WO2019069583A1 - 覚醒装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、着霜が生じた場合であっても短時間のうちに霜を除去することができ、且つ十分な覚醒能力を発揮することのできる覚醒装置、を提供することを目的とする。覚醒装置（１０，１０Ａ，１０Ｂ）は、相変化する蓄冷材（ＨＭ）が内部に充填された蓄冷容器（２１０）と、前記蓄冷容器を冷却するペルチェ素子（２２０）と、低温となった前記蓄冷容器によって空気を冷却するよう、前記蓄冷容器に設けられた放冷用熱交換部（２４０）と、前記放冷用熱交換部を通過するように空気を送り出す送風機（１２１）と、前記送風機及び前記ペルチェ素子の動作をそれぞれ制御する動作制御部（３１０）と、前記放冷用熱交換部の表面において着霜が生じたか否かを判定する着霜判定部（３２０）と、を備える。前記着霜判定部によって前記着霜が生じたと判定された場合には、前記動作制御部が、前記送風機を動作させることによって前記放冷用熱交換部の除霜を行う制御、である除霜制御を行う。

Description

覚醒装置 関連出願の相互参照

　本出願は、2017年10月6日に出願された日本国特許出願2017-195981号に基づくものであって、その優先権の利益を主張するものであり、その特許出願の全ての内容が、参照により本明細書に組み込まれる。

　本開示は、車両の乗員の覚醒度を維持するための覚醒装置に関する。

　覚醒装置は、車両の走行中において運転者が眠気を感じていることが検知されたときに、当該運転者に向けて低温の空気を吹き付けることにより、上記の眠気を解消し運転者の覚醒度を維持する装置である。本発明者らは、凝固した蓄冷材によって熱交換部（フィン）を低温に維持し、当該熱交換部を通過する空気を冷却するような構成の覚醒装置について検討を進めている。尚、蓄冷材の冷却はペルチェ素子によって行われる。

　上記のような構成の覚醒装置では、空気中の水分が熱交換部の表面において結露した後、更に霜となって付着する現象（当該現象のことを、以下では「着霜」と称する）が生じることがある。霜の付着量が多くなり過ぎると、熱交換部を通過する空気の流れが妨げられるので、覚醒装置の覚醒能力が低下してしまうこととなる。

　上記のような着霜は、一般的な車両用空調装置のエバポレータにおいても生じることが知られている。下記特許文献１に記載の車両用空調制御装置では、エバポレータの表面で凍結が生じ得る状況となった際に、コンプレッサを停止させエバポレータの冷却機能を一時的に停止させることとしている。このような制御を行うことにより、着霜を予め防止したり、付着した霜を除去したりすることが可能となる。

特開平７－２４６８３２号公報

　蓄冷材によって空気を冷却する覚醒装置においても、上記特許文献１に記載されているものと同様の制御を行えば、熱交換部に付着した霜を除去することができる。具体的には、着霜が生じた際において、ペルチェ素子による蓄冷材の冷却を一時的に停止することにより、熱交換部の温度を上昇させて霜を除去することができる。

　しかしながら、ペルチェ素子による冷却を停止したとしても、凝固している蓄冷材によって熱交換部はしばらくの間は低温に維持される。ペルチェ素子による冷却の停止後、蓄冷材が融解して熱交換部の温度が上昇するまでには比較的長い時間を要する。このため、熱交換部に付着した霜を短時間のうちに除去することはできない。

　また、上記の制御によって霜の除去が完了したときには、蓄冷材は融解した状態となっている。このため、蓄冷材を再び冷却して凝固させ、十分な覚醒能力を発揮し得る状態とするには、更に長い時間を要してしまうこととなる。

　本開示は、着霜が生じた場合であっても短時間のうちに霜を除去することができ、且つ十分な覚醒能力を発揮することのできる覚醒装置、を提供することを目的とする。

　本開示に係る覚醒装置は、車両の乗員の覚醒度を維持するための覚醒装置であって、相変化する蓄冷材が内部に充填された蓄冷容器と、蓄冷容器を冷却するペルチェ素子と、低温となった蓄冷容器によって空気を冷却するよう、蓄冷容器に設けられた放冷用熱交換部と、放冷用熱交換部を通過するように空気を送り出す送風機と、送風機及びペルチェ素子の動作をそれぞれ制御する動作制御部と、放冷用熱交換部の表面において着霜が生じたか否かを判定する着霜判定部と、を備える。着霜判定部によって着霜が生じたと判定された場合には、動作制御部が、送風機を動作させることによって放冷用熱交換部の除霜を行う制御、である除霜制御を行う。

　上記構成の覚醒装置では、着霜判定部によって着霜が生じたと判定された場合には、動作制御部によって除霜制御が行われる。除霜制御とは、送風機を動作させることによって放冷用熱交換部の除霜を行う制御である。除霜制御が行われているときには、外部からの空気が熱交換部を通過して流れるので、空気から熱交換部へと熱が加えられる。これにより熱交換部の温度が上昇し、表面に付着した霜が水となり除去される。

