JP5972084B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

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するものである。

一般に、例えば内燃機関を備えた車両では、内燃機関の冷却水を循環させて空調用空気を加熱するように構成された車両用空調装置が搭載されているが、内燃機関を備えていない車両、例えば電気自動車では、複数のＰＴＣ素子を有する電気式ヒータにより空調用空気を加熱する車両用空調装置が搭載されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の空調装置では、空調用空気が導入されるケーシング内に電気式ヒータが配設されており、さらに、電気式ヒータの空気流れ方向下流側には、外部電源の供給によって蓄熱する蓄熱装置が配設されている。そして、乗員による温度調節レバーの操作に応じて電気式ヒータの暖房能力を変更し、また、電気式ヒータの空気流れ方向下流側の温度が所定値まで上昇すると電気式ヒータへの電力供給を遮断して過熱を防止するようにしている。この特許文献１の空調装置では、蓄熱装置を備えていることで電気式ヒータへの電力供給が遮断されても蓄熱装置からの放熱によって吹出空気の急な温度低下を抑制することが可能になっている。

特開平９−８６１４８号公報

ところで、ＰＴＣ素子は、それ自体の温度が低い状態で電力を供給すると、供給し始めた直後の電流値（突入電流値）が大きくなり、その後、ＰＴＣ素子自体の温度上昇に伴って電流値が低下するという性質を持っている。

特許文献１の電気式ヒータのように複数のＰＴＣ素子を有している場合、例えばＰＴＣ素子が第１〜第３ＰＴＣ素子の３つであれば、電気式ヒータ全体として見たときの突入電流値を低減するためには、第１ＰＴＣ素子、第２ＰＴＣ素子、第３ＰＴＣ素子の順に時間的に間隔をあけて電力を供給することが考えられる。これにより、第１ＰＴＣ素子の温度上昇に伴う電流値低下が起こってから第２ＰＴＣ素子に電力を供給し、また、第２ＰＴＣ素子の電流値低下が起こってから第３ＰＴＣ素子に電力を供給することができるので、電気式ヒータ全体として見たときに最大電流値を低下させることができ、ひいては回路設計が容易に行えるようになる。

しかしながら、例えば冬季に車両を長時間放置していた場合のように大きな暖房立ち上げ能力が要求されることがある。このような場合に、複数のＰＴＣ素子に順に電力を供給するようにしていると、暖房立ち上げ能力が低下してしまい、乗員の快適性を確保できない恐れがある。

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、電力を供給することによって発熱する複数の発熱素子を用いて車室の暖房を行うようにする場合に、最大電流値を低下させて回路設計を容易にしながら、暖房立ち上げ時の乗員の快適性を高めることにある。

上記目的を達成するために、本発明では、発熱素子に電力を供給するタイミングを電気式ヒータの温度に基づいて設定するようにした。

第１の発明は、電流を流すことによって発熱する第１発熱素子及び第２発熱素子を有する電気式ヒータと、
上記電気式ヒータの第１発熱素子に電力を供給して所定の遅れ時間が経過した後に、上記第２発熱素子に電力を供給するように構成された制御装置とを備えた車両用空調装置において、
上記電気式ヒータの温度状態を得る温度状態検出センサを備え、
上記制御装置は、上記温度状態検出センサで得られた上記電気式ヒータの温度状態に基づいて上記遅れ時間を設定する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、電気式ヒータの温度が低い場合に遅れ時間を長くすることで、第１発熱素子の電流値が低下した後に、第２発熱素子に電力を供給することが可能になる。これにより、電気式ヒータの最大電流値が低下する。

一方、電気式ヒータの温度が高い場合には第１発熱素子の電流値が低下しており、この場合に遅れ時間を短くすることで、第２発熱素子に電力を早く供給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、
上記制御装置は、上記電気式ヒータの温度が高いほど遅れ時間を短くする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、電気式ヒータの温度が高い場合には第１発熱素子の電流値が低下しており、この場合には、遅れ時間を短くして第２発熱素子に電力を早く供給しても電気式ヒータの最大電流値を低下することが可能になる。

第３の発明は、第１の発明において、
上記電気式ヒータは、第３発熱素子を有し、
上記制御装置は、上記電気式ヒータの第１発熱素子に電力を供給して所定の第１遅れ時間が経過した後に、上記第２発熱素子に電力を供給し、該第２発熱素子に電力を供給して所定の第２遅れ時間が経過した後に、上記第３発熱素子に電力を供給するように構成され、上記第２遅れ時間を上記第１遅れ時間よりも短く設定することを特徴とするものである。

この構成によれば、第１発熱素子及び第２発熱素子に電力を供給すると、第３発熱素子に電力を供給していなくても第１発熱素子及び第２発熱素子の熱が第３発熱素子に伝達して第３発熱素子の温度が上昇する。従って、第３発熱素子に電力を供給するタイミングを設定する第２遅れ時間を相対的に短くして暖房立ち上げ能力の向上を図った場合にも、第３発熱素子の突入電流値は低く抑えることが可能になる。

第４の発明は、第１の発明において、
上記温度状態検出センサは、上記第１発熱素子の温度状態を得る第１温度センサと、上記第２発熱素子の温度状態を得る第２温度センサとを有し、
上記制御装置は、上記第１温度センサ及び上記第２温度センサで得られた上記第１発熱素子及び上記第２発熱素子の温度状態に基づいて遅れ時間を設定することを特徴とするものである。

この構成によれば、第１発熱素子及び第２発熱素子の温度状態を個別に得ることで、各発熱素子の温度状態を考慮した最適な遅れ時間を設定することが可能になる。

第５の発明は、第４の発明において、
上記制御装置は、上記第１温度センサ及び上記第２温度センサで得られた上記第１発熱素子及び上記第２発熱素子の温度変化に基づいて遅れ時間を設定することを特徴とするものである。

