JP2009519858A - 空調システムおよび車両ガラスにおける湿分凝縮を回避する方法 - Google Patents

Abstract

車両内の空調システムは、内室温度を測定するための空気温度センサと、空調ユニットと、該空調ユニットを調整するための閉ループ／開ループ制御ユニットとを有する。さらに、空気湿度を測定するための湿度センサと、車両ガラスのガラス温度を測定するためのガラス温度検出装置とが設けられている。空調ユニットは、ガラス温度と露点温度との差が限界値を下回った場合に操作される。

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載の、車両内の空調システムに関する。さらに本発明は、請求項１０に記載の、車両ガラスにおける湿分凝縮を回避する方法に関する。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９３２６９１号明細書から、自動車の内室を空調する方法および装置が公知である。特に車両の停止中、車両内室の許容できないほど高い温度上昇を回避するために、エアコンディショナの運転時、走行運転中に生じた凝縮水を捕集し、内室に供給される給気または内室から導出される排気を、捕集した凝縮水で、蒸発冷却の効果を介して内室温度の低下を達成するために加湿する。装置の運転にとって決定的な影響量は、外気温度、車両内室温度、内室内の所望される温度である。

エアコンディショナの操作により、一般に同時に車両内室内の空気湿度の減少が達成される。このことは、特にフロントガラスの内面における凝縮傾向も軽減されているという利点を伴う。しかし、この凝縮傾向の軽減は、車両内室の空調の副作用にすぎない。これによっては、車両ガラスにおける凝縮の所望通りの防止は達成され得ない。

本発明の課題および利点
本発明の課題は、車両ガラスにおける湿分凝縮を簡単な手段で高信頼性に防止することである。

この課題は、請求項１の特徴部に記載の特徴を備えた本発明による空調システムおよび請求項１０の特徴部に記載の特徴を備えた本発明による方法で解決される。本発明による、車両内の空調システムは、車両内の内室温度を測定するための空気温度センサと、空調ユニットと、該空調ユニットを、測定した内室温度に応じて調整するための閉ループ／開ループ制御ユニットとを有している形式のものであって、車両の内室内の空気湿度を測定するための湿度センサと、車両ガラスのガラス温度を測定するためのガラス温度検出装置とが設けられており、前記閉ループ／開ループ制御ユニット内で、測定された内室温度および空気湿度から、所属の露点温度を求めることができ、ガラス温度と露点温度との差が限界値を下回った場合に、前記空調ユニットが操作されることができることを特徴とし、また、本発明による、車両ガラスにおける湿分凝縮を回避する方法、特に請求項１から８までのいずれか１項記載の空調システムを運転する方法は、内室温度および車両内の空気湿度ならびに車両ガラスのガラス温度を測定もしくは検出し、ガラス温度と、空気湿度および内室温度に応じて求められる露点温度との差が、限界値を下回った場合に、内室を空調することを特徴とする。従属請求項は有利な構成を示す。

本発明の有利な構成では、閉ループ／開ループ制御ユニット内で、内室温度から、所属の、飽和蒸気曲線上にある飽和圧力が求められ、露点温度が、空気湿度および飽和圧力に応じて求められることができる。