　このとき、空気からの熱は蓄冷容器及び蓄冷材にも加えられるので、これらの温度も上昇する可能性がある。しかしながら、空気からの熱は先ず熱交換部に加えられ、熱交換部を経由して蓄冷容器等に加えられるのであるから、蓄冷容器等の温度上昇量は、熱交換部の温度上昇量に比べれば小さい。このため、蓄冷材が融解するよりも前のタイミングで除霜制御を完了させることが可能となる。これにより、除霜制御が完了した直後の時点から、覚醒装置はその覚醒能力を十分に発揮することができる。

　本開示によれば、着霜が生じた場合であっても短時間のうちに霜を除去することができ、且つ十分な覚醒能力を発揮することのできる覚醒装置、が提供される。

図１は、第１実施形態に係る覚醒装置の構成を模式的に示す図である。 図２は、覚醒装置の動作を説明するためのタイムチャートである。 図３は、覚醒装置が備える制御装置によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。 図４は、覚醒装置が備える制御装置によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。 図５は、第２実施形態に係る覚醒装置が備える制御装置、によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。 図６は、第３実施形態に係る覚醒装置の構成を模式的に示す図である。 図７は、第３実施形態に係る覚醒装置が備える制御装置、によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。 図８は、第４実施形態に係る覚醒装置が備える制御装置、によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。 図９は、第５実施形態に係る覚醒装置の構成を模式的に示す図である。 図１０は、比較例に係る制御が行われた場合における、覚醒装置の動作を説明するためのタイムチャートである。

　以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

　第１実施形態に係る覚醒装置１０の構成について、図１を参照しながら説明する。覚醒装置１０は、不図示の車両に搭載される装置であって、当該車両の乗員（具体的には運転者）の覚醒度を維持するための装置である。覚醒装置１０は、例えば不図示のカメラによって運転者が眠気を感じているか否かを判定し、運転者が眠気を感じている場合には、低温の空気を運転者の顔に向けて吹き付ける。これにより、運転者の眠気を解消し、運転に必要な覚醒度を維持することができる。

　図１に示されるように、覚醒装置１０は、放熱用ダクト１１０と、放熱用送風機１１１と、放冷用ダクト１２０と、放冷用送風機１２１と、蓄冷容器２１０と、ペルチェ素子２２０と、放熱用熱交換部２３０と、放冷用熱交換部２４０と、制御装置３００と、を備えている。

　放熱用ダクト１１０は、後述のペルチェ素子２２０によって蓄冷材ＨＭから奪われた熱を、空気の流れによって外部に放出するためのダクトである。放熱用ダクト１１０の内側には、空気の流路ＦＰ１が形成されている。流路ＦＰ１の入口側（図１では左側）には、例えば車両の外部から導入された空気が供給される。流路ＦＰ１の出口側（図１では右側）は車室外の空間へと通じている。

　放熱用送風機１１１は、流路ＦＰ１における空気の流れを作り出すためのファンである。放熱用送風機１１１は、放熱用ダクト１１０の内側において、後述の放熱用熱交換部２３０よりも上流側となる位置に配置されている。放熱用送風機１１１が動作しているときには、放熱用送風機１１１から送り出された空気が放熱用熱交換部２３０を通過するように流れる。当該空気により、高温の放熱用熱交換部２３０から熱が奪われる。放熱用送風機１１１の回転数、すなわち流路ＦＰ１を流れる空気の流量は、後述の制御装置３００によって制御される。

　放冷用ダクト１２０は、後述の放冷用熱交換部２４０を通過することによって低温となった空気を、車室内へと案内するためのダクトである。放冷用ダクト１２０の内側には、空気の流路ＦＰ２が形成されている。流路ＦＰ２の入口側（図１では左側）には、例えば車両の外部から導入された空気が供給される。流路ＦＰ２の出口側（図１では右側）は、車室内に形成された不図示の吹き出し口へと通じている。放冷用ダクト１２０を通った低温の空気は、当該吹き出し口から運転者の顔に向けて吹き出される。

　放冷用送風機１２１は、流路ＦＰ２における空気の流れを作り出すためのファンである。放冷用送風機１２１は、放冷用ダクト１２０の内側において、後述の放冷用熱交換部２４０よりも上流側となる位置に配置されている。放冷用送風機１２１が動作しているときには、放冷用送風機１２１から送り出された空気が放冷用熱交換部２４０を通過するように流れる。当該空気は、低温の放冷用熱交換部２４０により熱を奪われて、その温度を低下させる。その後、覚醒用の空気として運転者の顔に吹き付けられる。放冷用送風機１２１の回転数、すなわち流路ＦＰ２を流れる空気の流量は、制御装置３００によって制御される。

　蓄冷容器２１０は、蓄冷材ＨＭが内部に充填された密閉容器である。蓄冷材ＨＭは、外部から加熱又は冷却されることによって液相又は固相へと相変化する。本実施形態では、このような蓄冷材ＨＭとしてパラフィンが用いられる。蓄冷容器２１０は全体が略直方体状の容器として形成されている。尚、蓄冷容器２１０の内側には、蓄冷材ＨＭとの接触面積を大きくするための内柱が設けられているのであるが、図１においてはその図示が省略されている。

