JP4928923B2

JP4928923B2 - 車両用空調装置

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Publication number: JP4928923B2
Application number: JP2006328270A
Authority: JP
Inventors: 寿幸石田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2006-12-05
Filing date: 2006-12-05
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2026-12-05
Also published as: JP2008137599A

Description

本発明は、車両に組み込まれて車室内の空気調和を行う車両用空調装置に関するものである。

車両用空調装置は、下流部を車室内に接続された空調空気流路と、空調空気流路内の空調空気をこの空調空気流路の上流側から下流側へと送出するブロワと、空調空気流路内の空調空気を冷却する冷却器と、空調空気流路内の空調空気を加熱するヒータとを備えている。
車両用空調装置は、冷房運転時には冷却器によって空調空気を冷却することによって車室内に冷風を送出し、車室内雰囲気温度を低下させる。また、車両用空調装置は、暖房運転時にはヒータによって空調空気を加熱することによって車室内に温風を送出し、車室内雰囲気温度を上昇させる。
ここで、冷却器としては、動力源によって駆動される冷凍サイクル装置のエバポレータが用いられる。冷却器は、空調空気を冷却することで、空調空気に含まれる水分を凝集させて回収し、空調空気の湿度を低下させる能力（除湿能力）も有している。
また、車両の動力源が、内燃機関のような発熱量の大きい装置である場合には、ヒータとして、動力源の排熱を空調空気の加熱に利用する装置が用いられる。一方、車両の動力源が、燃料電池や電気モータのような発熱量の小さいものである場合には、例えば電熱式のヒータが用いられる。

空調空気流路の上流側には、車両外部の空気（外気）を取り込む外気取入口と、車両内の空気（内気）を取り込む内気取入口が設けられている。また、車両用空調装置には、これら外気取入口と内気取入口とのうちのいずれか一方を閉塞する内外気切換ダンパと、内外気切換ダンパの動作を制御する制御装置とが設けられている。
すなわち、車両用空調装置では、内外気切換ダンパによって外気取入口と内気取入口とのうちのいずれか一方を閉塞した状態でブロワを作動させることで、外気のみを空調空気として利用する動作モード（外気モード）と、内気のみを空調空気として利用する動作モード（内気循環モード）とを切換えることができるようになっている。

ここで、暖房運転時には、車両内雰囲気の温度が上昇するため、暖房運転開始以前よりも車室内の相対湿度が低下する。このように車室内雰囲気が乾燥した状態では、例えば、乗員が目の乾きやのどの痛みを感じたり、車室内にインフルエンザウイルスが浮遊しやすくなるなど、様々な不都合が生じる。
一方、暖房運転時には、車室内雰囲気温度よりも車両の窓ガラスの温度が低いため、車室内の湿度が高い場合には、窓ガラスに結露が生じて乗員の視界を妨げてしまう可能性がある。また、車室内の湿度が非常に高い場合には、車室内にダニやカビが発生するおそれがある。
このため、車両用空気調和装置には、車室内雰囲気の湿度が適正範囲内となるよう、車室内雰囲気の湿度を制御する機能が求められている。

車室内雰囲気の湿度を制御するための構成としては、例えば、後記の特許文献に記載のものが知られている。
特許文献１には、車室内空気湿度認識手段と、車室内空気湿度認識手段の検出値が車室内空気湿度目標値に近づくように冷却器の冷却能力（すなわち除湿能力）を制御する冷却器能力調節手段とを設けた車両用空調装置が開示されている。
特許文献２には、車内湿度検出手段と、車内湿度検出手段の検出値が所定値以上である場合にエバポレータ（冷却器）の温度を低下させる空調装置制御手段とを設けた車両用空調装置が開示されている。
特許文献３には、車両窓ガラスを直接加熱する電気発熱体と、車室内湿度が快適範囲より低いか否かを判定する快適性判定手段と、快適性判定手段により車室内の湿度が快適範囲より低いと判断された時に、内外気切換手段（内外気切換ダンパ）を内気主体の吸入モード（内気モード）に設定する内外気制御手段と、車両窓ガラスの曇りを判定する曇り判定手段と、曇り判定手段により車両窓ガラスの曇りが判定されると電気発熱体に通電する通電制御手段とを設けた車両用空調防曇制御装置が開示されている。

特開２００３−２３７３４１号公報特開２００３−２６７０２５号公報特開２００３−３２６９３８号公報

しかしながら、近年は、省資源・環境保護の観点から、また経済性の追求のために、車両の燃費向上が切に望まれている。
特に、燃料電池自動車や電気自動車は、暖房運転時に動力源の動力を利用してヒータ等の熱源装置を駆動する必要があり、暖房運転時には燃費が顕著に悪化するので、暖房運転時の動力源の負担を極力低減することが求められている。

