(57)【要約】【課題】車両用暖房装置において暖房が開始されるまでの時間を短縮する。【解決手段】  空調システム１００は、車室内に空気を導入する通路を形成するケース１と、ケース１内に配置された第１加熱器６と、ケース１内に第１加熱器６と並列に配置され、動作を開始してからの加熱部の温度上昇速度が第１加熱器６よりも速い第２加熱器７とを備える。空調システム１００を暖房運転する場合には、運転開始時に第２加熱器７のみを用いてケース１内を流れる空気を加熱し、その後、第１加熱器６及び第２加熱器７の両方を用いてケース１内を流れる空気を加熱する。加熱器の切換えはミックスドア１４によって行う。【選択図】図１
2012240570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用暖房装置であって、
車室内に空気を導入する通路を形成するケースと、
前記ケース内に配置された第１加熱器と、
前記ケース内に前記第１加熱器と並列に配置され、作動を開始してからの加熱部の温度上昇速度が前記第１加熱器よりも速い第２加熱器と、
前記暖房装置を運転する場合に、運転開始時に前記第２加熱器のみを用いて前記ケース内を流れる空気を加熱し、その後、前記第１加熱器及び第２加熱器の両方を用いて前記ケース内を流れる空気を加熱する加熱器選択手段と、
を備えたことを特徴とする車両用暖房装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用暖房装置であって、
前記加熱器選択手段は、前記第１加熱器への空気の流入を阻止する第１ドアである、
ことを特徴とする車両用暖房装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の車両用暖房装置であって、
前記第１加熱器及び第２加熱器をバイパスするバイパス通路と
前記バイパス通路に設けられ、前記暖房装置の運転開始時に前記バイパス通路への空気の流入を阻止する第２ドアと、
をさらに備えたことを特徴とする車両用暖房装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載の車両用暖房装置であって、
前記第１加熱器と前記第２加熱器との間には隔壁が設けられる、
ことを特徴とする車両用暖房装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一つに記載の車両用暖房装置であって、
前記第２加熱器のみによって前記ケース内を流れる空気を必要とされる温度まで加熱できる場合は、前記第１加熱器を作動させない、
ことを特徴とする車両用暖房装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一つに記載の車両用暖房装置であって、
前記第１加熱器は、媒体を加熱する電気ヒータと、空気と加熱された媒体との間で熱交換を行わせる熱交換器と、前記電気ヒータで加熱された媒体を前記熱交換器に送るポンプと、で構成される、
ことを特徴とする車両用暖房装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一つに記載の車両用暖房装置であって、
前記第２加熱器は、空気を直接加熱する電気ヒータである、
ことを特徴とする車両用暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載される車両用暖房装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車及びハイブリッド車両では、暖房にエンジンの排熱を利用できない、又は、利用できない場合があるので、暖房に電気ヒータが用いられている。
【０００３】
特許文献１に開示される暖房装置では、電気ヒータで水を加熱し、ダクト内に配置された熱交換器に加熱された水を流すことによって、ダクトを通して車室内に導入される空気を加熱している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４３６４４６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、水を介して空気に熱を伝える上記構成では、水が持つ比熱によって水の温度がなかなか上がらないため、車室内に導入される空気が暖まるまでに時間を要していた。