　ペルチェ素子２２０は、蓄冷容器２１０及びその内部の蓄冷材ＨＭを冷却するための熱電素子である。ペルチェ素子２２０は、その吸熱部を蓄冷容器２１０の表面（図１では上面）に当接させた状態で、蓄冷容器２１０に対して固定されている。ペルチェ素子２２０のうち蓄冷容器２１０とは反対側の面は放熱部となっており、当該放熱部には放熱用熱交換部２３０が固定されている。

　尚、図１において符号１０１が付されているのは、放熱用ダクト１１０と放冷用ダクト１２０との間を区画する区画壁である。以下では、当該区画壁を「区画壁１０１」と表記する。上記のように互いに固定されたペルチェ素子２２０及び蓄冷容器２１０は、区画壁１０１を貫くように設けられている。図１に示されるように、ペルチェ素子２２０は流路ＦＰ１の内側に配置されており、蓄冷容器２１０は流路ＦＰ２の内側に配置されている。

　ペルチェ素子２２０に電圧が印加されると、吸熱部から放熱部へと熱が移動することにより、蓄冷容器２１０及び蓄冷材ＨＭが冷却される。印加される電圧が大きくなるほど、ペルチェ素子２２０の冷却性能（吸熱部から単位時間当たりに奪われる熱量）も大きくなる。ペルチェ素子２２０への印加電圧は制御装置３００によって制御される。

　放熱用熱交換部２３０は、ペルチェ素子２２０の放熱部からの熱により、流路ＦＰ１を通る空気を加熱するためのものである。放熱用熱交換部２３０は、ペルチェ素子２２０側から立接する複数の金属板を有するフィンとして形成されている。それぞれの金属板は空気の流れ方向に沿うように配置されており、図１の紙面に対して平行となっている。放熱用熱交換部２３０は、ペルチェ素子２２０の放熱部に固定されており、その全体が流路ＦＰ１に配置されている。ペルチェ素子２２０に電圧が印加されているときには、蓄冷容器２１０から奪われた熱によって放熱用熱交換部２３０が高温となる。放熱用送風機１１１から送り出された空気は、放熱用熱交換部２３０を通る際に加熱され、その温度を上昇させる。これにより、蓄冷容器２１０からの熱が外部へと排出される。

　放冷用熱交換部２４０は、低温となった蓄冷容器２１０によって、流路ＦＰ２を通る空気を冷却するためのものである。放冷用熱交換部２４０は、蓄冷容器２１０側から立接する複数の金属板を有するフィンとして形成されている。それぞれの金属板は空気の流れ方向に沿うように配置されており、図１の紙面に対して平行となっている。放冷用熱交換部２４０は、ペルチェ素子２２０の吸熱部に固定されており、その全体が流路ＦＰ２に配置されている。蓄冷容器２１０の内部にある蓄冷材ＨＭが凝固しているときには、蓄冷容器２１０、およびこれに固定された放冷用熱交換部２４０は低温となる。放冷用送風機１２１から送り出された空気は、放冷用熱交換部２４０を通る際に冷却されてその温度を低下させる。

　制御装置３００は、覚醒装置１０の全体を制御するための装置である。制御装置３００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するコンピュータシステムとして構成されている。制御装置３００は、機能的な制御ブロックとして、動作制御部３１０と着霜判定部３２０を有している。

　動作制御部３１０は、放熱用送風機１１１、放冷用送風機１２１、及びペルチェ素子２２０の動作をそれぞれ制御する部分である。動作制御部３１０は、これらそれぞれの装置の動作を制御することにより、通常時の制御、すなわち必要に応じて運転者を覚醒させるための制御を行う。動作制御部３１０は、このような通常時の制御とは別に、除霜制御をも行うことが可能となっている。除霜制御の具体的な態様については後に説明する。

　着霜判定部３２０は、放冷用熱交換部２４０の表面において着霜が生じたか否かを判定する部分である。ここでいう「着霜」とは、流路ＦＰ２を流れる空気に含まれている水分が、放冷用熱交換部２４０の表面において結露し、霜となって放冷用熱交換部２４０に付着する現象のことである。

　着霜判定部３２０による上記判定を可能とするために、流路ＦＰ２には、フィン温度センサ３３１が設けられている。フィン温度センサ３３１は、放冷用熱交換部２４０の温度を測定するための温度センサである。フィン温度センサ３３１は、放冷用熱交換部２４０を構成するフィン（金属板）の表面に取り付けられており、当該フィンの温度を測定する。このようなフィン温度センサ３３１は、本実施形態における「温度測定部」に該当するものである。フィン温度センサ３３１によって測定された放冷用熱交換部２４０の温度は、制御装置３００の着霜判定部３２０へと入力される。

　制御装置３００によって実行される制御の概要について説明する。既に述べたように、放冷用熱交換部２４０の表面においては着霜が生じることがある。放冷用熱交換部２４０における霜の付着量が多くなり過ぎると、放冷用熱交換部２４０を通過する空気の流れが妨げられるので、運転者に吹き付けられる空気の量が低下する。すなわち、覚醒装置１０の覚醒能力が低下してしまうこととなる。覚醒装置１０の「覚醒能力」は、例えば、（空気の温度低下量）×（空気の流量）に比例するものとして定義することができる。