この構成によれば、第１温度センサ及び第２温度センサで得られた温度の上昇速度が速い場合には第２発熱素子の温度が上昇し易い状態であり、この場合に遅れ時間を短くすることで、第２発熱素子の突入電流値を低く抑えながら、第２発熱素子に電力を早く供給することが可能になる。

第６の発明は、第５の発明において、
上記制御装置は、上記第１温度センサ及び上記第２温度センサで得られた上記第１発熱素子及び上記第２発熱素子の温度の上昇速度が速いほど遅れ時間を短く設定することを特徴とするものである。

この構成によれば、第２発熱素子の突入電流値を低く抑えながら、第２発熱素子に電力を早く供給することが可能になる。

第７の発明は、第１の発明において、
上記電気式ヒータの空気流れ方向下流側に設けられ、該電気式ヒータを通過した空気の温度を得る空気温度センサによって上記温度状態検出センサが構成され、
上記制御装置は、上記空気温度センサで得られた温度に基づいて遅れ時間を設定することを特徴とするものである。

この構成によれば、吹出空気の温度調整にも利用可能な空気温度センサを利用して遅れ時間を設定することで、電気式ヒータに温度センサを別途設ける場合に比べて低コスト化を図ることが可能になる。

第８の発明は、第７の発明において、
上記制御装置は、上記空気温度センサで得られた温度変化に基づいて遅れ時間を設定することを特徴とするものである。

この構成によれば、空気温度センサで得られた温度の上昇速度が速い場合には第２発熱素子の温度が上昇し易い状態であり、この場合に遅れ時間を短くすることで、第２発熱素子の突入電流値を低く抑えながら、第２発熱素子に電力を早く供給することが可能になる。

第９の発明は、第８の発明において、
上記制御装置は、上記空気温度センサで得られた温度の上昇速度が速いほど遅れ時間を短く設定することを特徴とするものである。

この構成によれば、第２発熱素子の突入電流値は低く抑えながら、第２発熱素子に電力を早く供給することが可能になる。

第１０の発明は、第１の発明において、
上記電気式ヒータに空調用空気を送風する送風機を備え、
上記電気式ヒータの空気流れ方向下流側に設けられ、該電気式ヒータを通過した空気の温度を得る空気温度センサによって上記温度状態検出センサが構成され、
上記制御装置は、上記電気式ヒータに電力を供給する前に上記送風機を作動させ、該送風機の作動後に上記空気温度センサで得られた温度に基づいて遅れ時間を設定することを特徴とするものである。

この構成によれば、電気式ヒータに電力を供給する前に送風機を作動させ、その後、電気式ヒータに電力を供給することで、空気温度センサで得られる温度は次第に上昇していく。したがって、空気温度センサによって電気式ヒータの温度が得られる。この空気温度センサによって得られた温度に基づいて遅れ時間を設定することで、遅れ時間を適切に設定することが可能になる。

第１１の発明は、第１の発明において、
上記電気式ヒータを通過する前の空気の温度を検出する上流側温度センサを備え、
上記制御装置は、上記上流側温度センサで得られた温度に基づいて遅れ時間を設定することを特徴とするものである。

この構成によれば、上流側温度センサで検出された温度が高い場合には電気式ヒータの温度が上昇し易い状況であるので、この場合に遅れ時間を短くすることで、第２発熱素子に電力を早く供給することが可能になる。

一方、上流側温度センサで検出された温度が低い場合には電気式ヒータの温度が上昇しにくい状況であるので、この場合に遅れ時間を長くすることで、第２発熱素子の突入電流値を低く抑えることが可能になる。

第１２の発明は、第１１の発明において、
上記制御装置は、上記上流側温度センサで得られた温度が高いほど遅れ時間を短くすることを特徴とするものである。

この構成によれば、第２発熱素子の突入電流値は低く抑えながら、第２発熱素子に電力を早く供給することが可能になる。

第１３の発明は、第１１または１２の発明において、
上記電気式ヒータの空気流れ上流側に設けられ、空調用空気を冷却する冷却用熱交換器を備え、
上記上流側温度センサは、上記冷却用熱交換器を通過した空気の温度を検出する冷却用熱交換器温度センサで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、冷却用熱交換器温度センサを利用して遅れ時間を変更することが可能になる。これにより、遅れ時間を変更するために専用の上流側温度センサを設ける必要がなくなる。

第１の発明によれば、第１発熱素子に電力を供給してから第２発熱素子に電力を供給するまでの遅れ時間を、電気式ヒータの温度に基づいて設定するようにしたので、最大電流値を低下させて回路設計を容易にできるとともに、暖房立ち上げ時には高い暖房能力を得て乗員の快適性を向上できる。

第２の発明によれば、電気式ヒータの温度が高いほど遅れ時間を短くすることで、最大電流値を低下させながら、暖房立ち上げ時に高い暖房能力を得ることができる。

第３の発明によれば、第１発熱素子、第２発熱素子、第３発熱素子の順に電力の供給を開始する場合に、第１発熱素子に電力を供給してから第２発熱素子に電力を供給するまでの時間に比べて、第２発熱素子に電力を供給してから第３発熱素子に電力を供給するまでの時間を短くしているので、最大電流値を抑制しながら、暖房立ち上げ時に高い暖房能力を得ることができる。

第４の発明によれば、第１発熱素子の温度状態と第２発熱素子の温度状態とを用いて遅れ時間を設定するようにしたので、各発熱素子の温度状態を考慮した遅れ時間とすることができ、暖房立ち上げ時に高い暖房能力を得ることができる。