【０００６】
本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、車両用暖房装置において暖房が開始されるまでの時間を短縮することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様によれば、車両用暖房装置であって、車室内に空気を導入する通路を形成するケースと、前記ケース内に配置された第１加熱器と、前記ケース内に前記第１加熱器と並列に配置され、作動開始時からの加熱部の温度上昇速度が前記第１加熱器よりも速い第２加熱器と、前記暖房装置を運転する場合に、運転開始時に前記第２加熱器のみを用いて前記ケース内を流れる空気を加熱し、その後、前記第１加熱器及び第２加熱器の両方を用いて前記ケース内を流れる空気を加熱する加熱器選択手段と、を備えたことを特徴とする車両用暖房装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
上記態様によれば、暖房開始直後の空気の加熱を即暖性に優れた第２加熱器のみによって行うようにしたので、暖房を開始するまでの時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】空調システムの全体構成を示している。
【図２】空調システムを暖房運転させる時の制御装置の処理内容を示したフローチャートである。
【図３】暖房運転開始後の吹き出し口温度の変化を示したタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１１】
図１は、本発明に係る車両用暖房装置を備えた車両用空調システム１００の全体構成を示している。
【００１２】
空調システム１００は、空調ユニット１０、制御装置２０、センサ群３０、操作パネル４０を備える。
【００１３】
空調ユニット１０は、インストルメントパネル内に配置されるケース１を備える。ケース１は、車室内の空気又は外気が選択的に導入される空気取り入れ口２から、デフ吹き出し口３ａ、フェイス吹き出し口３ｂ、及び、フット吹き出し口３ｃに至る空気の通路を形成する。
【００１４】
ケース１内には、ブロワファン４、冷却器５、第１加熱器６、及び、第２加熱器７が配置されている。また、空気取り入れ口２には、内気循環と外気導入とを切り換えるインテークドア８が設けられている。また、デフ吹き出し口３ａ、フット吹き出し口３ｂ、及び、ベント吹き出し口３ｃには、それぞれ、デフドア９ａ、フェイスドア９ｂ、フットドア９ｃが設けられている。
【００１５】
ブロワファン４は、空気取り入れ口から取り入れられた空気を下流へと送る遠心式の送風機である。ブロワファン４はブロワモータ４１によって駆動される。ブロワモータ４１に印加する電圧を調整することによって、ブロワファン４１の回転速度、すなわち、風量を調整することができる。
【００１６】
冷却器５は、ＨＦＣ−１３４ａ等の冷媒を循環させる冷凍サイクル（不図示）のエバポレータである。冷却器５は、内部を通過する空気を冷却及び除湿する。
【００１７】
冷凍サイクルは、車両の駆動源又は電気モータによって駆動されて冷媒を圧縮するコンプレッサと、高圧ガス状の冷媒を冷却して飽和液とするコンデンサと、冷媒を低温低圧の湿り蒸気とする膨張弁と、冷媒の気液分離を行うリキッドタンクと、を備える。
【００１８】
第１加熱器６は、内部を流れる温水と、冷却器５から送られてくる空気との間で熱交換を行わせ、空気を加熱する熱交換器である。第１加熱器６は、水流路６２を介して第１電気ヒータ６１と接続されている。水流路６２の途中には電動ポンプ６３が設けられている。第１電気ヒータ６１で加熱された水は、電動ポンプ６３によって第１加熱器６へと送られ、第１加熱器６を通過する空気が加熱される。
【００１９】
