JP4318054B2

JP4318054B2 - 自動車用局所冷房システム

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Publication number: JP4318054B2
Application number: JP2007003354A
Authority: JP
Inventors: 昌吾亀山
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-01-11
Filing date: 2007-01-11
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2027-01-11
Also published as: US8176741B2; JP2008168769A; US20080168787A1

Description

この発明は、自動車用局所冷房システムに関する。

特開２００６−１３１１０６号公報特開２００２−２３３４３１号公報

自動車の車室内空間は、一般住居等に比較すると空間容積が小さく、また、窓を閉めきると密閉空間となり、例えば、ガラス越しに漏入する熱線により駐車中の車内温度は夏季には異常に上昇する。しかし、一般の自動車用空調装置は集中型であり、車室内の空間全体の空気温度を下げるべく設計されているので、どうしても温度調節に時間がかかる問題がある。

そこで、特許文献１には、シート内に局所空調装置を組み込み、ヘッドレストや手すり等に設けた吹き出し口から冷風を吹き出すことで、車室内を分散空調する方式が提案されている。また、特許文献１には、ペルチェモジュールをシートバックや座部に組み込み、冷却シートを介して冷却する方式も提案されている。さらに、特許文献２には、シートに組み込んだファンによりペルチェモジュールの冷却ブロックに送風し、座面に吹き出すようにした局所冷房装置が開示されている。

しかし、上記各公報に開示された装置は、あくまでユーザーが自動車に乗り込んだ後で動作するか、逆に、遠隔操作によりユーザーが乗り込む相当前から動作を継続しているかのいずれかである。前者であれば乗り込んだ直後の最も不快なシーンでの、タイムリーな空調動作は全く期待できず、また、後者であれば、乗車前の空調装置のアイドリング動作時間が長くなり、バッテリーへの負担が増大する他、無駄な燃料消費や排ガスの問題も大となる。

本発明の課題は、ユーザーが自動車に乗り込んだ直後にユーザーが受ける温度的な不快感を、タイムリーかつ効率的に和らげることができる自動車用局所冷房システムを提供することにある。

課題を解決するための手段及び作用・効果

上記の課題を解決するために、本発明の自動車用局所冷房システムは、
自動車のシートに設けられ、該シートに着座するユーザーの予め定められた高体温部を局所的に冷却する局所冷房装置と、
ユーザーが自動車に接近して乗り込み、該自動車を運転し又は車内にて滞在し、降車に至るまでのユーザーの自動車利用に係る一連の動作を、予め定められた複数のシーンに区切るとともに、それらシーン毎に予め定められたユーザーの位置又は動作をシーン推定情報として取得し、取得されたシーン推定情報に基づいて個々のシーンを特定するシーン特定手段と、
該シーン特定手段により現在のシーンが、ユーザーが自動車に乗り込んでシートに着座する乗車シーンとして特定されていることを条件として、局所冷房装置を作動させる局所冷房装置制御手段と、を備え、
シートに着座したユーザーの体温を測定する体温測定手段を備え、
局所冷房装置制御手段は、測定された体温が予め定められた高温側体温閾値を超えていることを条件として局所冷房装置を作動させるものであり、
体温測定手段は、シートに着座したユーザーの、少なくとも首より上の皮膚露出部のサーモグラフィーを撮影するサーモグラフィー撮影装置であり、
体温測定手段は、サーモグラフィー撮影装置が撮影したサーモグラフィー画像上にてユーザーの首筋領域を高体温部として特定するものであり、
局所冷房装置制御手段は、該首筋領域の温度が予め定められた高温側体温閾値を超えていることを条件として局所冷房装置を作動させるものであることを特徴とする。

上記本発明の構成によると、シーン特定手段により現在のシーンが、ユーザーが自動車に乗り込んでシートに着座する乗車シーンとして特定されていることを条件として、シートに着座するユーザーの予め定められた高体温部を局所的に冷却する局所冷房装置を動作させるようにした。これにより、ユーザーが自動車に乗り込んだ直後にユーザーが受ける温度的な不快感を、高体温部への局所冷却により、タイムリーかつ効率的に和らげることができる。

人の体感温度は、人の体温に依存して決まる。人の体温を効率よく調整するためには、血流量の多い箇所を重点的に冷却または暖房すればよいことになる。この血流量が多い箇所は、首筋、膝裏、そけい部、わきの下などであり、発熱時に冷やせばよいと言われている箇所である。参考までに、額、顔は、実効果ではなく、気持ちがよいということで行われているようである。シートに着座しているユーザーの姿勢を考えれば、上記のような高体温部のうち比較的冷却を行ないやすい部位として、首筋領域あるいは膝裏領域を定めることができる。

局所冷房装置は、ユーザーが自動車に乗り込んできた場合に、ユーザーがそれほど暑さを感じていない（つまり、局所冷房を欲していない）場合にまで動作させると、ユーザーが却って不快に感じることがある。そこで、上記本発明には、シートに着座したユーザーの体温を測定する体温測定手段を設けることができる。局所冷房装置制御手段は、測定された体温が予め定められた高温側体温閾値を超えていることを条件として局所冷房装置を作動させるものとすることができる。上記構成によると、ユーザーが暑さを感じているか否かを、ユーザーの体温を参照すれば比較的高い確率で推定することができ、乗車時における局所冷房の動作をより適正に行なうことができる。

