JP2009119909A - 温度調節シート - Google Patents

Abstract

【課題】応答性を犠牲にすることなく、シート温度を目標シート温度に高精度で追従させることができる温度調節シートの提供。
【解決手段】内部に通気可能なシート１と、空気を加熱又は冷却する熱電デバイス２と、熱電デバイス２によって加熱又は冷却された空気をシート内部に送風する送風機３と、熱伝デバイス２及び送風機３を制御する制御手段４とを備えた温度調節シートであって、制御手段４は、シート１のシート表面温度を目標シート温度に到達させるために必要な第１の熱量と、シート１と周囲環境との間で授受される第２の熱量とを合計した要求熱量を計算し、当該要求熱量をシート１に供給するように、熱電デバイス２の温度を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用シートに用いて好適な温度調節シートに関し、より詳細には、温度調節された空気を内部に通すことによってシート温度を調節する温度調節シートに関する。

従来の温度調節シートの一例が、下記の特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載の温度調節シートは、ペルチェ素子によって加熱又は冷却された空気をファンによってシート内部に送り、シート表面から吹き出させる構造を有する。そして、夏期には、冷却した空気を吹き出させ、冬季には、加熱した空気を吹き出させることによって、車内空間の快適化を図っている。

また、従来の温度調節シートの他の一例が、下記の特許文献２に記載されている。特許文献２に記載の温度調節シートは、加熱装置によって加熱された空気を座席クッションに流す構造を有する。そして、車室内が高温の場合にシートの空気の流量を多くし、低温の場合にシートの通気量を少なくし、また、シート表面温度と加熱装置の温度との温度差に基づいて、空気の流量を調節することによって、車両の内部温度に適合するように作動させている。

特開平５−２７７０２０号公報 特開２００２−２６２９６２号公報

ところで、シートに着座した人間は、シートに接触しているため、シートの表面温度及び温度変化を敏感に感じやすい。このため、温度調節シートのシート温度は、所望の設定温度に速やかに到達し、かつ、その設定温度が精度良く維持されるように、自動的に調節されることが望まれる。シート温度を自動調整するには、通常、シート温度に基づいて、ペルチェ素子や加熱手段等への供給電流を単純にフィードバック制御することが考えられる。

ところが、かかる単純なフィードバック制御では、ペルチェ素子等への供給電流の変化に対するシート表面温度の応答性が悪い。その理由は、シートの熱容量が大きく、一次遅れ（例えば、数秒間乃至数分間）が大きいためであり、さらに、ペルチェ素子や加熱手段によって温度調節された空気がシート表面に到達するのに要する無駄時間（例えば、数秒乃至十数秒間）も無視できないためである。そのため、かかる単純なフィードバッグ制御では、オーバーシュートが大きく、収束性が悪いため、シート温度を設定温度に精度良く維持することが困難である。

さらに、ペルチェ素子は、供給電流に対する素子ごとの出力特性のばらつきが大きい。かかる出力特性のばらつきも、温度調節精度を悪化させる要因となっている。

そこで、本発明は、応答性を犠牲にすることなく、シート温度を目標シート温度に高精度で追従させることができる温度調節シートを提供することを目的としている。

上記の目的を達成するため、本発明の温度調節シートは、内部に通気可能なシートと、空気を加熱又は冷却する熱電デバイスと、前記熱電デバイスによって加熱又は冷却された空気を前記シート内部に送風する送風機と、前記熱電デバイスを制御する制御手段と、を備えた温度調節シートであって、前記制御手段は、前記シートのシート表面温度を目標シート温度に到達させるために必要な第１の熱量と、前記シートと周囲環境との間で授受される第２の熱量とを合計した要求熱量を計算し、当該要求熱量を前記シートに供給するように、前記熱電デバイスの温度、及び前記送風機の出力を制御することを特徴としている。

このように、本発明の温度調節シートでは、制御対象が、本来の制御対象であるシート温度から、そのシート温度を目標シート温度にするための要求熱量を媒介として、熱電デバイスの温度に置き換えられている。これにより、シート温度について、早い応答性を確保しつつ、高い制御性が実現される。

すなわち、熱電デバイスの温度を制御対象とすると、熱電デバイスの熱容量が小さいため、一次遅れが小さくなる。また、熱電デバイスへの供給電流に対する、熱電デバイスの温度変化には、実質的に無駄時間がない。さらに、熱電デバイスの温度を制御対象としているため、個々の熱電デバイスの供給電流に対する出力特性のばらつきの影響が回避される。このため、熱電デバイスの温度制御は応答性良く行われる。

さらに、熱電デバイスの温度制御は、シート温度を目標シート温度に制御するのに必要な要求熱量に基づいて行われる。このため、シート温度のオーバーシュートが抑制され、収束性良くシート温度が制御される。
したがって、本発明の温度調節シートによれば、応答性を犠牲にすることなく、シート温度を目標シート温度に高精度で追従させることができる。

