JP6217522B2

JP6217522B2 - 加湿装置

Info

Publication number: JP6217522B2
Application number: JP2014105375A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　功治; 伊藤　　功治; 康彦新美; 潤山岡
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-05-21
Filing date: 2014-05-21
Publication date: 2017-10-25
Anticipated expiration: 2034-05-21
Also published as: CN106232402B; CN106232402A; DE112015002352T5; JP2015217917A; US20170036517A1; US10414248B2; WO2015177968A1

Description

本発明は、車両用空調装置に組み合わせて用いられる加湿装置に関するものである。

従来、この種の加湿装置として、例えば特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された加湿装置は、車室内へ空気が吹き出される吹出口直前に、水を気化する透湿性チューブを配置し、給水タンクから透湿性チューブに水を供給することにより、空調風を加湿するようにしている。

特開２００５−２８２９９２号公報

しかしながら、従来の加湿装置は、給水タンクに加湿のための水を補給しなければならないという問題があった。

本発明は上記点に鑑みて、車両用空調装置を活用して、無給水で加湿できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、送風空気を車室内に導く通風路（３１１）を有する空調ケース（３１）内に、送風空気を冷却する冷却器（３４）を備える車両用空調装置に適用される加湿装置であって、水分を吸収し脱離する吸着器（１３）と、吸着器を通過する空気流を発生させる送風機（１２）と、空気流の流路を開閉するドア（１４、１５、１６）と、ドアを制御することにより空気流の流路を切り替えて、冷却器にて冷却された空気を吸着器に導いて空気から吸着器に水分を吸着させる吸着モード、および低湿度の空気を吸着器に導いて吸着器から空気に水分を移動させて加湿し、加湿された空気を乗員に向けて吹き出す加湿モードを設定する制御手段（２１）とを備えることを特徴とする。

これによると、車両用空調装置の冷却器にて冷却された高湿度の空気から吸着器に水分を吸着させ、吸着器に吸着された水分を低湿度の空気に移動させて加湿するため、無給水で加湿することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の一実施形態に係る加湿装置および車両用空調装置の構成を示す模式的な断面図である。一実施形態に係る加湿装置の電気制御部の構成を示すブロック図である。一実施形態に係る加湿装置の他の作動状態を示す模式的な断面図である。一実施形態に係る加湿装置のさらに他の作動状態を示す模式的な断面図である。一実施形態に係る加湿装置の変形例を示す模式的な断面図である。

本発明の一実施形態について説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る加湿装置１は、車室内の空調を行う車両用空調装置に組み合わせて用いられる。

車両用空調装置の室内空調ユニット３は、車室内の計器盤（インストルメントパネル）下方部に配置されている。

室内空調ユニット３は、送風空気を車室内に導く通風路３１１を形成する空調ケース３１を備え、空調ケース３１の空気流れ最上流側には、外気を導入する外気導入口３２１と内気を導入する内気導入口３２２とを有する内外気切替箱３２が配置され、この内外気切替箱３２内に内外気切替ドア３２３が回動自在に設置されている。

この内外気切替ドア３２３は、外気導入口３２１と内気導入口３２２との分岐点に配置され、アクチュエータ（図示せず）により駆動されて、空調ケース３１内の通風路３１１に導入する空気を内気と外気に切り替え、あるいは、内気と外気の混合割合を調整する。

通風路３１１には、空調装置用送風機３３、冷却器としてのエバポレータ３４、加熱器としてのヒーターコア３５、および、ドア３６〜３９が配置されている。

空調装置用送風機３３は、内外気切替箱３２内に空気を吸い込んで空調ケース３１の下流側に送風するものであり、電動機と、その回転軸に連結された遠心式送風ファンを有している。

エバポレータ３４は、空調装置用送風機３３の空気流れ下流側に配置され、図示しない車両エンジンにより駆動されるコンプレッサ等と結合されて冷凍サイクルを構成し、内部を流通する低圧冷媒が通風路３１１を流通する送風空気から吸熱して蒸発することにより送風空気を冷却する。

