JPH10193958A

JPH10193958A - 車両用空気調和装置

Info

Publication number: JPH10193958A
Application number: JP123197A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Haraguchi; 達夫原口
Original assignee: Zexel Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1997-01-08
Filing date: 1997-01-08
Publication date: 1998-07-28
Anticipated expiration: 2017-01-08
Also published as: JP3220402B2

Abstract

(57)【要約】【課題】乗員自身の暑さ寒さの感覚にマッチした空調
をより確実に行なうことができるとともに、乗員の蒸れ
感を解消することができるような車両用空気調和装置を
提供することを目的とする。【解決手段】シート１３の内部の比較的表面側に熱流
量センサ１４を組み込むとともに、シート１３の内部に
ペルチェ素子より構成されたシートヒーター・クーラー
１５を配設し、着座者Ｍからシート１３方向またはシー
ト１３から着座者Ｍ方向に流れる熱流量を測定して、こ
の測定量に応じて車両用空気調和装置を制御するように
したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両用空気調和装
置に関するもので、特に着座者から車両用シート方向ま
たは車両用シートから着座者方向に流れる熱流量に基づ
いて空気調和装置の制御を行なう車両用空気調和装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、車両用空気調和装置は、図８に示
すように、制御装置１により、温度設定器２の設定目標
温度Ｔｚと内気温センサ３の内気温度（雰囲気温度）Ｔ
ｉとを比較し、両者が等しくなるように、アクチュエー
タ４を介してミックスドア５を制御して、冷凍器のエバ
ポレータ（蒸発器）６より送られてくる冷風とヒータコ
ア７による暖風との混合割合を調整し上部吹出し口８ま
たは下部吹出し口９を介して空調空気を車室内に吹出す
ものである。なお、実際は、外気温センサ１０の外気温
度Ｔａと日射センサ１１の日射温度Ｔｓの大きさによ
り、ミックスドア５の制御や、上部吹出し口８または下
部吹出し口９の向きの調整等の補正が加えられるので、
雰囲気温度Ｔｉだけでなく、外気温度Ｔａと日射温度Ｔ
ｓの３つの測定温度に基づく制御がなされる。また、上
記上部吹出し口８，下部吹出し口９は制御装置１によっ
て、アクチュエータ１２を介して、上部（顔部）吹出し
モードまたは下部（足元）吹出しモードに設定される。
このように、車両用空気調和装置においては、内気温セ
ンサ３等の入力温度に基づく通常制御がなされる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記通
常制御により、雰囲気温度Ｔｉが定常状態に近づいて
も、乗員の体温は、図９の冷房時の場合の例に示すよう
に、定常状態になるまでには時間がかかる。その時間差
Ｔは、運動員の着衣の状態や活動状態だけでなく、車両
用座席（以下、シートという）の温度にも依存する。従
来の車両用空気調和装置では、例えば、乗員が運動直後
に着座するとか，比較的厚着で着座するとか，日射のあ
る状況で着座するとか，あるいは黒っぽい衣類を着用し
て着座する等の着座する乗員自身の暑さ寒さの状況や、
冬場にシートが冷えているとか，日射のためシートが暑
くなっている等のシートの状況に応じた空調ができない
という欠点があった。また、例えば、冬場に運動を活発
にした直後シートに着座して運転する場合、空調装置で
急速暖房が行なわれてしまい、乗員の暑さが助長されて
しまったり、あるいは、夏場に冷房した室内に長時間滞
在して体が冷えている時にシートに着座して運転する場
合、空調装置で急速冷房が行なわれてしまい、乗員の寒
さが助長されてしまう等、乗員自身の暑さ寒さの感覚に
必ずしもマッチしたものではなかった。更に、夏場でシ
ートが熱くなっているときや、気候のよい時期や冬場で
も，車室内が暖まって乗員とシートの接触面の温度が高
くなったときには、乗員の背中や臀部が汗ばみ不快な状
態、いわゆる「蒸れ状態」になることがあるが、従来の
車両用空気調和装置では、上記不快な状態を速やかに解
消するような制御を行なうことができなかった。

【０００４】本発明は、従来の問題点に鑑みてなされた
もので、乗員自身の暑さ寒さの感覚にマッチした空調を
行なうとともに、乗員の蒸れ感を解消することができる
ような車両用空気調和装置を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の車両用空気調和装置は、熱流量センサにより、着座者
から車両用シート方向または車両用シートから着座者方
向に流れる熱流量を測定して、この測定量に応じて車両
用空気調和装置を制御するようにしたことを特徴とす
る。