また、本発明において好ましくは、前記第１の熱量は、前記シート表面温度と前記目標シート温度との温度差と、前記シートの熱容量との積で表される。
これにより、前記シート表面温度を目標シート温度に到達させるために必要な第１の熱量が求められる。第１の熱量は、過渡期の主要な要求熱量となる。

また、本発明において好ましくは、前記第２の熱量は、前記シート表面温度と前記周囲環境の温度との温度差と、前記シートと周囲環境との間の熱伝達係数との積で表される。
これにより、主に、定常状態期に、前記シートと周囲環境との間で授受される第２の熱量が求められる。第２の熱量は、定常状態期の主な要求熱量となる。

また、本発明において、好ましくは、前記シート表面温度と前記目標シート温度との温度差が所定値以下の場合に、前記制御手段は、前記第１の熱量をゼロとして、前記要求熱量を算出する。
これにより、シート表面から周辺空気に伝達される熱量が要求熱量として求められる。

また、本発明において、好ましくは、前記シート表面温度と前記目標シート温度との温度差が所定値以下の場合に、前記制御手段は、前記シート温度と前記目標シート温度との温度差に基づいてフィードバックすべき第３の熱量を更に計算し、前記第２の熱量と前記第３の熱量とを合計して前記要求熱量を計算する。
これにより、シート温度が目標シート温度付近に到達した後に、シート周辺の空気の流れや温度の変化といった外乱が生じた場合や、シートや乗員の個体差よる熱伝達係数のばらつきが発生した場合においても、シート温度が精度よく制御される。

また、本発明において、好ましくは、前記制御手段は、前記目標デバイス温度と加熱又は冷却される空気の温度との温度差と、前記熱電デバイスと空気との間の熱伝達係数との積で表される供給熱量が、前記要求熱量と等しくなるように、前記目標デバイス温度を算出し、前記熱電デバイスの温度が前記目標デバイス温度となるように、前記熱電デバイスへの供給電流を制御する。
熱電デバイスの温度制御は、一次遅れが小さく、かつ実質的に無駄時間がない。このため、熱電デバイスの温度調節は、応答性良く、かつ高精度で行うことが可能となる。その結果、熱電デバイスの温度がかかる目標デバイス温度になるように、熱電デバイスを制御することにより、シート表面温度調節を応答性よく、かつ高精度で行うことが可能となる。

また、本発明において、好ましくは、前記制御手段は、暖房時に、加熱される空気の温度及び経過時間に応じて設定されたテーブルに基づいて、前記送風機の出力を制御し、冷房時に、熱電デバイスの温度及び経過時間に応じて設定されたテーブルに基づいて、前記送風機の出力を制御する。
送風機出力は、熱電デバイスからシートに供給される熱量に影響する。そこで、送風機を設定されたテーブルに基づいて制御することにより、熱電デバイスの温度制御と送風機の制御との干渉が回避される。

また、本発明において、好ましくは、前記制御手段は、前記シートに加熱した空気を送る場合において、前記目標デバイス温度が、前記熱電デバイスに設定された上限温度よりも高く、かつ、前記熱電デバイスの温度と前記上限温度との温度差が所定温度以内であるときに、送風量を増加させるように前記送風機を制御する。
送風量の増加により、熱電デバイスから空気への熱伝導率が上昇する。その結果、同じ熱量を供給するのに必要な熱電デバイスの温度が低下する。

また、本発明において、好ましくは、前記制御手段は、前記シートに加熱した空気を送る場合において、前記熱電デバイスの供給電流が、前記熱電デバイスに設定された上限値であり、かつ、前記熱電デバイスの温度が、前記目標シート温度よりも低いときに、送風量を減少させるように前記送風機を制御する。
送風量の減少により、熱電デバイスの温度が上昇する。その結果、使用者が暖房を要求しているにもかかわらず、シートに冷風が供給されることが防止される。

このように、本発明の温度調節シートによれば、応答性を犠牲にすることなく、シート温度を目標シート温度に高精度で追従させることができる。

以下、添付の図面を参照して、本発明の温度調節シートの実施形態を説明する。
まず、図１を参照して、実施形態の温度調節シートの構成について説明する。図１は、温調シートの断面模式図である。図１に示す温調シートは、内部に通気可能なシート１の座面部分１ａ及び背もたれ部分１ｂに、それぞれ、空気を加熱又は冷却する熱電デバイス２と、熱電デバイス２によって加熱又は冷却された空気をシート内部に送風する送風機３とを備えている。さらに、シート１の下部に、熱伝デバイス２及び送風機３を制御する制御手段としてのＥＣＵ４を備えている。

さらに、図２を参照して、本実施形態の熱電デバイス２について説明する。図２は、熱電デバイス２の拡大模式図である。図２に示すように、この熱電デバイス２は、ペルチェ素子２０と、温度調節側ヒートシンク２１と、排気側ヒートシンク２２とから構成されている。ペルチェ素子２０に供給する電流の向きにより、温度調節側ヒートシンク２１が加熱又は冷却されるとともに、排気側ヒートシンク２２が冷却又は加熱される。そして、温度調節側ヒートシンク２１によって加熱又は冷却された空気がシート１の温度調節に利用される。

