JP2014124988A

JP2014124988A - 車両用空調装置

Info

Publication number: JP2014124988A
Application number: JP2012281107A
Authority: JP
Inventors: Koji Tanaka; 浩二田中; Hideaki Nishii; 秀明西井; Satoshi Futai; 聡ニ井
Original assignee: Japan Climate Systems Corp
Current assignee: Japan Climate Systems Corp
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2014-07-07
Anticipated expiration: 2032-12-25
Also published as: JP6105275B2

Abstract

【課題】暖房能力を多段階に切り替えるように構成された電気式ヒータを用いる場合に、暖房能力の切替前後で吹出空気の温度が大きく変化してしまうのを防止して乗員が違和感を感じないようにするとともに、快適性を向上させる。
【解決手段】低暖房制御時に高暖房制御に切り替える際、空気流路Ｒの低風速部位に配置されている下部発熱体３３にのみ電力を供給した後、下部発熱体３３の電力供給を遮断し、その後、上部発熱体３１にのみ電力を供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動車等に搭載される車両用空調装置に関し、特に電気式ヒータを制御する技術分野に属するものである。

従来から、例えば車両用空調装置の暖房熱源としてＰＴＣ素子等の発熱体を有する電気式ヒータが用いられることがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の空調装置は、電気式ヒータや送風ファン、各種ダンパ等を収容するケーシングを備えている。ケーシング内に導入した空調用空気を電気式ヒータによって加熱することで温風を得ることができるようになっている。

特許文献１の空調装置では、電気式ヒータに発熱量の異なる３種類の発熱体を設けている。ケーシング内の風速の高い部位に発熱量の高い発熱体を配置し、風速の低い部位に発熱量の低い発熱体を配置している。これにより、ケーシング内の低風速部位の空気温度が過度に上昇するのを防止している。

特開２００１−１７５１号公報

ところで、特許文献１の電気式ヒータのように３種類の発熱体を１つの電気式ヒータに設ける構成では、要求される暖房能力に応じて、１つの発熱体にのみ通電する場合、２つの発熱体に通電する場合、全ての発熱体に通電する場合がある。そして、暖房時に要求暖房能力が変わることがあるが、例えば、１つの発熱体にのみ通電している場合に２つの発熱体に通電したり、２つの発熱体に通電している場合に全ての発熱体に通電すると、暖房能力が段階的に増大することになるので、暖房能力切替の前後でケーシングから吹き出す空調風の温度差が大きくなり、乗員が違和感を感じるとともに、快適性が損なわれてしまう。暖房能力を低下させる場合も段階的に低下することになるので同様な問題が発生する。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、暖房能力を多段階に切り替えるように構成された電気式ヒータを用いる場合に、暖房能力の切替前後で吹出空気の温度が大きく変化してしまうのを防止して乗員が違和感を感じないようにするとともに、快適性を向上させることにある。

上記目的を達成するために、本発明では、ケーシング内では風速が均一でないことを利用し、例えば１つの発熱体に通電する場合であっても、その通電する発熱体の位置を選択することで暖房能力の切替前後で能力変化が小さくなるようにした。

第１の発明は、電力の供給により発熱する第１発熱体及び第２発熱体を有するとともに、通過する外部空気を加熱するように構成された電気式ヒータと、
上記電気式ヒータが配置される空気流路を有するケーシングと、
上記電気式ヒータを制御する空調制御装置とを備え、
上記ケーシングの空気流路に導入された空調用空気を、上記電気式ヒータを通過させてから車室の各部に供給するように構成された車両用空調装置において、
上記第１発熱体は、上記空気流路における上記第２発熱体の配置部位よりも風速が低い部位に配置され、
上記空調制御装置は、上記第１発熱体及び上記第２発熱体の一方に電力を供給する低暖房制御と、上記第１発熱体及び上記第２発熱体に電力を供給する高暖房制御と、上記低暖房制御時に上記高暖房制御に切り替える前、上記第１発熱体に先に電力を供給した後、該第１発熱体への電力供給を停止するとともに、上記第２発熱体に電力を供給する第１暖房能力切替制御とを行うように構成されていることを特徴とするものである。

この構成によれば、電気式ヒータの第１発熱体が空気流路の風速の低い部分に配置されるので、第１発熱体にのみ電力を供給した場合は、風速の高い部位に配置される第２発熱体にのみ電力を供給する場合に比べて暖房能力が低くなる。第１発熱体及び第２発熱体の一方に電力を供給する低暖房制御時に、第１発熱体及び第２発熱体に電力を供給する高暖房制御に切り替える前、第１発熱体に先に電力を供給した後、第１発熱体への電力供給を停止するとともに、第２発熱体に電力を供給することで、暖房能力が徐々に高まるので、低暖房制御から高暖房制御に切り替わった前後において吹出空気の温度変化を小さくすることが可能になる。

第２の発明は、第１の発明において、
上記電気式ヒータは、電力の供給により発熱する第３発熱体を有し、
上記第３発熱体は、上記空気流路における上記第２発熱体の配置部位よりも風速が高い部位に配置され、
上記空調制御装置は、低暖房制御において、上記第１発熱体、上記第２発熱体及び上記第３発熱体の１つにのみ電力を供給するように構成され、第１暖房能力切替制御において、上記第１発熱体に先に電力を供給した後、該第１発熱体への電力供給を停止するとともに、上記第２発熱体に電力を供給する制御と、当該制御の後、上記第２発熱体への電力供給を停止するとともに、上記第３発熱体に電力を供給する制御とを行うように構成されていることを特徴とするものである。