このような事情から、特許文献１に記載の車両用空調装置や特許文献２に記載の車両用空調装置のように、車両用空調装置の動作中に、車両の動力源を利用する装置（冷却器）のみによって車内雰囲気の湿度を制御する構成を採用することは、車両の燃費を悪化させてしまうため、車両の燃費向上の観点からは好ましくない。
また、特許文献１及び特許文献２には、車室内雰囲気の湿度を低下させる方法のみ開示されており、車室内雰囲気の湿度を高める方法については一切の記載がない。このため、特許文献１に記載の車両用空調装置や特許文献２に記載の車両用空調装置では、車室内雰囲気の乾燥を防止する手立てがない。

一方、特許文献３に記載の車両用空調防曇制御装置では、車室内湿度が低い場合には、動作モードを内気主体の吸入モードに切り換えて、車室内雰囲気を循環させることで、乗員から放出される水分を利用して車室内湿度を高める。
この特許文献３に記載の車両用空調防曇制御装置では、車室内湿度の制御は、乗員の快適性を優先して行われるので、車室内雰囲気の湿度は、車両窓ガラスに結露が生じる程度まで上昇する場合がある。
そこで、特許文献３に記載の車両用空調防曇制御装置では、車両窓ガラスに結露が生じると、この結露を検出して、電気発熱体によって車両窓ガラスを加熱したり、蒸発器（冷却器）によって除湿された空調風を窓ガラスに向けて吹き付けたりして、窓ガラスの曇りを解消する構成とされている。
しかしながら、このように電気発熱体や蒸発器を利用して窓ガラスの曇りを除去する場合には、これら電気発熱体や蒸発器を駆動するために、車両の動力源を利用することになるので、車両の燃費が悪化してしまう。このため、特許文献３に記載の構成も、車両の燃費向上の観点からは好ましくない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、車両の動力源の燃費の悪化を抑えつつ、車室内雰囲気の湿度を適正範囲内に保つことができる車両用空調装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
すなわち、本発明は、下流部を車室内に接続された空調空気流路と、該空調空気流路内の空調空気を前記空調空気流路の上流側から下流側へと送出するブロワと、前記空調空気流路内の前記空調空気を冷却する冷却器と、前記空調空気流路内の前記空調空気を加熱するヒータとを有し、前記空調空気流路の上流側には、車両外の空気を取り込む外気取入口と、前記車室内の空気を取り込む内気取入口とが設けられ、前記外気取入口の開度及び前記内気取入口の開度を制御する内外気切換ダンパと、該内外気切換ダンパの動作及び前記冷却器の動作を制御する空調制御装置とを有する車両用空調装置において、前記車室内の雰囲気の湿度を検出する車室内湿度検出器と、前記車室内の雰囲気の温度を検出する車室内温度検出器と、前記車室外の雰囲気温度を検出する外気温度検出器とが設けられ、前記空調制御装置は、予め設定されている数式と車室内温度検出器及び外気温度検出器の検出値に基づいて曇り発生湿度範囲ＨＦを予測するとともに、予め設定されている数式と車室内湿度検出器の検出値を用いて、前記曇り発生湿度範囲ＨＦよりも低い値とされる車室内目標湿度ＨＴを予測することに加え、順次基準値が大きくされている外気切換基準湿度ＨＯ、除湿基準湿度ＨＤ及び除湿レベルの異なる複数の基準湿度が設定されており、暖房運転時、前記冷却器を停止させた状態で運転するとともに、前記車室内湿度検出器によって検出された前記車室内の湿度ＨＣと前記車室内の目標湿度ＨＴとを比較し、前記車室内の湿度ＨＣが前記目標湿度ＨＴよりも低い場合（ＨＣ＜ＨＴ）には、前記内外気切換ダンパの動作を制御して前記内気取入口の開度を増加させて加湿モードとし、前記車室内の湿度ＨＣが前記目標湿度ＨＴよりも高い、ＨＴ＜ＨＣ＜ＨＯの場合は、前記内外気切換ダンパの動作を制御して前記外気取入口の開度を前記加湿モードよりも増加させて半内気モードとし、前記車室内の湿度ＨＣが更に高くなり、外気切換基準湿度ＨＯ以上（ＨＯ≦ＨＣ）となった場合は、前記内外気切換ダンパを外気モードに切換える構成とされている車両用空調装置を提供する。

このように構成される車両用空調装置では、暖房運転時には、空調制御装置によって冷却器が停止させられる。
空調制御装置は、暖房運転時において、車室内湿度検出器によって検出された車室内の湿度が目標湿度を下回った場合には、内外気切換ダンパの動作を制御して、内気取入口の開度を増加させる。
これにより、車両用空調装置から車室内に供給される空調空気のうち、内気取入口から空調空気流路内に取り入れられた車室内雰囲気（内気）の占める割合が増加する。すると、車室内雰囲気の水分の車室外への排出量が低減されるとともに、乗員が発する水分のうち、車室内に残留する割合が多くなるので、車室内雰囲気の湿度が高められる。
一方、車室内湿度検出器によって検出された車室内の湿度が目標湿度よりも高い場合には、空調制御装置が、内外気切換ダンパの動作を制御して、外気取入口の開度を増加させる。
これにより、車両用空調装置から車室内に供給される空調空気のうち、外気取入口から空調空気流路内に取り入れられた外気の占める割合が増加する。すると、車室内雰囲気の水分の車室外への排出量が増加するとともに、乗員が発する水分のうち、車室内に残留する割合が少なくなるので、車室内雰囲気の湿度が低減される。
すなわち、この車両用空調装置では、暖房運転時における車室内湿度が、常に目標湿度に近付くように制御される。