なお、図１及び図２では、熱電デバイス２及び送風機３に電力を印加するための構成の図示を省略している。また、シート１の座面１１及び背もたれ面１２には、それぞれ、シート表面温度を検出するセンサ（図示せず）が設けられている。また、また、熱電デバイス２の温度調節側ヒートシンク２１には、熱電デバイス２の温度を検出するセンサ（図示せず）が設けられている。また、シート１の座面部分１ａ及び背もたれ部分１ｂの両方を、一つの熱電デバイスで温度調節するようにしてもよい。

熱電デバイス２によって加熱又は冷却された空気は、シート１の内部の送風管５を通って、シート１の座面１１や背もたれ面１２の多数の小孔（図示せず）からそれぞれ吹き出す。
なお、シート内部の通気構造は、送風管に限定されず、面状に広がった構造でもよく、任意好適なものを採用することができる。また、シートの座面及び背もたれ面に小孔を設けてもよいし、小孔を設けなくともよい。

次に、図３を参照して、本実施形態の温度調整シートの制御方法について説明する。図３は、温度調節シートの動作例を説明するためのフローチャートである。図３に示すように、温度調節シートの温度制御にあたり、先ず、目標シート温度を決定する（ステップＳ１）。本実施形態では、ユーザーの操作するスイッチの設定モードと、周囲環境の温度とに基づいて、目標シート温度を決定する。

図４（ａ）に、暖房運転時の目標シート温度テーブルを示す。また、図４（ｂ）に、冷房運転時の目標シート温度テーブルを示す。図４（ａ）及び図（ｂ）のテーブルにそれぞれ示すように、目標シート温度は、「ＨＩＧＨ」、「ＭＩＤ」及び「ＬＯＷ」のスイッチの設定モード、周囲環境温度（外気温）、及び、温度調節シートの運転開始又はスイッチ設定変更からの経過時間に基づいて設定されている。

なお、目標シート温度は経過時間によらず一定に設定してもよいし、経過時間に応じて、目標シート温度を変化させてもよい。例えば、暖房運転時には、運転開始直後は、目標シート温度を高めに設定し、所定時間経過後に、目標シート温度を少し下げるようにしてもよい。また、例えば、冷房運転時には、運転開始直後は、目標シート温度を低めに設定し、所定時間経過後に、目標シート温度を少し上げるようにしてもよい。また、目標シート温度は、ユーザーが直接温度を指定するようにしてよい。また、図４（ａ）及び図４（ｂ）のテーブル中の各セル間の目標シート温度は、線形補間により求められる。

次に、目標シート温度決定後、ＥＣＵ４は、要求熱量を算出する（図３のステップＳ２）。
要求熱量は、基本的に、シート表面温度を目標シート温度に到達させるために必要な第１の熱量と、シートと周囲環境との間で授受される第２の熱量とを合計したものである。

単位時間あたりの第１の熱量（Ｑ１）は、シート表面温度（θｓ）と目標シート温度（θｓｐ）との温度差（Δθ１）と、シート１の熱容量（Ｃ）との積（Ｃ・Δθ１）を制御目標時定数、例えば無駄単位（ｓ）で除して表される。また、単位時間あたりの第２の熱量（Ｑ２）は、シート表面温度（θｓ）と周囲環境の温度（θａ）との温度差（Δθ２）と、シート１と周囲環境との間の単位時間あたりの熱伝達係数（Ｋ１）との積（Ｋ１・Δθ２）で表される。
したがって、単位時間あたり要求熱量（Ｑｒ）は、下記の（１）式で表される。
Ｑｒ＝Ｑ１＋Ｑ２＝Ｃ・Δθ１／ｓ＋Ｋ１・Δθ２ ・・・（１）

なお、周囲環境の温度（Ｔａ）は、任意好適な方法で検出又は演算することができる。例えば、シートの周囲に配置した温度センサによって検出してもよいし、熱電デバイス２に送られる空気の温度をセンサによって検出してもよい。また、シート１の熱容量（Ｃ）、熱伝達係数（Ｋ１）及び無駄時間（ｓ）の値は、それぞれ実験的に求めるとよい。また、無駄時間（制御目標時定数）（ｓ）は、送風機３の駆動電圧（送風機出力）が大きくなるほど小さくなり、送風機出力が小さくなるほど大きくなる。また、制御目標時定数は、実験的に好適な値を求めるとよい。

かかる要求熱量は、シート表面温度が、目標シート温度から離れている過度状態時に、オーバーシュートを起こさずに定常状態に移行できる最大の供給熱量である。なお、熱電デバイスで加熱又は冷却された空気がシート表面に到達するまでの無駄時間（ｓ）で、シート表面温度が目標シート温度に到達するように設定されている。要求熱量は、過渡期に例えば１００ミリ秒ごとに逐次計算され、更新されていく。

また、シート表面温度が、目標シート温度とほぼ一致している場合（定常状態の場合）には、シート表面温度（θｓ）と目標シート温度（θｓｐ）との温度差（Δθ１）が小さく、単位時間あたりの温度変化も小さい。このため、第１の熱量（Ｑ１）をゼロとして、要求熱量が算出される。