この構成によれば、第１発熱体、第２発熱体及び第３発熱体を用いることで暖房能力の増大変化をより一層小さくすることが可能になる。

第３の発明は、電力の供給により発熱する第１発熱体及び第２発熱体を有するとともに、通過する外部空気を加熱するように構成された電気式ヒータと、
上記電気式ヒータが配置される空気流路を有するケーシングと、
上記電気式ヒータを制御する空調制御装置とを備え、
上記ケーシングの空気流路に導入された空調用空気を、上記電気式ヒータを通過させてから車室の各部に供給するように構成された車両用空調装置において、
上記第１発熱体は、上記空気流路における上記第２発熱体の配置部位よりも風速が低い部位に配置され、
上記空調制御装置は、上記第１発熱体及び上記第２発熱体の一方に電力を供給する低暖房制御と、上記第１発熱体及び上記第２発熱体に電力を供給する高暖房制御と、上記高暖房制御から上記低暖房制御に切り替えられた際、上記第２発熱体に先に電力を供給した後、該第２発熱体への電力供給を停止するとともに、上記第１発熱体に電力を供給する第２暖房能力切替制御とを行うように構成されていることを特徴とするものである。

この構成によれば、電気式ヒータの第２発熱体が空気流路の風速の高い部分に配置されるので、第２発熱体にのみ電力を供給した場合は、風速の低い部位に配置される第１発熱体にのみ電力を供給する場合に比べて暖房能力が高くなる。高暖房制御から低暖房制御に切り替えられた際、第２発熱体に先に電力を供給した後、第２発熱体への電力供給を停止するとともに、第１発熱体に電力を供給することで、暖房能力が徐々に低くなるので、高暖房制御から低暖房制御に切り替わった前後において吹出空気の温度変化を小さくすることが可能になる。

第４の発明は、第３の発明において、
上記電気式ヒータは、電力の供給により発熱する第３発熱体を有し、
上記第３発熱体は、上記空気流路における上記第２発熱体の配置部位よりも風速が高い部位に配置され、
上記空調制御装置は、低暖房制御において、上記第１発熱体、上記第２発熱体及び上記第３発熱体の１つにのみ電力を供給するように構成され、第２暖房能力切替制御において、上記第３発熱体に先に電力を供給した後、該第３発熱体への電力供給を停止するとともに、上記第２発熱体に電力を供給する制御と、当該制御の後、上記第２発熱体への電力供給を停止するとともに、上記第１発熱体に電力を供給する制御とを行うように構成されていることを特徴とするものである。

この構成によれば、第１発熱体、第２発熱体及び第３発熱体を用いることで暖房能力の低減変化をより一層小さくすることが可能になる。

第１の発明によれば、低暖房制御時に高暖房制御に切り替える前、風速の低い部位に配置されている第１発熱体に先に電力を供給した後、第１発熱体への電力供給を停止するとともに、風速の高い部位に配置されている第２発熱体に電力を供給するようにしたので、暖房能力の切替前後で吹出空気の温度が大きく変化してしまうのを防止して乗員が違和感を感じないようにすることができるとともに、快適性を向上させることができる。

第２の発明によれば、互いに風速の異なる部位に配置された第１発熱体、第２発熱体及び第３発熱体を用いることで、暖房能力を増大させる際の吹出空気の温度変化をより一層小さくすることができる。

第３の発明によれば、高暖房制御から低暖房制御に切り替えられた際、風速の高い部位に配置されている第２発熱体に先に電力を供給した後、第２発熱体への電力供給を停止するとともに、風速の低い部位に配置されている第１発熱体に電力を供給するようにしたので、暖房能力の切替前後で吹出空気の温度が大きく変化してしまうのを防止して乗員が違和感を感じないようにすることができるとともに、快適性を向上させることができる。

第４の発明によれば、互いに風速の異なる部位に配置された第１発熱体、第２発熱体及び第３発熱体を用いることで、暖房能力を低減させる際の吹出空気の温度変化をより一層小さくすることができる。

実施形態に係る車両用空調装置の内部構造を示す断面図である。電気式ヒータの正面図である。車両用空調装置のブロック図である。暖房能力を低下させる場合の空調制御装置による制御内容を示すフローチャートである。暖房能力を増加させる場合の空調制御装置による制御内容を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る車両用空調装置１の断面図である。この車両用空調装置１は、例えば自動車の車室前部に設けられたインストルメントパネル（図示せず）内に収容されるようになっている。

尚、この実施形態の説明では、説明の便宜を図るために、車両前側を単に「前」といい、車両後側を単に「後」といい、車両左側を単に「左」といい、車両右側を単に「右」というものとする。

車両用空調装置１は、空調ユニット２と、空調制御装置３とを備えている。空調ユニット２は、送風ファン１０と、冷却用熱交換器としてのエバポレータ１１と、電気式ヒータ１２と、エアミックスダンパ１３と、ヒートダンパ１４と、デフ／ベント切替ダンパ１５と、ケーシング１６とを備えており、エバポレータ１１、電気式ヒータ１２、エアミックスダンパ１３、ヒートダンパ１４及びデフ／ベント切替ダンパ１５はケーシング１６に収容されている。