第２加熱器７は、第１加熱器６と並列に、すなわち、空気の流れ方向に対して横方向に並んで配置される。第２加熱器７は、第２加熱器７を通過する空気を直接加熱する第２電気ヒータ７１で構成される。第２加熱器７は、水を介さず第２電気ヒータ７１が空気を直接加熱する構成であるので、第２電気ヒータ７１への電圧印加を開始してからの加熱部の温度上昇速度が第１加熱器６よりも速く、より早い時期から空気を加熱することが可能である。すなわち、第２加熱器７は第１加熱器６よりも即暖性に優れている。
【００２０】
第１電気ヒータ６１及び第２電気ヒータ７１は、それぞれ自己温度制御性をもったＰＴＣ素子で構成される。ＰＴＣ素子は、電圧印加開始から温度の上昇速度が速いので設定温度まで上昇するまでの時間が短く、また、電圧変動があっても温度が略一定に保たれるという特性を有する。
【００２１】
ケース１内には、第１加熱器６と第２加熱器７とを隔てる隔壁１１が設けられており、一方の加熱器に送られた空気が他方の加熱器へと流れないようになっている。第１加熱器６と第２加熱器７は、独立して動作させることができることに加え、隔壁１１によって隔てられることによって、独立性が確保される。
【００２２】
また、ケース１内には、第１加熱器６及び第２加熱器７と並列に、第１加熱器６及び第２加熱器７を通さずに空気を下流へと送るバイパス通路１２が形成されている。また、バイパス通路１２には、バイパス通路１２を部分的に開閉するバイパスドア１３が設けられている。
【００２３】
第１加熱器６と第２加熱器７の入口側には、スライド式のミックスドア１４が設けられている。ミックスドア１４には図中上下に延びるラック部１４ｒが形成され、ラック部１４ｒにはギヤ１４ｇが噛み合っている。ミックスドア１４は、ギヤ１４ｇが図示しない電気モータによって回転駆動されることによって、図中上下にスライドすることができる。
【００２４】
ミックスドア１４が図示の位置にある状態では第１加熱器６の入口が閉塞されて第１加熱器６への空気の流入が阻止され、バイパスドア１３が閉じていれば、ケース１内を流れる空気の全量が第２加熱器７にのみ流入する。また、ミックスドア１４が最上位置にある状態では、バイパス通路１２が閉塞されてバイパス通路１２への空気の流入が阻止され、ケース１内を流れる空気の全量が第１加熱器６及び第２加熱器７に流れる。また、ミックスドア１４が最下位置にある状態では、第１加熱器６及び第２加熱器７の入口がともに閉塞され、ケース１内を流れる空気の全量がバイパス通路１２に流れる。ミックスドア１４の位置は要求される空調熱負荷（冷房熱負荷、又は、暖房熱負荷）に応じて制御され、これについては後述する。
【００２５】
センサ群３０には、外気温センサ３１、室内温度センサ３２、日射量センサ３３、及び、水温センサ３４が含まれる。
【００２６】
外気温センサ３１は、外気の温度を検出するセンサである。室内温度センサ３２は、車室内の空気の温度を検出するセンサである。日射量センサ３３は、日射量を検出するセンサである。水温センサ３４は、第１加熱器６の水温を検出するセンサである。センサ群３０によって検出された結果は、制御装置２０に入力される。
【００２７】
また、制御装置２０には、空調のＯＮ／ＯＦＦの切り換え、室内温度の設定、内気循環か外気導入の切り換え等を行う複数のスイッチ（物理的なスイッチ又はタッチパネル上に表示されたスイッチ）によって構成される操作パネル４０の状態が入力される。
【００２８】
制御装置２０は、センサ群３０及び操作パネル４０から入力された情報に基づき、乗員が希望する車室内環境が実現されるよう、空調システム１００を統合的に制御する。制御装置２０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、後述する処理を実行するためのプログラムが記憶された記憶装置、入出力インターフェース等を備える。制御装置２０は、プログラムをＲＡＭに読み込み、ＣＰＵにプログラムを実行させることで、以下に説明する各種機能を実現する。
【００２９】
