去モードを１０分程度行って回収した水分量を再生する時間は、５分程度であり、ウインドウ４の結露を除去した後しばらくは、結露除去モードにしなくても結露のない状態を維持することができる。よって、結露除去モードと吸湿力再生モードとを短い間隔で繰り返していくことで、吸湿ユニット１３が最大吸湿量に到ることなく、結露のない状態を維持できる。

図２には、結露除去機構の他の実施形態を含む空調システムを示している。空調システム１１０において、結露除去機構５１は、切換弁Ｖ３と吸湿ユニット１３との間に、温調ユニット２３で加熱された空気を再加熱するヒータ１７を有している。温調機構２の加熱能力を超える高温の空気を生成したり、温調機構２を弱運転で使用したりするときには、ヒータ１７で追加的な加熱を行うことで、吸湿力の再生時間を短縮できる。追加的な加熱を行うためには電力消費を伴うが、吸湿力の再生時間の短縮に伴う電力消費の低減が見込まれる。よって、ヒータ１７で追加的な加熱を行うことは、総合的にみて電力消費を抑制できる。

吸湿力の再生は、温調機構２が空気を吹き出す力を利用して行うことが好ましい。しかしながら、吸湿力再生モードを行うとき、常に温調機構２が十分な空気を吹き出す風量で作動しているとは限らない。そこで、結露除去機構１の、例えば切換弁Ｖ３と吸湿ユニット１３との間に、空気を吸引する吸引ファン（不図示）を設けることにより、吸湿力の再生に必要な空気を確保してもよい。

＜結露除去モード＞
結露除去モードについて説明する。結露除去モードでは、制御機構が、ウインドウ４の車室側表面の結露（結露）を除去するように、結露除去機構１を制御する。結露除去機構１は、空気の吸込側から順に、第１内気吸込口１１、吸込ファン１２、切換弁Ｖ２、吸湿ユニット１３、切換弁Ｖ３、切換弁Ｖ１及び第１吹出口１４を有し、各部分が配管で接続される。

図３は、結露除去モードを行うときの、切換弁Ｖ１〜Ｖ６の弁の状態及び空気の流れを示している。切換弁Ｖ１〜Ｖ６は、以下の状態に切り換えられる。
切換弁Ｖ１ 切換弁Ｖ３と第１吹出口１４とを連通させる。
切換弁Ｖ２ 吸込ファン１２と吸湿ユニット１３とを連通させる。
切換弁Ｖ３ 吸湿ユニット１３と切換弁Ｖ１とを連通させる。
切換弁Ｖ４ 冷暖房を使用するときは、温調ユニット２３と第２・第３吹出口（２４，２５）とを連通させる。
切換弁Ｖ５ 冷暖房を使用するときは、温調ユニット２３と第２排出口２８とを連通させる。
切換弁Ｖ６ 第２内気吸込口２１と温調ユニット２３とを連通させる、又は第１外気取入口２６と温調ユニット２３とを連通させる。

これにより、内気を第１内気吸込口１１から吸い込み、吸い込んだ空気を吸湿ユニット１３に送り込む。吸湿ユニット１３で除湿された空気は、ウインドウ４の近傍に配置された第１吹出口１４からウインドウ４に向けて吹き出す。第１吹出口１４の詳細は、後述する。

結露除去機構１の空気の流れは吸込ファン１２によって形成される。吸込ファン１２は、図３では、第１内気吸込口１１と吸湿ユニット１３との間の流路に配置されているが、この位置でなくてもよい。例えば、吸込ファン１２は、吸湿ユニット１３と第１吹出口１４との間の流路に配置されてもよい。

結露除去モードのとき、温調機構２を作動させても構わない。結露除去時に暖房を使用することは、内気の温度を上昇させて相対湿度を低下させるため、結露の除去に有利である。結露除去時に冷房を使用することは、内気の温度を低下させるという点において、結露の除去に好ましいとはいえない。しかしながら、切換弁Ｖ６を切換えて低相対湿度の外気を導入したり、後述する除湿後の空気をウインドウ４付近に滞留させる手法を採用したりすることで、冷房を使用しながらでもウインドウ４の結露を除去できる。