上記の空調制御装置の動作基準として用いられる目標湿度は、車両の窓ガラスに曇りが発生する車室内の湿度範囲（曇り発生湿度範囲）よりも低い値に設定されている。このため、この車両用空調装置では、暖房運転時における車室内雰囲気が、常に車両の窓ガラスに曇りが発生する湿度範囲よりも低湿度に保たれることになり、窓ガラスの曇りが防止される。
さらに、この車両用空調装置では、ヒータや冷却器等、車両の動力源に負担のかかる装置を用いることなく、内外気切換ダンパの動作を制御することのみによって車室内雰囲気の湿度を目標湿度に保つ構成とされている。このため、この車両用空調装置では、車両の動力源の燃費の悪化を抑えつつ、車室内雰囲気の湿度を適正範囲内に保つことができる。

ここで、空調制御装置は、内気取入口の開度及び外気取入口の開度が連続的もしくは段階的に変化するように内外気切換ダンパの動作を制御する構成としてもよい。
空調制御装置は、車室内温度検出器の検出値及び外気温度検出器の検出値に対応する曇り発生湿度範囲を逐次演算によって求める演算装置を有する構成とされていてもよい。
空調制御装置は、予め求められた複数の条件下での曇り発生湿度範囲の情報が格納された記憶装置を有し、この記憶装置から、車室内温度検出器の検出値及び外気温度検出器の検出値に対応する曇り発生湿度範囲を読み出して、上記の車両内の湿度制御に利用する構成とされていてもよい。
また、曇り発生湿度範囲は、車室内温度検出器の検出値及び外気温度検出器の検出値に加えて、車両の速度（車速）などの他の要素を考慮して求めてもよい。

また、前記空調制御装置は、前記車室内の湿度ＨＣが除湿基準湿度ＨＤ以上（ＨＤ≦ＨＣ）となった場合、除湿モードとすることにより、前記冷却器を動作させて前記空調空気の除湿を行わせ、更に前記車室内の湿度ＨＣが前記除湿基準湿度ＨＤよりも大きい前記除湿レベルの異なる複数の基準湿度以上となる度に、順次除湿能力の高いモードで前記空調空気の除湿を行わせる構成とされていてもよい。
この場合には、暖房運転時に車室内の湿度が目標湿度を超えて曇り発生湿度に近付いた場合には、空調制御装置によって冷却器が動作させられて、空調空気の除湿が行われる。
これにより、乗員から発せられる水分量が多い場合や、車室内温度に比べて外気温度が大幅に低い場合など、空調空気に占める外気の割合の調整のみによっては窓ガラスの曇りを防止することが困難な場合にも、車室内の湿度を速やかに低下させて、窓ガラスの曇りを効果的に防止することができる。

このように構成される車両用空調装置は、動力の利用を最小限にしつつ、車室内の湿度を適正に維持することができる。
このため、この車両用空調装置は、燃料電池自動車や電気自動車など、暖房運転時の動力源の負担を極力低減することが求められる車両に用いられる車両用空調装置としては好適である。

以下に、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態にかかる車両用空調装置１は、図示せぬ車両に搭載されるものであって、下流部を車室内に接続された空調空気流路３と、空調空気流路３内の空調空気を空調空気流路３の上流側から下流側へと送出するブロワ５と、空調空気流路３内の空調空気の冷却や除湿を行う冷却器７と、空調空気流路３内の空調空気を加熱するヒータ９と、車両用空調装置１の動作を制御するメインコントローラ（空調制御装置）１１とを有している。
本実施形態では、車両用空調装置１を、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関（エンジン）を動力源とする車両に搭載した例を示す。

空調空気流路３は、車両に組みこまれるケーシングＣの内部に形成されている。
空調空気流路３の上流側には、車両外の空気を取り込む外気取入口３ａと、車室内の空気を取り込む内気取入口３ｂとが設けられている。また、空調空気流路３の下流側には、車室内の乗員頭部に対向する位置に開口するフェイス吹出口３ｃと、車室内の乗員脚部に対向する位置に開口するフット吹出口３ｄと、車両の窓ガラス内面に対向する位置に開口するデフロスト吹出口３ｅとが設けられている。