ヒーターコア３５は、エバポレータ３４の空気流れ下流側に配置され、図示しない車両エンジンの冷却水（温水）が内部を循環し、このエンジン冷却水を熱源として通風路３１１を流通する送風空気を加熱する。

エアミックスドア３６は、エバポレータ３４とヒーターコア３５との間に回動自在に設けられている。そして、エアミックスドア３６は、アクチュエータ（図示せず）により駆動されて、ヒーターコア３５を通過する空気とヒーターコア３５をバイパスする空気の割合を調整し、車室内に吹き出す送風空気の温度を調整する。

空調ケース３１の空気流れ最下流部には、車両前面窓ガラスに向けて送風空気を吹き出すデフロスタ吹出口３１２、乗員の上半身に向けて送風空気を吹き出すフェイス吹出口３１３、および乗員の足下に向けて送風空気を吹き出すフット吹出口３１４が形成されている。

そして、デフロスタ吹出口３１２はデフロスタドア３７により開閉され、フェイス吹出口３１３はフェイスドア３８により開閉され、フット吹出口３１４はフットドア３９により開閉されるようになっている。

また、これら各ドア３７〜３９は、アクチュエータ（図示せず）により駆動されて各吹出口３１２〜３１４を開閉することによって、各種の吹出モード（フェイスモード、バイレベルモード、フットモード、フットデフモード、デフロスタモード等）を設定する。そして、各吹出モードに応じて開口した吹出口から、温度調整された空気が車室内へ吹き出される。

空調ケース３１には、エバポレータ３４とヒーターコア３５との間に、通風路３１１と外部とを連通させるエバポレータ下流開口部３１５が形成され、ヒーターコア３５の下流側に、通風路３１１と外部とを連通させるヒーターコア下流開口部３１６が形成されている。

加湿装置１は、計器盤下方部に配置されている。より詳細には、エバポレータ３４の近傍で、且つ、エバポレータ下流開口部３１５と後述する第１開口部１１１とが接近する位置に配置されている。

この加湿装置１は、空気を流通させる通風路を形成する樹脂製の加湿装置ケース１１を備え、加湿装置ケース１１内には、加湿装置用送風機１２、吸着器１３、および、ドア１４〜１６が配置されている。また、加湿装置１は、ダクト１７〜１９、および温度センサ２０を備えている。

加湿装置ケース１１には、加湿装置ケース１１内と外部とを連通させる開口部１１１〜１１３、加湿装置用送風機１２への空気の入口部となる吸い込み口１１４、および加湿装置用送風機１２の空気流れ下流側と第２開口部１１２とを連通させる連通孔１１５が形成されている。

第１開口部１１１は、第１ダクト１７によりエバポレータ下流開口部３１５と接続され、エバポレータ３４にて冷却された空気を加湿装置ケース１１内に導くようになっている。そして、加湿装置ケース１１内に導かれた空気は、吸着器１３に導かれる。また、第１開口部１１１は、加湿装置ケース１１に回動自在に装着された開閉ドア１４により開閉される。

第２開口部１１２は、第２ダクト１８によりヒーターコア下流開口部３１６と接続されている。そして、加湿装置ケース１１に回動自在に装着された第１切り替えドア１５の回動位置に応じて、第１開口部１１１から吸着器１３に至る通風路の空気流れ下流側または連通孔１１５と連通するようになっている。

第３開口部１１３には第３ダクト１９が接続されている。この第３ダクト１９は、空気流れ下流端である吹き出し開口部１９１側が計器盤の上部に設置され、加湿装置１にて加湿された空気を吹き出し開口部１９１から乗員の顔部（口、鼻、目）に向けて吹き出すようになっている。この第３ダクト１９内における吹き出し開口部１９１の近傍には、第３ダクト１９から吹き出す空気の温度を検出する温度センサ２０が配置されている。また、第３開口部１１３および連通孔１１５は、加湿装置ケース１１に回動自在に装着された第２切り替えドア１６により開閉される。

