JP2023116207A - 暖房制御装置及び制御プログラム、流体加熱ユニット、暖房サイクル装置及びそれを備える車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本開示は、発熱体の空焚き状態の検知機能と熱媒体の低流量状態の検知機能とを一体化して、部品点数の増加を抑制することができる暖房制御装置及び制御プログラム、流体加熱ユニット、暖房サイクル装置及びそれを備える車両用空調装置を提供することを目的とする。【解決手段】本開示に係る暖房制御装置６は、タンク１５と、ヒータ４と、流路の下流部に感温部を有する温度検出装置５１と、トランジスタ５と、を備える流体加熱ユニット１０に搭載された暖房制御装置において、暖房制御装置は、クーラントの液量が規定量であってクーラントの流量が０Ｌ／分であるときの流路の下流部のクーラントの温度上昇速度Ｖ０に基づいて設定された閾速度Ｖｔの値を記憶しており、かつ、温度検出装置で検出された温度に基づいて温度上昇速度Ｖを算出し、温度上昇速度の値が、閾速度の値以上であるとき、トランジスタをオフしてヒータへの電力の印加を停止する。【選択図】図１

Description

本開示は、暖房制御装置及び制御プログラム、流体加熱ユニット、暖房サイクル装置及びそれを備える車両用空調装置に関する。

従来、温水を利用して暖房を行う温水式暖房装置を用いた車両用空調装置が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。特許文献１の車両用空調装置では、第１のスイッチと第２のスイッチとを備え、第２のスイッチによって起動された場合の温水の目標温度を、第１のスイッチによって起動された場合の温水の目標温度よりも低い値に設定することで、車室内の温度が高い場合の暖房時において、快適な暖房温度を得ることができる。

また、温水式暖房装置のヒータとして、電熱式ヒータによって流体を加熱する流体加熱ユニットが開示されている（例えば、特許文献２を参照。）。

ヒータの空焚きを防止する加熱装置として、異なるヒータの外面間の電気抵抗が上限閾値以上となるとき、ヒータへの通電を停止する装置が知られている（例えば、特許文献３を参照。）。

特開平１０－２５８６３０号公報 特開２０１７－２１５０８４号公報 特開２０１５－２５５９４号公報

特許文献２のような流体加熱ユニットに特許文献１のような電熱式ヒータへの電力供給方法を用いることで、目標温度に近い温度の液状熱媒体（例えば温水）を得ることができる。しかし、特許文献１及び特許文献２の技術によって目標温度に近い温度の熱媒体を得るためには、前提として、加熱装置を通流する熱媒体の流量が、所定の流量になっていることが挙げられる。所定の流量の熱媒体が供給されている場合、所定の電力が供給されると、加熱装置から流出する時点での熱媒体は、所定の温度となる。しかし、ポンプの故障などの何らかの原因によって所定の流量の熱媒体が供給されない場合、供給される電力量を適切に削減しない限り、所定の温度の熱媒体を得ることはできない。

また、ポンプの故障などの何らかの原因によって熱媒体が加熱装置のタンクに供給されなくなる場合がある。このとき、製造段階において熱媒体の充填量が規定量に満たないミスがあったり、配管漏れなど何らかの原因によって熱媒体の液量が規定量よりも少なくなるトラブルがあったりすると、加熱装置のタンク内の液面が低下して、発熱体が液面から露出した空焚き状態となる。発熱体が空焚き状態となると、発熱体の表面温度が通常運転時の温度よりも高温となって、意図せずに熱媒体の成分が析出されたり、発熱体が破損したりするおそれがある。

このように、加熱装置では、低流量状態及び空焚き状態の両方を検知することが求められる。特許文献３の加熱装置は、異なるヒータの外面間の電気抵抗値によって空焚き状態を検知することができるが、低流量状態を検知することができない。低流量を検知するためには、別の機能を追加しなければならず、部品点数が増加してしまう。また、特許文献３の加熱装置は、発熱体が複数配列されている必要があり、加熱装置が大型化する問題がある。加熱装置が配置される車両前室（乗員が搭乗する車室内空間と区画されて、その前方に形成された空間）には多くの機器が配置されるところ、加熱装置の省スペース化が望まれる。

本開示は、発熱体の空焚き状態の検知機能と熱媒体の低流量状態の検知機能とを一体化して、部品点数の増加を抑制することができる暖房制御装置及び制御プログラム、流体加熱ユニット、暖房サイクル装置及びそれを備える車両用空調装置を提供することを目的とする。