第５の発明によれば、第１発熱素子及び第２発熱素子の温度変化に基づいて遅れ時間を設定することができるので、第２発熱素子の突入電流値を低く抑えながら、第２発熱素子に電力を早く供給して暖房立ち上げ時に高い暖房能力を得ることができる。

第６の発明によれば、第１発熱素子及び第２発熱素子の温度の上昇速度が早いほど遅れ時間を短く設定するようにしたので、第２発熱素子に電力を早く供給して暖房立ち上げ時に高い暖房能力を得ることができる。

第７の発明によれば、電気式ヒータを通過した空気の温度を得る空気温度センサで得られた温度に基づいて遅れ時間を設定するようにしたので、電気式ヒータに温度センサを別途設ける場合に比べて低コスト化を図ることができる。

第８の発明によれば、第１発熱素子及び第２発熱素子の温度変化に基づいて遅れ時間を設定することができるので、第２発熱素子の突入電流値を低く抑えながら、第２発熱素子に電力を早く供給して暖房立ち上げ時に高い暖房能力を得ることができる。

第９の発明によれば、第１発熱素子及び第２発熱素子の温度の上昇速度が早いほど遅れ時間を短く設定することで、第２発熱素子に電力を早く供給して暖房立ち上げ時に高い暖房能力を得ることができる。

第１０の発明によれば、電気式ヒータに電力を供給する前に送風機を作動させ、該送風機の作動後に空気温度センサで得られた温度に基づいて遅れ時間を設定するようにしたので、電気式ヒータの温度の推定結果が正確なものとなり、よって遅れ時間を適切な長さにすることができる。

第１１の発明によれば、電気式ヒータを通過する前の空気の温度に応じた遅れ時間とすることができるので、最大電流値を低下させることができるとともに、暖房立ち上げ時には高い暖房能力を得ることができる。

第１２の発明によれば、上流側温度センサで得られた温度が高いほど遅れ時間を短くするようにしたので、最大電流値を低下させることができるとともに、暖房立ち上げ時には高い暖房能力を得ることができる。

第１３の発明によれば、冷却用熱交換器温度センサで上流側温度センサを構成したので、コスト高を抑制しながら遅れ時間を適切に変更することができる。

本発明の実施形態に係る車両用空調装置の概略構造を示す図である。 車両用制御装置のブロック図である。 電気式ヒータの斜視図である。 制御装置による制御のフローチャートである。 電気式ヒータの電流値の変化と時間との関係を示すグラフである。

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の概略構造を示す図である。この車両用空調装置１は、例えば自動車等の車両に搭載されるものであり、車室内または車室外の空気を導入して所望温度の空調風を生成した後、車室の各部に供給することができるようになっている。

尚、この空調装置１が搭載される車両は、走行用モータ（図示せず）とバッテリＢとを備えた電気自動車である。

車両用空調装置１は、室外ユニット２と、室内ユニット３と、室外ユニット２及び室内ユニット３を制御する制御装置４とを備えている。室外ユニット２は、例えば走行用モータが搭載されるモータルームに配設されており、冷凍サイクル装置の構成要素である凝縮器１０及び電動コンプレッサ１１と、凝縮器１０に空気を送る送風機１２とを備えている。電動コンプレッサ１１は、制御装置４によってＯＮ及びＯＦＦの切替と、回転数の変更とが行われる。電動コンプレッサ１１にはバッテリＢから電力が供給される。

室内ユニット３は、ケーシング２０と、ケーシング２０の内部に収容される送風機２１と、エバポレータ（冷却用熱交換器）２２と、電気式ヒータ２３と、内外気切替ダンパ２４と、エアミックスダンパ２５と、吹出方向切替ダンパ２６とを備えている。

ケーシング２０の内部には空気通路が形成されている。ケーシング２０の空気流れ方向上流側には、内外気切替部３０が設けられている。内外気切替部３０には、車室内の空気をケーシング２０の内部に導入するための内気取入口３１と、車室外の空気をケーシング２０の内部に導入するための外気取入口３２とが形成されている。

上記内外気切替ダンパ２４は、内外気切替部３０の内部に配設されており、内気取入口３１と外気取入口３２との一方を開放し、他方を閉塞するように構成されている。

送風機２１は、ケーシング２０の内部において内外気切替ダンパ２４よりも下流側に配置されている。送風機２１は、ブロアモータ２８により回転駆動される。ブロアモータ２８は、制御装置４によってＯＮ及びＯＦＦの切替と、回転数の変更（送風量の変更）とが行われる。

ケーシング２０の内部には、該ケーシング２０の内部に導入された空調用空気を冷却するための冷却通路Ｒ１と、空調用空気を加熱するための加熱通路Ｒ２と、空調用空気が該加熱通路Ｒ２をバイパスして流れるバイパス通路Ｒ３と、加熱通路Ｒ２及びバイパス通路Ｒ３を流れた空気を混合させるエアミックス空間Ｒ４とが形成されている。

詳しくは、冷却通路Ｒ１は送風機２１よりも空気流れ方向下流側に形成されている。冷却通路Ｒ１の下流側は２つに分岐しており、そのうちの一方に加熱通路Ｒ２の上流側が接続され、他方にバイパス通路Ｒ３の上流側が接続されている。また、加熱通路Ｒ２の下流側及びバイパス通路Ｒ３の下流側がエアミックス空間Ｒ４に接続されている。さらに、エアミックス空間Ｒ４の下流側は３つに分岐しており、デフロスタ吹出口３３、ベント吹出口３４、ヒート吹出口３５に接続されている。