【０００６】本発明の請求項２に記載の車両用空気調和
装置は、熱流量センサを車両用シートの内部の比較的表
面側に組み込んだことを特徴とする。

【０００７】また、本発明の請求項３に記載の車両用空
気調和装置は、車両用シートの内部にペルチェ素子より
構成されたシートヒーター・クーラーを配設し、上記熱
流量センサの出力に基づいて上記シートヒーター・クー
ラーを制御するようにしたことを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て、図面に基づき説明する。なお、以下の説明中、従来
例と共通する部分については同一符号を用いて説明す
る。

【０００９】図１は、本発明の実施の形態に係わる車両
用空気調和装置のブロック構成図で、この車両用空気調
和装置は、車両内の雰囲気温度を設定する温度設定器２
と、雰囲気温度を測定する内気温センサ３と、外気温を
測定する外気温センサ１０と、日射温度を測定する日射
センサ１１と、上記内気温センサ３等の温度データに基
づいて，アクチュエータ４を介して冷凍器のエバポレー
タ６より送られてくる冷風とヒータコア７による暖風と
の混合割合を調整するミックスドア５や，アクチュエー
タ１２を介して上部吹出し口８，下部吹出し口９を制御
する制御装置１とを備えている。また、シート１３の内
部の比較的表面側には、着座した乗員（着座者）とシー
ト１３との間の熱の流れを測定するための熱流量センサ
１４が配設され、シート１３の内部には、ペルチェ素子
より構成されたシートヒーター・クーラー１５が備えら
れている。また、車両用座席（シート）１３の内部の他
の部分には伝熱性のよい素材でできたクッション材１７
が充填されている。なお、シート１３の乗員側と反対側
（シートの裏面側）にはシートヒーター・クーラー１５
の運転時に発生する不用な熱や冷気を車室外に排出する
ための空冷式熱交換器１８とファン１９とが備えられて
いる。上記熱流量センサ１４は、図２に示すように、熱
伝導率の小さな薄い基板２０の表面２０ａ，裏面２０ｂ
に、それぞれＣＡ（クロメル−アルメル）熱電対２１
ａ，２１ｂを配設し、上記熱電対２１ａと熱電対２１ｂ
の出力電圧の差から基板２０の表面２０ａの温度と裏面
２０ｂの温度との温度差ΔＴを算出し、基板２０を流れ
る熱流量Ｑを求めるものである。なお、熱流量Ｑは、基
板２０の熱伝導率をλ，基板厚みをｄとすると、Ｑ＝
（λ／ｄ）・ΔＴにより求められる。なお、上記熱電対
は、上記ＣＡ熱電対に限るものではなく、常温付近で熱
起電力が大きなもの、例えば、ＣＣ（銅−コンスタンタ
ン）熱電対やＦＣ（鉄−コンスタンタン）熱電対でもよ
い。

【００１０】次に、上記構造の車両用空気調和装置の動
作について説明する。車両用空気調和装置における通常
制御は、制御装置１により、温度設定器２の設定目標温
度Ｔｚと内気温センサ３の内気温度Ｔｉとを比較し、両
者が等しくなるようにアクチュエータ４を介してミック
スドア５を制御して、冷凍器のエバポレータ６より送ら
れてくる冷風と、ヒータコア７による暖風との混合割合
を調整して、上部吹出し口８または下部吹出し口９を介
して空調空気を車室内に吹出すものである。更に、外気
温センサ１０の外気温度Ｔａと日射センサ１１の日射温
度Ｔｓの大きさや熱流量センサ１４の熱流量Ｑの大きさ
や方向により、ミックスドア５の開閉度の調整や、シー
トヒーター・クーラー１５の温度の制御や、上部吹出し
口８または下部吹出し口９の向きの調整等の補正制御が
加えられる。なお、上記シートヒーター・クーラー１５
は、制御装置１の制御により、ペルチェ素子にかける電
圧の方向を切替ることにより、シート１３の乗員側を上
記ペルチェ素子の放熱側としてシート１３の暖房を行な
ったり、シート１３の乗員側を上記ペルチェ素子の吸熱
部側として冷房を行なったりすることができるものであ
る。また、そのとき上記ペルチェ素子のシート１３の裏
面側に発生する不用な冷気や熱は、空冷式熱交換器１８
を通りファン１９により車室外に排出される。