空調システム１００の吹出口について説明する。図４Ａは、電気自動車の前部座席より前方を模式的に示した側面図である。電気自動車６は、フロントウインドウ４ａ、前部座席６１、ハンドル６２及びダッシュボード６３を有する。前部座席６１は、運転席及び運転席横の助手席を含む。第１吹出口１４ａは、ダッシュボード６３の上面、かつ、フロントウインドウ４ａの近傍に設けられている。

第１吹出口１４ａは、フロントウインドウ４ａに向けて空気を吹き出す。第１吹出口１４ａはフロントウインドウ４ａの幅方向（車両の横方向であり、図４Ａの紙面に直交する方向）に延びた形状を有していると、好ましい。フロントウインドウ４ａの幅方向に亘って結露を除去できる。第１吹出口１４ａは、フロントウインドウ４ａの幅方向に延びた一つの開口から構成されていてもよく、フロントウインドウ４ａの幅方向に複数に分割された複数の開口から構成されていてもよい。

第２吹出口２４は、ダッシュボード６３の前部座席６１に対向する位置に設けられる。第２吹出口２４は、自動車の幅方向の中央部に設けられるセンターレジスタと、自動車の幅方向端部（ドア付近）に設けられるサイドレジスタとを有する。第２吹出口２４は、主に前部座席６１に着座する乗員の上半身に向かって温調空気を吹き出す。第３吹出口２５は、主に前部座席６１に着座する乗員の足元に向かって温調空気を吹き出す。また、図示していないが、後席シートに着座する乗員に向かって温調空気を吹き出すための吹出口を設けてもよい。

結露除去モードにおいて、第１吹出口１４からフロントウインドウ４ａに向けて吹き出す空気の風速に関し、本発明者は、実験により、フロントウインドウ４ａに向けて微風で（すなわち、風速を小さくして）吹き出す方が、勢いよく噴出させるよりも、フロントウインドウ４ａの結露を効果的に除去できるという知見を得た。微風は、温調機構２で温調された空気を吹き出す最小風速・最小風量より小さい風速・風量であると好ましい。具体的には、第１吹出口１４が、例えば毎時５０ｍ^３以下の風量となる風速で空気を吹き出すと好ましい。

第１吹出口１４ａから微風で吹き出された空気は、フロントウインドウ４ａの車室５内表面に接触しつつ、後に吹き出される空気に押し出されるように、図４Ａのｗｄ１方向にゆっくりと流れていく。これにより、フロントウインドウ４ａの車室５内表面に、低相対湿度の空気が滞留してフロントウインドウ４ａを覆い、車室５内の高湿度の空気がフロントウインドウ４ａに接触することを抑止する。これにより、フロントウインドウ４ａの結露を効果的に除去できる。

上述したように、結露除去モードのとき、温調機構２を作動させても構わない。温調機構２を作動させたとしても、第２吹出口２４の吹き出すｗｄ２方向及び第３吹出口２５の吹き出すｗｄ３方向は、第１吹出口１４のｗｄ１方向とは異なるため、フロントウインドウ４ａを覆う低相対湿度の空気の滞留を乱しにくい。

図４Ｂは、第１吹出口１４の変形例を示す。第１吹出口１４は、ダッシュボード６３の上面、かつ、フロントウインドウ４ａの近傍に設けられた第１吹出口１４ａと、天井６４から吊り下げられ、フロントウインドウ４ａの近傍に設けられた第１吹出口１４ｂと、を有する。フロントウインドウ４ａの上下から低相対湿度の空気を吹き出すことで、フロントウインドウ４ａの空気に覆われる時間を短縮し、結露をより効果的に除去することができる。

また、第１吹出口１４は、フロントウインドウ４ａに向けて吹き出す吹出口だけでなく、シート横のドアに設けられたサイドウインドウに向けて吹き出す吹出口を有していてもよい。サイドウインドウの結露を除去することで、自動車の横方向の視界を確保できるとともに、サイドウインドウを透過して視るドアミラーの視認性を確保できる。さらに、リアウインドウの結露を除去するために、リアウインドウに向けて吹き出す吹出口を設けてもよい。

第１内気吸込口１１のウインドウ４からの距離は、第１吹出口１４のウインドウ４からの距離よりも長いと好ましい。これにより、ウインドウ４の車室５内表面に滞留する低相対湿度の空気を第１内気吸込口１１から吸込みにくいため、ウインドウ４の滞留を乱さず維持しやすい。第２内気吸込口２１のウインドウ４からの距離も、同様に、第１吹出口１４のウインドウ４からの距離よりも長いと好ましい。第１内気吸込口１１及び第２内気吸込口２１は、例えば、前部座席の足元や後部座席より後方に配置してもよい。