体温測定手段は、シートに着座したユーザーの、少なくとも首より上の皮膚露出部のサーモグラフィーを撮影するサーモグラフィー撮影装置とすることができる。この構成によると、皮膚露出部の温度測定によりユーザーの体温をより正確に知ることができる。また、サーモグラフィー撮影装置は非接触式であり、ユーザーに違和感を生ずることなく体温測定が可能である。なお、サーモグラフィー撮影装置に替えて、ＩＲセンサや放射温度計など、他の非接触式温度測定手段を採用してもよい。

他方、敢えてサーモグラフィー撮影装置を採用することで、ユーザーの皮膚露出部の温度分布を把握することができるので、ユーザーが暑いと感じている場合に温度上昇しやすい部位を特定する形で、局所冷房の動作制御上より有用な体温情報を得ることができる。上記温度上昇しやすい部位とは、具体的には前述の高体温部であり、特に、首より上の皮膚露出部では首筋領域がこれに該当する。そこで、上記の体温測定手段は、サーモグラフィー撮影装置が撮影したサーモグラフィー画像上にてユーザーの首筋領域を高体温部として特定するものとして構成しておくと好都合である。この場合、局所冷房装置制御手段は、該首筋領域の温度が予め定められた高温側体温閾値を超えていることを条件として局所冷房装置を作動させるものとすればよい。これにより、乗車時における局所冷房の動作をさらに適正に行なうことができる。

また、自動車の車室内温度を測定する車室内温度測定手段を設けることができる。局所冷房装置制御手段は、測定された車室内温度が予め定められた高温側室温閾値を超えていることを条件として局所冷房装置を作動させるものとして構成できる。このようにすると、車内が特に高温化していない場合に局所冷房が無駄に動作してしまう心配がない。

局所冷房装置は、高体温部に向けて冷風を送出する冷風送出機構を含むものとして構成することが望ましい。冷風を作って高体温部に吹き付ける方式は体温冷却への即効性が高く、乗車時のユーザーの不快感を速やかに和らげることができる。

冷風送出機構を有した局所冷房装置は、特許文献１に開示されたような、シート組み込み型の独立冷凍機構及びダクト送風機構を採用することも可能であるが、コンプレッサー動力源をエンジンに頼らなければならず、冷媒循環用の配管をエンジンルームからシートまで引き回さなければならず、構造的な複雑化は免れ得ない。また、配管や冷媒の予冷が進むまでは十分に冷たい風を送り出すことができず、乗車時に即、心地よい冷風が享受できるほどの即効性はない。さらに、コンプレッサー動力源となるエンジンを始動しなければ動作しないので、アイドリング停止を奨励する環境配慮上の流れにも逆行する問題がある。

そこで、局所冷房装置をペルチェモジュールにて構成すれば、上記のような冷媒配管は全く不要であり、ペルチェモジュールへの電気配線を引き込む程度でよいので構成を大幅に簡略化できる。また、エンジンを始動せずとも、ペルチェモジュールへの電力供給さえなされれば動作が可能である。しかし、ペルチェモジュールは、外部からの電力供給により熱電子を媒介として熱移動を行なう原理上、電力消費率の高いパワー機器であり（シートに内蔵できる小形のものでも、５〜１５Ａ、５０〜１５０Ｗ程度）、例えば、乗車に先立って冷却開始したりする場合のごとく、エンジンを始動せずに長時間動作を継続させるとバッテリーの消耗が進みやすい問題がある。そこで、本発明のごとく、乗車シーンを特定し、その乗車シーンの到来をきっかけとしてペルチェモジュールの動作を開始するようにすれば、オルターネータが非動作となるエンジン停止状態でのペルチェモジュール動作時間を、乗車後にエンジンが始動されるまでの比較的短時間に留めることができ、バッテリーの消耗も防止できる。

ペルチェモジュールを使用する場合には、以下のような態様を採用することが望ましい。まず、冷却の対象となる高体温部は、シートに着座した前記ユーザーの、該シートとの密着面を除く形で定める。そして、冷風送出機構は、ペルチェモジュールと、該ペルチェモジュールを冷却ブロック側が低温側となる極性にて通電駆動する駆動ユニットと、冷却ブロックに送風する送風機と、シートに埋設配置され、冷却ブロックにて冷却された冷風を、高体温部に対応して設けられた吹き出し口に向けて導く導風通路部とを備えるものとして構成する。

特許文献１にて採用されている構成は、ペルチェモジュールの冷却ブロックがシートバック部に埋設され、冷却ブロックからの冷気をモケットの背中に当たる部位に冷却シートを介して熱伝導により伝える形になっており、モケットのクッション層を冷気が通過するの時間がかかり、即効性に欠ける問題がある。他方、特許文献２にて採用されている構成では、冷却ブロックにファンで送風し、その冷風を、座面前部にて上方に吹き出す構成になっているが、この部位はユーザーの大腿部が密着するので冷風の吹き出しが妨げられ、膝裏等の高体温部に対する冷却効率が非常に悪い欠点がある。しかし、本発明の上記の構成では、膝裏や首筋などシートと密着しない高体温部に臨む位置に吹き出し口を形成することで、シートに着座した前記ユーザーの高体温部に距離をもって冷風を吹き付けることができ、冷却効率がよい。