ケーシング１６は、例えば樹脂材等を成形してなるものである。ケーシング１６の上部には、送風ファン１０を収容するファンハウジング２０が形成されている。送風ファン１０は、送風モータ１０ａによって駆動されるようになっている。送風モータ１０ａは空調制御装置３によって制御されるようになっている。エバポレータ１１及び電気式ヒータ１２は、ファンハウジング２０の下方に収容されるようになっている。

ファンハウジング２０の側壁部には、図示しないが車室内の空気と車室外の空気とを切り替えて導入するための内外気切替ボックスが設けられている。内外気切替ボックスから導入された空調用空気はファンハウジング２０の内部に導入されるようになっている。

ケーシング１６のファンハウジング２０の上部には、デフロスタ口２２及びベント口２３が形成されている。さらに、ケーシング１６の後側下部には、ヒート口２４が形成されている。

デフロスタ口２２は、図示しないデフロスタダクトを介してインストルメントパネルのデフロスタ吹出口に接続されており、主にフロントウインドの内面に調和空気を供給するためのものである。ベント口２３は、図示しないベントダクトを介してインストルメントパネルのベント吹出口に接続されており、主に乗員の上半身に調和空気を供給するためのものである。ベント吹出口は、インストルメントパネルの左右両側と中央部にそれぞれ設けられている。ヒート口２４は、図示しないフットダクトを介して乗員の足下に調和空気を供給するためのものである。フットダクトは、前席だけでなく、後席まで延びるものであってもよい。

ケーシング１６内には、空気流路Ｒが形成されている。空気流路Ｒは、ファンハウジング２０から延びる冷風通路Ｒ１と、冷風通路Ｒ１の下流端から分岐して下へ延びる温風通路Ｒ２と、冷風通路Ｒ１の下流端の上側及び温風通路Ｒ２の下流端が連通するエアミックス空間Ｒ３と、エアミックス空間Ｒ３に連通して上方へ延びる上側通路Ｒ４と、エアミックス空間Ｒ３に連通して下方へ延びる下側通路Ｒ５とが形成されている。

冷風通路Ｒ１は、ケーシング１６の前側から後方へ向かって延びており、中途部に上記エバポレータ１１が配設され、このエバポレータ１１によって冷風を生成する通路である。エバポレータ１１は、冷凍サイクル装置の冷媒蒸発器を構成しており、複数のチューブ及びフィンを有するチューブアンドフィンタイプの熱交換器である。エバポレータ１１は、チューブが上下方向に延びる姿勢とされて冷風通路Ｒ１を横切るように配置されている。ケーシング１６に導入された空調用空気の略全量がエバポレータ１１を通過する。

ケーシング１６の底壁部には、エバポレータ１１で発生した凝縮水を排水するためのドレン部１６ａが設けられている。

尚、冷風通路Ｒ１は、冷凍サイクル装置の圧縮機が作動している場合には冷風を生成し、圧縮機が停止している場合には冷風を生成しないが、この実施形態ではいずれの場合も冷風通路Ｒ１と呼ぶことにする。

温風通路Ｒ２は、ケーシング１６内部において後側の下半部に形成されている。温風通路Ｒ２の上流端は、ケーシング１６の上下方向中間部に位置している。ケーシング１６の底壁部には、冷風通路Ｒ１と温風通路Ｒ２との境界部分に、上方（ケーシング１６内）へ膨出する膨出部１６ｂが形成されている。

温風通路Ｒ２は、下流側がＵターンして上方へ向かって斜め前側へ延びている。温風通路Ｒ２の中途部には、電気式ヒータ１２が配設されている。温風通路Ｒ２は、電気式ヒータ１２によって温風を生成する通路である。温風通路Ｒ２を流れる空気の略全量が電気式ヒータ１２を通過するようになっており、電気式ヒータ１２は、上部が下部よりも後側に位置するように傾斜配置されている。

図２にも示すように、電気式ヒータ１２は、上部発熱体３１と、中間発熱体３２と、下部発熱体３３と、これらを一体化する固定部材３４とを備えている。上部発熱体３１は、複数のＰＴＣ素子３１ａと、複数のフィン３１ｂとが交互に上下方向に並設されてなるものである。フィン３１ｂは、例えばコルゲートフィン等で構成することができるものであり、外部空気が流通可能となっている。フィン３１ｂを通過する外部空気がＰＴＣ素子３１ａの熱によって加熱されることで温風が生成される。中間発熱体３２も複数のＰＴＣ素子３２ａと、フィン３２ｂとが交互に並設されてなるものである。下部発熱体３３も複数のＰＴＣ素子３３ａと、フィン３３ｂとが交互に並設されてなるものである。

上部発熱体３１、中間発熱体３２及び下部発熱体３３のＰＴＣ素子３１ａ、３２ａ、３３ａは詳細は後述するが空調制御装置３によって制御されるようになっている。ＰＴＣ素子３１ａ、３２ａ、３３ａにそれぞれ電力を供給することにより、上部発熱体３１、中間発熱体３２及び下部発熱体３３がそれぞれ発熱するようになっている。この実施形態では、上部発熱体３１、中間発熱体３２及び下部発熱体３３に同じ電力を供給した場合の単位時間当たりの発熱量は略等しく設定されている。