ただし、その場合、シート周辺の空気の流れや温度の変化といった外乱に対応するために、或いは、シートや乗員等の個体差による熱伝達係数のばらつきや、検出温度の誤差等による制御偏差を補正するために、フィードバックすべき第３の熱量（Ｑ３）を更に計算し、第２の熱量（Ｑ２）と第３の熱量（Ｑ３）とを合計して要求熱量（Ｑｒ）を計算するとよい。

ここで、単位時間あたりの第３の熱量（Ｑ３）は、シート表面温度（θｓ）と目標シート温度（θｓｐ）との温度差（Δθ１）と、ＰＩＤフィードバック制御のクローズループのＰ（比例）項の係数（Ｋｐ）との積（Ｋｐ・Δθ１）と、シート表面温度（θｓ）と目標シート温度（θｓｐ）との温度差（Δθ１）と、クローズループのＩ（積分）項の係数（Ｋｉ）との積（Ｋｉ・Δθ１）の積算値との和として、下記の（２）で表される。

Ｑ３＝Ｋｐ・Δθ１＋ΣＫｉ・Δθ１ ・・・（２）
なお、クローズループのＰ項の係数（Ｋｐ）及びクローズループのＩ項の係数（Ｋｉ）は、熱電デバイスやシートの個体差等を考慮して、それぞれ実験的に求めるとよい。

したがって、定常状態時の単位時間あたりの要求熱量（Ｑｒ）は、下記の（３）式で表される。
Ｑｒ＝Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３＝０＋Ｈ・Δθ２＋Ｋｐ・Δθ１＋Σ（Ｋｉ・Δθ１） ・・・（３）

なお、オーバーシュート時の安定性を向上させるために、上記（３）式の温度差（Δθ２）の代わりに、目標シート温度（θｓｐ）と周囲環境温度（θａ）との温度差（Δθ２’）を用いて、下記の（４）式のように、定常状態時の単位時間あたりの要求熱量（Ｑｒ）を算出してもよい。
Ｑｒ＝Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３＝０＋Ｋ１・Δθ２’＋Ｋｐ・Δθ１＋Σ（Ｋｉ・Δθ１） ・・・（４）

そして、図５のフローチャートに示すように、過渡期か定常期かの判断は、シート表面温度（θｓ）と目標シート温度（θｓｐ）との温度差（Δθ１）と、所定の基準温度差（ΔθＴ）とを比較して行われる（ステップＳ２１）。

そして、温度差（Δθ１）が基準温度差（ΔθＴ）よりも大きい場合（ステップ２１で「Ｙｅｓ」の場合）、過渡期として、上記（１）式により、要求熱量（Ｑｒ）が算出される（ステップ２２）。

なお、基準温度差（ΔθＴ）は、要求される制御精度に応じて任意好適な値を設定するとよい。シートに着座した人間は、シートに接触しているため、温度調節シートには、室内空間の温度調整用のエアコン、例えば、車両の車室内全体の温度を調節するカーエアコンよりも高精度での温度調節が望まれる。

一方、温度差（Δθ１）が基準温度差（ΔθＴ）以下の場合（ステップ２１で「Ｎｏ」の場合）、定常期として、上記（３）式又は（４）式により、要求熱量（Ｑｒ）が算出される（ステップ２３）。

次に、ＥＣＵ４は、目標デバイス温度を算出する（図３のステップＳ３）。
目標デバイス温度（θｄｐ）は、目標デバイス温度（θｄｐ）と加熱又は冷却される空気の温度（θａ）との温度差（Δθ３）と、熱電デバイス２と空気との間の熱伝達係数（Ｈ）との積（Ｈ・Δθ３）で表される供給熱量が、単位時間あたりの要求熱量（Ｑｒ）と等しくなるように算出される。すなわち、下記の（５）式の関係が成り立つ。
Ｈ・Δθ３＝Ｑｒ ・・・（５）

したがって、目標デバイス温度（θｄｐ）は、上記（５）式から、下記の（６）式のように求まる。
θｄｐ＝θａ＋Ｇｒ／Ｈ ・・・（６）

なお、熱伝達係数（Ｈ）は、電熱デバイスに固有の値であり、設計的、実験的に求まる値である。なお、熱伝達係数（Ｈ）は、送風機による送風量に依存し、送風量の平方根にほぼ比例する。また、送風量は送風機の印加電圧に依存する。

ただし、本実施形態では、目標デバイス温度（θｄｐ）に、上限値が設定されている。かかる上限値は、例えば、電熱デバイス自体の耐熱温度や、電熱デバイス周囲の構造の耐熱温度、又はシートの上限温度等のうち、最も低い耐熱温度又は上限温度の値に決定される。
なお、シートの上限温度は、固定値でもよいし、目標シート温度に所定温度を加算した温度に設定してもよい。