冷風送出機構は、ペルチェモジュールと送風機とが導風通路部とともに一体的にシートに埋設することが、システムのコンパクト化を図り、かつ、車両内層側のアセンブリ工程を簡略化する観点にて望ましい。また、配管等の冷房用構造部分を組み込むための車体側の設計変更も不要である。

具体的には、高体温部がユーザーの首筋領域である場合は、冷風送出機構は、ペルチェモジュールと送風機とが導風通路部とともに一体的にシートのシートバック部に埋設される構成とする。この場合、導風通路部はシートのヘッドレスト両脇部に吹き出し口を開口させる形で設ける。これにより、むっと来る熱気のこもった車内への乗車直後であっても、ペルチェモジュールにより首筋に冷風を吹き付けることで、体感的な不快感を速やかに和らげることができる。

この場合、ペルチェモジュールを、冷却ブロックがシートバック部の前面側を向くよう該シートバック部の下部に埋設することができる。導風通路部は該冷却ブロックを通過した冷風をシートバック部前面に沿って上方に導く背面通路部を有するものとして構成する。ペルチェモジュールの放熱用ヒートシンクはシートバック部の背面側を向くように配置し、該放熱用ヒートシンクからの廃熱を該シートバック部の背面に形成された放熱口から放出させる。これにより、ペルチェモジュールからの廃熱がシート前面側に排出されず、首筋領域への冷風の吹き付けが攪乱されることがない。また、廃熱を放熱口から車室内に放出する構成なので、廃熱用ダクトを車体側に追加する必要がなくなり、構成が簡便である。

ペルチェモジュールからの廃熱は車室内に放出されるので、車室内空間全体を冷却方向に移行させる熱収支は生じていない（つまり、ペルチェモジュールをどれだけ長時間動作させても、車室内全体の平均的な温度は下がらない：むしろ、電力消費に伴うジュール熱が上乗せされる分だけ、車室内温度が上昇する可能性がある）。しかし、この場合も、例えば、エンジンでコンプレッサーを駆動する集中型の自動車用エアコンが冷風吹き出し可能となるまでの、いわばつなぎの時間だけ、首筋領域等への局所的な冷風吹き付けが可能となればよく、車室内温度を全体的に下げることは目的としていない点に留意すべきである。

上記の構成では、背面通路部を金属製とし、該背面通路部に対しシートバック部の前面側に接する形で、該背面通路部とシートバック部の前面側クッション層との間に冷却シートを介挿することができる。このようにすると、ペルチェモジュールの冷却ブロックを通過した冷風を吹き出し口まで導く背面通路部を、いわば二次的な冷却用シンクとして利用し、冷却シートを介してその冷気を前面側クッション層に伝えることでシートバック部の温度も下げることができ、涼感を高めることができる。

他方、高体温部がユーザーの膝裏領域である場合は、冷風送出機構は、ペルチェモジュールと送風機とが導風通路部とともに一体的にシートの座部に埋設されたものとして構成できる。導風通路部は該座部の前端面側に吹き出し口を開口させる形で設けることができる。ペルチェモジュールにより膝裏に冷風を吹き付けることで、体感的な不快感をより速やかに和らげることができる。

この場合、ペルチェモジュールは冷却ブロックが座部の上面側を向くよう該座部の後部に埋設することができ、導風通路部は該冷却ブロックを通過した冷風を座部上面に沿って前方に導く座面通路部を有するものとして構成できる。ペルチェモジュールの放熱用ヒートシンクは座部の下面側を向くように配置でき、該放熱用ヒートシンクからの廃熱を該座部の下面から放出することができる。これにより、ペルチェモジュールからの廃熱が座部先方側に排出されず、膝裏領域への冷風の吹き付けが攪乱されることがない。また、廃熱を放熱口から車室内に放出する構成なので、廃熱用ダクトを車体側に追加する必要がなくなり、構成が簡便である。この場合も、座面通路部を金属製とすることができ、該座面通路部に対し座部の上面側に接する形で、該座面通路部と座部の上面側クッション層との間に冷却シートを介挿できる。これにより、冷却シートを介してその冷気を座部の上面側に伝えることができ、涼感を高めることができる。

上記いずれの構成においても、送風機はペルチェモジュールの送風上流側に配置でき、導風通路部は、該送風機からの気流をペルチェモジュールの冷却ブロック側に導く冷風発生側導風路と、同じく放熱用ヒートシンク側に導くヒートシンク冷却側導風路とを分離形成することができる。これにより、ペルチェモジュールの放熱用送風と、冷風発生用送風との間で１つのファンを共用化でき、構造簡略化を図ることができる。

次に、本発明の自動車用局所冷房システムは、シートに着座したユーザーの体温を測定する体温測定手段と、自動車の車室内温度を測定する車室内温度測定手段とを備えたものとして構成できる。局所冷房装置制御手段は、測定された体温が予め定められた高温側体温閾値を超えており、かつ測定された車室内温度が予め定められた高温側室温閾値を超えていることを条件として局所冷房装置を作動させるものとすることができる。これにより、車室内温度が確かに高く、かつ、ユーザーがそれを確かに暑いと感じている場合に局所冷房装置を的確に動作させることができる。