　着霜が生じたことが着霜判定部３２０によって判定されると、動作制御部３１０は、通常の制御に換えて、霜を除去するための制御である除霜制御を行う。除霜制御の概要について、図２を参照しながら説明する。図２（Ａ）に示されるのは、放冷用熱交換部２４０の温度の時間変化である。図２（Ｂ）に示されるのは、放冷用送風機１２１の回転数の時間変化である。図２（Ｃ）に示されるのは、ペルチェ素子２２０に印加されている電圧（以下では「ペルチェ素子電圧」とも表記する）の時間変化である。

　図２に示される例において、時刻ｔ１０よりも前の期間においては、凝固した蓄冷材ＨＭで冷却されることにより、放冷用熱交換部２４０の温度は次第に低下している。このとき、放冷用送風機１２１は動作を停止しており、その回転数は０となっている。また、ペルチェ素子２２０に印加されている電圧は０よりも大きなＶ１０となっているので、ペルチェ素子２２０によって蓄冷容器２１０の冷却が行われている。

　時刻ｔ１０になると、放冷用熱交換部２４０の温度は、所定の着霜温度ＴＦ１まで低下している。「着霜温度ＴＦ１」とは、これを下回ると着霜が生じ始める温度として、予め設定された温度である。本実施形態では、着霜温度ＴＦ１として０℃が設定されている。時刻ｔ１０以降では、放冷用熱交換部２４０の温度は更に低下して着霜温度ＴＦ１よりも低くなる。このため、放冷用熱交換部２４０の表面において着霜が生じ始める。

　時刻ｔ１０から所定の期間が経過した時刻ｔ２０では、動作制御部３１０によって除霜制御が開始される。除霜制御では、放冷用送風機１２１が駆動されることによって放冷用熱交換部２４０に空気が送り込まれ、当該空気の熱によって、放冷用熱交換部２４０に付着した霜が除去される。

　図２（Ｂ）に示されるように、時刻ｔ２０以降においては放冷用送風機１２１の動作が開始され、その回転数がＲ１０とされている。放冷用送風機１２１の動作によって、放冷用熱交換部２４０には外部からの空気が送り込まれる。当該空気の温度は、放冷用熱交換部２４０の表面温度よりも高い。放冷用熱交換部２４０には空気からの熱が加えられるので、図２（Ａ）に実線で示されるように、時刻ｔ２０以降においては放冷用熱交換部２４０の温度が上昇し始める。その後、放冷用熱交換部２４０の温度は着霜温度ＴＦ１よりも高い温度まで上昇する。これにより、放冷用熱交換部２４０に付着していた霜は水となって除去される。

　時刻ｔ２０から所定の時間が経過した時刻ｔ３０においては、動作制御部３１０によって除霜制御が停止される。すなわち、放冷用送風機１２１の動作が停止され、放冷用熱交換部２４０を通過する空気の流れが停止される。このとき、蓄冷材ＨＭは依然として凝固したままとなっているので、蓄冷容器２１０の温度は時刻ｔ３０以降において再び低下し始める。

　除霜制御が行われている期間（時刻ｔ２０から時刻ｔ３０までの期間）においては、放冷用送風機１２１から送り込まれる空気の熱が、放冷用熱交換部２４０を介して蓄冷容器２１０及び蓄冷材ＨＭにも加えられる。このため、これらの温度も上昇する可能性がある。図２（Ａ）においては、蓄冷材ＨＭの温度変化が一点鎖線Ｌ１で示されている。

　空気からの熱は、先ず放冷用熱交換部２４０に加えられた後、放冷用熱交換部２４０を経由して蓄冷容器２１０等に加えられる。このため、蓄冷容器２１０や蓄冷材ＨＭの温度上昇は、放冷用熱交換部２４０の温度上昇よりも遅れることとなり、その上昇量は小さくなっている。本実施形態ではこのような特性を利用しており、蓄冷材ＨＭが溶融してしまうよりも前のタイミングで除霜制御を完了させることとしている。これにより、除霜制御が完了した直後の時点（時刻ｔ３０）から、覚醒装置１０はその覚醒能力を十分に発揮することが可能となっている。

　本実施形態では、図２（Ｃ）に示されるように、除霜制御が行われている期間及びその前後において、ペルチェ素子電圧が０よりも大きなＶ１０に維持されている。つまり、除霜制御が行われている期間においても、ペルチェ素子２２０による蓄冷容器２１０の冷却が行われている。これにより、除霜制御中における蓄冷材ＨＭの温度上昇を抑制することができる。

　以上のような除霜制御に換えて、比較例に係る制御が実行された場合における放冷用熱交換部２４０の温度変化等について、図１０を参照しながら説明する。図１０の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示される各項目は、図２の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示される各項目と同じである。