空調空気流路３内には、外気取入口３ａの開度及び内気取入口３ｂの開度を制御する内外気切換ダンパ２１が設けられている。
内外気切換ダンパ２１は、空調空気流路３の内壁のうち外気取入口３ａと内気取入口３ｂとの間に位置する部位にヒンジを介して取り付けられて、このヒンジを支点として外気取入口３ａを閉塞する位置と内気取入口３ｂを閉塞する位置との間で変位可能とされたドアと、このドアの位置を調整するアクチュエータとを有している。内外気切換ダンパ２１は、アクチュエータによってドアの位置を調整することで、外気取入口３ａの開度及び内気取入口３ｂの開度を連続的または段階的に調整するものである。

空調空気流路３の下流側には、フェイス吹出口３ｃの開度及びフット吹出口３ｄの開度を制御するフェイス／フットダンパ２３と、デフロスト吹出口３ｅの開度を制御するデフロストダンパ２５が設けられている。
フェイス／フットダンパ２３は、空調空気流路３の内壁のうちフェイス吹出口３ｃとフット吹出口３ｄとの間に位置する部位にヒンジを介して取り付けられて、このヒンジを支点としてフェイス吹出口３ｃを閉塞する位置とフット吹出口３ｄに通じる流路を閉塞する位置との間で変位可能とされたドアと、このドアの位置を調整するアクチュエータとを有している。フェイス／フットダンパ２３は、アクチュエータによってドアの位置を調整することで、フェイス吹出口３ｃの開度及びフット吹出口３ｄの開度を制御するものである。
デフロストダンパ２５は、空調空気流路３の内壁にヒンジを介して取り付けられて、このヒンジを支点としてデフロスト吹出口３ｅを閉塞する位置とデフロスト吹出口３ｅを開放する位置との間で変位可能とされたドアと、このドアの位置を調整するアクチュエータとを有している。デフロストダンパ２５は、アクチュエータによってドアの位置を調整することで、デフロスト吹出口３ｅの開度を制御するものである。

空調空気流路３内において、外気取入口３ａ及び内気取入口３ｂよりも下流側で、かつフェイス吹出口３ｃ、フット吹出口３ｄ、及びデフロスト吹出口３ｅよりも上流側には、ブロワ５、冷却器７、及びヒータ９が、上流側からこの順番で設けられている。
ブロワ５は、図示せぬ電源から送風機電圧コントローラ５ａを介して電力を供給されている。ブロア５は、送風機電圧コントローラ５ａから供給される電圧に応じて送風量が変化する構成とされている。送風機電圧コントローラ５ａは、メインコントローラ１１によってその動作が制御されるようになっている。

本実施形態では、車両には、冷凍サイクル装置３１が設けられており、この冷凍サイクル装置３１を構成するエバポレータが、冷却器７として用いられている。
冷凍サイクル装置３１は、冷媒が循環流通される冷媒流路上に、冷媒流路内に冷媒を圧送するコンプレッサ３１ａと、コンプレッサ３１ａから吐出された冷媒を凝集・液化させるコンデンサ３１ｂと、コンデンサ３１ｂによって液化させられた冷媒を一時的に貯留するレシーバ３１ｃと、コンデンサ３１ｂによって液化された冷媒を膨張・気化させる膨張弁３１ｄと、膨張弁３１ｄで膨張させられて低温となった冷媒と空調空気流路３内の空調空気との間で熱交換を行うエバポレータ（すなわち冷却器７）とを有している。なお、冷凍サイクル装置３１では、冷却器７を通過した冷媒は、コンプレッサ３１ａに送り込まれて、再度冷媒として利用される。

ここで、コンプレッサ３１ａは、車両の動力源によって駆動される構成とされている。コンプレッサ３１ａと動力源の出力軸（回転駆動軸）との間には、クラッチ３１ｅが介装されており、クラッチ３１ｅを操作することによって動力源からコンプレッサ１３ａへの動力の伝達のＯＮ／ＯＦＦが切り換えられるようになっている。
クラッチ３１ｅは、クラッチコントローラ３１ｆによって動作を制御されている。クラッチコントローラ３１ｆは、動力源の動作を制御する動力源制御装置（ECU: Engine Control Unit）３３によってその動作が制御されるようになっている。動力源制御装置３３は、メインコントローラ１１の指示に基づいてクラッチコントローラ３１ｆの動作を制御する構成とされている。

本実施形態では、ヒータ９として、動力源の冷却装置のうち、動力源から回収した熱を放出するラジエータが用いられている。
空調空気流路３のうち、冷却器７とヒータ９との間には、エアミックスダンパ３５が設けられている。エアミックスダンパ３５は、空調空気流路３において上流側から見てヒータ９全体を覆った状態とヒータ９の一部または全体を露出させた状態との間で変位可能なドア３５ａと、このドア３５ａの位置を調整するエアミックスダンパアクチュエータ３５ｂとを有している。
エアミックスダンパ３５は、エアミックスダンパアクチュエータ３５ｂの動作を制御して、ドア３５ａの位置を調整することで、空調空気流路３の上流側に対するヒータ９の露出量を制御するものである。このように空調空気流路３の上流側に対するヒータ９の露出量を制御することで、ヒータ９の下流側に到達した空調空気のうち、ヒータ９を通過した空調空気（ヒータ９に加熱された空気）とヒータ９を迂回した空気（ヒータ９に加熱されなかった空気）との混合割合を制御して、空調空気の温度をコントロールすることができる。ここで、エアミックスダンパ３５の動作制御は、車室内の雰囲気温度がメインコントローラ１１に入力された目標車室内温度に保たれるよう、メインコントローラ１１によって自動的に制御されるようになっている。