次に、ＥＣＵ４は、熱電デバイス２が目標デバイス温度（θｄｐ）となるように、熱電デバイスに供給される電流を制御する（図３のステップＳ４）。
本実施形態では、供給電流を、フィードバック制御とフィードフォワード制御とを組み合わせて制御する。フィードバッグ制御では、目標デバイス温度（θｄｐ）と熱電デバイスの温度（θｄ）との温度差（Δθ４）に基づいて、ＰＩＤ制御等のネガティブフィードバッグ制御で、供給電流を制御する。また、フィードフォワード制御では、熱電デバイス２の出力特性から、目標デバイス温度（θｄｐ）と加熱又は冷却される空気の温度（θａ）との温度差（Δθ５）と、送風機の駆動電力（送風機出力）とに基づいて、熱電デバイスの供給電流を制御する。
なお、供給電流の制御にあたっては、電流の大きさを直接制御してもよいし、デューティー制御を行ってもよい。

また、熱電デバイス２の出力特性のばらつきが小さいほど、フィードフォワード制御の割合を増やすことができる。また、熱電デバイス２の温度の供給電流に対する応答性が高いほど、フィードバッグ制御の割合を増やすことができる。

そして、供給電流のうちのフィードフォワード制御分は、目標デバイス温度（θｄｐ）と加熱又は冷却される空気の温度（θａ）との差（Δθ５）と、送風機３の駆動電圧とに基づいてテーブルに設定しておくとよい。図６（ａ）に、暖房運転時のフィードフォワード制御による供給電流量のテーブルを示す。また、図６（ｂ）に、冷房運転時のフィードフォワード制御による供給電流量のテーブルを示す。図６（ａ）及び図６（ｂ）のテーブルに示すように、送風機出力が高いほど、また、温度差（Δθ５）が大きいほど、フィードフォワード制御での電流量は高くなる。

このように、供給電流による熱電デバイスの温度の制御は、対応性よく、かつ、高精度で行うことができる。そして、熱電デバイスの目標デバイス温度は、要求熱量を媒介にして、シート表面温度の目標シート温度から設定されている。したがって、熱電デバイスの温度を制御することにより、シート表面温度を応答性良く、かつ、高精度で制御することができる。

ここで、図７のタイムチャートを参照して、暖房時の温度調節シートの制御例について説明する。図７の上段の縦軸は、温度（℃）を表し、中段の縦軸は、熱電デバイス２への供給電流のデューティー比を表し、下段の縦軸は、送風機３の駆動電圧（送風機出力）を表す。

図７の上段中、曲線Ｉは、周囲環境温度（θａ）を表し、曲線IIは、シートの表面温度（θｓ）を表し、曲線IIIは熱電デバイス２の温度（θｄ）を表す。また、破線IVは、目標シート温度（θｓｐ）を表し、破線Ｖは、目標デバイス温度（θｄｐ）を表す。また、中段の曲線VIは、熱電デバイス２への供給電流を表す。また、下段の曲線VIIは、送風機出力を表す。

図７に示す例では、気温−２０℃からの暖房制御を示す。まず、スイッチ操作により、暖房強度「ＭＩＤ」が設定されると、例えば図４（ａ）に示したテーブルに基づいて、曲線IVに示すように、目標シート温度（θｓｐ）が、例えば、４０℃に設定される。そして、目標シート温度（θｓｐ）に対して、上記の式（１）に基づいて、目標デバイス温度（θｄｐ）が算出される。ただし、目標デバイス温度（θｄｐ）の算出値は上限温度よりも高いため、曲線Ｖに示すように、目標デバイス温度（θｄｐ）は上限値に制限される。

熱電デバイスの温度（θｄ）が目標デバイス温度（θｄｐ）に達する時刻ｔ２までは、供給電流のデューティー比１００％の最大出力で暖房を行っている。
なお、熱電デバイスの温度（θｄ）が、目標シート温度（θｓｐ）に達する時刻ｔ１までは、電熱デバイスを早期に加熱するため、及び、冷風がシートから吹き出すことを抑制するため、曲線VIIに示すように送風機出力が５Ｖに抑制されている。そして、時刻ｔ１から時刻ｔ３まで、効率的な暖房を行うため、送風機出力が９Ｖと高くなっている。

時刻ｔ２から時刻ｔ３まで、上記の式（１）に基づいて、目標デバイス温度（θｄｐ）が逐次算出される。シート表面温度（θｓ）が上昇して目標シート温度（θｓｐ）に近づいたため、曲線Ｖに示す目標デバイス温度（θｄｐ）は低下していく。目標デバイス温度（θｄｐ）の低下にともなって、曲線VIに示すように、供給電流のデューティー比も低下する。これにより、シート表面温度（θｓ）は、大きなオーバーシュートを回避して収束性よく、目標シート温度（θｓｐ）に到達する。

時刻ｔ３から時刻ｔ４まで、シート表面温度（θｓ）が目標シート温度（θｓｐ）の温度差（Δθ１）が小さいため、定常状態の上記の（３）式に基づいて、目標デバイス温度（θｄｐ）が算出される。これにより、シート表面温度（θｓ）は、精度よく目標シート温度（θｓｐ）に追従する。また、時刻ｔ３以降、静粛性のため、送風機出力は８Ｖに低下する。