具体的には、制御装置２０は、設定温度、外気温度、室内温度、日射量に基づき、必要とされる吹き出し口温度（デフ吹き出し口３ａ、フェイス吹き出し口３ｂ、及び、フット吹き出し口３ｃにおける温度）を演算する。そして、ミックスドア１４を移動させ、バイパスドア１２を通過する空気（冷却器４作動時は冷却及び除湿された空気）と第１加熱器６及び／又は第２加熱器７によって加熱された空気との混合比率を調整することで、吹き出し口温度を必要とされる温度に制御する。
【００３０】
ところで、空調システム１００の動作を開始してから第１加熱器６によって空気を十分な温度まで加熱することができるようになるまでには時間を要する。これは、第１加熱器６が、上記の通り、第１電気ヒータ６１によって水を暖め、この熱を空気に伝達する構成であり、水が持つ比熱によって、暖房可能な温度まで水温を上昇させるまでには時間を要するからである。
【００３１】
このため、暖房運転時は、制御装置２０は、空調システム１００の動作を開始してからしばらくの間はミックスドア１４及びバイパスドア１３によって第１加熱器６の入口及びバイパス通路１２を閉塞し、即暖性に優れた第２加熱器７のみを用いて空気を加熱するようにする。このとき、吹き出し口温度がなるべく高くなるようにブロワファン４の風量を制限（例えば、通常の半分程度に制限）する。
【００３２】
そして、第１加熱器６の水温が上昇し、第１加熱器６によって空気を十分に加熱できるようになったら、ミックスドア１４を移動させて第１加熱器６の入口及び第２加熱器７の入口をともに全開にして、第１加熱器６及び第２加熱器７の両方を用いた空気の加熱を開始するとともに、ブロワファン４の風量を増加させ、室内温度の速やかな上昇を実現する。
【００３３】
さらに、第１加熱器６と第２加熱器７は上記の通り、独立して動作させることができるので、制御装置２０は、設定温度が低い場合や日照がある場合等、第１加熱器６及び第２加熱器７に要求される暖房熱負荷が低い場合で、第２加熱器７のみで必要とされる吹き出し口温度を実現できる場合は、第１加熱器６を停止状態とし、第２加熱器７のみで空気を加熱するようにする。第１加熱器６が停止状態であれば、第１電気ヒータ６１及び電動ポンプ６３を作動させる必要がなく、空調システム１００の消費電力を抑えることができる。
【００３４】
図２は、空調システム１００を暖房運転させる時の制御装置２０の処理内容を示したフローチャートである。これを参照しながら、空調システム１００の暖房運転時の動作を、運転開始時の動作を中心として説明する。
【００３５】
まず、制御装置２０は、センサ群３０から入力される情報（外気温度、室内温度、日照量）及び操作パネル４０から入力される情報（設定温度、設定風量等）に基づき、必要とされる吹き出し口温度、それを実現するための第１加熱器６及び第２加熱器７に要求される暖房熱負荷を演算し、演算された暖房熱負荷に基づきミックスドア１４の指示位置を設定し、当該指示位置までミックスドア１４を移動させる（Ｓ１）。ミックスドア１４の指示位置は、要求される暖房熱負荷が大きいほどバイパス通路１２側（図１中上側）に設定される、すなわち、加熱器側の開度が大きくなるように設定される。
【００３６】
次に、制御装置２０は、暖房熱負荷がゼロか判断する（Ｓ２）。
【００３７】
暖房熱負荷がゼロの場合は、空気を加熱する必要がないので、処理がＳ２からＳ３に進み、制御装置２０は、第１加熱器６及び第２加熱器７を停止状態とし（Ｓ３）、バイパスドア１３を開く（Ｓ４）。
【００３８】
これに対し、暖房熱負荷がゼロでない場合は、空気を加熱する必要があるので、処理がＳ２からＳ５に進み、制御装置２０は、第２加熱器７を作動させる（Ｓ５）。
【００３９】
次に、制御装置２０は、暖房熱負荷が所定値よりも高いか判断する（Ｓ６）。所定値は、第２加熱器７のみで満たすことができる暖房熱負荷の上限値である。暖房熱負荷が所定値よりも小さい場合は、第１加熱器６を作動させる必要がないので、処理がＳ６からＳ７に進み、第１加熱器６は停止状態とする。
【００４０】
暖房熱負荷が所定値よりも大きい場合は処理がＳ６からＳ８に進み、第１加熱器６を作動させる（Ｓ８）。
【００４１】