車両用空調装置１は、車室内の雰囲気の湿度を検出する車室内湿度センサ４１（車室内湿度検出器）と、車室内の雰囲気の温度を検出する車室内温度センサ４３（車室内温度検出器）と、車室外の雰囲気温度（外気温度）を検出する外気温度センサ４５（外気温度検出器）とを有している。また、車両用空調装置１には、日射量を検出する日射センサ４７と、冷却器７の直後における空調空気の温度を検出する冷却器後方温度センサ４９とが設けられている。
メインコントローラ１１は、動力源制御装置３３から車両の速度情報を受け取る構成とされている。また、車室内には、車内操作パネル５１が設けられており、メインコントローラ１１は、乗員が車内操作パネル５１に入力した各種動作指令（動作のＯＮ／ＯＦＦ指令、車内目標温度設定指令、風量設定指令、動作モードの切換指令等）に基づいて、車両用空調装置１の動作を制御する構成とされている。

このように構成される車両用空調装置１の暖房運転時の動作について、図２のフローチャートに示す。
車両用空調装置１は、暖房運転時の動作モードとして、一般的な車両用空調装置と同様に冷却器７及びヒータ９を用いて車内温度及び車内湿度を制御するオリジナル制御モードと、動力源の発する動力の利用を最小限にしつつ車室内の湿度を適正に維持する省動力モードとを有している。
そこで、暖房運転時には、まず、省動力モードに移行するかどうかが選択される（ステップＳ１）。
この動作モードの選択は、例えば、乗員が車内操作パネル５１を操作することによって行われる。
車両用空調装置１は、省動力モードに移行しない選択が行われると、オリジナル制御モードで動作し（ステップＳ２）、省動力モードに移行する選択が行われると、省動力モードへの移行して（ステップＳ３）、車室内の湿度に応じて、さらに細かい動作モードへの切換を行う。

省動力モード時には、メインコントローラ１１は、車室内温度センサ４３の検出値、外気温度センサ４５の検出値に基づいて、車両の窓ガラスの曇り発生湿度範囲ＨＦを予測（算出）する（ステップＳ４）。本実施形態では、曇り発生湿度範囲ＨＦは、相対湿度で表される。
メインコントローラ１１は、例えば、実験等によって得られた車室内温度及び外気温度と曇り発生湿度範囲ＨＦとの相関関係をあらわす数式（またはテーブル）を格納する記憶装置を有し、この数式（またはテーブル）と、車室内温度センサ４３の検出値及び外気温度センサ４５の検出値とを用いて、実際の曇り発生湿度範囲ＨＦを予測する構成とされる。

ここで、車両の走行中は、窓ガラスに風が当たるため、外気温よりも窓ガラスの温度が低下する。このため、車両の停止時と走行時とでは、曇り発生湿度範囲ＨＦも異なる。なお、車両の走行時における窓ガラスの温度低下量は、窓ガラスに当たる風の強さと相関関係がある。窓ガラスに当たる風の強さは、車速から推測することができる。
そこで、本実施形態では、メインコントローラ１１は、曇り発生湿度範囲ＨＦの予測精度をより高めるために、車速も考慮して曇り発生湿度範囲ＨＦを予測する構成とされている。

曇り発生湿度範囲ＨＦと車速との関係を、図３のグラフに示す。図３のグラフでは、車室内温度を２５°Ｃとした場合の、車両の停止時（アイドリング状態）における曇り発生湿度範囲ＨＦの下限値ＨＦ_０（黒菱形でプロット）、車速が４０ｋｍ／ｈである場合の曇り発生湿度範囲ＨＦの下限値ＨＦ_４０（黒四角でプロット）、車速が１００ｋｍ／ｈである場合の曇り発生湿度範囲ＨＦの下限値ＨＦ_１００（黒三角でプロット）を例示した。図３から分かるように、曇り発生湿度範囲ＨＦは、車速が上がるにつれて下限値が低下してゆく。

次に、メインコントローラ１１は、車室内の目標湿度ＨＴを決定する（ステップＳ４）。ここで、目標湿度ＨＴは、曇り発生湿度範囲ＨＦよりも低い範囲内で、乗員が最も快適と感じる値に設定される。また、本実施形態では、目標湿度ＨＴは相対湿度で表される。
メインコントローラ１１は、例えば、実験等によって得られた車室内温度と乗員が最も快適と感じる湿度との相関関係をあらわす数式（またはテーブル）を格納する記憶装置を有し、この数式（またはテーブル）と車室内温度センサ４３の検出値とを用いて、目標湿度ＨＴを予測する構成とされる。
なお、目標湿度ＨＴの決定にあたっては、車室内湿度及び車室内温度に加えて、他のパラメータ（例えば日射センサ４７等によって求められた日射量等）を考慮してもよい。