　この比較例においては、時刻ｔ２０までの期間では、上記第１実施形態と同様の制御が行われる。一方、時刻ｔ２０以降においては、霜を除去するための制御として、ペルチェ素子２２０への印加電圧を０とする処理が行われる。つまり、ペルチェ素子２２０による蓄冷容器２１０の冷却が停止される。尚、図１０（Ｂ）に示されるように、放冷用送風機１２１の回転数は時刻ｔ２０以降も０となっている。

　時刻ｔ２０以降はペルチェ素子２２０による冷却が停止されるので、図１０（Ａ）に示されるように、放冷用熱交換部２４０の温度は次第に上昇して行く。当該温度が着霜温度ＴＦ１よりも高くなった後の時刻ｔ４０においては、放冷用熱交換部２４０に付着していた霜は全て融解し除去される。このため、時刻ｔ４０以降は、ペルチェ素子２２０による蓄冷容器２１０の冷却が再開される。これにより、放冷用熱交換部２４０の温度は再び低下し始める。尚、この比較例では、蓄冷容器２１０及び蓄冷材ＨＭの温度も、図１０（Ａ）に示されるものと概ね同様に変化することとなる。

　図２（Ａ）及び図１０（Ａ）においてはいずれも、時刻ｔ２０から除霜が完了するまでに要する時間が、「ＴＭ２０」として示されている。両図を比較すると明らかなように、図１０（Ａ）の比較例では、除霜が完了するまでに比較的長い時間を要している。これは、凝固していた蓄冷材ＨＭの全てが溶解した後でないと、放冷用熱交換部２４０の温度がＴＦ１よりも高い温度まで上昇しないからである。

　以上のような比較例に対し、本実施形態では、除霜制御によって放冷用熱交換部２４０の温度を迅速に（蓄冷材ＨＭの融解を待つことなく）上昇させることができるので、短時間のうちに全ての霜を除去することが可能となっている。

　以上のような除霜制御を実現するために、制御装置３００によって行われる処理の具体的な流れについて、図３を参照しながら説明する。図３に示される一連の処理は、所定の制御周期が経過する毎に、制御装置３００によって繰り返し実行されるものである。

　当該処理の最初のステップＳ０１では、放冷用熱交換部２４０の温度ＴＣが、フィン温度センサ３３１によって取得される。ステップＳ０１に続くステップＳ０２では、取得された温度ＴＣに基づいて、放冷用熱交換部２４０の表面において着霜が生じているか否かが判定される。当該判定は着霜判定部３２０によって行われる。

　ステップＳ０２で行われる判定処理の具体的な内容について、図４を参照しながら説明する。最初のステップＳ１１では、放冷用熱交換部２４０の温度ＴＣが、着霜温度ＴＦ１を下回ったか否かが判定される。温度ＴＣが着霜温度ＴＦ１を下回っている場合にはステップＳ１２に移行する。

　ステップＳ１２では、温度ＴＣが着霜温度ＴＦ１を下回ったとの判定がステップＳ１１で最初に行われた時点（図２（Ａ）の時刻ｔ１０）から、所定の判定時間が経過したか否かが判定される。「判定時間」とは、低温の放冷用熱交換部２４０に付着した霜が、ある程度の通風抵抗を生じさせる程度まで成長するのに要する時間として、予め設定された時間である。尚、図２（Ａ）においては、この判定時間が「ＴＭ１０」として表記されている。判定時間が経過している場合にはステップＳ１３に移行する。

　ステップＳ１３に移行したということは、温度ＴＣが着霜温度ＴＦ１を下回っている状態が、判定時間だけ継続しているということである。つまり、通風抵抗を生じさせる程度の霜が、放冷用熱交換部２４０に付着している可能性が高いということである。このため、ステップＳ１３では「着霜が生じた」と判定される。

　ステップＳ１１において温度ＴＣが着霜温度ＴＦ１を下回っていなかった場合、又は、ステップＳ１２において判定時間が経過していなかった場合には、ステップＳ１４に移行する。ステップＳ１４では「着霜が生じていない」と判定される。

　尚、以上に説明したような着霜判定部３２０による判定は、図４とは異なる態様で行われてもよい。例えば、ステップＳ１１において温度ＴＣが着霜温度ＴＦ１を下回っていた場合には、ステップＳ１２において判定時間の経過を待つことなく、直ちに「着霜が生じた」と判定するような態様であってもよい。また、温度ＴＣ以外の物理量に基づいて、着霜が生じたか否かの判定が行われることとしてもよい。

　図３に戻って説明を続ける。ステップＳ０２において着霜が生じたと判定された場合には、ステップＳ０３に移行する。ステップＳ０３では、除霜制御が開始される。既に述べたように、ここでは放冷用送風機１２１による空気の送り込みが開始される。

　ステップＳ０３に続くステップＳ０４では、除霜制御が開始された時点から、所定の送風時間が経過したか否かが判定される。「送風時間」とは、除霜制御によって霜が除去されるのに要する時間として、予め設定された時間である。送風時間が経過していなければ、ステップＳ０４の処理が繰り返し実行され、除霜制御が継続される。送風時間が経過していればステップＳ０５に移行する。ステップＳ０５では除霜制御が停止される。具体的には、放冷用送風機１２１による空気の送り込みを停止する処理が行われる。