次に、冷風送出機構は、駆動ユニットによるペルチェモジュールの通電極性を反転切替する極性切替手段を有するものとして構成できる。局所冷房装置制御手段は、測定された体温が予め定められた低温側体温閾値未満であって、かつ測定された車室内温度が予め定められた低温側室温閾値未満であることを条件として、極性切替手段を、冷却ブロック側が高温側となる逆転極性側に切り替えるものとすることができる。このようにすると、ペルチェモジュールの冷却ブロックとヒートシンクとを入れ替えることができるので、冷風吹き出し口から温風を吹き出すことができる。そして、車室内温度が低く、かつユーザーの体温も低くなっている（つまり、ユーザーが寒いと感じている）場合に、ペルチェモジュールの極性反転により温風を吹き出すことで、寒さを和らげることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態を示す自動車用局所冷房システムの外観図である。該自動車用局所冷房システムは自動車用のシート１（ここでは、前席側シートを後席側シートに適用することももちろん可能である）に組み込まれる形で構成されている。シート１は、座部４、シートバック部３及びヘッドレスト２を有し、シートバック部３に局所冷房装置１０が埋設されている。また、図３に示すように、座部４にも局所冷房装置１０が埋設されている。

これらの局所冷房装置１０は、いずれもシート１に着座するユーザーの予め定められた高体温部を局所的に冷却するためのものであり、具体的には、シートバック部３側のものがユーザーの首筋領域を、座部４側のものが膝裏領域をそれぞれ局所的に冷却するためのものである。

いずれの局所冷房装置１０も、基本的な構造は同じであり、上記首筋領域ないし膝裏領域として定められた高体温部に向けて冷風を送出する冷風送出機構を有する。シートバック部３側で代表させて説明すれば、図２に示すように、ユーザーの首筋領域は、シート１に着座したユーザーの、シートバック部３との密着面（つまり、背中）を除く形で定められた高体温部である。冷風送出機構１０は、ペルチェモジュール１１と、該ペルチェモジュール１１を冷却ブロック５２側が低温側となる極性にて通電駆動する駆動ユニット１００（図４）と、冷却ブロック５２に送風する送風機１２と、シート１に埋設配置され、冷却ブロック５２にて冷却された冷風を、高体温部に対応して設けられた吹き出し口１６Ｂに向けて導く導風通路部１７とを備える。

冷風送出機構１０は、ペルチェモジュール１１と送風機１２とが導風通路部１７とともに一体的にシートバック部３に埋設されている（ただし、ペルチェモジュール１１と送風機１２とをシート１の外に配置し、導風通路部１７によりその冷風をシート１内に引き込むようにしてもよい）。導風通路部１７はヘッドレスト２の両脇部（図１も参照）に吹き出し口１６Ｂを開口させる形で設けられている。

ペルチェモジュール１１は、一方の面が吸熱面（つまり、冷却側）、他方の面が放熱面となるように、厚さ方向に直流通電駆動される周知のペルチェ素子５１と、順方向通電時に冷却側となる面に密着配置される金属製の冷却ブロック５２と、同じく放熱側となる面に密着配置される金属製の放熱用ヒートシンク５３とを有する。放熱用ヒートシンク５３の裏面には放熱を促進するためのフィン５４が一体化されている。

冷却ブロック５２は、シートバック部３の前面側を向くよう該シートバック部３の下部に埋設されている。導風通路部１７は、該冷却ブロック５２を通過した冷風をシートバック部３の前面に沿って上方に導く背面通路部１４を有する。この実施形態では、導風通路部１７は、該背面通路部１４に続く形で中継通路部１５と、吹き出し通路部１６とを有している。背面通路部１４は金属製であり、該背面通路部１４に対しシートバック部３の前面側に接する形で、該背面通路部１４とシートバック部３の前面側クッション層３１との間に、保冷材をシート状に加工した冷却シート１３が介挿されてなる。前面側クッション層３１の表面は、シートカバー３２で覆われている。

ペルチェモジュール１１の放熱用ヒートシンク５３は、シートバック部３の背面側を向くように配置され、該放熱用ヒートシンク５３からの廃熱ＡＷを該シートバック部３の背面に形成された放熱口３３から放出するようにしている。放熱口３３には保護用のがらり３４がはめ込まれている。

モータ駆動される送風機１２は、ペルチェモジュール１１の送風上流側（ここでは、ペルチェモジュール１１の下側）に配置される。送風機１２とペルチェモジュール１１との間には、導風通路部１７の一部をなす分離送風管部６１が設けられている。この分離送風管部６１には、送風機１２からの気流をペルチェモジュール１１の冷却ブロック５２側に導く冷風発生側導風路６３と、同じく放熱用ヒートシンク５３側に導くヒートシンク冷却側導風路６４とが、隔壁６２により分離形成されている。

図１に示すように、背面通路部１４は複数の金属管（例えば、Ｃｕ又はＡｌ製）を冷却シート１３の面内幅方向に並列に密接配置したものである。送風機１２の作動により、図３に示すように、分離送風管部６１内に空気ＡＯ（車室内空気でよい）が吸入され、冷風発生側導風路６３を経て冷却ブロック５２の表面で冷却される。このようにして発生した冷風が、個々の背面通路部１４を通って中継通路部１５に集められ、該中継通路部１５の前面側に連通する吹き出し通路部１６の先端から首筋領域に向けて吹き出される。