本実施形態では、メインコントローラ１１は、ステップＳ４において、目標湿度ＨＴだけでなく、省電力モードにおける車両用空調装置１の詳細な動作モードの切換えの基準となる湿度を設定する。
具体的には、メインコントローラ１１は、目標湿度ＨＴに加えて、外気切換基準湿度ＨＯ、除湿基準湿度ＨＤ、除湿能力切換基準湿度ＨＤＣ、デフロスト基準湿度ＨＤＦ、及び風量切換基準湿度ＨＢＵを設定する。これらの値は、車室内温度及び外気温に依存するものである。図３のグラフに、車室内温度が２５°Ｃである場合の外気温と各基準湿度の値との関係を示す。
各基準湿度は相対湿度で表されるものであって、その大きさは、目標湿度ＨＴ＜外気切換基準湿度ＨＯ＜除湿基準湿度ＨＤ＜除湿能力切換基準湿度ＨＤＣ＜デフロスト基準湿度ＨＤＦ＜風量切換基準湿度ＨＢＵとされている。なお、風量切換基準湿度は、曇り発生湿度範囲ＨＦの下限値以下に設定される。

次に、メインコントローラ１１は、車室内湿度センサ４１によって検出された車室内の湿度ＨＣと車室内の目標湿度ＨＴとを比較し、その比較結果に基づいて、最適な動作モードの判定を行う（ステップＳ５）。以下、各動作モードについて説明する。

［加湿モード］
メインコントローラ１１は、車室内の湿度ＨＣが目標湿度ＨＴよりも低い場合（ＨＣ＜ＨＴである場合）には、冷却器７を停止させるとともに、内外気切換ダンパ２１の動作を制御して内気取入口３ｂの開度を増加させる。本実施形態では、加湿モード時には、内気取入口３ｂは全開とされ、外気取入口３ａは全閉とされる。
これにより、車両用空調装置１から車室内に供給される空調空気のうち、内気取入口３ｂから空調空気流路３内に取り入れられた車室内雰囲気（内気）の占める割合が増加する。すると、車室内雰囲気の水分の車室外への排出量が低減されるとともに、乗員が発する水分のうち、車室内に残留する割合が多くなるので、車室内雰囲気の湿度が高められる。

メインコントローラ１１は、車室内の湿度ＨＣが目標湿度ＨＴよりも高い場合（ＨＴ＜ＨＣである場合）には、車室内の湿度ＨＣと目標湿度ＨＴとの差の大きさに応じた動作モードに移行する。以下、各動作モードについて具体的に説明する。
［半内気モード］
メインコントローラ１１は、ＨＴ＜ＨＣ＜ＨＯである場合には、内外気切換ダンパ２１の動作を制御して外気取入口３ａの開度を加湿モード時よりも増加させる（半内気モード）。
これにより、車両用空調装置１から車室内に供給される空調空気のうち、外気取入口３ａから空調空気流路３内に取り入れられた外気の占める割合が増加する。すると、車室内雰囲気の水分の車室外への排出量が増加するとともに、乗員が発する水分のうち、車室内に残留する割合が少なくなるので、車室内雰囲気の湿度が低減される。
［外気モード］
メインコントローラ１１は、ＨＯ≦ＨＣ＜ＨＤである場合には、内外気切換ダンパ２１の動作を制御して外気取入口３ａの開度を半内気モード時よりも増加させる（外気モード）。本実施形態では、外気モード時には、外気取入口３ａは全開とされ、内気取入口３ｂは全閉とされる。
これにより、車両用空調装置１から車室内に供給される空調空気が全て外気に占められるので、車室内雰囲気の水分の車室外への排出量が半内気モード時よりも増加するとともに、乗員が発する水分のうち、車室内に残留する割合が半内気モード時よりも少なくなるので、車室内雰囲気の湿度がより効果的に低減される。