結露除去モードの開始及び終了の制御について、空調システム１００のコントローラパネルに、結露除去モードのＯＮ／ＯＦＦスイッチを設け、乗員の操作により結露除去モードを開始及び終了させてもよく、制御機構に自動的に結露除去モードの開始及び終了を行わせてもよい。

制御機構に自動的に結露除去モードの開始及び終了を行わせる場合は、例えば、車室内の相対湿度や車室内外の温度を計測し、計測結果からウインドウ４の結露を推定して結露除去モードの開始及び終了を行わせてもよく、ウインドウ４の結露を光センサやカメラ等で検出して行わせてもよい。

＜着氷除去モード＞
着氷除去モードについて説明する。制御機構は、ウインドウ４に付着した霜、氷又は雪等の着氷成分を解凍し、除去するように、温調機構２を制御する。制御機構は、同時に、吸湿ユニット１３の吸湿力再生を行うように、結露除去機構１を制御する。

図５は、ウインドウ４の着氷成分を除去する着氷除去モードを行うときの、切換弁Ｖ１〜Ｖ６の弁の状態及び空気の流れを示している。
切換弁Ｖ１ 切換弁Ｖ４と切換弁Ｖ３と第１吹出口１４とを連通させる。
切換弁Ｖ２ 吸湿ユニット１３と第１排出口１８とを連通させる。
切換弁Ｖ３ 切換弁Ｖ１と吸湿ユニット１３とを連通させる。
切換弁Ｖ４ 温調ユニット２３と切換弁Ｖ１とを連通させる。さらに、第２・第３吹出口（２４，２５）に連通させても構わない。
切換弁Ｖ５ 温調ユニット２３と第２排出口２８とを連通させる。
切換弁Ｖ６ 第２内気吸込口２１と温調ユニット２３とを連通させる。

これにより、温調ユニット２３で多量の温調空気を形成し、形成した大半をウインドウ４に向けて第１吹出口１４から噴出させ、形成した温調空気の一部を吸湿ユニット１３に供給する。多量の温調空気を形成するには多量の電力を消費するが、温調空気の単位流量あたりのエネルギー消費量は小さくなり、エネルギー効率は高まる。よって、温調ユニット２３の稼働と吸湿ユニット１３の吸湿力再生とを個別に行うよりも、着氷除去とともに吸湿ユニット１３の吸湿力再生を行う方が、総合的にみて電力消費の抑制につながる。

電気自動車が外部電源に接続された状態にあるとき（充電中、または充電完了後を含む）、電気自動車の空調システムも蓄電池の残存容量に気を配ることなく、電力を消費できる。よって、電気自動車が外部電源に接続された状態にあるとき、走行を開始する所定の時間より前から、車室内の除湿、ウインドウ４の結露除去と着氷除去、及び冷暖房を開始するとよい。これにより、走行開始後の蓄電池の電力消費を抑制できる。

ただし、吸湿ユニット１３の吸湿力が低下している（例えば、最大吸湿力を１００％としたとき、吸湿力が５０％分以上低下している）ときは、除湿機構（結露除去機構１）の動作に優先して吸湿力再生モードを行うとよい。走行開始前に吸湿力を再生し、できるだけ吸湿力を回復させておくことで、走行開始後の吸湿力再生に掛かる電力消費を抑制できる。

結露除去機構１の吹出口が、ウインドウ４の結露除去に使用する第１吹出口１４のみの場合でも、結露除去モードを続けると車室５内を除湿できる。車室５内には、フロアマットや天井内装材など、吸湿作用のある繊維材料が数多く使用されており、走行開始前の外部電源に接続された状態にあるとき、車室内を除湿しておくことで、このような繊維材料の吸湿効果を回復することができる。繊維材料の吸湿効果は、走行開始後のウインドウ４の結露抑制に寄与する。その結果、走行開始後の吸湿力再生を遅らせて、吸湿力再生に掛かる電力消費を抑制できる。

上述の空調システムの配管レイアウトは例示であり、他の配管レイアウトでも構わない。特に、切換弁や配管経路の配置及び個数は、切換弁のタイプによって変化する。さらに、上述のレイアウトには示していないが、適宜、各配管や吸湿ユニットの内部、又は温調ユニットの内部に、空気中の塵埃を除去するフィルタや、流量又は流量比を調整するダンパー等の流量制御弁を設けてもよい。