図３に示すように、同様の冷風送出機構１０が、ペルチェモジュール１１と送風機１２とが導風通路部１７とともに一体的にシート１の座部４に埋設されている。導風通路部１７は該座部４の前端面側に吹き出し口１６Ｂを開口させる形で設けられている。ペルチェモジュール１１は冷却ブロック５２が座部４の上面側を向くよう該座部４の後部に埋設されている。導風通路部１７は、該冷却ブロック５２を通過した冷風を座部４の上面に沿って前方に導く座面通路部１４を有する。ペルチェモジュール１１の放熱用ヒートシンク５３が座部４の下面側を向くように配置され、該放熱用ヒートシンク５３からの廃熱ＡＷを該座部４の下面から放出させる。座面通路部１４は金属製（例えば、Ｃｕ又はＡｌ製）であり、該座面通路部１４に対し座部４の上面側に接する形で、該座面通路部１４と座部４の上面側クッション層との間に前述したものと同様の冷却シート１３が介挿されている。

次に、図４は、上記自動車用局所冷房システムの電気的構成の一例を示すブロック図である。要部をなすのはマイクロプロセッサとして構成されたＥＣＵ１０３を主体とする制御回路１００であり、カメラ１１０、サーモグラフィーカメラ１１１、車室内温度計１１２がそれぞれ入力インターフェース１２０，１２１，１２２を介してＥＣＵ１０３に接続されている。また、シート１側のドアに対するキー操作（ロック／アンロック操作）ないし開閉操作の有無を検出するキー操作ドアセンサ（例えば、ドアロックセンサとドアカーテシスイッチとからなる）１１３がアンプ１２３を介して接続されている。また、シート１の座部４の着座面に埋設された着座センサ１１４もアンプ１２４を介して接続されている。

カメラ１１０は、図５に示すように、シート１を正面から撮影するものであり、図６に示すように、ユーザーＨＫの上半身（少なくとも首から上の部分）が包含されるように撮影視野１１０Ｆが定められており、ユーザーＨＫの着座の有無を特定するのに用いられる。着座センサ１１４は荷重センサ等で構成され、ユーザーＨＫの着座の有無を補助的に検出する。例えば、着座センサ１１４が荷重検知し、かつ、カメラ１１０の撮影視野１１０ＦにユーザーＨＫの顔画像が検出された場合に着座ありと検出する方式を採用することにより、シートへの荷物載置や外乱光等による誤検出防止を図ることができる。また、着座センサ１１４の併用により、顔画像の特定精度を多少低くしても着座検知の精度を確保することができ、アルゴリズムの軽量化に寄与する。なお、顔画像の検出アルゴリズムについては周知であるので、詳細な説明は略する。

次に、サーモグラフィーカメラ１１１は公知のものであり、露光部に設けた赤外線センサにより、物体から放射される遠赤外線の波長分布を二次元測定し、その測定結果に基づいて温度マッピングデータ（サーモグラフィー）を生成するものである。具体的には、図７に示すように、シート１に着座したユーザーＨＫの、首より上の皮膚露出部のサーモグラフィーＴＧを撮影するものであり、特に首筋部分が周囲よりも高温の領域ＨＴとして現われるので、その領域ＨＴをサーモグラフィー画像上で温度とともに特定することができる。なお、カメラ１１０の撮影視野をサーモグラフィーカメラ１１１の撮影視野と一致させておくことで、カメラ１１０の画像も参照することにより、首筋領域の特定をより高精度に行なうことができる。また、体温測定値を首筋領域ＨＴの平均温度として決定することができる（多少精度は下がるが、顔の温度で代用することも可能である）。

次に、ＥＣＵ１０３には、各々ペルチェモジュール１１、送風機１２、及びそれらの駆動制御を司る駆動ユニット１０１の組からなる冷風送出機構１０（シートバック部側及び座部側）が接続されている。駆動ユニット１０１は、ペルチェモジュール１１を、常時は冷却ブロック５２側が低温側となる極性（以下、順方向極性という）にて通電駆動するものである（ただし、後述のごとく、車室温や体温に応じて反転した極性（以下、逆方向極性という）にて駆動される場合がある）。

図８は、駆動ユニット１０１の回路構成例を示すものである。駆動電源は、ペルチェ素子への過電圧印加防止を考慮して、絶縁型に構成されている。具体的には、車載バッテリー電圧＋Ｂを入力電圧として受電する入力側ＤＣ電源１５０を有し、そのＤＣ出力電圧が、昇圧用発振回路１５３により駆動される昇圧スイッチング用トランジスタ１５２（本実施形態ではパワーＦＥＴにて構成され、昇圧スイッチング周波数は１０〜３０ｋＨｚ：例えば、１５ｋＨｚ）によりスイッチングされつつ、昇圧用のトランス１５１の１次側に入力される。該トランス１５１の２次側昇圧出力電圧は８〜１５Ｖ（例えば１２Ｖ）である。なお、昇圧用発振回路１５３は、トランス１５１の一次側インダクタンスの一部を流用した自励式発振回路として構成されている。