図１に仮想線で示すように、温風通路Ｒ２の電気式ヒータ１２が配設された部位の断面Ｘは、電気式ヒータ１２の傾斜角度と同じように上部が下部よりも後側に位置するように傾斜している。断面Ｘにおける風速分布は、同図に白抜きの矢印で示すように、断面Ｘの上下方向中間部が最も速く、また、断面Ｘの下部が最も遅く、また、断面Ｘの上部が上下方向中間部と下部との間の風速となっている。

温風通路Ｒ２の断面Ｘにおける下部の風速が最も遅い理由は、ケーシング１６の底壁部に膨出部１６ｂが形成されていて、冷風通路Ｒ１の冷風が断面Ｘにおける下部へ流れにくくなっているからである。断面Ｘにおける上下方向中間部の風速が最も速い理由は、温風通路Ｒ２の中心線が位置しており、実線の矢印で示すように主流が通るからである。断面Ｘにおける上部の風速が上下方向中間部よりも遅くなる理由は、温風通路Ｒ２の内壁に近いことと、後述するエアミックスダンパ１３が回動することによるが、底壁部の膨出部１６ｂのような邪魔になるものがないので、断面Ｘの下部に比べると風速は速い。

電気式ヒータ１２の上部発熱体３１は、温風通路Ｒ２の断面Ｘの上部に位置することになる。また、中間発熱体３２は、温風通路Ｒ２の断面Ｘの上下方向中間部に位置することになる。また、下部発熱体３３は、温風通路Ｒ２の断面Ｘの下部に位置することになる。温風通路Ｒ２の断面Ｘの風速分布が上記のように設定されているので、電気式ヒータ１２の下部発熱体（第１発熱体）３３は、温風通路Ｒ２における上部発熱体（第２発熱体）３１及び中間発熱体３２の配置部位よりも風速が低い部位に配置される。また、中間発熱体３２（第３発熱体）は、温風通路Ｒ２における上部発熱体３１の配置部位よりも風速が高い部位に配置されることになる。

このため、上部発熱体３１、中間発熱体３２及び下部発熱体３３のうち、中間発熱体３２を通過する単位時間当たりの空気量が最も多くなり、また、下部発熱体３３を通過する単位時間当たりの空気量が最も少なくなる。従って、上部発熱体３１にのみ電力を供給する場合と、中間発熱体３２にのみ電力を供給する場合と、下部発熱体３３にのみ電力を供給する場合とを比べたときに、中間発熱体３２にのみ電力を供給する場合が最も暖房能力が高まり、下部発熱体３３にのみ電力を供給する場合が最も暖房能力が低くなる。

ケーシング１６内部の上下方向中央部近傍には、電気式ヒータ１２の上部を保持する上側保持部２７が設けられている。ケーシング１６内部の上側保持部２７よりも後側には、温風通路Ｒ２と、下側通路Ｒ５とを区画するための区画壁２８が設けられている。区画壁２８は、ケーシング１６の下壁部の後側から上方へ延び、温風通路Ｒ２の電気式ヒータ１２よりも下流側部分を区画形成している。区画壁２８の略下半部は、上側へ行くほど後に位置するように傾斜する一方、略上半部は、上側へ行くほど前に位置するように傾斜している。このように区画壁２８を形成したことで、温風通路Ｒ２において電気式ヒータ１２を通過した後の温風は上方へ向かって斜め前方に流れるようになる。

エアミックス空間Ｒ３は、ケーシング１６内部において温風通路Ｒ２の上方に位置しており、温風と冷風とを混合して調和空気を生成するための空間である。

上側通路Ｒ４の上流端開口４１は、エアミックス空間Ｒ３の上部に連通している。上側通路Ｒ４は、上方へ延びており、上側通路Ｒ４の下流側は前後方向に分岐している。上側通路Ｒ４の下流側の前側にはデフロスタ口２２が形成され、後側にはベント口２３が形成されている。

下側通路Ｒ５の上流端開口４２は、エアミックス空間Ｒ３の後部に連通しており、上側通路Ｒ４の上流端開口４１の後側に位置している。つまり、上側通路Ｒ４の上流端開口４１と下側通路Ｒ５の上流端開口４２とは隣接している。下側通路Ｒ５は、下方へ延びており、下流端部にヒート口２４が形成されている。

エアミックスダンパ１３は、エアミックス空間Ｒ３に流入する冷風量及び温風量を変更することによって調和空気の温度を調整するためのものであり、左右方向に延びる回動軸１３ａと、回動軸１３ａの径方向に延びる閉塞板部１３ｂとを備えている。

回動軸１３ａは、ケーシング１６の側壁部に対し左右方向に延びる中心線周りに回動可能に支持されている。回動軸１３ａには、ケーシング１６の外部に配設されるアクチュエータ４が連結されている。アクチュエータ４は、空調制御装置３によって制御される。

エアミックスダンパ１３の回動軸１３ａは、上側保持部２７の前部近傍に位置している。閉塞板部１３ｂは、回動軸１３ａの回動によって上下方向に揺動するようになっている。

閉塞板部１３ｂは、上方へ揺動すると、冷風通路Ｒ１の下流端の上側部分を閉じ、温風通路Ｒ２の上流端を開ける。閉塞板部１３ｂが冷風通路Ｒ１の下流端の上側部分を閉じると、冷風通路Ｒ１からエアミックス空間Ｒ３に冷風が流入しなくなり、冷風通路Ｒ１の冷風は温風通路Ｒ２に流入して加熱されてからエアミックス空間Ｒ３に流入するので、暖房を行うことができる。