［除湿モード］
メインコントローラ１１は、ＨＤ≦ＨＣ＜ＨＤＣである場合には、内外気切換ダンパ２１の動作を制御して外気取入口３ａの開度を増加させるとともに、冷却器７を最大能力よりも低い能力で動作させて、空調空気の除湿を行う（中度除湿モード）。本実施形態では、除湿モード時には、外気取入口３ａは全開とされ、内気取入口３ｂは全閉とされる。
これにより、車室内雰囲気の湿度を、外気モード時よりも速やかに低減することができる。
本実施形態では、車室内湿度が大幅に変動した場合にも、車室内湿度が曇り発生湿度範囲ＨＦに達する前に、後述する強除湿モード、デフロストモード、風量増加モードでの除湿期間を十分確保して、窓ガラスの曇りを防止することができるよう、除湿基準湿度ＨＤの値は、曇り発生湿度範囲ＨＦの下限値に対して相対湿度で１０％低い値に設定される。
［強除湿モード］
メインコントローラ１１は、ＨＤＣ≦ＨＣ＜ＨＤＦである場合には、内外気切換ダンパ２１の動作を制御して外気取入口３ａの開度を増加させるとともに、冷却器７を中度除湿モード時よりも高い能力で動作させて、空調空気の除湿を行う（強除湿モード）。本実施形態では、強除湿モード時には、外気取入口３ａは全開とされ、内気取入口３ｂは全閉とされる。
これにより、車室内雰囲気の湿度を、除湿モード時よりも速やかに低減することができる。

［デフロストモード］
メインコントローラ１１は、ＨＤＦ≦ＨＣ＜ＨＢＵである場合には、内外気切換ダンパ２１の動作を制御して外気取入口３ａを全開、内気取入口３ｂを全閉とし、冷却器７を強除湿モード時以上の能力で動作させるとともに、デフロストダンパ２５が開かれる（デフロストモード）。本実施形態では、デフロストモード時には、外気取入口３ａは全開とされ、内気取入口３ｂは全閉とされるとともに、デフロストダンパ２５が全開とされる。
これにより、車両の窓ガラス内面に乾燥した空調空気が吹き付けられることになり、車両の窓ガラスの曇りが防止される。
［風量増加モード］
メインコントローラ１１は、ＨＢＵ≦ＨＣである場合には、内外気切換ダンパ２１の動作を制御して外気取入口３ａを全開、内気取入口３ｂを全閉とし、冷却器７を強除湿モード時以上の能力で動作させ、デフロストダンパ２５が開かれるとともに、ブロワ５の風量が増加させられる（風量増加モード）。本実施形態では、風量増加モード時には、外気取入口３ａは全開とされ、内気取入口３ｂは全閉とされるとともに、デフロストダンパ２５が全開とされる。
これにより、車室内雰囲気の湿度を、強除湿モード時よりも速やかに低減することができる。

ここで、メインコントローラ１１は、車室内の湿度ＨＣが上昇傾向にある場合と下降傾向にある場合とのうちのいずれか一方では、上記動作モードの判定基準となる基準湿度に所定のオフセット量を与える構成とされている。各基準湿度の値に与えるオフセット量は、各基準湿度ごとに異なっていてもよい
本実施形態では、メインコントローラ１１は、図４に示すように、車室内の湿度ＨＣが上昇傾向にある場合は各基準湿度に基づいて動作モードの判定を行い、車室内の湿度ＨＣが下降傾向にある過程では、各基準湿度の値に負のオフセット量Ｄを加えた値に基づいて動作モードの判定が行われる。
例えば、外気モード時（ＨＯ＜ＨＣ＜ＨＤである場合）に、車室内の湿度ＨＣがさらに上昇した場合には、車室内の湿度ＨＣが除湿基準湿度ＨＤに到達した時点で、動作モードが除湿モードに切り換えられる。一方、除湿モード時（ＨＤ≦ＨＣ＜ＨＤＣである場合）に、車室内の湿度ＨＣがさらに低下した場合には、車室内の湿度ＨＣが除湿基準湿度ＨＤを下回ってもすぐに動作モードの切換は行われず、車室内の湿度ＨＣが除湿基準湿度ＨＤよりもＤだけ低い値（すなわちＨＣ＝ＨＤ−Ｄ）となった時点で、動作モードが外気モードに切り換えられる。
これにより、車室内の湿度ＨＣが基準湿度をまたいで僅かな量だけ変動した場合にも、動作モードの切換が行われないので、乗員に不快感を与えずに済む。特に、外気モードと除湿モードとの切換の際には、冷却器７のＯＮ／ＯＦＦの切換（すなわちコンプレッサ３１ａのＯＮ／ＯＦＦの切換）が行われるが、車室内の湿度ＨＣが除湿基準湿度ＨＤをまたいで僅かな量だけ変動した場合にも、外気モードと除湿モードとの切換が行われず、コンプレッサ３１ａのＯＮ／ＯＦＦの切換が行われないので、乗員に不快感を与えずに済む。

このように構成される車両用空調装置１では、暖房運転時に、車室内湿度ＨＣが目標湿度ＨＴに近い場合には、ヒータ９や冷却器７等、車両の動力源に負担のかかる装置を用いることなく、内外気切換ダンパ２１の動作を制御することのみによって車室内雰囲気の湿度を目標湿度に保つことができる。
このため、この車両用空調装置１では、車両の動力源の燃費の悪化を抑えつつ、車室内雰囲気の湿度を適正範囲内に保つことができる。すなわち、この車両用空調装置１は、燃料電池自動車や電気自動車など、暖房運転時の動力源の負担を極力低減することが求められる車両に用いられる車両用空調装置としては好適である。
さらに、目標湿度ＨＴは、曇り発生湿度範囲ＨＦよりも低い値に設定されているので、この車両用空調装置１では、暖房運転時における車室内雰囲気が、常に車両の窓ガラスに曇りが発生する湿度範囲よりも低湿度に保たれることになり、窓ガラスの曇りが防止される。