なお、ダクト１７〜１９の材質は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等を採用することができる。また、第３ダクト１９は、その内部の空気と外部の空気との熱交換を促進するために、その板厚をなるべく薄くすることが望ましい。

加湿装置用送風機１２は、第１開口部１１１または第２開口部１１２から空気を吸入し、吸着器１３を通過する空気流を発生させるものであり、電動機１２１と、その回転軸に連結された遠心式送風ファン１２２を有している。

吸着器１３は、水分を吸収し放湿（脱離）する吸着材を担持させた複数の金属製の板状部材を備え、その板状部材を間隔を開けて積層配置することにより、板状部材間に送風空気を通過させる通風路を形成したものである。本実施形態の吸着器１３では、このように吸着材を担持させた複数の板状部材を積層配置することで、送風空気と吸着材との接触面積を増加させている。

また、吸着材として、高分子吸着材を採用している。より具体的には、この吸着材は、送風空気の温度として想定される温度範囲内において、吸着器１３を通過する送風空気の相対湿度を５０％変化させた際に、吸着している水分量（吸着量）が３ｗｔ％〜１０ｗｔ（少なくとも３ｗｔ％以上）変化する吸着特性を有している。

なお、一般に吸着材の水分の吸着速度は脱離速度の半分程度であるため、吸着させる場合の風量は、脱離させる場合の２倍の風量が必要であり、加湿装置用送風機１２はそれに対応した性能を有する。

図２に示すように、加湿装置１は、加湿装置１のドア１４〜１６を制御することにより加湿装置ケース１１内の空気流の流路を切り替える制御手段としての加湿制御装置２１を備えている。

この加湿制御装置２１は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成され、そのＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、出力側に接続された各種機器の作動を制御する。

加湿制御装置２１の出力側には、加湿装置用送風機１２の電動機１２１、加湿装置１のドア１４〜１６を駆動するアクチュエータ２２が接続されている。なお、アクチュエータ２２は、サーボモータを用いることができる。

また、加湿制御装置２１の入力側には、温度センサ２０、加湿装置１のオン・オフを切り替えるメインスイッチ２３、および第３ダクト１９から吹き出す空気の目標温度を設定する加湿空気温度設定スイッチ２４が接続されている。

次に、加湿装置１の作動について説明する。

車両用空調装置が作動している状態でメインスイッチ２３がオン状態に操作されると、加湿制御装置２１は、加湿装置用送風機１２の運転を開始し、また、加湿装置１のドア１４〜１６を所定の位置に移動させて、後述する吸着モード運転と加湿モード運転を１分おきに交互に実行する。

図１は、吸着モード運転状態を示している。この吸着モード運転時には、加湿制御装置２１は、加湿装置１のドア１４〜１６を所定の位置に移動させて、吸着器１３に水分を吸着させる吸着モードの流路を設定する。

具体的には、図１に示すように、開閉ドア１４は第１開口部１１１を開く。また、第１切り替えドア１５は、第１開口部１１１から吸着器１３に至る通風路と第２開口部１１２との間を遮断するとともに、第２開口部１１２と連通孔１１５とを連通させる。さらに、第２切り替えドア１６は、第３開口部１１３を閉じるとともに連通孔１１５を開く。

この状態では、エバポレータ３４にて冷却された低温、高湿度の空気（例えば、温度５℃、相対湿度７２％）は、第１ダクト１７を介して第１開口部１１１から加湿装置ケース１１内に流入し、さらに吸着器１３に導かれ、水分が吸着器１３に吸着される。