ただし、作動直後は第１加熱器６の水温が低く、まだ空気を十分に加熱することができない可能性がある。そこで、制御装置２０は、第１加熱器６の水温を判断し（Ｓ９）、第１加熱器６の水温が所定値よりも低い場合は、Ｓ１０〜Ｓ１２の処理を行うことで、当面の吹き出し口温度を確保する。所定値は、例えば、十分な吹き出し口温度（例えば、４０℃）を確保することができる水温（例えば、６０℃）である。
【００４２】
具体的には、制御装置２０は、バイパスドア１３を閉め（Ｓ１０）、ミックスドア１４を第１加熱器６の入口を閉塞し第２加熱器７の入口のみ開く位置に移動させ（Ｓ１１）、空気の全量が第２加熱器７に送られるようにする。これによって、第２加熱器７のみで空気の加熱が行われる。
【００４３】
そして、制御装置２０は、ブロワファン４の風量を最大風量の半分程度、例えば２ｍ3／ｍｉｎに制限し（Ｓ１２）、吹き出し口温度を確保する。なお、第２加熱器７を作動させてから第２加熱器７による空気の加熱が可能になるまでには、１分程度の時間を要することから、制御装置２０は、第２加熱器７を作動させてから１分経過してからブロワファン４の運転を開始する。
【００４４】
その後、第１加熱器６の水温が上昇し所定値よりも高くなると、処理がＳ９からＳ１３に進む。
【００４５】
制御装置２０は、バイパスドア１３を開き（Ｓ１３）、ブロワファン４の風量制限を解除する（Ｓ１４）。以後、制御装置２０は、通常の暖房制御を行う。
【００４６】
図３は、暖房運転開始後の吹き出し口温度の変化を示したタイムチャートである。
【００４７】
このタイムチャートは、上記実施形態（実線）と比較例（破線）とについて、暖房運転開始後の吹き出し口温度の変化を示している。比較例は、第２加熱器７を無くし、暖房熱負荷を第１加熱器６のみでまかなえるように、第１加熱器６をより大きなものに変更した構成である。また、この例において必要とされる吹き出し口温度は６０℃である。
【００４８】
比較例では、吹き出し口温度が緩やかに上昇し、かつ、必要とされる６０℃に到達するまでに長い時間を要しているが、上記実施形態では比較例に比べ、吹き出し口温度の上昇速度が速く、かつ、必要とされる６０℃に到達するまでの時間も短い（ｔ３＜ｔ３’）。
【００４９】
これは、本実施形態では、暖房開始直後の空気の加熱を即暖性に優れた第２加熱器７のみによって行うようにしたので、暖房を開始するまでの時間が短くなり（ｔ１＜ｔ２’）、かつ、吹き出し口温度の上昇速度も速くなるからである。
【００５０】
また、本実施形態では、第１加熱器６の水量が比較例に比べ少なくなるので、水温の上昇に要する時間も短く、第１加熱器６によって空気を加熱できるようになるまでの時間が短い。したがって、第１加熱器６による暖房を開始するタイミング、及び、ブロワファン４の風量を最大にするタイミングも早めることができ（ｔ２＜ｔ２’）、吹き出し口温度を必要とされる温度までより短い時間で高めることができる。
【００５１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例を示したものであり、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００５２】
例えば、上記実施形態では、第１電気ヒータ６１及び第２電気ヒータ７１をＰＴＣ素子で構成したが、その他の構成（その他の抵抗素子を用いた抵抗加熱、電磁波加熱、誘導加熱等）であっても良い。
【００５３】
また、第１加熱器では加熱用の媒体として水を用いているが、その他の媒体、例えばオイルを用いてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１      ケース
６      第１加熱器（熱交換器）
７      第２加熱器
１１    隔壁
１２    バイパス通路
１３    バイパスドア（第２ドア）
１４    ミックスドア（加熱器選択手段、第１ドア）
６１    第１電気ヒータ（電気ヒータ）
６３    電動ポンプ
７１    第２電気ヒータ（電気ヒータ）
１００  空調システム（車両用暖房装置）
【図１】
2012240570.tif 000003
【図２】
2012240570.tif 000004
【図３】
2012240570.tif 000005