一方、閉塞板部１３ｂは、下方へ揺動すると、温風通路Ｒ２の上流端を閉じ、冷風通路Ｒ１の下流端の上側部分を開ける。閉塞板部１３ｂが温風通路Ｒ２の上流端を閉じると、冷風通路Ｒ１から温風通路Ｒ２に冷風が流入しなくなり、冷風通路Ｒ１の冷風はエアミックス空間Ｒ３に流入するようになるので、冷房を行うことができる。つまり、エアミックスダンパ１３の回動角度によってエアミックス空間Ｒ３に流入する冷風量及び温風量が変更される。

ヒートダンパ１４は、左右方向に延びる支軸を介してケーシング１６の側壁部に回動可能に支持されている。ヒートダンパ１４は、上側通路Ｒ４の上流端開口４１と、下側通路Ｒ５の上流端開口４２との一方の閉じ、かつ、他方を開いた状態、または、両方を開いた状態とすることができるようになっている。

上側通路Ｒ４の上流端開口４１を開き、かつ、下側通路Ｒ５の上流端開口４２を閉じると、上側通路Ｒ４へ主に調和空気が流れる吹出モードとなる。この吹出モードでは、調和空気を下側通路Ｒ５に僅かに洩らすようにしてもよいし、全量を上側通路Ｒ４に流すようにしてもよい。

一方、図示しないが、上側通路Ｒ４の上流端開口４１を閉じ、かつ、下側通路Ｒ５の上流端開口４２を開くと、下側通路Ｒ５へ調和空気が流れる吹出モードとなる。また、上側通路Ｒ４の上流端開口４１及び下側通路Ｒ５の上流端開口４２の両方を開くと、上側通路Ｒ４及び下側通路Ｒ５へ調和空気が流れる吹出モードとなる。

デフ／ベント切替ダンパ１５は、デフロスタ口２２及びベント口２３の一方を閉じ、他方の開くことによって吹出モードを切り換えるためのものであり、左右方向に延びる支軸を介してケーシング１６の側壁部に回動可能に支持されている。デフ／ベント切替ダンパ１５と上記ヒートダンパ１４とはリンク機構により連動するようになっている。尚、ヒートダンパ１４及びデフ／ベント切替ダンパ１５は、アクチュエータで動作させるようにしてもよいし、乗員が操作ワイヤを操作して動作させるようにしてもよい。

ヒートダンパ１４及びデフ／ベント切替ダンパ１５の動きは、周知のリンク機構が有するカムの形状によって設定できる。この実施形態では、ヒートダンパ１４が下側通路Ｒ５を閉じ、デフ／ベント切替ダンパ１５がデフロスタ口２２を閉じるベントモード、ヒートダンパ１４が上側通路Ｒ４及び下側通路Ｒ５を開き、デフ／ベント切替ダンパ１５がベント口２３を閉じるデフ／フットモード、ヒートダンパ１４が上側通路Ｒ４及び下側通路Ｒ５を開き、デフ／ベント切替ダンパ１５がデフロスタ口２２を閉じるバイレベルモード、ヒートダンパ１４が下側通路Ｒ５を閉じ、デフ／ベント切替ダンパ１５がベント口２３を閉じるデフロスタモード、ヒートダンパ１４が上側通路Ｒ４を閉じるフットモード等の吹出モードに切り替えることができるようになっている。

次に、空調制御装置３による制御について説明する。空調制御装置３は、周知の中央演算処理装置やＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成されたマイクロコンピュータである。空調制御装置３には、図示しないが、外気温度センサ、日射センサ、内気温度センサ、水温センサ等の各種センサと、車室内の温度設定スイッチ、風量切替スイッチ等の各種スイッチ、冷凍サイクル装置が接続されている。また、図３に示すように、空調制御装置３には、送風モータ１０ａ、アクチュエータ４の他、電気式ヒータ１２の上部発熱体３１への電力供給状態と遮断状態とを切り替える第１通電開閉器５と、中間発熱体３２への電力供給状態と遮断状態とを切り替える第２通電開閉器６と、下部発熱体３３への電力供給状態と遮断状態とを切り替える第３通電開閉器７とが接続されている。そして、空調制御装置３は所定のプログラムに従って動作し、送風モータ１０ａ、アクチュエータ４、第１〜第３通電開閉器５〜７等を制御する。

空調制御装置３は、乗員の設定温度や外気温等に基づいて、エアミックスダンパ１３の目標開度を演算して設定する。暖房が必要であると判断した場合には、エアミックスダンパ１３の閉塞板部１３ｂの上方への揺動量が大きく（温風通路Ｒ２の開度が大きく）なるようにエアミックスダンパ１３の目標開度を設定し、一方、冷房が必要であると判断した場合には、エアミックスダンパ１３の閉塞板部１３ｂの下方への揺動量が大きく（温風通路Ｒ２の開度が小さく）なるようにエアミックスダンパ１３の目標開度を設定する。そして、空調制御装置３は、目標開度の演算後、アクチュエータ４に対して動作信号を出力してエアミックスダンパ１３を回動させる。