本発明の別の有利な構成では、露点温度が、空気湿度および飽和圧力に応じて、以下の関係：

ただし、
Ｃ_１・・・２４３．１２の値を有する定数
Ｃ_２・・・１．８１の値を有する定数
Ｃ_３・・・１９．４３の値を有する定数
から求められることができる。

本発明のさらに別の有利な構成では、前記ガラス温度検出装置が赤外線温度センサとして形成されている。

本発明のさらに別の有利な構成では、ガラス温度および露点温度に応じて以下の関係：

から求められることができる凝縮傾向が、限界値を上回った場合に、前記空調ユニットが操作されることができる。

本発明のさらに別の有利な構成では、前記空調ユニットがエアコンディショナを有する。

本発明のさらに別の有利な構成では、前記空調ユニットがブロアを有する。

本発明のさらに別の有利な構成では、前記空調ユニットがヒータを有する。

本発明は付加的に、上記の構成の空調システムを備えるレインセンサモジュールに関する。

湿分凝縮を防止するために使用される空調システムは、内室温度を測定するための空気温度センサに加えて付加的に、内室内の空気湿度を測定するための湿度センサも有する。さらに、ある車両ガラスのガラス温度を測定するためのガラス温度検出装置が設けられている。測定もしくは検出された量、すなわち、内室温度、内室内の空気湿度ならびにガラス温度から、閉ループ／開ループ制御ユニット内で、格納されたテーブルもしくは計算式に基づいて、求められた内室温度および空気湿度に割り当てられている露点温度が推定され得る。別のステップで、ガラス温度と露点温度との差が限界値と比較され、この差が限界値を下回った場合に、車両内の空調ユニットが操作される。限界値のこの下回りは、車両ガラスにおいて凝縮が発生する可能性の増加として理解されることができる。限界値の確定を介して許容範囲は変更される。限界値が比較的大きな値であることは、ガラス温度と露点温度との間の比較的大きな温度差が既に、車両内の空調ユニットを操作するに十分であることを意味する。露点温度は内室温度の下にあり、ガラス温度は一般に露点温度と内室温度との間にあるので、ガラス温度と露点温度との差は、車両ガラスにおいて湿分凝縮が発生しない安全性の幅を意味する。凝縮は、ガラス温度が露点温度に低下して初めて起こる。しかし、対策を早期に導入することにより、凝縮は確実に防止され得る。

湿分凝縮を防止するために講じられるこの対策は、車両内にある空調ユニットの操作である。この空調ユニットは、ブロア、車両ヒータおよび／またはエアコンディショナを車両内に有する。湿分凝縮を防止するために、一方では車両の内室内の空気湿度が減少され、他方では温度が上昇される。有利には両手段が同時に実施される。

測定された内室温度に属する露点温度は、有利には２つのステップで求められる。まず、飽和蒸気曲線上にあって、測定された内室温度に割り当てられている飽和圧力が求められる。このために、特に閉ループ／開ループ制御ユニット内に格納されている公知のテーブルもしくは公知の関数式が参照され得る。引き続いて、求められた飽和圧力および測定された車両の内室内の空気湿度に応じて、やはり公知の、閉ループ／開ループ制御ユニット内に格納された関数式にしたがって、露点温度が算出される。露点温度はさらに、ガラス温度との比較のために援用される。

湿分凝縮を防止すべき車両ガラスは、有利には車両のフロントガラスである。その他に、すべてのその他の車両ガラス、つまりサイドガラスおよびリアガラスも該当する。湿分凝縮を防止する手段をできるだけ効果的に構成するために、車両内の空調ユニットは、該当するガラスが直接、有利には予熱された空気流により負荷されるように制御される。この負荷は、有利には内面で行われるが、場合によっては、例えば熱線がガラス内にまたはガラスに接して敷設されているとき、ガラスを外側からまたは内部から加熱することも考えられる。

ガラス温度は有利にはガラスの内面で測定される。その他に、ガラス外面温度を空調システムもしくは湿分凝縮を回避する方法の基礎とすることも可能である。ガラス温度検出装置として、例えば赤外線温度センサが使用されることができる。このことは一方では、この種のセンサが非接触式に働くという利点を提供し、他方では短い応答時間を伴う。その結果、より短い時間で、湿分凝縮を防止する手段が導入され得る。非接触式に働く赤外線センサに対して択一的に、その他の温度センサ、例えば熱電対または水晶振動子を有する熱フィーラも考えられる。

本発明による空調システムは、別の有利な構成では、レインセンサモジュールの構成部分であることができる。レインセンサモジュールは有利には車両内室内に、例えばバックミラーに配置されており、ガラス外面が水で濡れたことを検出するための、非接触式に働くセンサを有する。レインセンサモジュール内には、センサシステムならびに場合によっては空調システムの閉ループ／開ループ制御ユニットが統合される。