上記エバポレータ２２は、冷却通路Ｒ１に配置されている。ケーシング２０に導入された空調用空気の全量がエバポレータ２２を通過する。エバポレータ２２は、冷凍サイクル装置の構成要素としての蒸発器である。また、このエバポレータ２２には、膨張弁装置３７が設けられており、凝縮器１０から排出された冷媒は膨張弁装置３７を通過して減圧されてからエバポレータ２２に流入するようになっている。エバポレータ２２を循環した冷媒は電動コンプレッサ１１に吸入される。

エバポレータ２２には、該エバポレータ２２の表面温度を検出するためのエバポレータセンサとしてのエバセンサ（上流側温度センサ）４０が設けられている。図２にも示すように、エバセンサ４０は、制御装置４に接続されており、検出した温度を制御装置４に対して出力するようになっている。

電気式ヒータ２３は、図３に示すように、第１〜第６発熱ユニット５１〜５６と、多数のフィン５７と、電極ホルダ５８とを備えている。第１〜第６発熱ユニット５１〜５６は、電気式ヒータ２３の幅方向に順に並んでおり、これら第１〜第６発熱ユニット５１〜５６の間にフィン５７が配設されており、空調用空気が通過するようになっている。

第１〜第６発熱ユニット５１〜５６は同じものであり、発熱量もほぼ同じである。各ユニット５１〜５６の内部には、電力を流すことによって発熱するＰＴＣ素子が設けられている。

第１〜第６発熱ユニット５１〜５６は３つのグループに分けられている。すなわち、第１及び第２発熱ユニット５１，５２には、第１陽極側電極５８ａと、陰極側電極５８ｄとが接続されている。また、第３及び第４発熱ユニット５３，５４には、第２陽極側電極５８ｂと、陰極側電極５８ｄとが接続されている。さらに、第５及び第６発熱ユニット５５，５６には、第３陽極側電極５８ｃと、陰極側電極５８ｄとが接続されている。

第１及び第２発熱ユニット５１，５２のＰＴＣ素子は、本発明の第１発熱素子５１ａ，５２ａである。第３及び第４発熱ユニット５３，５４のＰＴＣ素子は、本発明の第２発熱素子５３ａ，５４ａである。第５及び第６発熱ユニット５５，５６のＰＴＣ素子は、本発明の第３発熱素子５５ａ，５６ａである。第１発熱素子５１ａ，５２ａ、第２発熱素子５３ａ，５４ａ及び第３発熱素子５５ａ，５６ａに熱が発生した場合はその熱が他の発熱素子に伝わるようになっている。

第１〜第３陽極側電極５８ａ〜５８ｃ及び陰極側電極５８ｄは制御装置４に接続されており、第１〜第３陽極側電極５８ａ〜５８ｃには独立して電力を供給するようになっている。第１陽極側電極５８ａに電力を供給することで、第１及び第２発熱ユニット５１，５２の第１発熱素子５１ａ，５２ａに電流が流れて該第１発熱素子５１ａ，５２ａが発熱し、また、第１陽極側電極５８ａ及び第２陽極側電極５８ｂに電力を供給することで第１〜第４発熱ユニット５１〜５４の第１及び第２発熱素子５１ａ，５２ａ，５３ａ，５４ａに電流が流れて該発熱素子５１ａ，５２ａ，５３ａ，５４ａが発熱し、また、第１〜第３陽極側電極５８ａ〜５８ｃに電力を供給することで第１〜第６発熱ユニット５１〜５６の第１〜第３発熱素子５１ａ，５２ａ，５３ａ，５４ａ，５５ａ，５６ａに電流が流れて該発熱素子５１ａ，５２ａ，５３ａ，５４ａ，５５ａ，５６ａが発熱する。このように電気式ヒータ２３の暖房能力は、大きく３段階に調節することができる。

図１に示すように、電気式ヒータ２３には、該電気式ヒータ２３に入力する電流値を検出する電流値検出センサ２３ａが設けられている。この電流値検出センサ２３ａは、制御装置４に接続されており、検出した電流値を制御装置４に対して出力するようになっている。

ケーシング２０の内部には、電気式ヒータ２３の第１及び第２発熱ユニット５１，５２の温度（第１発熱素子５１ａ，５２ａの温度状態）を検出する第１温度センサ（温度状態検出センサ）４１と、電気式ヒータ２３の第３及び第４発熱ユニット５３，５４の温度（第２発熱素子５３ａ，５４ａの温度状態）を検出する第２温度センサ（温度状態検出センサ）４２とが配設されている。この第１温度センサ４１及び第２温度センサ４２は、制御装置４に接続されており、検出した温度を制御装置４に対して出力するようになっている。

ケーシング２０の内部には、電気式ヒータ２３よりも空気流れ方向下流側に、電気式ヒータ２３を通過した空気の温度を得る温風センサ（空気温度センサ）４４が配設されている。この温風センサ４４は、温度状態検出センサを構成するものであり、制御装置４に接続され、検出した温度を制御装置４に対して出力するようになっている。温風センサ４４により、電気式ヒータ２３の温度状態を得ることが可能である。

エアミックスダンパ２５は、加熱通路Ｒ２及びバイパス通路Ｒ３の一部である上流端開口を開閉するように構成されている。エアミックスダンパ２５は、空調装置１の構成要素であるアクチュエータ４３により駆動されるようになっている。アクチュエータ４３は制御装置４に接続され、制御装置４から出力される信号によって動作する。