この実施形態の説明では、エアミックスダンパ１３の開度が「大きい」とは、温風通路Ｒ２の開度が大きいことをいい、エアミックスダンパ１３の開度が「小さい」とは、温風通路Ｒ２の開度が小さいことをいうものとする。

エアミックスダンパ１３の目標開度は、空調装置１の作動中、所定の極めて短いサイクルで繰り返し演算されて設定される。例えば、乗員が設定温度を上げた場合には、エアミックスダンパ１３の目標開度が大きくなるように設定し直す。また、暖房を開始してある程度の時間が経過した場合のように、車室内の温度が安定してきたら、暖房開始直後に比べて、エアミックスダンパ１３の目標開度が小さくなるように設定する。

また、空調制御装置３は、暖房が必要であると判断した場合には、電気式ヒータ１２を作動させる。このとき、例えば冬季で外気温が低い環境の中で長時間放置されていた場合のように車室内の温度が乗員の設定温度と比べて大きく離れている場合には、空調制御装置３は最大暖房能力が必要であるとして、第１〜第３通電開閉器５〜７を閉にして上部発熱体３１、中間発熱体３２及び下部発熱体３３の全てに電力を供給する。

一方、空調装置１がＯＦＦ状態となった場合や、冷房状態の場合には、第１〜第３通電開閉器５〜７を開にして上部発熱体３１、中間発熱体３２及び下部発熱体３３の電力供給を遮断する。また、空調制御装置３は要求される暖房能力に応じて第１〜第３通電開閉器５〜７に対し個別に異なるタイミングでも制御信号を出力することができるようになっている。

空調制御装置３は、基本的には、暖房能力が低くてよい場合には、上部発熱体３１、中間発熱体３２及び下部発熱体３３のいずれか１つにのみ電力を供給する（低暖房制御）。このとき、最も低い暖房能力でよい場合には、下部発熱体３３にのみ電力を供給し、低い暖房能力の中でも若干高めの能力が必要な場合には、上部発熱体３１にのみ電力を供給し、さらに高めの能力が必要な場合には、中間発熱体３２にのみ電力を供給する。

一方、高い暖房能力が必要な場合には、上部発熱体３１、中間発熱体３２及び下部発熱体３３のいずれか２つにのみ電力を供給する（高暖房制御）。このとき、高い暖房能力の中でも、低めの暖房能力でよい場合には、上部発熱体３１及び下部発熱体３３に電力を供給し、若干高めの能力が必要な場合には、中間発熱体３２及び下部発熱体３３に電力を供給し、さらに高めの能力が必要な場合には、上部発熱体３１及び中間発熱体３２に電力を供給する。

以下、空調制御装置３による具体的な制御について、図４及び図５に示すフローチャートに基づいて具体的に説明する。図４に示すフローチャートは、最大暖房能力よりも低いが高めの暖房能力で運転中に暖房能力を低下させる場合の制御を示している。

フローチャートのステップＳＡ１では、送風ファン１０による送風が行われているか否かを判定する。ステップＳＡ１の判定は、例えば空調スイッチのＯＮ／ＯＦＦ等に基づいて判定することができる。ステップＳＡ１でＮＯと判定されて送風が行われていない場合には、ステップＳＡ２に進んで上部発熱体３１、中間発熱体３２及び下部発熱体３３の電力を供給を遮断する。これにより、電気式ヒータ１２の異常過熱を防止できる。

一方、ステップＳＡ１でＹＥＳと判定された場合には、ステップＳＡ３に進み、エアミックスダンパ１３の開度が大であるか否かを判定する。ステップＳＡ３でＹＥＳと判定されてエアミックスダンパ１３の開度が大であるということは、高い暖房能力が要求されているということであり、ステップＳＡ４に進んで上部発熱体３１及び中間発熱体３２に電力を供給し、下部発熱体３３への電力供給は遮断する（高暖房制御）。

ステップＳＡ３でＮＯと判定された場合には、低暖房制御を行う。すなわち、ステップＳＡ３からステップＳＡ５へ進み、エアミックスダンパ１３の開度が中開度、かつ、その中開度の範囲内で最大側にあるか否かを判定する。ステップＳＡ５でＹＥＳと判定されてエアミックスダンパ１３の開度が中開度、かつ、大きめであるということは、強めの暖房能力が要求されているということであり、ステップＳＡ６に進んで中間発熱体３２に電力を供給し、上部発熱体３１及び下部発熱体３３への電力供給を遮断する。中間発熱体３２にのみ電力を供給することで、上部発熱体３１や下部発熱体３３にのみ電力を供給する場合に比べて大きな暖房能力が得られる。

ステップＳＡ５でＮＯと判定された場合には、ステップＳＡ７に進み、エアミックスダンパ１３の開度が中開度、かつ、その中開度の範囲内で最小側にあるか否かを判定する。ステップＳＡ７でＹＥＳと判定されてエアミックスダンパ１３の開度が中開度、かつ、小さめであるということは、ステップＳＡ５で判定した場合よりも弱めの暖房能力が要求されているということであり、ステップＳＡ８に進んで上部発熱体３１に電力を供給し、中間発熱体３２及び下部発熱体３３への電力供給を遮断する。上部発熱体３１にのみ電力を供給することで、中間発熱体３２にのみ電力を供給する場合に比べて小さい暖房能力であるが、下部発熱体３３にのみ電力を供給する場合に比べて大きな暖房能力が得られる。