別の利点および有利な構成は、その他の請求項、図面の説明および図面から見て取れる。

図面
図１は、フロントガラスにおける湿分凝縮を防止するために使用される、車両内の空調システムの概略図を示し、
図２は、測定された内室温度と、これに属する飽和蒸気圧力および露点温度とを例示した、それぞれ異なる湿度に関する複数の曲線を有する圧力‐温度‐グラフであり、
図３は、車両ガラスにおける湿分凝縮を回避する方法を実施するためのフローチャートを示す。

実施例
図１に概略的に示す空調システム１は、自動車で使用され、特にフロントガラス２、場合によっては自動車のその他のガラスにおける湿分凝縮を防止するために役立つ。空調システム１は、複数のセンサを備える。これらのセンサのうち、空気温度センサ３は内室温度Ｔ_Ｌｕｆｔを、湿度センサ４は車両内室内の空気湿度φを、別のセンサ５はフロントガラス２のガラス内面温度Ｔ_{Ｓｃｈｅｉｂｅ}を測定する。ガラス温度を測定するためのセンサ５は、非接触式に形成されており、特に赤外線温度センサとして構成されている。赤外線温度センサはフロントガラス２の内面に温度測定斑を形成する。この種のセンサは、非接触式の測定の利点の他、極めて短い応答時間も有する。

さらに、空調システム１には、閉ループ／開ループ制御ユニット７が対応配置されている。閉ループ／開ループ制御ユニット７には、センサ３，４，５により測定された値が入力信号として供給され、この中で、関数またはテーブルの形で格納された関係にしたがって、やはり空調システム１の構成部分である空調ユニット８を制御するための出力信号もしくは操作信号が形成される。この空調ユニット８は、フロントガラス２における物理的な状態量に対し、フロントガラス２の内面における湿分凝縮を防止する方向で影響を及ぼすために役立つ。空調ユニット８は、有利には車両内のブロア、車両内室ヒータおよび／または車両内のエアコンディショナを有する。

図２を参照しながら、空調システム、もしくは車両ガラスにおける湿分凝縮を防止する方法がその基礎とする熱力学的な関係について説明する。図２の圧力と温度との関係を示すグラフに例示した点１は、測定された内室温度Ｔ_Ｌｕｆｔおよび空気湿度φにおける現在の内室圧を表す。空気湿度φは実施例では点１でφ＝０．６である。この点１から出発して、等圧線に沿って、空気湿度φ＝１の飽和蒸気曲線上の同じ圧力の点２に向かう。点２には露点温度Ｔ_Ｔａｕが割り当てられている。φ＝１の飽和蒸気曲線は、凝縮液が形成される状態を表す。例えばガラス温度Ｔ_{Ｓｃｈｅｉｂｅ}が、点３に示すように、露点温度Ｔ_Ｔａｕの値を下回ると、凝縮液が車両ガラスに出現する。湿分凝縮はその一方で、ガラス温度Ｔ_{Ｓｃｈｅｉｂｅ}が、点４に示すように、内室温度Ｔ_Ｌｕｆｔと露点温度Ｔ_Ｔａｕとの間にあれば、防止されることができる。

車両ガラスにおける湿分凝縮を回避する方法は、図３に示すように、以下のように経過する。

まず、第１の方法ステップＶ１で、車両内の内室温度Ｔ_Ｌｕｆｔ、空気湿度φならびにガラス温度Ｔ_{Ｓｃｈｅｉｂｅ}を求めるための測定を実施する。これらの値を、閉ループ／開ループ制御ユニットの別の処理に供給する。これに続く方法ステップＶ２で、測定された値から、決められた関係にしたがって、内室温度Ｔ_Ｌｕｆｔに属し、飽和曲線φ＝１（図２）上にある飽和圧力ｐ_ｓａｔｔが、