トランス１５１の２次側昇圧出力電圧は、ダイオード１５４Ｄにより半波整流され、さらにコンデンサ１５４Ｃにより平滑化された後、ＰＷＭスイッチング用トランジスタ１５５に入力される。ＰＷＭスイッチング用トランジスタ１５５はパワーＦＥＴにて構成され、ＥＣＵ１０３が決定するデューティ比（例えば５０〜１００％）にてＰＷＭスイッチングされる。ＥＣＵ１０３は、ユーザーの体温と車室温とに応じて、このデューティ比を適宜調整することにより、ペルチェ素子の出力調整を行なう。ＰＷＭスイッチング用トランジスタ１５５は、ゲート駆動用トランジスタ１５６を介してフォトカプラ１６３によりスイッチングされる。

ペルチェ素子は導通断面積の大きい金属導体として構成されているので、ＰＷＭスイッチング電圧波形をペルチェ素子へ直接入力すると、波形エッジでの電流遮断時に渦電流が発生し、目的の極性と逆方向の電圧が供給されて冷却効率を低下させるジュール熱が多量に発生するので好ましくない。そこで、本実施形態では、コイル１５８とコンデンサ１５９とを有した駆動平滑化回路２０１により、上記ＰＷＭスイッチング電圧波形をディーティ比に応じた直流駆動電圧（出力電圧範囲は、例えば６〜１２Ｖ：出力電流範囲は、例えば３〜６Ａ）として平滑化し、極性切替スイッチ１６０を介してペルチェモジュール１１に供給するようにしている。なお、ＰＷＭスイッチング周波数は例えば１〜５ｋＨｚであり、昇圧スイッチング周波数よりも小さく設定される。

極性切替スイッチ１６０は、本実施形態ではリレースイッチとして構成され、リレー駆動トランジスタ１６２を介してフォトカプラ１６５により動作制御される（ここでは、リレー駆動トランジスタ１６２がＯＦＦのとき、端子１６０Ａが電源入力／端子１６０Ｂが接地となり（順方向極性）、同じくＯＮのときは端子１６０Ａが接地／端子１６０Ｂが電源入力となるよう（逆方向極性）、スイッチ１６０が切り替わる）。また、送風機１２へのモータ駆動出力は、トランス１５１の２次側にてＰＷＭスイッチング用トランジスタ１５５の前段より、電圧安定化用のレギュレータＩＣ１６４を介して非スイッチング状態で取り出される。

なお、本実施形態では車載バッテリ電圧＋Ｂの変動を補償するために昇圧回路を組み込んでいるが、ペルチェ素子の動作が保障できる場合、例えば、ペルチェ素子への駆動出力電圧範囲が車載バッテリ電圧＋Ｂの変動範囲よりも常時小さいことが保障できる場合には、この昇圧回路を省略することも可能である。この場合、ペルチェ素子への出力段に電圧モニタリング部を追加し、ＰＷＭスイッチングのデューティ比制御にこれをフィードバックして電圧を安定化するレギュレータ部を追加すればよい。また、ペルチェ素子への駆動出力電圧が車載バッテリ電圧＋Ｂの変動範囲を若干上回る場合にあっても、該レギュレータ部を周知の昇圧型ステップアップ回路として構成すれば、昇圧回路は同様に省略できる。

以下、ＥＣＵ１０３による自動車用局所冷房システムの動作制御の流れについて、図９及び図１０のフローチャートに基づき説明する。まず、図９のＳ３０１ではシーン情報を取得する。シーン情報は、図４のカメラ１１０、キー操作ドアセンサ１１３及び着座センサ１１４等の入力状態に基づいて取得される。

シーンは、例えば時系列順に、接近シーンＳＣＮ１、乗り込みシーンＳＣＮ２、着座シーンＳＣＮ３（乗り込みシーンＳＣＮ１とともに乗車シーンを構成する）、運転／滞在シーンＳＣＮ４、降車シーンＳＣＮ５及び離脱シーンＳＣＮ６等を設定することができる。図１０は、シーン特定処理の流れの一例を示すフローチャートである。接近シーンＳＣＮ１は、例えば公知のスマートエントリー方式が採用されている場合には、車室内に無線キーが検出されず、かつ、車室外探索エリアに無線キーが検出された場合に、ユーザーが自動車へ予め定められた距離以内に接近したものとして検出し、シーン特定することができる（Ｓ２〜Ｓ４）。乗り込みシーンＳＣＮ２と降車シーンＳＣＮ５とは、キー操作ドアセンサ１１３のドア開検知出力に基づいて特定する（Ｓ５〜Ｓ７、Ｓ１６〜Ｓ１９）。ただし、単にドア開の情報だけでは乗り込みシーンＳＣＮ２か降車シーンＳＣＮ５かを特定できないから、ＥＣＵ１０３のメモリに、現在シーン特定情報を記憶保持するシーンフラグ３５０を設けることで対応するようにしている。シーンフラグ３５０は各シーンに対応した個別シーンフラグを有し、時系列順に到来順序が定められた各シーンが到来する毎に、そのシーンに対応するフラグを「到来（フラグ値１）」に設定してゆく。シーンフラグ３５０にて、値が「１」になっているフラグの最新のもの（「１」フラグ列の末尾のもの）を特定することで、現在どのシーンまで進んできているかを特定できる。この実施形態では、着座シーンＳＣＮ３までが完了している場合に、「乗車シーン到来」と判定する。