図１に実線で示すように、エアミックスダンパ２５を、加熱通路Ｒ２を全閉にするまで動作させると、冷却通路Ｒ１を流通した空調用空気は全量がバイパス通路Ｒ３を流れてエアミックス空間Ｒ４に流入する。一方、図１に仮想線で示すようにエアミックスダンパ２５を、バイパス通路Ｒ３を全閉にするまで動作させると、冷却通路Ｒ１を流通した空調用空気は全量が加熱通路Ｒ２を流れてエアミックス空間Ｒ４に流入する。このエアミックスダンパ２５の動作により、加熱通路Ｒ２及びバイパス通路Ｒ３の開度を調整してエアミックス空間Ｒ４に流入する冷風量と温風量とが変更される。

この実施形態では、エアミックスダンパ２５の開度を加熱通路Ｒ２の開度で表すこととする。例えば、エアミックスダンパ２５の開度が１００％とは、加熱通路Ｒ２の開度が１００％で、かつ、冷却通路Ｒ１の開度が０％であり、エアミックスダンパ２５の開度が０％とは、加熱通路Ｒ２の開度が０％で、かつ、冷却通路Ｒ１の開度が１００％である。エアミックスダンパ２５の開度は、０％〜１００％の間で任意の値に設定することができるようになっている。

エアミックス空間Ｒ４では、冷風と温風とが混ざり、これにより調和空気が生成される。

エアミックス空間Ｒ４で生成された調和空気は、吹出方向切替ダンパ２６の開閉状態に応じて車室の各部に供給される。このときの吹出モードとしては、例えばデフロスタモードやベントモード、ヒートモード等がある。

また、上記車両には、車室内に配設されて車室内の空気温度を検出する内気温度センサ６０と、車室外に配設されて車室外の空気温度を検出する外気温度センサ６１とが設けられている。内気温度センサ６０及び外気温度センサ６１は、車両用空調装置１の構成要素である。内気温度センサ６０及び外気温度センサ６１は制御装置４に接続されており、検出した温度を制御装置４に対して出力するようになっている。

制御装置４は、冷凍サイクル装置を制御するとともに、送風機２１、電気式ヒータ２３、アクチュエータ４３も制御する。冷凍サイクル装置の制御では、基本的には、空調負荷（冷房負荷）に応じて電動コンプレッサ１１のＯＮ、ＯＦＦの切替と、回転数を制御する。このとき、エバセンサ４０の出力信号からエバポレータ２２の表面温度を得て、これに基づいて電動コンプレッサ１１を制御する。

また、強めの空調が要求される場合にはブロアモータ２８への印加電圧を増大させてブロア２１の回転数を高める。強めの空調が要求されているか否かは、例えば、乗員による設定温度、車室内の空気温度、車室外の空気温度等に基づいて制御装置４が周知の手順に従って判定する。

また、制御装置４は、乗員による設定温度、車室内の空気温度、車室外の空気温度等に基づいてエアミックスダンパ２５の目標開度を演算する。例えば、夏季のように外気温度が高く、かつ、乗員の設定温度が低い場合には、エアミックスダンパ２５の開度を例えば０％〜２０％の範囲にして急速冷房を行い、また、冬季のように外気温度が低く、かつ、乗員の設定温度が高い場合には、エアミックスダンパ２５の開度を例えば８０％〜１００％の範囲にして急速暖房を行う。また、急速暖房や急速冷房が必要ない状況では、エアミックスダンパ２５の開度を２０％〜８０％の範囲にすることで、弱冷房や弱暖房を行う。

また、制御装置４は、基本的には、上記演算したエアミックスダンパ２５の目標開度を得て、該エアミックスダンパ２５の目標開度が暖房側（５０％以上１００％以下）にあるときには冷房側（０％以上５０未満）にあるときに比べて電気式ヒータ２３への電力供給量を多くするようにしている。

制御装置４は、暖房が要求されているときには、電気式ヒータ２３の第１及び第２発熱ユニット５１，５２、第３及び第４発熱ユニット５３，５４、第５及び第６発熱ユニット５５，５６に順に電力を供給する。第１及び第２発熱ユニット５１，５２に電力を供給して所定の第１遅れ時間が経過した後に、第３及び第４発熱ユニット５３，５４に電力を供給する。第３及び第４発熱ユニット５３，５４に電力を供給して所定の第２遅れ時間が経過した後に、第５及び第６発熱ユニット５５，５６に電力を供給する。

また、逆の順で電力の供給を停止して暖房能力を調整するが、空調装置１を停止するときには、第１〜第６発熱ユニット５１〜５６の全てを電力供給を同時に停止する。

制御装置４による電気式ヒータ２３への電力供給のタイミングの決定要領について、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。尚、この制御は、空調装置１が作動を開始した直後からスタートし、空調装置１の作動中は繰り返し行われる。

この制御は空調装置１の運転開始スイッチ等の操作によって開始され、スタート後のステップＳ１では、送風機をＯＮにする。

ステップＳ１に続くステップＳ２では、エバセンサ４０で検出されたエバポレータ２２の表面温度（ＴＥ１）と、温風センサ４４で検出された電気式ヒータ２３通過後の空気の温度（ＴＥ２）とを読み込む。

そして、ステップＳ３に進み、エバポレータ２２の表面温度（ＴＥ１）から電気式ヒータ２３通過後の空気の温度（ＴＥ２）を引いた差温（ＴＥ３）を求め、エバポレータ２２の表面温度（ＴＥ１）と差温（ＴＥ３）とにより、第１遅れ時間（ＴＩ１）を算出する。具体的には、エバポレータ２２の表面温度（ＴＥ１）が低く、差温（ＴＥ３）が約０℃であれば、電気式ヒータ２３の温度が低いということであり、第１遅れ時間（ＴＩ１）を長く設定する。一方、エバポレータ２２の表面温度（ＴＥ１）が低くても、差温（ＴＥ３）の絶対値が大きな値であれば、電気式ヒータ２３の温度が高いということであり、第１遅れ時間（ＴＩ１）を短く設定する。電気式ヒータ２３の温度が高いほど、第１遅れ時間（ＴＩ１）が短くなるようにする。