そして、吸着器１３を通過した空気は、吸い込み口１１４から連通孔１１５を通って第２開口部１１２に至り、さらに第２ダクト１８を介してヒーターコア下流開口部３１６から、通風路３１１におけるヒーターコア３５の空気流れ下流側部位に戻される。したがって、冷風が車室内にもれることはない。

ここで、一般に吸着材の水分の吸着速度は脱離速度の半分程度であるため、吸着モード運転時に加湿装置１に供給する風量は、加湿モード運転時に加湿装置１に供給する風量の２倍に設定されている。

図３、図４は、加湿モード運転状態を示している。この加湿モード運転時には、加湿制御装置２１は、加湿装置１のドア１４〜１６を所定の位置に移動させて、吸着器１３に吸着された水分を低湿度の空気に移動させる加湿モードの流路を設定する。

具体的には、図３、図４に示すように、開閉ドア１４は第１開口部１１１を閉じるか、或いは第１開口部１１１を適宜量開く。また、第１切り替えドア１５は、第１開口部１１１から吸着器１３に至る通風路と第２開口部１１２とを連通させるとともに、第２開口部１１２と連通孔１１５との間を遮断する。さらに、第２切り替えドア１６は、第３開口部１１３を開くとともに連通孔１１５を閉じる。

図３に示すように、開閉ドア１４が第１開口部１１１を閉じた状態では、ヒータコア３５にて加熱された高温で低湿度の空気は、第２ダクト１８を介して第２開口部１１２から加湿装置ケース１１内に流入し、さらに吸着器１３に導かれる。そして、吸着器１３内の水分がヒータコア３５にて加熱された高温で低湿度の空気（例えば、温度７０℃、相対湿度２％）に移動して、その空気は高湿度の空気になる。

吸着器１３を通過した高湿度の空気は、吸い込み口１１４を通って第３開口部１１３に至り、さらに第３ダクト１９を介して吹き出し開口部１９１から乗員の顔部に向けて吹き出される。

なお、吹き出し開口部１９１から吹き出される加湿空気の風速が１ｍ／ｓ以下となるように、風量１０ｍ³／ｈ程度で吹き出される。このように、風速を低くすることにより、加湿空気の拡散を抑制して、加湿空気を顔部に確実に到達させることができる。

因みに、風量１０ｍ³／ｈは、車両用空調装置の最低風量の１０％以下である。このように、加湿装置１に供給する風量は少ないため、車両用空調装置の空調機能への影響はほとんどない。

ここで、第３ダクト１９は、φ５０ｍｍ、長さ１０００ｍｍ程度であるので、吸着器１３を通過した高温で高湿度の空気は、第３ダクト１９内を通るときに第３ダクト１９の周囲の車室内空気と熱交換して車室内温度に近い温度まで温度が下がり、高湿度（例えば、相対湿度５５％）になる。

但し、本実施形態では、温度センサ２０にて検出した空気の温度が加湿空気温度設定スイッチ２４にて設定された目標温度よりも高い場合には、図４に示すように、開閉ドア１４を開弁向きに移動させて、エバポレータ３４にて冷却された低温の空気を第１ダクト１７を介して加湿装置ケース１１内に導く。これにより、エバポレータ３４にて冷却された低温の空気をヒータコア３５にて加熱された高温の空気に混合させて、吹き出し開口部１９１から吹き出される加湿空気の温度を目標温度に調整する。

メインスイッチ２３がオフ状態に操作されると、加湿制御装置２１は、吸着器１３に水分が残らないようにするために、加湿モード運転を実行した後に加湿装置１の運転を停止させる。

本実施形態によると、車両用空調装置の冷却器３４にて冷却された高湿度の空気から吸着器１３に水分を吸着させ、吸着器１３に吸着された水分を低湿度の空気に移動させて加湿するため、無給水で加湿することができる。

また、加湿空気専用の第３ダクト１９を設けて、吹き出し開口部１９１から乗員の顔部に向けて加湿空気を吹き出すことにより、乗員の顔部周辺のみ加湿され、窓ガラスは加湿されないので、窓くもりは生じない。