【００１１】次に、熱流量センサ１４の熱流量Ｑの大き
さや方向に基づいた制御装置１の制御方法の詳細につい
て説明する。まず、乗員自身の暑さ寒さの状況を把握す
るため、図３に示すように、シート１３の内部の比較的
表面側に配設された熱流量センサ１４により、着座者Ｍ
または着座者Ｍが接触しているシート面（同図［Ａ］）
と、シートまたはシート背面に接触している車室内の空
気（同図［Ｂ］）との間の熱の流れ（熱流量）を測定す
る。そのとき、着座者Ｍからシート１３方向（Ａ→Ｂ）
またはシート１３から着座者Ｍ方向（Ｂ→Ａ）へ流れる
適正な熱流量は、着座者Ｍの着衣の量や着衣の色，材
質、着座者Ｍの活動量あるいは日射量により異なってい
る。例えば、着座者Ｍの着衣量が多い場合には、着座者
Ｍからの熱の放出が少ないので、図４（ａ）に示すよう
に、着座者Ｍからシート１３方向へ流れる熱流量は小さ
くなり、着座者Ｍの運転状態での活動量が多い場合に
は、着座者Ｍの体温が高いので、図４（ｂ）に示すよう
に、着座者Ｍからシート１３方向へ流れる熱流量は大き
くなる。また、着座者Ｍに当っている日射量が多い時に
は、着座者Ｍの温度も上がるので、図５（ａ）に示すよ
うに、着座者Ｍからシート１３方向へ流れる熱流量は大
きくなり、更に、日射量が一定でも、着座者Ｍの着衣が
黒っぽい色なら、日射による上記着衣の温度の上昇が大
きいので、図５（ｂ）に示すように、着座者Ｍからシー
ト１３方向へ流れる熱流量は大きくなる。同様に、着座
者Ｍの着衣が厚い場合にも、着座者Ｍからシート１３方
向へ流れる熱流量は大きくなる。そこで、上記外気温セ
ンサ１０で測定した外気温Ｔａから着座者の平均着衣量
を推定し、車の運転は軽作業程度の活動量と考えて、雰
囲気温度がＴｉで，外気温Ｔａに相当する着衣量で通常
活動状態にある着座者Ｍからシート１３方向（Ａ→Ｂ）
またはシート１３から上記着座者Ｍ方向（Ｂ→Ａ）へ流
れる適正な熱流量である基準熱流量Ｆｏを、以下に示す
ように、実験的に設定する。まず、外気温Ｔａに対応す
る乗員の着衣量を決定する。次に、上記着衣量を着衣し
た乗員を熱流量センサ１４を備えたシート１３に着座さ
せて、雰囲気温度を段階的に変化させながら、着座者Ｍ
からシート１３方向（Ａ→Ｂ）またはシート１３から着
座者Ｍ方向（Ｂ→Ａ）へ流れる熱流量を測定する。そし
て、着座者Ｍの標準着衣状態及び標準運動状態における
標準熱流量Ｆｏを決定する。そして、後述するように、
着座者Ｍからシート１３方向（Ａ→Ｂ）またはシート１
３から着座者Ｍ方向（Ｂ→Ａ）へ流れる熱流量Ｆの時間
的変化が少ない場合を定常状態とし、熱流量Ｆの時間的
変化が大きい場合には、目標設定温度Ｔｚを変更した
り、更に、熱流量Ｆが標準熱流量Ｆｏを越えた場合に
は、シート１３の乗員側の温度を適正にするようにシー
トヒーター・クーラー１５の温度の制御を行なう。

【００１２】また、乗員がシート１３に着座していると
き、着座者Ｍとシート１３との接触面の温度が高くなっ
て乗員が汗ばんで不快になる、いわゆる「蒸れ感」を感
じる状態が起こる。これは、例えば、主に夏場でシート
１３の温度が高く、熱が車両用シートから着座者方向
（Ｂ→Ａ）へ流れるので、図６（ａ）に示すように、着
座者Ｍは、着座当初、かなりの蒸れ感を感じ不快にな
る。この状態は、車内の冷房が進行し、シート１３の温
度が低下しシート１３から着座者Ｍ方向へ流れる熱流量
が減少するまで続く。本実施の形態においては、シート
１３の温度及びシート１３の材質や形状等により決定さ
れる蒸れ基準熱流量Ｆｍを設定し、シート１３の温度が
高い場合には、制御装置１により、シートヒーター・ク
ーラー１５を冷房器として使用してシート１３の温度を
低下させ、着座者Ｍの蒸れ感を速やかに解消するような
制御を行なう。また、シート１３の温度が常温（２５
℃）付近で、熱が着座者Ｍからシート１３方向（Ａ→
Ｂ）へ流れる場合には、図６（ｂ）に示すように、着座
者Ｍとシート１３との接触部（背中や臀部）の温度は時
間とともに上昇するので、着座者Ｍは蒸れ感を感じ不快
になる。したがって、この場合も、着座者Ｍからシート
１３方向へ流れる熱流量Ｆが上記蒸れ基準熱流量Ｆｍを
越えた時には、シートヒーター・クーラー１５を冷房器
として使用してシート１３の温度を低下させ、乗員の蒸
れ感を速やかに解消するような制御を行なう。また、主
に冬場でシート１３の温度が低く、熱が着座者から車両
用シート方向（Ａ→Ｂ）へ流れる場合には、図６（ｃ）
に示すように、蒸れ基準熱流量Ｆｍは高いので、通常乗
員が蒸れ感を感じることは少ない。