　以上に説明したように、本実施形態に係る覚醒装置１０では、着霜が生じたとの判定が着霜判定部３２０によってなされた場合には、動作制御部３１０が、放冷用送風機１２１を動作させることによって放冷用熱交換部２４０の除霜を行う制御、である除霜制御が行われる。これにより、放冷用熱交換部２４０に付着した霜を短時間のうちに除去することができる。

　着霜判定部３２０は、放冷用熱交換部２４０の温度ＴＣが着霜温度ＴＦ１を下回った場合であって、当該状態が所定の判定時間だけ継続した場合に、着霜が生じたと判定する（図４のステップＳ１２）。このため、着霜が生じたか否かの判定を、フィン温度センサ３３１で測定された実際の温度に基づいて正確に行うことが可能となっている。

　動作制御部３１０は、除霜制御が開始されてから所定の送風時間が経過したときに除霜制御を終了する。本実施形態では、ステップＳ０５において除霜制御が停止されるタイミングが、蓄冷材ＨＭが融解するよりも前のタイミングとなっている。換言すれば、蓄冷材ＨＭが融解しないうちに動作制御部３１０が除霜制御を終了するように、ステップＳ０４における送風時間の長さが予め設定されている。除霜制御が完了した時点においても蓄冷材は凝固した状態となっているので、当該時点から、覚醒装置１０はその覚醒能力を十分に発揮することができる。尚、図２（Ａ）においては、この送風時間が「ＴＭ２０」として表記されている。

　尚、本実施形態では、上記における「蓄冷材ＨＭが融解するよりも前のタイミング」として、蓄冷材ＨＭの一部が液相となるよりも前のタイミングが設定されている。つまり、蓄冷材ＨＭの一部が融解し始めるよりも前に除霜制御が終了するよう、送風時間が予め設定されている。このような態様に換えて、「蓄冷材ＨＭが融解するよりも前のタイミング」として、蓄冷材ＨＭの全部が液相となるよりも前のタイミングが設定されてもよい。つまり、蓄冷材ＨＭの全体が液相となってしまうよりも前に除霜制御が終了するよう、送風時間が予め設定されてもよい。

　第２実施形態について説明する。以下では、第１実施形態と異なる点について主に説明し、第１実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。本実施形態では、制御装置３００により実行される処理の内容についてのみ、第１実施形態と異なっている。

　本実施形態に係る制御装置３００により実行される処理の内容について、図５を参照しながら説明する。図５に示される一連の処理は、図３に示される一連の処理に換えて実行されるものである。図５に示される各ステップのうち、図３に示されるステップと同一のステップには、図３と同一の符号（Ｓ０１等）が付されている。

　本実施形態では、ステップＳ０３において除霜制御が開始された後、ステップＳ０４の前にステップＳ１０１の処理が実行される。ステップＳ１０１では、動作制御部３１０によってペルチェ素子電圧を上昇させる処理が行われる。これにより、ペルチェ素子２２０の冷却性能は一時的に向上する。ステップＳ１０１の後は、図３と同様のステップＳ０４の処理が行われる。

　ステップＳ０５において除霜制御が停止された後は、ステップＳ１０２に移行する。ステップＳ１０２では、動作制御部３１０によってペルチェ素子電圧を元に戻す処理が行われる。

　以上のように、本実施形態における動作制御部３１０は、除霜制御を行っている間はペルチェ素子２２０の冷却性能を向上させる。これにより、除霜制御中における蓄冷容器２１０や蓄冷材ＨＭの温度上昇を更に抑制し、蓄冷材ＨＭの融解を防止することができる。

　第３実施形態について説明する。以下では、第１実施形態と異なる点について主に説明し、第１実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。

　本実施形態に係る覚醒装置１０Ａの構成について、図６を参照しながら説明する。覚醒装置１０Ａでは、放冷用ダクト１２０の内側に、入口空気温度センサ３３２と、入口空気湿度センサ３３３と、が設けられている。

　入口空気温度センサ３３２は、流路ＦＰ１のうち、放冷用熱交換部２４０よりも上流側となる位置における空気の温度を測定するための温度センサである。入口空気温度センサ３３２によって測定された空気の温度は、制御装置３００の着霜判定部３２０へと入力される。

　入口空気湿度センサ３３３は、流路ＦＰ１のうち、放冷用熱交換部２４０よりも上流側となる位置における空気の湿度を測定するための湿度センサである。入口空気湿度センサ３３３によって測定された空気の湿度は、制御装置３００の着霜判定部３２０へと入力される。

　本実施形態の着霜判定部３２０は、入口空気温度センサ３３２で測定された空気の温度と、入口空気湿度センサ３３３で測定された空気の湿度とに基づいて、当該空気が放冷用熱交換部２４０に到達し冷却された際の相対湿度を取得（算出）することができる。当該相対湿度は、放冷用熱交換部２４０の表面における相対湿度（表面に触れている空気の相対湿度）、ということができる。このような相対湿度を取得するための入口空気温度センサ３３２及び入口空気湿度センサ３３３は、本実施形態における「湿度取得部」に該当するものである。