また、別実施形態として、空調システムは、前記除湿機構と、別体の温調機構から加熱された空気を導入する導入口と、前記除湿機構を制御する制御機構と、を少なくとも有するポータブルタイプでもよい。このようなポータブルタイプの空調システムは、持ち運び可能であり、既存の温調機構に後付けで設置して、吸湿力再生モードを実行できる。上述の各種制御モードを実行するとき、除湿機構を制御する制御機構は、既存の温調機構を制御する制御機構と通信し連携させると好ましい。

ポータブルタイプの空調システムの除湿機構は、空気を取り込む吸込口と、前記吸込口から空気を吸い込むための吸込ファンと、吸湿ユニットと、除湿後の空気を吹き出す吹出口と、前記導入口から加熱された空気を吸引する吸引ファンと、吸引した空気を加熱するヒータと、吸湿ユニットの再生に使用した空気を排出する排出口と、これら各要素が接続される配管と、前記各要素及び前記配管が収容される筐体と、を備えていてもよい。

ポータブルタイプの空調システムは、バッテリーを有していてもよく、車の蓄電池から電力供給を受けるための電力供給アダプタを有していてもよい。

上述の実施形態では電気自動車用の空調システムを示したが、電気自動車に限らず、水素自動車やハイブリッド自動車など他の自動車にも適用できる。また、自動車以外の車両に対して適用できる。車両とは、車輪やタイヤ等を有する乗物に限らず、人が搭乗可能な乗物全体を指す。

本発明は、上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能である。

１、５１：結露除去機構
２ ：温調機構
４ ：ウインドウ
４ａ ：フロントウインドウ
５ ：車室
１１ ：第１内気吸込口
１２ ：吸込ファン
１３ ：吸湿ユニット
１４ ：第１吹出口
１７ ：ヒータ
１８ ：第１排出口
２１ ：第２内気吸込口
２３ ：温調ユニット
２４ ：第２吹出口
２５ ：第３吹出口
２６ ：第１外気取入口
２７ ：第２外気取入口
２８ ：第２排出口
１００ ：空調システム
Ｖ１〜Ｖ６ ：切換弁

Claims (6)

1. 車室内の空気を吸湿ユニットに通過させて空気を除湿し、除湿後の空気を吹き出すための空気の流れを形成する吸込ファンを含む、除湿機構と、
   前記車室内の空気の温度を調節する温調ユニット、及び温度調節時の空気の流れを形成するためのブロアファンを含む、温調機構と、
   前記除湿機構及び前記温調機構を制御する制御機構と、を備え、
   前記除湿機構は、前記車室内と車室外とを区画するウインドウの結露を除去する結露除去機構を含み、
   前記制御機構は、制御モードとして、除湿後の空気を前記ウインドウに向けて吹き出す結露除去モードを有し、
   前記結露除去モードにおいて、前記吸込ファンが前記除湿後の空気を吹き出す風速及び風量は、前記ブロアファンが前記温調ユニットで温調された空気を吹き出す最小風速及び最小風量より小さいことを特徴とする、車両用空調システム。
2. 前記除湿機構は、前記車室内の空気を取り込むための第１内気吸込口と、除湿後の空気を前記ウインドウに向けて吹き出す複数の第１吹出口と、を有し、
   前記第１内気吸込口の前記ウインドウからの距離は、前記第１吹出口の前記ウインドウからの距離よりも長い、請求項１に記載の車両用空調システム。
3. 前記ウインドウはフロントウインドウであり、
   前記除湿後の空気を吹き出す吹出口は、前記フロントウインドウの上から前記除湿後の空気を吹き出す吹出口と、前記フロントウインドウの下から前記除湿後の空気を吹き出す吹出口とを備える、請求項１又は２に記載の車両用空調システム。
4. 前記結露除去モードにおいて、前記温調ユニットで温度調節された空気を、前記除湿後の空気を吹き出す吹出口とは異なる吹出口から吹き出す、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の車両用空調システム。
5. 前記除湿後の空気を、毎時５０ｍ^３以下の風量となる風速で空気を吹き出す、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の車両用空調システム。
6. 前記制御機構に、前記結露除去モードの開始及び終了を行わせる、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の車両用空調システム。

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