【００１３】図７は、以上に述べた標準熱流量Ｆｏ及び
蒸れ基準熱流量Ｆｍとを用い、熱流量センサ１４の熱流
量Ｑの大きさや方向に基づき車両用空気調和装置を制御
する場合のフローチャートを示したものである。車両用
空気調和装置の制御装置１は、まず、温度設定器２の設
定目標温度Ｔｚと内気温センサ３の雰囲気温度Ｔｉを比
較する（ステップＳ７１）。雰囲気温度Ｔｉが設定目標
温度Ｔｚに達していれば、熱流量センサ１４の熱流量Ｆ
の時間変化ΔＦと所定の基準熱流量ｋとを比較する（ス
テップＳ７２）。ここで、ΔＦ＞ｋであれば、暖房時な
ら、着座者Ｍはシート１３に熱を奪われているので、制
御装置１はシートヒーター・クーラー１５の暖房を強め
るとともに、設定目標温度Ｔｚを上げて車室内の温度を
上げるように制御し、冷房時なら、暑くなっているシー
ト１３から着座者Ｍへの熱の供給が大きいので、制御装
置１はシートヒーター・クーラー１５の冷房を強めると
ともに、設定目標温度Ｔｚを下げて車室内の温度を下げ
るように制御する（ステップＳ７３；目標温度変更
１）。また、ΔＦ≦ｋであれば、着座者Ｍとシート１３
間の熱の流れに関しては定常状態とみなし、このときの
熱流量Ｆを上記標準熱流量Ｆｏと比較する（ステップＳ
７４）。ここで、Ｆ＞Ｆｏで、かつＦ＜Ｆｍなら、着座
者Ｍからシート１３方向（Ａ→Ｂ）へ流れる熱流量の値
が大きく、着座者Ｍはシート１３に熱を奪われている
が，着座者Ｍとシート１３間の温度は高くないので、制
御装置１はシートヒーター・クーラー１５の温度を上げ
て上記熱流量Ｆを増加させるように制御する。また、Ｆ
＞Ｆｏで、かつＦ＞Ｆｍなら、シート１３から着座者Ｍ
方向（Ｂ→Ａ）へ流れる熱流量の値が大きく、着座者Ｍ
にはシート１３から熱が供給されており，しかも着座者
Ｍとシート１３間の温度は高く，着座者Ｍはかなりの蒸
れ感を感じ不快になるので、制御装置１はシート１３の
温度を下げ、上記熱流量Ｆを減少させるような制御を行
なう（ステップＳ７５；目標温度変更２）。また、Ｆ≦
Ｆｏであれば、車室内は定常状態に近づいているので、
上述した通常制御を続ける（ステップＳ７６）。上記ス
テップＳ７１において、雰囲気温度Ｔｉが設定目標温度
Ｔｚに達していなかった場合も、熱流量Ｆの時間変化Δ
Ｆと所定の基準熱流量ｋとを比較する（ステップＳ７
７）。そして、ΔＦ≦ｋであれば、着座者と車両用シー
ト間の熱の流れに関しては定常状態とみなし、熱流量Ｆ
と標準熱流量Ｆｏとを比較するステップＳ７４に合流
し、ステップＳ７５またはステップＳ７６の制御を行な
う。また、ΔＦ＞ｋであれば、車室内の温度そのものが
まだ定常状態でないため、着座者と車両用シート間の熱
の流れも安定していないと判断し、雰囲気温度Ｔｉが設
定目標温度Ｔｚに達するまで、通常制御を続ける（ステ
ップＳ７６）。