なお、着座シーンＳＣＮ３と運転／滞在シーンＳＣＮ４とは、いずれも前述の着座センサがユーザーを検出しているか否かにより特定するが（Ｓ８〜Ｓ１１、Ｓ１２〜Ｓ１５）、自動車に乗り込んでイグニッションスイッチがＯＮになるまでの間、あるいは、イグニッションスイッチがＯＮにならず、かつ一定以上の着座継続が確認されるまでの間は、着座シーンとして認識される。また、離脱シーンへの移行は、降車シーンのあと、キー操作ドアセンサ１１３がドア閉を検知することで識別される（Ｓ２１〜Ｓ２３）。

図９に戻り、Ｓ３０２にて現在のシーンが乗車シーンであることが特定されると、Ｓ３０３に進み、前述のサーモグラフィーにより着座したユーザーの体温を検出する。例えば図７の顔面（あるいは首筋領域ＨＴ）の体温が高温側閾値（例えば、３６．８〜３７．５度）を超えている場合（つまり、ユーザーが暑いところから車に戻ってきたような場合である）はＳ３０４からＳ３０５に進み、車室内温度計１１２が検出する車室内温度を読み取る。そして、Ｓ３０６において、その車室内温度が高温側閾値（例えば、３０〜４０℃）を超えている場合はＳ３０７に進み、ペルチェモジュール１０１を順方向極性（冷風吹き出しモード）にて駆動する。なお、ペルチェ素子の駆動電圧（前述のＰＷＭスイッチングのデューティ比）は、検出された車室内温度の閾値との差分が大きいほど高くなるように設定することで、ユーザーに車室内温度に応じた適切な涼しさを与えることができる。一方、Ｓ３０６にて車室内温度が閾値未満の場合は、冷風吹き出し動作を行なわない。

次に、Ｓ３０４にて顔面の体温が高温側閾値未満の場合はＳ３０４からＳ３０８に進み、その体温を低温側閾値（例えば３０℃）と比較する。そして、該低温側閾値よりも体温が低い場合（つまり、ユーザーが寒いところから車に戻ってきたような場合である）はＳ３０９に進み、車室内温度を検出する。そして、車室内温度が低温側閾値（例えば５〜１２℃）よりも低い場合は、ペルチェモジュール１０１を逆方向極性（温風吹き出しモード）にて駆動する。この場合も、ペルチェ素子の駆動電圧（前述のＰＷＭスイッチングのデューティ比）は、検出された車室内温度の閾値との差分が大きいほど高くなるように設定することで、ユーザーに車室内温度に応じた適切な温かさを与えることができる。一方、Ｓ３０６にて車室内温度が閾値未満の場合は、温風吹き出し動作を行なわない。また、Ｓ３０８にて、体温が低温側閾値よりも高い場合（かつ、高温側閾値よりも低い場合）には、冷風ないし温風吹き出し動作は行なわない。

なお、以上説明した実施形態では、ペルチェモジュールの動作を体温に応じて制御する方式を採用していたが、車室内温度を基準として体温とは無関係な動作制御を行なうことも可能である。この場合、車室内温度が高温側閾値を超えていれば冷風吹き出しモードにて動作し、同じく低温側閾値を超えていれば温風吹き出しモードにて動作し、高温側閾値と低温側閾値との間にある場合は冷風ないし温風吹き出し動作を行なわない制御となる。

本発明の自動車用局所冷房システムを組み込んだ自動車用シートの一例を示す部分切欠き断面斜視図。図１のシートバック部の断面図。同じく座部の断面図。本発明の自動車用局所冷房システムの電気的構成の一例を示す全体ブロック図。図４の各センサ及びカメラの配置形態を示す模式図。車室内のカメラの撮影視野の説明図。サーモグラフィーの撮影視野の説明図。ペルチェモジュールの駆動ユニットの電気的構成の一例を示す回路図。本発明の自動車用局所冷房システムの制御処理の流れを示すフローチャート。図９のシーン決定情報取得処理の詳細を示すフローチャート。

符号の説明

１シート
２ヘッドレスト
３シートバック部
４座部
１０局所冷房装置
１１ペルチェモジュール
１２送風機
１３冷却シート
１４背面通路部
１６Ｂ吹き出し口
１７導風通路部
５１ペルチェ素子
５２冷却ブロック
５３放熱用ヒートシンク
１００制御回路（シーン特定手段、局所冷房装置制御手段）