また、この車両用空調装置１では、車室内湿度ＨＣが曇り発生湿度範囲ＨＦに近い場合には、冷却器７が駆動させられて、車室内の除湿が行われる。
これにより、雨天時など乗員から発せられる水分量が多い場合や、車室内温度に比べて外気温度が大幅に低い場合など、空調空気に占める外気の割合の調整のみによっては車室内の湿度の制御が困難な場合にも、車室内の湿度を速やかに低下させて、窓ガラスの曇りを効果的に防止することができる。

上記実施形態では、車両用空調装置１を、加湿モード時には内外気切換ダンパ２１の動作を制御して、内気取入口３ｂの開度を増加させる構成とした例を示した。しかし、これに限らず、車両用空調装置１は、さらに加湿器を備えるとともに、内気モード時には、メインコントローラ１１が加湿器を作動させて車室内の加湿を行う構成としてもよい。

本発明の一実施形態にかかる車両用空調装置を示すブロック図である。本発明の一実施形態にかかる車両用空調装置の動作を示すフローチャートである。本発明の一実施形態にかかる車両用空調装置の制御の切換条件を示すグラフである。本発明の一実施形態にかかる車両用空調装置の制御の切換条件を示す図である。

符号の説明

１車両用空調装置
３空調空気流路
３ａ外気取入口
３ｂ内気取入口
５ブロワ
７冷却器
９ヒータ
１１メインコントローラ（空調制御装置）
２１内外気切換ダンパ
４１車室内湿度センサ（車室内湿度検出器）
４３車室内温度センサ（車室内温度検出器）
４５外気温度センサ（外気温度検出器）

Claims

下流部を車室内に接続された空調空気流路と、
該空調空気流路内の空調空気を前記空調空気流路の上流側から下流側へと送出するブロワと、
前記空調空気流路内の前記空調空気を冷却する冷却器と、
前記空調空気流路内の前記空調空気を加熱するヒータとを有し、
前記空調空気流路の上流側には、車両外の空気を取り込む外気取入口と、
前記車室内の空気を取り込む内気取入口とが設けられ、
前記外気取入口の開度及び前記内気取入口の開度を制御する内外気切換ダンパと、
該内外気切換ダンパの動作及び前記冷却器の動作を制御する空調制御装置とを有する車両用空調装置において、
前記車室内の雰囲気の湿度を検出する車室内湿度検出器と、
前記車室内の雰囲気の温度を検出する車室内温度検出器と、
前記車室外の雰囲気温度を検出する外気温度検出器とが設けられ、
前記空調制御装置は、予め設定されている数式と車室内温度検出器及び外気温度検出器の検出値に基づいて曇り発生湿度範囲ＨＦを予測するとともに、予め設定されている数式と車室内湿度検出器の検出値を用いて、前記曇り発生湿度範囲ＨＦよりも低い値とされる車室内目標湿度ＨＴを決定することに加え、順次基準値が大きくされている外気切換基準湿度ＨＯ、除湿基準湿度ＨＤ及び除湿レベルの異なる複数の基準湿度が設定されており、
暖房運転時、前記冷却器を停止させた状態で運転するとともに、前記車室内湿度検出器によって検出された前記車室内の湿度ＨＣと前記車室内の目標湿度ＨＴとを比較し、前記車室内の湿度ＨＣが前記目標湿度ＨＴよりも低い場合（ＨＣ＜ＨＴ）には、前記内外気切換ダンパの動作を制御して前記内気取入口の開度を増加させて加湿モードとし、
前記車室内の湿度ＨＣが前記目標湿度ＨＴよりも高い、ＨＴ＜ＨＣ＜ＨＯの場合は、前記内外気切換ダンパの動作を制御して前記外気取入口の開度を前記加湿モードよりも増加させて半内気モードとし、
前記車室内の湿度ＨＣが更に高くなり、外気切換基準湿度ＨＯ以上（ＨＯ≦ＨＣ）となった場合は、前記内外気切換ダンパを外気モードに切換える構成とされている車両用空調装置。
前記空調制御装置は、前記車室内の湿度ＨＣが除湿基準湿度ＨＤ以上（ＨＤ≦ＨＣ）となった場合、除湿モードとすることにより、前記冷却器を動作させて前記空調空気の除湿を行わせ、更に前記車室内の湿度ＨＣが前記除湿基準湿度ＨＤよりも大きい前記除湿レベルの異なる複数の基準湿度以上となる度に、順次除湿能力の高いモードで前記空調空気の除湿を行わせる構成とされている請求項１に記載の車両用空調装置。