また、吹き出し開口部１９１から吹き出される加湿空気の風速を低くすることにより、加湿空気の拡散を抑制して、加湿空気を顔部に確実に到達させることができる。

また、加湿装置１に供給する風量は少ないため、車両用空調装置の空調機能への影響はほとんどない。

また、加湿装置１は、車両用空調装置の室内空調ユニット３とは別体であるため、車両用空調装置に後付けすることができる。

また、加湿装置１は、車両用空調装置の室内空調ユニット３の外部に配置されるため、加湿装置１を室内空調ユニット３に内蔵する場合よりも、室内空調ユニット３の通風抵抗を小さくすることができる。

また、吸着モード運転時において、吸着器１３を通過した低温の空気は室内空調ユニット３の通風路３１１に戻されるため、冷風が車室内にもれることはない。

なお、上記実施形態においては、吸着材の水分の吸着速度は脱離速度の半分程度であるため、吸着モード運転時間と加湿モード運転時間を等しくし、吸着モード運転時に加湿装置１に供給する風量を、加湿モード運転時に加湿装置１に供給する風量の２倍に設定したが、吸着モード運転時間を加湿モード運転時間の２倍に設定し、吸着モード運転時に加湿装置１に供給する風量と加湿モード運転時に加湿装置１に供給する風量を等しくしてもよい。

また、図５に示す変形例のように、加湿装置１の第２ダクト１８、および空調ケース３１のヒーターコア下流開口部３１６を廃止し、加湿モード運転時には車室内空気を加湿装置ケース１１の第２開口部１１２から加湿装置ケース１１内に直接流入させるようにしてもよい。

すなわち、上記実施形態においては、加湿モード運転時にはヒータコア３５にて加熱された高温で低湿度の空気を吸着器１３に導くようにしたが、加湿が必要な時は車室内空気が乾燥している時であるため、変形例のようにしても吸着器１３から容易に水分を脱離させることができる。

（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

また、上記実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

また、上記実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。

また、上記実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

１２加湿装置用送風機
１３吸着器
１４開閉ドア
１５第１切り替えドア
１６第２切り替えドア
２１加湿制御装置（制御手段）
３１空調ケース
３４エバポレータ（冷却器）
３１１通風路

Claims

送風空気を車室内に導く通風路（３１１）を有する空調ケース（３１）内に、送風空気を冷却する冷却器（３４）を備える車両用空調装置に適用される加湿装置であって、
水分を吸収し脱離する吸着器（１３）と、
前記吸着器を通過する空気流を発生させる送風機（１２）と、
前記空気流の流路を開閉するドア（１４、１５、１６）と、
前記ドアを制御することにより前記空気流の流路を切り替えて、前記冷却器にて冷却された空気を前記吸着器に導いて空気から前記吸着器に水分を吸着させる吸着モード、および低湿度の空気を前記吸着器に導いて前記吸着器から空気に水分を移動させて加湿し、加湿された空気を乗員に向けて吹き出す加湿モードを設定する制御手段（２１）とを備えることを特徴とする加湿装置。
加湿された空気を乗員の顔に向けて吹き出す開口部（１９１）を有するダクト（１９）を備えることを特徴とする請求項１に記載の加湿装置。
前記ダクトは、前記空調ケースとは別体の構成部品であることを特徴とする請求項２に記載の加湿装置。
前記吸着器、前記送風機、および前記ドアは、前記空調ケースとは別体のケース（１１）に収容されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の加湿装置。
前記制御手段は、前記加湿モードのときに、前記ドアを制御することにより前記冷却器にて冷却された空気を前記低湿度の空気に混合させて加湿空気の温度を調整することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の加湿装置。
前記吸着モードのときには、前記吸着器を通過した空気が前記空調ケース内の通風路に戻されるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の加湿装置。