その後、ステップＳ４に進み、電気式ヒータ２３の第１発熱素子５１ａ，５２ａにＯＮ（電力供給）の要求があるか否かを判定する。これは乗員の空調操作による暖房要求があるか否かによって判定することができる。

ステップＳ４でＮＯと判定されて電気式ヒータ２３の第１発熱素子５１ａ，５２ａにＯＮ要求がない場合には、ステップＳ２に戻る。ステップＳ４でＹＥＳと判定されて電気式ヒータ２３の第１発熱素子５１ａ，５２ａにＯＮ要求がある場合には、ステップＳ５に進んで第１発熱素子５１ａ，５２ａに電力を供給する。

ステップＳ５に続くステップＳ６では、第１発熱素子５１ａ，５２ａに電力を供給してから第１遅れ時間（ＴＩ１）が経過したか否かを判定する。ステップＳ６でＮＯと判定されて第１遅れ時間（ＴＩ１）を経過していない場合には、ステップＳ７に進んで電気式ヒータ２３通過後の空気の温度（ＴＥ２）を読み込む。

ステップＳ７に続くステップＳ８では、電気式ヒータ２３通過後の空気の温度（ＴＥ２）の変化速度に基づいて第１補正遅れ時間（ＴＩ１’）を算出する。電気式ヒータ２３通過後の空気の温度（ＴＥ２）の変化速度が遅ければ、電気式ヒータ２３の温度上昇が遅く、電気式ヒータ２３が未だ低温状態であると考えられるので、第１補正遅れ時間（ＴＩ１’）を長くする。電気式ヒータ２３通過後の空気の温度（ＴＥ２）の変化速度が速ければ、電気式ヒータ２３の温度上昇が速く、電気式ヒータ２３が高温状態であると考えられるので、第１補正遅れ時間（ＴＩ１’）を短くする。

第１補正遅れ時間（ＴＩ１’）を算出した後、ステップＳ９に進んで第１遅れ時間（ＴＩ１）から第１補正遅れ時間（ＴＩ１’）を引き、その結果が０以下であるか否かを判定する。ＹＥＳと判定されて第１補正遅れ時間（ＴＩ１’）が第１遅れ時間（ＴＩ１）よりも長い場合には、ステップＳ１０に進み、電気式ヒータ２３の第２発熱素子５３ａ，５４ａにＯＮの要求があるか否かを判定する。これは乗員による暖房の強弱の要求によって判定することができる。

一方、ステップＳ９においてＮＯと判定されて第１遅れ時間（ＴＩ１）から第１補正遅れ時間（ＴＩ１’）を引いた結果が０よりも大きい場合には、第１遅れ時間（ＴＩ１）が第１補正遅れ時間（ＴＩ１’）よりも長いということであり、ステップＳ１０に進まず、ステップＳ６に戻る。

ステップＳ６でＹＥＳと判定されて第１遅れ時間（ＴＩ１）を経過した場合には、ステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０でＮＯと判定されて電気式ヒータ２３の第２発熱素子５３ａ，５４ａにＯＮ要求がない場合には、ステップＳ６に戻る。ステップＳ１０でＹＥＳと判定されて電気式ヒータ２３の第２発熱素子５３ａ，５４ａにＯＮ要求がある場合には、ステップＳ１１に進んでステップＳ２と同様に、エバポレータ２２の表面温度（ＴＥ１）と電気式ヒータ２３通過後の空気の温度（ＴＥ２）とを読み込む。ステップＳ１２では、ステップＳ３と同様な方法によって第２遅れ時間（ＴＩ２）を算出する。第２遅れ時間（ＴＩ２）は、第１遅れ時間（ＴＩ１）よりも短い時間に設定する。これは、第１遅れ時間（ＴＩ１）が経過する間に第３発熱素子５５ａ，５６ａの温度が上昇して突入電流値が低くなっていると推定されるからである。

ステップＳ１２で第２遅れ時間（ＴＩ２）を算出した後、ステップＳ１３に進み、電気式ヒータ２３の第２発熱素子５３ａ，５４ａに電力を供給する。

ステップＳ１４では、第２発熱素子５３ａ，５４ａに電力を供給してから第２遅れ時間（ＴＩ２）が経過したか否かを判定する。ステップＳ１４でＮＯと判定されて第２遅れ時間（ＴＩ２）を経過していない場合には、ステップＳ１５に進んで電気式ヒータ２３通過後の空気の温度（ＴＥ２）を読み込む。ステップＳ１５に続くステップＳ１６では、電気式ヒータ２３通過後の空気の温度（ＴＥ２）の変化速度に基づいて第２補正遅れ時間（ＴＩ２’）を算出する。電気式ヒータ２３通過後の空気の温度（ＴＥ２）の変化速度が遅ければ、電気式ヒータ２３の温度上昇が遅く、低温状態であると考えられるので、第２補正遅れ時間（ＴＩ２’）を長くする。電気式ヒータ２３通過後の空気の温度（ＴＥ２）の変化速度が速ければ、電気式ヒータ２３の温度上昇が速く、高温状態であると考えられるので、第２補正遅れ時間（ＴＩ２’）を短くする。