時刻ｔ４以降、ユーザーの快適性を維持するため、目標シート温度（θｓｐ）が、４０℃から３７℃へ自動的に下げられる。目標シート温度（θｓｐ）を下げるタイミング及び温度降下幅は、例えば、図４（ａ）に示したテーブルなどで設定しておくのがよい。

時刻ｔ５に、更なるスイッチ操作により、暖房強度「ＭＩＤ」が「ＨＩＧＨ」に変更されると、例えば図４（ａ）に示したテーブルに基づいて、曲線IVに示すように、目標シート温度（θｓｐ）が、例えば、４２℃に再設定される。そして、新たな目標シート温度（θｓｐ）に対して、上記の式（１）に基づいて、目標デバイス温度（θｄｐ）が算出される。ただし、目標デバイス温度（θｄｐ）の算出値は上限温度よりも高いため、曲線Ｖに示すように、目標デバイス温度（θｄｐ）は上限値に制限される。

熱電デバイスの温度（θｄ）が目標デバイス温度（θｄｐ）に近づく時刻ｔ６までは、供給電流のデューティー比が１００％近い高出力で暖房を行っている。また、効率的な暖房を行うため、送風機出力も１０Ｖと高くなっている。

時刻ｔ６以降は、シート表面温度（θｓ）が目標シート温度（θｓｐ）の温度差（Δθ１）が小さいため、再び、定常状態の上記の（３）式又は（４）式に基づいて、目標デバイス温度（θｄｐ）が算出される。そして、熱電デバイスの温度（θｄ）が新たな目標デバイス温度（θｄｐ）となるように、熱電デバイスへの供給電流が制御される。これにより、シート表面温度（θｓ）は、精度よく目標シート温度（θｓｐ）に追従する。また、時刻ｔ６以降、静粛性のため、送風機出力の９Ｖに低下する。
このようにして、暖房時の温度調節シートのシート表面温度は、要求熱量を媒介として熱電デバイスの温度を制御することにより、所望の設定温度に速やかに到達し、かつ、その設定温度が精度良く維持されるように、自動的に調節される。

次に、図８のタイムチャートを参照して、冷房時の温度調節シートの制御例について説明する。図８の上段の縦軸は、温度（℃）を表し、中段の縦軸は、熱電デバイス２への供給電流のデューティー比を表し、下段の縦軸は、送風機３の駆動電圧（送風機出力）を表す。

図８の上段中、曲線Ｉは、周囲環境温度（θａ）を表し、曲線IIは、シートの表面温度（θｓ）を表し、曲線IIIは熱電デバイス２の温度（θｄ）を表す。また、破線IVは、目標シート温度（θｓｐ）を表し、破線Ｖは、目標デバイス温度（θｄｐ）を表す。また、中段の曲線VIは、熱電デバイス２への供給電流を表す。また、下段の曲線VIIは、送風機出力を表す。

図８に示す例では、気温４０℃からの冷房制御を示す。まず、スイッチ操作により、冷房強度「ＭＩＤ」が設定されると、例えば図４（ｂ）に示したテーブル等に基づいて、曲線IVに示すように、目標シート温度（θｓｐ）が、例えば、２３℃に設定される。そして、目標シート温度（θｓｐ）に対して、上記の式（１）に基づいて、目標デバイス温度（θｄｐ）が算出される。

熱電デバイスの温度（θｄ）が目標デバイス温度（θｄｐ）に達する時刻ｔ１までは、供給電流のデューティー比１００％の最大出力で冷房を行っている。また、送風機出力が高いほど、冷房効率も高いため、時刻１までは、送風機出力も１１Ｖと高くなっている。

時刻ｔ１から時刻ｔ２まで、上記の式（１）に基づいて、目標デバイス温度（θｄｐ）が逐次算出される。シート表面温度（θｓ）が低下して目標シート温度（θｓｐ）に近づいたため、曲線Ｖに示す目標デバイス温度（θｄｐ）は上昇していく。目標デバイス温度（θｄｐ）の上昇にともなって、曲線VIに示すように、供給電流のデューティー比も低下する。これにより、シート表面温度（θｓ）は、大きなオーバーシュートを回避して収束性よく、目標シート温度（θｓｐ）に到達する。

時刻ｔ２から時刻ｔ３まで、シート表面温度（θｓ）が目標シート温度（θｓｐ）の温度差（Δθ１）が小さいため、定常状態の上記の（３）式又は（４）式に基づいて、目標デバイス温度（θｄｐ）が算出される。これにより、シート表面温度（θｓ）は、精度よく目標シート温度（θｓｐ）に追従する。また、時刻ｔ２以降、熱電デバイスの温度（θｄ）も下がり、静粛性のため、送風機出力は８Ｖに低下する。

時刻ｔ３以降、ユーザーの快適性を維持するため、目標シート温度（θｓｐ）が、自動的に、例えば２３℃から２７℃へ段階的に上げられる。目標シート温度（θｓｐ）を上げるタイミング及び温度上昇幅は、図４（ｂ）に示したテーブル等で設定しておくのがよい。