【００１４】このように、本実施の形態によれば、車両
用シートの内部の比較的表面側に組み込み、車両用シー
トと着座者方向との間に流れる熱の熱流量を測定し、こ
の測定量に応じて車両用空気調和装置を制御するように
するとともに、上記シートの内部にペルチェ素子により
構成されたシートヒーター・クーラーを配設し、上記測
定された熱流量と標準熱流量Ｆｏ及び蒸れ基準熱流量Ｆ
ｍとの差に基づいてシートヒーター・クーラーを制御す
るようにしたので、着座者と車両用シート間の熱の流れ
を把握でき、したがって、乗員自身の暑さ寒さの感覚に
マッチした空調を行なうことができるとともに、乗員の
蒸れ感を解消することができる。なお、図１に示したよ
うに、車両用シートと着座者方向との間に流れる熱の熱
流量は、シートの背もたれ部に設置した熱流量センサ１
４ａと腰掛け部に設置した熱流量センサ１４ｂの２ヶ所
で測定しており、また、シートヒーター・クーラー１５
もシートの背もたれ部の内部と腰掛け部の内部にそれぞ
れ設置てあるので、熱流量センサ１４ａ熱流量センサ１
４ｂのそれぞれの出力にしたがって、車室内の温度や空
調空気の吹出し方向やシートヒーター・クーラー１５
ａ，シートヒーター・クーラー１５ｂを制御することが
できることは言うまでもない。また、車両用空気調和装
置が、運転席，助手席，後部座席等の独立温調ができる
ものである場合には、それぞれのシートに配設された熱
流量センサにより、乗員別に最適空調を行なうことがで
きる。また、上記それぞれの座席にシートヒーター・ク
ーラーを設置すれば、更に快適な空調を行なうことがで
きる。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
車両用空気調和装置によれば、熱流量センサにより、着
座者から車両用シート方向または車両用シートから着座
者方向に流れる熱流量を測定して、この測定量に応じて
車両用空気調和装置を制御するようにしたので、着座者
とシート間の熱の流れを把握することができ、したがっ
て、乗員自身の暑さ寒さの感覚にマッチした空調を行な
うことができる。また、請求項２に記載の車両用空気調
和装置によれば、熱流量センサを車両用シートの内部の
比較的表面側に組み込んだので、着座者と車両用シート
間の熱の流れを精確に把握することができことができ
る。

【００１６】請求項３に記載の車両用空気調和装置によ
れば、車両用シートの内部にペルチェ素子より構成され
たシートヒーター・クーラーを配設し、上記熱流量セン
サの出力に基づいて上記シートヒーター・クーラーを制
御するようにしたので、車室内の温度制御とともに、シ
ートの温度調整も的確に行なうことができるので、乗員
自身の暑さ寒さの感覚にマッチした空調をより確実に行
なうことができるとともに、乗員の蒸れ感を解消するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係わる車両用空気調和装置
のブロック構成図である。

【図２】本発明の実施形態に係わる熱流量センサを示す
図である。

【図３】本発明の実施形態に係わる熱の流れを説明する
ための図である。

【図４】本発明の実施形態に係わる冷房時の雰囲気温度
と体温の変化を示す図である。

【図５】本発明の実施形態に係わる着衣量と熱流量の関
係を示す図である。

【図６】本発明の実施形態に係わる日射と熱流量の関係
を示す図である。

【図７】本発明の実施形態に係わる蒸れ感と熱流量の関
係を示す図である。

【図８】本発明の実施形態に係わる車両用空気調和装置
の制御方法を説明するためのフローチャートある。

【図９】従来の車両用空気調和装置のブロック構成図で
ある。

【符号の説明】

１制御装置２温度設定器３内気温センサ４，１２アクチュエータ５ミックスドア６エバポレータ（蒸発器）７ヒータコア８上部吹出し口９下部吹出し口１０外気温センサ１１日射センサ１３車両用座席（シート）１４熱流量センサ１５シートヒーター・クーラー１６シートカバー１７クッション材１８空冷式熱交換器１９ファン２０基板２１ＣＡ熱電対

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱流量センサにより、着座者から車両用
シート方向または車両用シートから着座者方向に流れる
熱流量を測定して、この測定量に応じて車両用空気調和
装置を制御するようにしたことを特徴とする車両用空気
調和装置。
【請求項２】熱流量センサを車両用シートの内部の比
較的表面側に組み込んだことを特徴とする請求項１記載
の車両用空気調和装置。
【請求項３】車両用シートの内部にペルチェ素子によ
り構成されたシートヒーター・クーラーを配設し、上記
熱流量センサの出力に基づいて上記シートヒーター・ク
ーラーを制御するようにしたことを特徴とする請求項１
または請求項２記載の車両用空気調和装置。