　制御装置３００によって行われる処理の具体的な流れについて、図７を参照しながら説明する。図７に示される一連の処理は、図３に示される一連の処理に換えて実行されるものである。図７に示される各ステップのうち、図３に示されるステップと同一のステップには、図３と同一の符号（Ｓ０１等）が付されている。

　本実施形態では、ステップＳ０１において放冷用熱交換部２４０の温度ＴＣが取得された後、ステップＳ１１１に移行する。ステップＳ１１１では、入口空気温度センサ３３２で測定された空気の温度ＴＡが取得される。ステップＳ１１１に続くステップＳ１１２では、入口空気湿度センサ３３３から入力された空気の湿度ＲＨが取得される。ステップＳ１１１及びステップＳ１１２の処理は、いずれも着霜判定部３２０によって行われる。

　ステップＳ１１２に続くステップＳ１１３では、ステップＳ１１１、Ｓ１１２でそれぞれ取得された温度ＴＡ及び湿度ＲＨに基づいて、放冷用熱交換部２４０の表面における相対湿度が着霜判定部３２０によって算出され取得される。

　ステップＳ１１３に続くステップＳ１１４では、上記の相対湿度に基づいて、図４のステップＳ１２で用いられる判定時間、及び、ステップＳ０４で用いられる送風時間がそれぞれ決定される。当該処理は動作制御部３１０によって行われる。判定時間及び送風時間は、例えば、制御装置３００の記憶装置に予め記憶されていたマップを参照することによって決定される。

　本実施形態では、ステップＳ１１３で取得された相対湿度が高いほど、ステップＳ１１４で決定される判定時間が短くなる。これは、相対湿度が高いときには霜の成長が早いので、より短い時間で通風抵抗が高くなってしまうと考えられるからである。

　また、本実施形態では、ステップＳ１１３で取得された相対湿度が高いほど、ステップＳ１１４で決定される送風時間が長くなる。これは、相対湿度が高いときには霜の付着量が多いので、全ての霜を除去するためには除霜制御を長くする必要が有ると考えられるからである。

　ステップＳ１１４の後はステップＳ０２に移行する。以降は、図３を参照しながら説明したものと同様の処理が行われる。

　以上のように、本実施形態では、放冷用熱交換部２４０の表面における相対湿度に基づいて、判定時間及び送風時間のそれぞれが適切な時間となるように予め設定される。これにより、必要最低限の時間で除霜制御を完了させることができる。

　第４実施形態について説明する。以下では、第１実施形態と異なる点について主に説明し、第１実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。本実施形態では、制御装置３００により実行される処理の内容についてのみ、第１実施形態と異なっている。

　本実施形態に係る制御装置３００により実行される処理の内容について、図８を参照しながら説明する。図８に示される一連の処理は、図３に示される一連の処理に換えて実行されるものである。

　当該処理の最初のステップＳ２１では、図３のステップＳ０１と同様に、放冷用熱交換部２４０の温度ＴＣが取得される。ステップＳ２１に続くステップＳ２２では、図４のステップＳ１１と同様に、温度ＴＣが着霜温度ＴＦ１を下回ったか否かが判定される。温度ＴＣが着霜温度ＴＦ１を下回っていなかった場合には、図８に示される一連の処理を終了する。温度ＴＣが着霜温度ＴＦ１を下回っていた場合には、ステップＳ２３に移行する。ステップＳ２３では、図３のステップＳ０３と同様に、除霜制御を開始する処理が行われる。

　ステップＳ２３に続くステップＳ２４では、放冷用熱交換部２４０の温度ＴＣが再度取得される。ステップＳ２４に続くステップＳ２５では、ステップＳ２４で取得された温度ＴＣが、所定の除霜温度ＴＦ２を上回っているか否かが判定される。「除霜温度ＴＦ２」とは、霜が残らない程度の高い温度、すなわち、除霜が完了した際における放冷用熱交換部２４０の温度として、予め設定された温度である。除霜温度ＴＦ２は、着霜温度ＴＦ１よりも僅かに高い温度として設定されることが好ましい。本実施形態では、除霜温度ＴＦ２として２℃が設定されている。

　ステップＳ２５において、温度ＴＣが除霜温度ＴＦ２以下であった場合には、ステップＳ２４以降の処理が繰り返し実行される。所定の除霜温度ＴＦ２を上回っていた場合には、ステップＳ２６に移行する。ステップＳ２６では、図３のステップＳ０５と同様に、除霜制御を停止する処理が行われる。

　このように、本実施形態における動作制御部３１０は、所定の送風時間が経過したときではなく、放冷用熱交換部２４０の温度が所定の除霜温度ＴＦ２を上回ったときに除霜制御を終了する。これにより、除霜が完了した適切なタイミングで除霜制御を終了することができる。

　第５実施形態について説明する。以下では、第１実施形態と異なる点について主に説明し、第１実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。本実施形態では、覚醒装置１０Ｂの構成について第１実施形態と異なっており、制御装置３００により実行される除霜制御の態様については第１実施形態と同じである。