Claims

自動車のシートに設けられ、該シートに着座するユーザーの予め定められた高体温部を局所的に冷却する局所冷房装置と、
ユーザーが自動車に接近して乗り込み、該自動車を運転し又は車内にて滞在し、降車に至るまでのユーザーの自動車利用に係る一連の動作を、予め定められた複数のシーンに区切るとともに、それらシーン毎に予め定められたユーザーの位置又は動作をシーン推定情報として取得し、取得された前記シーン推定情報に基づいて個々の前記シーンを特定するシーン特定手段と、
該シーン特定手段により現在のシーンが、前記ユーザーが自動車に乗り込んで前記シートに着座する乗車シーンとして特定されていることを条件として、前記局所冷房装置を作動させる局所冷房装置制御手段と、を備え、
前記シートに着座した前記ユーザーの体温を測定する体温測定手段を備え、
前記局所冷房装置制御手段は、測定された前記体温が予め定められた高温側体温閾値を超えていることを条件として前記局所冷房装置を作動させるものであり、
前記体温測定手段は、前記シートに着座した前記ユーザーの、少なくとも首より上の皮膚露出部のサーモグラフィーを撮影するサーモグラフィー撮影装置であり、
前記体温測定手段は、前記サーモグラフィー撮影装置が撮影したサーモグラフィー画像上にて前記ユーザーの首筋領域を前記高体温部として特定するものであり、
前記局所冷房装置制御手段は、該首筋領域の温度が予め定められた高温側体温閾値を超えていることを条件として前記局所冷房装置を作動させるものであることを特徴とする自動車用局所冷房システム。
前記高体温部として、前記ユーザーの膝裏領域がさらに定められている請求項１記載の自動車用局所冷房システム。
前記自動車の車室内温度を測定する車室内温度測定手段を備え、
前記局所冷房装置制御手段は、測定された前記車室内温度が予め定められた高温側室温閾値を超えていることを条件として前記局所冷房装置を作動させるものである請求項１又は請求項２に記載の自動車用局所冷房システム。
前記局所冷房装置は前記高体温部に向けて冷風を送出する冷風送出機構を含むものである請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の自動車用局所冷房システム。
前記高体温部は、前記シートに着座した前記ユーザーの、該シートとの密着面を除く形で定められ、
前記冷風送出機構は、ペルチェモジュールと、該ペルチェモジュールを冷却ブロック側が低温側となる極性にて通電駆動する駆動ユニットと、前記冷却ブロックに送風する送風機と、前記シートに埋設配置され、前記冷却ブロックにて冷却された冷風を、前記高体温部に対応して設けられた吹き出し口に向けて導く導風通路部とを備える請求項４記載の自動車用局所冷房システム。
前記冷風送出機構は、前記ペルチェモジュールと前記送風機とが前記導風通路部とともに一体的に前記シートに埋設されたものである請求項５記載の自動車用局所冷房システム。
前記高体温部が前記ユーザーの首筋領域として定められ、前記冷風送出機構は、前記ペルチェモジュールと前記送風機とが前記導風通路部とともに一体的に前記シートのシートバック部に埋設されるとともに、前記導風通路部は前記シートのヘッドレスト両脇部に前記吹き出し口を開口させる形で設けられている請求項６記載の自動車用局所冷房システム。
前記ペルチェモジュールは前記冷却ブロックが前記シートバック部の前面側を向くよう該シートバック部の下部に埋設され、
前記導風通路部は該冷却ブロックを通過した冷風を前記シートバック部前面に沿って上方に導く背面通路部を有する一方、
前記ペルチェモジュールの放熱用ヒートシンクが前記シートバック部の背面側を向くように配置され、該放熱用ヒートシンクからの廃熱を該シートバック部の背面に形成された放熱口から放出するようにした請求項７記載の自動車用局所冷房システム。
前記背面通路部が金属製とされ、該背面通路部に対し前記シートバック部の前面側に接する形で、該背面通路部と前記シートバック部の前面側クッション層との間に冷却シートが介挿されてなる請求項８記載の自動車用局所冷房システム。
前記高体温部が前記ユーザーの膝裏領域として定められ、前記冷風送出機構は、前記ペルチェモジュールと前記送風機とが前記導風通路部とともに一体的に前記シートの座部に埋設されるとともに、前記導風通路部は該座部の前端面側に前記吹き出し口を開口させる形で設けられている請求項６ないし請求項９のいずれか１項に記載の自動車用局所冷房システム。
前記ペルチェモジュールは前記冷却ブロックが前記座部の上面側を向くよう該座部の後部に埋設され、前記導風通路部は該冷却ブロックを通過した冷風を前記座部上面に沿って前方に導く座面通路部を有する一方、
前記ペルチェモジュールの放熱用ヒートシンクが前記座部の下面側を向くように配置され、該放熱用ヒートシンクからの廃熱を該座部の下面から放出するようにした請求項１０記載の自動車用局所冷房システム。
前記座面通路部が金属製とされ、該座面通路部に対し前記座部の上面側に接する形で、該座面通路部と前記座部の上面側クッション層との間に冷却シートが介挿されてなる請求項１１記載の自動車用局所冷房システム。
前記送風機が前記ペルチェモジュールの送風上流側に配置されるとともに、前記導風通路部は、該送風機からの気流を前記ペルチェモジュールの前記冷却ブロック側に導く冷風発生側導風路と、同じく前記放熱用ヒートシンク側に導くヒートシンク冷却側導風路とが分離形成されている請求項７ないし請求項１２のいずれか１項に記載の自動車用局所冷房システム。
前記シートに着座した前記ユーザーの体温を測定する体温測定手段と、
前記自動車の車室内温度を測定する車室内温度測定手段とを備え、
前記局所冷房装置制御手段は、測定された前記体温が予め定められた高温側体温閾値を超えており、かつ測定された前記車室内温度が予め定められた高温側室温閾値を超えていることを条件として前記局所冷房装置を作動させるものである請求項５ないし請求項１３のいずれか１項に記載の自動車用局所冷房システム。
前記冷風送出機構は、前記駆動ユニットによる前記ペルチェモジュールの通電極性を反転切替する極性切替手段を有し、
前記局所冷房装置制御手段は、測定された前記体温が予め定められた低温側体温閾値未満であって、かつ測定された前記車室内温度が予め定められた低温側室温閾値未満であることを条件として、前記極性切替手段を、前記冷却ブロック側が高温側となる逆転極性側に切り替える請求項１４記載の自動車用局所冷房システム。