第２補正遅れ時間（ＴＩ２’）を算出した後、ステップＳ１７に進んで第２遅れ時間（ＴＩ２）から第２補正遅れ時間（ＴＩ２’）を引き、その結果が０以下であるか否かを判定する。ＹＥＳと判定されて第２補正遅れ時間（ＴＩ２’）が第２遅れ時間（ＴＩ２）よりも長い場合には、ステップＳ１８に進み、電気式ヒータ２３の第３発熱素子５５ａ，５６ａにＯＮの要求があるか否かを判定する。これは乗員による暖房の強弱の要求によって判定することができる。

一方、ステップＳ１７においてＮＯと判定されて第２遅れ時間（ＴＩ２）から第２補正遅れ時間（ＴＩ２’）を引いた結果が０よりも大きい場合には、第２遅れ時間（ＴＩ２）が第２補正遅れ時間（ＴＩ２’）よりも長いということであり、ステップＳ１８に進まず、ステップＳ１４に戻る。

ステップＳ１４でＹＥＳと判定されて第２遅れ時間（ＴＩ２）を経過した場合には、ステップＳ１８に進む。そして、ステップＳ１９では、第３発熱素子５５ａ，５６ａに電力を供給する。

従って、電気式ヒータ２３の第１発熱素子５１ａ，５２ａに電力を供給して第１遅れ時間（ＴＩ１）が経過する間に、第１発熱素子５１ａ，５２ａが発熱して第１発熱素子５１ａ，５２ａの電流値が低下していき、さらに、その第１発熱素子５１ａ，５２ａの熱が第２発熱素子５３ａ，５４ａに伝わって第２発熱素子５３ａ，５４ａの温度が上昇する。図５に電流値と時間との関係を示すように、第２発熱素子５３ａ，５４ａの温度が上昇した状態で、第２発熱素子５３ａ，５４ａに電力を供給するようにしたことで、最大電流値を低く抑えることができる。

一方、ステップＳ９においてＹＥＳと判定された場合のように、電気式ヒータ２３の温度が高くなっていて突入電流値が低いと推定される場合には、第１遅れ時間（ＴＩ１）の経過を待つことなく、早いタイミングで次のステップ（ステップＳ１０以降）に移り、必要に応じて第２発熱素子５３ａ，５４ａに電力を供給することが可能になる。その結果、第２発熱素子５３ａ，５４ａへの電力を供給を早く開始することが可能になる。

これにより、最大電流値を低下させて回路設計を容易にできるとともに、暖房立ち上げ時には高い暖房能力を得て乗員の快適性を向上できる。

また、電気式ヒータ２３の第２発熱素子５３ａ，５４ａに電力を供給した後、第３発熱素子５５ａ，５６ａに電力を供給する場合も同様に、最大電流値を低下させることができるとともに、暖房立ち上げ時には高い暖房能力を得ることができる。

また、上記実施形態では、温風センサ４４で検出した温度に基づいて第１遅れ時間（ＴＩ１）及び第２遅れ時間（ＴＩ２）を設定しているが、これに限らず、第１温度センサ４１及び第２温度センサ４２で検出した第１発熱素子５１ａ，５２ａ及び第２発熱素子５３ａ，５４ａの温度状態に基づいて第１遅れ時間（ＴＩ１）及び第２遅れ時間（ＴＩ２）を設定してもよい。この場合、第１発熱素子５１ａ，５２ａ及び第２発熱素子５３ａ，５４ａの温度が低いほど第１遅れ時間（ＴＩ１）及び第２遅れ時間（ＴＩ２）を長くし、第１発熱素子５１ａ，５２ａ及び第２発熱素子５３ａ，５４ａの温度が高いほど、第１遅れ時間（ＴＩ１）及び第２遅れ時間（ＴＩ２）を短くする。

また、第１発熱素子５１ａ，５２ａ及び第２発熱素子５３ａ，５４ａの温度変化を検出し、温度変化が所定速度よりも速い場合には、第１発熱素子５１ａ，５２ａ及び第２発熱素子５３ａ，５４ａの温度が上昇し易いということであるので、この場合に第１遅れ時間（ＴＩ１）及び第２遅れ時間（ＴＩ２）を短くするようにしてもよい。これにより、突入電流値は低く抑えながら、電力の供給を早めることができる。また、第１発熱素子５１ａ，５２ａ及び第２発熱素子５３ａ，５４ａの温度変化が所定速度よりも遅い場合には、第１発熱素子５１ａ，５２ａ及び第２発熱素子５３ａ，５４ａの温度が上昇しにくいということであるので、第１遅れ時間（ＴＩ１）及び第２遅れ時間（ＴＩ２）を長くする。第１発熱素子５１ａ，５２ａ及び第２発熱素子５３ａ，５４ａの温度状態を個別に得ることで、各発熱素子５１ａ，５２ａ，５３ａ，５４ａの温度を考慮した最適な遅れ時間を設定することが可能になる。

また、制御装置４は、電気式ヒータ２３に電力を供給する前に送風機２１を作動させ、該送風機２１の作動後に温風センサ４４で得られた温度に基づいて遅れ時間を設定するように構成してもよい。この場合、温風センサ４４で得られる温度は次第に上昇していくことになり、これにより、電気式ヒータ３２の温度状態が得られる。この温風センサ４４によって得られた温度に基づいて遅れ時間を設定することで、遅れ時間を適切に設定することが可能になる。

また、制御装置４は、電気式ヒータ２３を通過する前の空気の温度を検出するエバセンサ４０で得られた温度に基づいて遅れ時間を変更するように構成してもよい。エバセンサ４０で検出された温度が高い場合には電気式ヒータ２３の温度が上昇し易い状況であるので、高いほど遅れ時間を短くすることで、電力供給を早くすることが可能になる。