の関係に基づいて求められる。この公知の関係は数値テーブルの形でまたは関数方程式として閉ループ／開ループ制御ユニット内に格納されていることができる。

これに続く方法ステップＶ３で、露点温度Ｔ_Ｔａｕが、測定された空気湿度φおよび予め求められた飽和圧力ｐ_ｓａｔｔ（Ｔ_Ｌｕｆｔ）に依存して以下の関係、すなわち：

にしたがって求められる。ただし、Ｃ_１は２４３．１２の値を有する定数、Ｃ_２は１．８１の値を有する定数、Ｃ_３は１９．４３の値を有する定数を表す。

次の方法ステップＶ４で、応答

が実施される。このとき、限界温度Ｔ_{Ｇｒｅｎｚ}は設定値として閉ループ／開ループ制御ユニット内に格納されている。限界温度Ｔ_{Ｇｒｅｎｚ}は、固定の不変の量であることもできるし、場合によっては状態量およびシステム量から求められ、継続的に更新されることもできる。限界温度Ｔ_{Ｇｒｅｎｚ}は、車両ガラスにおける湿分凝縮を防止する手段が、ガラス温度Ｔ_{Ｓｃｈｅｉｂｅ}が露点温度Ｔ_Ｔａｕよりもまだ値Ｔ_{Ｇｒｅｎｚ}の分だけ高いときに既に講じられるようにして、確実性のための緩衝帯をなす。

方法ステップＶ４での応答の結果、ガラス温度と露点温度との差が限界温度より小さくないことが明らかになれば、「Ｎｏ」の枝を辿り、再び第１の方法ステップに戻り、すべての方法が新たに、湿分凝縮を防止する特別な手段が講じられることなく開始される。この場合、ガラス温度Ｔ_{Ｓｃｈｅｉｂｅ}と露点温度Ｔ_Ｔａｕとの間の差はまだ大きく、湿分凝縮の差し迫った恐れはない。

しかし、方法ステップＶ４での応答の結果、温度差が限界値Ｔ_{Ｇｒｅｎｚ}を下回ったことが明らかになると、「Ｙｅｓ」の枝を辿り、次の方法ステップＶ５に進み、空調のための手段が実施、例えばブロアがアクティブ化されたり、内室温度が高められたり、該当するガラス内の熱線が加熱されたりする。引き続いて、再び第１の方法ステップＶ１に戻り、すべての方法が周期的に繰り返される。

図３の方法ステップＶ４に示した、ガラス温度Ｔ_{Ｓｃｈｅｉｂｅ}と露点温度Ｔ_Ｔａｕとの差が所定の限界温度Ｔ_{Ｇｒｅｎｚ}より小さいかどうかの応答に対して択一的に、ガラス温度Ｔ_{Ｓｃｈｅｉｂｅ}と露点温度Ｔ_Ｔａｕに依存して以下の関係：

から求められる凝縮傾向κが、限界値κ_{Ｇｒｅｎｚ}を上回っているかどうかの応答：

が実施されてもよい。

上回っているのであれば、方法ステップＶ４から次の方法ステップＶ５に進み、空調をアクティブ化する。上回っていなければ、方法は、「Ｎｏ」の枝に応じて中断され、方法の開始点に戻る。凝縮傾向κと比較すべきκ_{Ｇｒｅｎｚ}は、温度限界値Ｔ_{Ｇｒｅｎｚ}と同様、固定の不変の値として格納されていてもよいし、継続的に状態量および運転量から求められてもよい。

フロントガラスにおける湿分凝縮を防止するために使用される、車両内の空調システムの概略図である。 測定された内室温度と、これに属する飽和蒸気圧力および露点温度とを例示した、それぞれ異なる湿度に関する複数の曲線を有する圧力‐温度‐グラフである。 車両ガラスにおける湿分凝縮を回避する方法を実施するためのフローチャートである。

Claims (10)