ステップＳＡ７でＮＯと判定された場合には、ステップＳＡ９に進み、エアミックスダンパ１３の開度が小であるか否かを判定する。ステップＳＡ９でＹＥＳと判定されてエアミックスダンパ１３の開度が小であるということは、ステップＳＡ７で判定した場合よりも弱めの暖房能力でよいということであり、ステップＳＡ１０に進んで下部発熱体３３にのみ電力を供給し、上部発熱体３１及び中間発熱体３２への電力供給を遮断する。下部発熱体３３にのみ電力を供給することで、上部発熱体３１や中間発熱体３２にのみ電力を供給する場合に比べて小さい暖房能力となる。

したがって、高暖房制御から低暖房制御に切り替えた際、電気式ヒータ１２による暖房能力が徐々に低くなるので、高暖房制御から低暖房制御に切り替わった前後において吹出空気の温度変化を小さくすることが可能になる。

また、エアミックスダンパ１３が最大開度にあるときには、上部発熱体３１、中間発熱体３２及び下部発熱体３３の全てに電力を供給しており、この状態からエアミックスダンパ１３の開度が小さくなると、暖房能力を低下させていく。暖房能力を最大から低下させる場合には、まず、上部発熱体３１及び中間発熱体３２に電力を供給し、下部発熱体３３の電力供給を遮断する。その後、中間発熱体３２及び下部発熱体３３に電力を供給し、上部発熱体３１の電力供給を遮断する。しかる後、上部発熱体３１及び下部発熱体３３に電力を供給し、中間発熱体３２の電力供給を遮断する。これにより、最大暖房から高暖房制御に切り替わった前後において吹出空気の温度変化を小さくすることが可能になる。

また、図５に示すフローチャートは、低い暖房能力で運転中に暖房能力を高める場合の制御を示している。

フローチャートのステップＳＢ１では、図４に示すフローチャートと同様な判定を行う。ステップＳＢ１でＮＯと判定されて送風が行われていない場合には、ステップＳＢ２に進んで上部発熱体３１、中間発熱体３２及び下部発熱体３３の電力を供給を遮断する。

一方、ステップＳＢ１でＹＥＳと判定された場合には、ステップＳＢ３に進み、エアミックスダンパ１３の開度が小であるか否かを判定する。ステップＳＢ３でＹＥＳと判定されてエアミックスダンパ１３の開度が小であるということは、低い暖房能力が要求されているということであり、ステップＳＢ４に進んで下部発熱体３３に電力を供給し、上部発熱体３１及び中間発熱体３２への電力供給は遮断する（低暖房制御）。

ステップＳＢ３でＮＯと判定された場合には、ステップＳＢ５に進み、エアミックスダンパ１３の開度が中開度、かつ、その中開度の範囲内で最小側にあるか否かを判定する。ステップＳＢ５でＹＥＳと判定されてエアミックスダンパ１３の開度が中開度、かつ、小さめであるということは、ステップＳＢ３で判定した場合よりも強めの暖房能力が要求されているということであり、ステップＳＢ６に進んで上部発熱体３１に電力を供給し、中間発熱体３２及び下部発熱体３３への電力供給を遮断する。上部発熱体３１にのみ電力を供給することで、下部発熱体３３にのみ電力を供給する場合に比べて大きな暖房能力が得られるが、中間発熱体３２にのみ電力を供給する場合に比べて小さな暖房能力が得られる。

ステップＳＢ５でＮＯと判定された場合には、ステップＳＢ７に進み、エアミックスダンパ１３の開度が中開度、かつ、その中開度の範囲内で最大側にあるか否かを判定する。ステップＳＢ７でＹＥＳと判定されてエアミックスダンパ１３の開度が中開度、かつ、大きめであるということは、ステップＳＢ５で判定した場合よりも強めの暖房能力が要求されているということであり、ステップＳＢ８に進んで中間発熱体３２に電力を供給し、上部発熱体３１及び下部発熱体３３への電力供給を遮断する。中間発熱体３２にのみ電力を供給することで、上部発熱体３１や下部発熱体３３にのみ電力を供給する場合に比べて大きな暖房能力が得られる。

ステップＳＢ７でＮＯと判定された場合には、ステップＳＢ９に進み、エアミックスダンパ１３の開度が大であるか否かを判定する。ステップＳＢ９でＹＥＳと判定されてエアミックスダンパ１３の開度が大であるということは、ステップＳＢ７で判定した場合よりも強めの暖房能力が必要ということであり、ステップＳＢ１０に進んで高暖房制御を行う。ステップＳＢ１０では、上部発熱体３１及び中間発熱体３２に電力を供給し、下部発熱体３３への電力供給を遮断する。

したがって、低暖房制御から高暖房制御に切り替える前、電気式ヒータ１２による暖房能力が徐々に高くなるので、低暖房制御から高暖房制御に切り替わった前後において吹出空気の温度変化を小さくすることが可能になる。

以上説明したように、この実施形態に係る車両用空調装置１によれば、低暖房制御から高暖房制御に切り替える前、風速の低い部位に配置されている下部発熱体３３に先に電力を供給した後、下部発熱体３３への電力供給を停止するとともに、風速の高い部位に配置されている上部発熱体３１や中間発熱体３２に電力を供給するようにしたので、暖房能力の切替前後で吹出空気の温度が大きく変化してしまうのを防止して乗員が違和感を感じないようにすることができるとともに、快適性を向上させることができる。