一方、エバセンサ４０で検出された温度が低い場合には電気式ヒータ２３の温度が上昇しにくい状況であるので、この場合に遅れ時間を長くすることで、突入電流値を低く抑えることが可能になる。この電気式ヒータ２３を通過する前の空気の温度を検出するセンサとしてエバセンサ４０を用いているので、遅れ時間を設定するための専用のセンサを用いることなく、低コストで遅れ時間を適切に設定することができる。

尚、上記実施形態では、電気式ヒータ２３の暖房能力を３段階、即ち、最低暖房能力、中間暖房能力、最大暖房能力に変更可能に構成しているが、これに限らず、２段階であってもよいし、４段階以上であってもよい。

また、本発明は、例えば、エンジンと走行用モータとを備えたハイブリッド自動車の空調装置にも適用することができる。

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、電気自動車の空調装置として使用できる。

１ 車両用空調装置
２ 室外ユニット
３ 室内ユニット
４ 制御装置
２０ ケーシング
２１ 送風機
２２ エバポレータ
２３ 電気式ヒータ
４０ エバセンサ（冷却用熱交換器温度センサ）
４１ 第１温度センサ（温度状態検出センサ）
４２ 第２温度センサ（温度状態検出センサ）
４４ 温風センサ（空気温度センサ）
５１ａ、５２ａ 第１発熱素子
５３ａ、５４ａ 第２発熱素子
５５ａ、５６ａ 第３発熱素子

Claims (13)

1. 電流を流すことによって発熱する第１発熱素子及び第２発熱素子を有する電気式ヒータと、
   上記電気式ヒータの第１発熱素子に電力を供給して所定の遅れ時間が経過した後に、上記第２発熱素子に電力を供給するように構成された制御装置とを備えた車両用空調装置において、
   上記電気式ヒータの温度状態を得る温度状態検出センサを備え、
   上記制御装置は、上記温度状態検出センサで得られた上記電気式ヒータの温度状態に基づいて上記遅れ時間を設定する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。
2. 請求項１に記載の車両用空調装置において、
   上記制御装置は、上記電気式ヒータの温度が高いほど遅れ時間を短くする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。
3. 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、第３発熱素子を有し、
   上記制御装置は、上記電気式ヒータの第１発熱素子に電力を供給して所定の第１遅れ時間が経過した後に、上記第２発熱素子に電力を供給し、該第２発熱素子に電力を供給して所定の第２遅れ時間が経過した後に、上記第３発熱素子に電力を供給するように構成され、上記第２遅れ時間を上記第１遅れ時間よりも短く設定することをを特徴とする車両用空調装置。
4. 請求項１に記載の車両用空調装置において、
   上記温度状態検出センサは、上記第１発熱素子の温度状態を得る第１温度センサと、上記第２発熱素子の温度状態を得る第２温度センサとを有し、
   上記制御装置は、上記第１温度センサ及び上記第２温度センサで得られた上記第１発熱素子及び上記第２発熱素子の温度状態に基づいて遅れ時間を設定することを特徴とする車両用空調装置。
5. 請求項４に記載の車両用空調装置において、
   上記制御装置は、上記第１温度センサ及び上記第２温度センサで得られた上記第１発熱素子及び上記第２発熱素子の温度変化に基づいて遅れ時間を設定することを特徴とする車両用空調装置。
6. 請求項５に記載の車両用空調装置において、
   上記制御装置は、上記第１温度センサ及び上記第２温度センサで得られた上記第１発熱素子及び上記第２発熱素子の温度の上昇速度が速いほど遅れ時間を短く設定することを特徴とする車両用空調装置。
7. 請求項１に記載の車両用空調装置において、
   上記電気式ヒータの空気流れ方向下流側に設けられ、該電気式ヒータを通過した空気の温度を得る空気温度センサによって上記温度状態検出センサが構成され、
   上記制御装置は、上記空気温度センサで得られた温度に基づいて遅れ時間を設定することを特徴とする車両用空調装置。
8. 請求項７に記載の車両用空調装置において、
   上記制御装置は、上記空気温度センサで得られた温度変化に基づいて遅れ時間を設定することを特徴とする車両用空調装置。
9. 請求項８に記載の車両用空調装置において、
   上記制御装置は、上記空気温度センサで得られた温度の上昇速度が速いほど遅れ時間を短く設定することを特徴とする車両用空調装置。
10. 請求項１に記載の車両用空調装置において、
    上記電気式ヒータに空調用空気を送風する送風機を備え、
    上記電気式ヒータの空気流れ方向下流側に設けられ、該電気式ヒータを通過した空気の温度を得る空気温度センサによって上記温度状態検出センサが構成され、
    上記制御装置は、上記電気式ヒータに電力を供給する前に上記送風機を作動させ、該送風機の作動後に上記空気温度センサで得られた温度に基づいて遅れ時間を設定することを特徴とする車両用空調装置。
11. 請求項１に記載の車両用空調装置において、
    上記電気式ヒータを通過する前の空気の温度を検出する上流側温度センサを備え、
    上記制御装置は、上記上流側温度センサで得られた温度に基づいて遅れ時間を設定することを特徴とする車両用空調装置。
12. 請求項１１に記載の車両用空調装置において、
    上記制御装置は、上記上流側温度センサで得られた温度が高いほど遅れ時間を短くすることを特徴とする車両用空調装置。
13. 請求項１１または１２に記載の車両用空調装置において、
    上記電気式ヒータの空気流れ上流側に設けられ、空調用空気を冷却する冷却用熱交換器を備え、
    上記上流側温度センサは、上記冷却用熱交換器を通過した空気の温度を検出する冷却用熱交換器温度センサで構成されていることを特徴とする車両用空調装置。

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