1. 車両内の空調システムであって、車両内の内室温度（Ｔ_Ｌｕｆｔ）を測定するための空気温度センサ（３）と、空調ユニット（８）と、該空調ユニット（８）を、測定した内室温度（Ｔ_Ｌｕｆｔ）に応じて調整するための閉ループ／開ループ制御ユニット（７）とを有している形式のものにおいて、
   車両の内室内の空気湿度（φ）を測定するための湿度センサ（４）と、車両ガラス（２）のガラス温度（Ｔ_{Ｓｃｈｅｉｂｅ}）を測定するためのガラス温度検出装置（５）とが設けられており、
   前記閉ループ／開ループ制御ユニット（７）内で、測定された内室温度（Ｔ_Ｌｕｆｔ）および空気湿度（φ）から、所属の露点温度（Ｔ_Ｔａｕ）を求めることができ、
   ガラス温度（Ｔ_{Ｓｃｈｅｉｂｅ}）と露点温度（Ｔ_Ｔａｕ）との差が限界値（Ｔ_{Ｇｒｅｎｚ}）を下回った場合に、前記空調ユニット（８）が操作されることができる
   ことを特徴とする、空調システム。
2. 閉ループ／開ループ制御ユニット（７）内で、内室温度（Ｔ_Ｌｕｆｔ）から、所属の、飽和蒸気曲線上にある飽和圧力（ｐ_ｓａｔｔ（Ｔ_Ｌｕｆｔ））が求められ、露点温度（Ｔ_Ｔａｕ）が、空気湿度（φ）および飽和圧力（ｐ_ｓａｔｔ（Ｔ_Ｌｕｆｔ））に応じて求められることができる、請求項１記載の空調システム。
3. 露点温度（Ｔ_Ｔａｕ）が、空気湿度（φ）および飽和圧力（ｐ_ｓａｔｔ（Ｔ_Ｌｕｆｔ））に応じて、以下の関係：
   

   

   ただし、
   Ｃ_１・・・２４３．１２の値を有する定数
   Ｃ_２・・・１．８１の値を有する定数
   Ｃ_３・・・１９．４３の値を有する定数
   から求められることができる、請求項２記載の空調システム。
4. 前記ガラス温度検出装置が赤外線温度センサ（５）として形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の空調システム。
5. ガラス温度（Ｔ_{Ｓｃｈｅｉｂｅ}）および露点温度（Ｔ_Ｔａｕ）に応じて以下の関係：
   

   

   から求められることができる凝縮傾向（κ）が、限界値（κ_{Ｇｒｅｎｚ}）を上回った場合に、前記空調ユニット（８）が操作されることができる、請求項１から４までのいずれか１項記載の空調システム。
6. 前記空調ユニット（８）がエアコンディショナを有する、請求項１から５までのいずれか１項記載の空調システム。
7. 前記空調ユニット（８）がブロアを有する、請求項１から６までのいずれか１項記載の空調システム。
8. 前記空調ユニット（８）がヒータを有する、請求項１から７までのいずれか１項記載の空調システム。
9. 請求項１から８までのいずれか１項記載の空調システムを備えるレインセンサモジュール。
10. 車両ガラスにおける湿分凝縮を回避する方法、特に請求項１から８までのいずれか１項記載の空調システム（１）を運転する方法において、内室温度（Ｔ_Ｌｕｆｔ）および車両内の空気湿度（φ）ならびに車両ガラス（２）のガラス温度（Ｔ_{Ｓｃｈｅｉｂｅ}）を測定もしくは検出し、ガラス温度（Ｔ_{Ｓｃｈｅｉｂｅ}）と、空気湿度（φ）および内室温度（Ｔ_Ｌｕｆｔ）に応じて求められる露点温度（Ｔ_Ｔａｕ）との差が、限界値（Ｔ_{Ｇｒｅｎｚ}）を下回った場合に、内室を空調することを特徴とする、車両ガラスにおける湿分凝縮を回避する方法。

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