時刻ｔ４以降、冷却される空気の温度（θａ）が、目標デバイス温度（θｄｐ）まで低下したため、熱電デバイス２への供給電流のデューティー比を０％とし、送風機３を停止させる。

時刻ｔ５に、更なるスイッチ操作により、冷房強度「ＭＩＤ」が「ＨＩＧＨ」に変更されると、図４（ｂ）に示したテーブル等に基づいて、曲線IVに示すように、目標シート温度（θｓｐ）が、例えば、２０℃に再設定される。そして、新たな目標シート温度（θｓｐ）に対して、上記の式（１）に基づいて、目標デバイス温度（θｄｐ）が算出される。

熱電デバイスの温度（θｄ）が低下して目標デバイス温度（θｄｐ）に近づく時刻ｔ６までは、供給電流のデューティー比が１００％近い高出力で冷房を行っている。また、効率的な冷房を行うため、送風機出力も１１Ｖと高くなっている。

時刻ｔ６以降は、シート表面温度（θｓ）が目標シート温度（θｓｐ）の温度差（Δθ１）が小さいため、再び、定常状態の上記の（３）式又は（４）式に基づいて、目標デバイス温度（θｄｐ）が算出される。そして、熱電デバイスの温度（θｄ）が新たな目標デバイス温度（θｄｐ）となるように、熱電デバイスへの供給電流が制御される。これにより、シート表面温度（θｓ）は、精度よく目標シート温度（θｓｐ）に追従する。

このようにして、冷房時の温度調節シートのシート表面温度は、要求熱量を媒介として熱電デバイスの温度を制御することにより、所望の設定温度に速やかに到達し、かつ、その設定温度が精度良く維持されるように、自動的に調節される。

また、送風機の出力（駆動電圧）は、図９（ａ）に示すように、暖房時に、加熱される空気の温度及び経過時間に応じて設定されたテーブルに基づいて、制御されるとよい。また、冷房時には、図９（ｂ）に示すように、熱電デバイスの温度及び経過時間に応じて設定されたテーブルに基づいて、送風機の出力を制御するとよい。このように、送風機を設定されたテーブルに基づいて制御することにより、熱電デバイスの温度制御と送風機の制御との干渉が回避される。

また、図９（ａ）及び図９（ｂ）では、温度調節シートの運転開始又はスイッチ操作からの経過時間に応じて、送風機の標準送風駆動電圧が変更されている。このように、送風機の出力を時間経過と共に下げることにより、温度調節と静粛性の両立が図られる。

次に、図１０のフローチャート及び図１１のタイムチャートを参照して、暖房時に、送風機の駆動電圧が、図９（ａ）に設定された標準送風駆動電圧を逸脱して制御される場合について説明する。
図１１のタイムチャートの曲線Ｉは、熱電デバイスの温度（θｄ）を示し、破線IIは、目標デバイス温度（θｄｐ）を示す。また、破線IIIは、標準送風駆動電圧を示し、折れ線IVは、送風機の駆動電圧を示す。

図１１のタイムチャートの時刻ｔ１において、破線IIで示す目標デバイス温度（θｄｐ）が、熱電デバイスに設定された上限温度（θmax）よりも高くなっている（図１０のＳ１０１で「Ｙｅｓ」）。そして、曲線Ｉで示す熱電デバイスの温度（θｄ）と、上限温度（θmax）との温度差が所定温度以内である（Ｓ１０２で「Ｙｅｓ」）。すなわち、熱電デバイスの温度（θｄ）が、所定の基準温度（θＴ）よりも高い。この場合、送風量を増加させるように送風機の送風駆動電圧を所定の勾配で上昇させる（Ｓ１０３）。
このように、送風量を増加させることにより、熱電デバイスから空気への熱伝導率が上昇する。その結果、熱電デバイスの温度を上限温度以下に保った範囲内で、最大限の熱量が供給される。

そして、時刻ｔ２まで、送風機は最大出力のままで駆動される。時刻ｔ２以降、目標デバイス温度（θｄｐ）が、上限温度（θmax）以下となったので（Ｓ１０１で「Ｎｏ」）、送風機駆動電圧は、所定の勾配で標準送風機駆動電圧に近づけられる（Ｓ１０８）。
なお、送風駆動電圧を、所定の勾配で上昇及び下降させることにより、熱電デバイスの制御との干渉が回避される。

また、熱電デバイスの供給電流が、熱電デバイスに設定された上限値である場合に（Ｓ１０４で「Ｙｅｓ」）、時刻ｔ４に、熱電デバイスの温度（θｄ）が、目標シート温度よりも低くなっている（Ｓ１０５で「Ｙｅｓ」）。この場合、送風量を減少させるように、送風機の送風駆動電圧を所定の勾配で下降させる（Ｓ１０６）。
このように、送風量を減少させることにより、熱電デバイスの温度が上昇する。その結果、使用者が暖房を要求しているにもかかわらず、シートから冷風が供給されることが防止される。