　図９に示されるように、本実施形態に係る覚醒装置１０Ｂでは、放熱用ダクト１１０と放冷用ダクト１２０とが、蓄冷容器２１０等よりも上流側となる位置において一体となっている。区画壁１０１のうち放熱用ダクト１１０と放冷用ダクト１２０とが分岐する部分には、開口ＯＰが形成されている。また、開口ＯＰの位置にはドア装置１４０が設けられている。

　ドア装置１４０は、ドア１４１と回動軸１４２とを有している。ドア１４１は、開口ＯＰが塞がれている状態と、開口ＯＰが開放されている状態とを切り換えるための板状の部材である。ドア１４１の一端は回動軸１４２に対して固定されている。回動軸１４２は、不図示のアクチュエータによって回転する部材であって、ドア１４１の開閉を切り換えるものである。上記アクチュエータの動作は制御装置３００によって制御される。

　放熱用ダクト１１０のうちドア装置１４０よりも上流側となる位置には、送風機１３１が配置されている。送風機１３１は、放熱用送風機１１１と放冷用送風機１２１とを兼ねる装置として設けられている。

　蓄冷材ＨＭを凝固させる際には、ドア１４１によって開口ＯＰが塞がれた状態とした上で、ペルチェ素子２２０による蓄冷容器２１０の冷却、及び送風機１３１からの空気の送り出しが行われる。蓄冷容器２１０からペルチェ素子２２０によって奪われた熱は、放熱用熱交換部２３０から、流路ＦＰ１を流れる空気へと放出される。

　蓄冷材ＨＭが凝固した後、乗員に低温の空気が吹き出される際には、ドア装置１４０の動作によって予め開口ＯＰが開放される。また、当該状態で送風機１３１からの空気の送り出しが行われる。これにより、流路ＦＰ２を通った低温の空気が車室内に吹き出される。

　このような構成の覚醒装置１０Ｂにおいても、これまでに説明したような除霜制御を行うことにより、霜の除去を短時間で行うことが可能である。

　以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

Claims (11)

1. 　車両の乗員の覚醒度を維持するための覚醒装置（１０，１０Ａ，１０Ｂ）であって、
   　相変化する蓄冷材（ＨＭ）が内部に充填された蓄冷容器（２１０）と、
   　前記蓄冷容器を冷却するペルチェ素子（２２０）と、
   　低温となった前記蓄冷容器によって空気を冷却するよう、前記蓄冷容器に設けられた放冷用熱交換部（２４０）と、
   　前記放冷用熱交換部を通過するように空気を送り出す送風機（１２１）と、
   　前記送風機及び前記ペルチェ素子の動作をそれぞれ制御する動作制御部（３１０）と、
   　前記放冷用熱交換部の表面において着霜が生じたか否かを判定する着霜判定部（３２０）と、を備え、
   　前記着霜判定部によって前記着霜が生じたと判定された場合には、
   　前記動作制御部が、前記送風機を動作させることによって前記放冷用熱交換部の除霜を行う制御、である除霜制御を行う覚醒装置。
2. 　前記放冷用熱交換部の温度を測定する温度測定部（３３１）を更に備え、
   　前記着霜判定部は、前記放冷用熱交換部の温度が所定の着霜温度を下回った場合に、前記着霜が生じたと判定する、請求項１に記載の覚醒装置。
3. 　前記着霜判定部は、前記放冷用熱交換部の温度が前記着霜温度を下回った状態が所定の判定時間だけ継続した場合に、前記着霜が生じたと判定する、請求項２に記載の覚醒装置。
4. 　前記放冷用熱交換部の表面における相対湿度を取得する湿度取得部（３３２，３３３）を更に備え、
   　前記動作制御部は、前記相対湿度に基づいて前記判定時間を予め決定する、請求項３に記載の覚醒装置。
5. 　前記動作制御部は、前記相対湿度が高いほど前記判定時間を短くする、請求項４に記載の覚醒装置。
6. 　前記動作制御部は、前記蓄冷材が融解するよりも前のタイミングで前記除霜制御を終了する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の覚醒装置。
7. 　前記動作制御部は、前記除霜制御が開始されてから所定の送風時間が経過したときに前記除霜制御を終了する、請求項６に記載の覚醒装置。
8. 　前記放冷用熱交換部の表面における相対湿度を取得する湿度取得部を更に備え、
   　前記動作制御部は、前記相対湿度に基づいて前記送風時間を予め決定する、請求項７に記載の覚醒装置。
9. 　前記動作制御部は、前記相対湿度が高いほど前記送風時間を長くする、請求項８に記載の覚醒装置。
10. 　前記放冷用熱交換部の温度を測定する温度測定部を更に備え、
    　前記動作制御部は、前記放冷用熱交換部の温度が所定の除霜温度を上回ったときに前記除霜制御を終了する、請求項６に記載の覚醒装置。
11. 　前記動作制御部は、前記除霜制御を行っている間は前記ペルチェ素子の冷却性能を向上させる、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の覚醒装置。

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