また、高暖房制御から低暖房制御に切り替えられた際、風速の高い部位に配置されている中間発熱体３２に先に電力を供給した後、中間発熱体３２への電力供給を停止するとともに、風速の低い部位に配置されている上部発熱体３１や下部発熱体３３に電力を供給するようにしたので、暖房能力の切替前後で吹出空気の温度が大きく変化してしまうのを防止して乗員が違和感を感じないようにすることができるとともに、快適性を向上させることができる。

尚、上記実施形態では、電気式ヒータ１２が３つの発熱体３１〜３３を有している場合について説明したが、これに限らず、図示しないが、例えば上部発熱体と下部発熱体の２つの発熱体を有する電気式ヒータであってもよいし、４つ以上の発熱体を有する電気式ヒータであってもよい。

また、上記実施形態では、送風ファン１０を電気式ヒータ１２と同じケーシング１６に収容したフルセンタタイプの空調装置に本発明を適用した場合について説明したが、これに限らず、例えば、送風ファンを電気式ヒータ１２と別のケーシングに収容して車幅方向に一方側に配置したセミセンタタイプの空調装置に本発明を適用することも可能である。

上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

以上説明したように、本発明に係る車両用空調装置は、例えば、電気自動車等に搭載することができる。

１車両用空調装置
３空調制御装置
１０送風ファン
１１エバポレータ
１２電気式ヒータ
１３エアミックスダンパ
１６ケーシング
３１上部発熱体（第２発熱体）
３２中間発熱体（第３発熱体）
３３下部発熱体（第１発熱体）
Ｒ空気流路

Claims

電力の供給により発熱する第１発熱体及び第２発熱体を有するとともに、通過する外部空気を加熱するように構成された電気式ヒータと、
上記電気式ヒータが配置される空気流路を有するケーシングと、
上記電気式ヒータを制御する空調制御装置とを備え、
上記ケーシングの空気流路に導入された空調用空気を、上記電気式ヒータを通過させてから車室の各部に供給するように構成された車両用空調装置において、
上記第１発熱体は、上記空気流路における上記第２発熱体の配置部位よりも風速が低い部位に配置され、
上記空調制御装置は、上記第１発熱体及び上記第２発熱体の一方に電力を供給する低暖房制御と、上記第１発熱体及び上記第２発熱体に電力を供給する高暖房制御と、上記低暖房制御時に上記高暖房制御に切り替える前、上記第１発熱体に先に電力を供給した後、該第１発熱体への電力供給を停止するとともに、上記第２発熱体に電力を供給する第１暖房能力切替制御とを行うように構成されていることを特徴とする車両用空調装置。
請求項１に記載の車両用空調装置において、
上記電気式ヒータは、電力の供給により発熱する第３発熱体を有し、
上記第３発熱体は、上記空気流路における上記第２発熱体の配置部位よりも風速が高い部位に配置され、
上記空調制御装置は、低暖房制御において、上記第１発熱体、上記第２発熱体及び上記第３発熱体の１つにのみ電力を供給するように構成され、第１暖房能力切替制御において、上記第１発熱体に先に電力を供給した後、該第１発熱体への電力供給を停止するとともに、上記第２発熱体に電力を供給する制御と、当該制御の後、上記第２発熱体への電力供給を停止するとともに、上記第３発熱体に電力を供給する制御とを行うように構成されていることを特徴とする車両用空調装置。
電力の供給により発熱する第１発熱体及び第２発熱体を有するとともに、通過する外部空気を加熱するように構成された電気式ヒータと、
上記電気式ヒータが配置される空気流路を有するケーシングと、
上記電気式ヒータを制御する空調制御装置とを備え、
上記ケーシングの空気流路に導入された空調用空気を、上記電気式ヒータを通過させてから車室の各部に供給するように構成された車両用空調装置において、
上記第１発熱体は、上記空気流路における上記第２発熱体の配置部位よりも風速が低い部位に配置され、
上記空調制御装置は、上記第１発熱体及び上記第２発熱体の一方に電力を供給する低暖房制御と、上記第１発熱体及び上記第２発熱体に電力を供給する高暖房制御と、上記高暖房制御から上記低暖房制御に切り替えられた際、上記第２発熱体に先に電力を供給した後、該第２発熱体への電力供給を停止するとともに、上記第１発熱体に電力を供給する第２暖房能力切替制御とを行うように構成されていることを特徴とする車両用空調装置。
請求項３に記載の車両用空調装置において、
上記電気式ヒータは、電力の供給により発熱する第３発熱体を有し、
上記第３発熱体は、上記空気流路における上記第２発熱体の配置部位よりも風速が高い部位に配置され、
上記空調制御装置は、低暖房制御において、上記第１発熱体、上記第２発熱体及び上記第３発熱体の１つにのみ電力を供給するように構成され、第２暖房能力切替制御において、上記第３発熱体に先に電力を供給した後、該第３発熱体への電力供給を停止するとともに、上記第２発熱体に電力を供給する制御と、当該制御の後、上記第２発熱体への電力供給を停止するとともに、上記第１発熱体に電力を供給する制御とを行うように構成されていることを特徴とする車両用空調装置。