そして、時刻ｔ４まで、送風機は低下出力のままで駆動される。時刻ｔ４以降、熱電デバイスの温度（θｄ）が、目標シート温度（θｓｐ）以上となったので、（Ｓ１０５で「Ｎｏ」）、送風機駆動電圧は、所定の勾配で標準送風機駆動電圧に近づけられる（Ｓ１０８）。

上述した各実施形態においては、本発明を特定の条件で構成した例について説明したが、本発明は種々の変更及び組み合わせを行うことができ、これに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、制御手段が熱電デバイス及び送風機を制御する例について説明したが、本発明では、制御手段が熱電デバイスのみを制御するようにしてもよい。また、予め設定したテーブルに基づいて送風機を制御する例について説明したが、送風機の制御方法を任意好適なものを採用することができる。また、送風機の出力を終始一定に制御してもよい。

本発明の実施形態の温度調節シートの断面模式図である。 熱電デバイスの断面模式図である。 本発明の実施形態の温度調節シートの制御方法を説明するフローチャートである。 （ａ）は、暖房運転時の目標シート温度のテーブルであり、（ｂ）は、冷房運転時の目標シート温度のテーブルである。 要求熱容量の算出を説明するフローチャートである。 （ａ）は、暖房運転時の熱電デバイスへの供給電流の制御におけるフィードフォワード項のテーブルであり、（ｂ）は、冷房運転時の熱電デバイスへの供給電流の制御におけるフィードフォワード項のテーブルである。 暖房運転時のタイムチャートである。 冷房運転時のタイムチャートである。 （ａ）は、暖房運転時の送風機の駆動電圧のテーブルであり、（ｂ）は、冷房運転時の送風機の駆動電圧のテーブルである。 送風機の駆動電圧の制御を説明するフローチャートである。 送風機の駆動電圧の制御を説明するタイムチャートである。

符号の説明

１ シート
１ａ 座面部
１ｂ 背もたれ部
２ 熱電デバイス
３ 送風機
４ ＥＣＵ
５ 送風管
１１ 座面
１２ 背もたれ面

Claims (9)

1. 内部に通気可能なシートと、
   空気を加熱又は冷却する熱電デバイスと、
   前記熱電デバイスによって加熱又は冷却された空気を前記シート内部に送風する送風機と、
   前記熱伝デバイスを制御する制御手段と、
   を備えた温度調節シートであって、
   前記制御手段は、
   前記シートのシート表面温度を目標シート温度に到達させるために必要な第１の熱量と、前記シートと周囲環境との間で授受される第２の熱量とを合計した要求熱量を計算し、
   当該要求熱量を前記シートに供給するように、前記熱電デバイスの温度、及び前記送風機の出力を制御する、
   ことを特徴とする温度調節シート。
2. 前記第１の熱量は、前記シート表面温度と前記目標シート温度との温度差と、前記シートの熱容量との積で表される、
   ことを特徴とする請求項１記載の温度調節シート。
3. 前記第２の熱量は、前記シート表面温度と前記周囲環境の温度との温度差と、前記シートと周囲環境との間の熱伝達係数との積で表される、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の温度調節シート。
4. 前記シート表面温度と前記目標シート温度との温度差が所定値以下の場合に、前記制御手段は、前記第１の熱量をゼロとして、前記要求熱量を算出する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の温度調節シート。
5. 前記シート表面温度と前記目標シート温度との温度差が所定値以下の場合に、前記制御手段は、前記シート温度と前記目標シート温度との温度差に基づいてフィードバックすべき第３の熱量を更に計算し、前記第２の熱量と前記第３の熱量とを合計して前記要求熱量を計算する、
   ことを特徴とする請求項４記載の温度調節シート。
6. 前記制御手段は、前記目標デバイス温度と加熱又は冷却される空気の温度との温度差と、前記熱電デバイスと空気との間の熱伝達係数との積で表される供給熱量が、前記要求熱量と等しくなるように、前記目標デバイス温度を算出し、
   前記熱電デバイスの温度が前記目標デバイス温度となるように、前記熱電デバイスへの供給電流を制御する、
   ことを特徴とする請求項５記載の温度調節シート。
7. 前記制御手段は、暖房時に、加熱される空気の温度及び経過時間に応じて設定されたテーブルに基づいて、前記送風機の出力を制御し、冷房時に、熱電デバイスの温度及び経過時間に応じて設定されたテーブルに基づいて、前記送風機の出力を制御する、
   ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の温度調節シート。
8. 前記制御手段は、前記シートに加熱した空気を送る場合において、前記目標デバイス温度が、前記熱電デバイスに設定された上限温度よりも高く、かつ、前記熱電デバイスの温度と前記上限温度との温度差が所定温度以内であるときに、送風量を増加させるように前記送風機を制御する、
   ことを特徴とする請求項１乃至７の温度調節シート。
9. 前記制御手段は、前記シートに加熱した空気を送る場合において、前記熱電デバイスの供給電流が、前記熱電デバイスに設定された上限値であり、かつ、前記熱電デバイスの温度が、前記目標シート温度よりも低いときに、送風量を減少させるように前記送風機を制御する、
   ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の温度調節シート。

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