本発明に係る暖房制御装置は、クーラントの流入口、流路及び流出口を有し、かつ、前記流入口及び前記流出口が循環流路に接続されるタンクと、前記流路内に配置されて通電によって発熱して前記クーラントを加熱するヒータと、前記流路の下流部に感温部を有する温度検出装置と、前記ヒータに電力を供給するトランジスタと、を備える流体加熱ユニットに搭載された暖房制御装置において、前記暖房制御装置は、前記クーラントの液量が規定量であって前記クーラントの流量が０Ｌ／ｍｉｎであるときの前記流路の下流部の前記クーラントの温度上昇速度に基づいて設定された閾速度の値を記憶しており、かつ、前記温度検出装置で検出された温度に基づいて温度上昇速度を算出し、該温度上昇速度の値が、前記閾速度の値以上であるとき、前記トランジスタをオフして前記ヒータへの電力の印加を停止することを特徴とする。

本発明に係る暖房制御装置は、前記温度検出装置で検出された温度に基づいて、前記ヒータへの電力の印加を停止後の所定時間における温度上昇値を算出し、該温度上昇値が所定の上昇値以上であるとき、前記タンク内の前記クーラントの液量が減少して前記ヒータが空焚き状態であったと判定し、前記温度上昇値が前記所定の上昇値未満であるとき、ゼロ流量状態ではあるが前記クーラントの液量は規定量の範囲内であったと判定することが好ましい。不具合の原因を適切に把握することができる。その結果、その後に行うべき処置を適切に判断することができる。

本発明に係る暖房制御装置は、前記温度上昇値と前記タンク内の前記クーラントの液量との関係を示す液量昇温マップを記憶しており、前記ヒータが空焚き状態であったと判定したとき、前記液量昇温マップに基づいて、算出された前記温度上昇値に対応する前記タンク内の前記クーラントの推定液量を導出することが好ましい。不具合の程度を適切に把握することができる。その結果、その後に行うべき処置を適切に判断することができる。

本発明に係る暖房制御装置は、前記ヒータの加熱量が所定の加熱量であるときの前記流路の下流部の前記クーラントの温度上昇速度と前記クーラントの流量との関係を示す流量昇温マップを記憶しており、前記閾速度の値を、前記流量昇温マップに基づいて設定することが好ましい。流量を把握するためのマップを流用することができる。

本発明に係る暖房制御装置では、前記感温部は、前記ヒータよりも上方に配置されていることが好ましい。タンク内での液面の低下をより迅速に検知することができる。

本発明に係る流体加熱ユニットは、クーラントの流入口、流路及び流出口を有し、かつ、前記流入口及び前記流出口が循環流路に接続されるタンクと、前記流路内に配置されて通電によって発熱して前記クーラントを加熱するヒータと、前記流路の下流部に感温部を有する温度検出装置と、前記ヒータに電力を供給するトランジスタと、本発明に係る暖房制御装置と、を備え、該暖房制御装置は、前記トランジスタによる前記ヒータへの電力の供給を制御することを特徴とする。

本発明に係る暖房サイクル装置は、循環流路と、該循環流路に充填されたクーラントと、該クーラントを前記循環流路にて循環させるポンプと、前記クーラントを温調する本発明に係る流体加熱ユニットと、前記クーラントを放熱する放熱器と、を備え、前記クーラントは、前記流体加熱ユニットにおいて前記ヒータが前記トランジスタによって通電されることで加熱されることを特徴とする。

本発明に係る車両用空調装置は、本発明に係る暖房サイクル装置を備え、車両に搭載される車両用空調装置であって、前記車両は電気モータによる走行が可能とされ、前記車両用空調装置は、車室内に供給される空気の温度を調整する温調ユニットを有し、前記放熱器は前記温調ユニットの内部に配置される温水式熱交換器であることを特徴とする。

本発明に係る制御プログラムは、本発明に係る暖房制御装置に、前記温度上昇速度に基づいて前記トランジスタによる前記ヒータへの電力の供給の制御を行う処理を実行させることを特徴とする。

本開示によれば、発熱体の空焚き状態の検知機能と熱媒体の低流量状態の検知機能とを一体化して、部品点数の増加を抑制することができる暖房制御装置及び制御プログラム、流体加熱ユニット、暖房サイクル装置及びそれを備える車両用空調装置を提供することができる。

本実施形態に係る流体加熱ユニット、暖房サイクル装置及びそれを備える車両用空調装置の一例を示すブロック図である。 流体加熱ユニットのタンクの一例を示す概略断面図である。 クーラントの温度上昇速度を説明するための図である。 流量昇温マップをグラフ化した図であり、（ａ）は第一例、（ｂ）は第二例を示す。 空焚き状態における検出温度の経時変化を示す図である。

以下、添付の図面を参照して本発明の一態様を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。本発明の効果を奏する限り、種々の形態変更をしてもよい。説明中、上下とは車両流体加熱ユニットが搭載される車両を基準としての上下をいう。

図１は、本実施形態に係る流体加熱ユニット、暖房サイクル装置及びそれを備える車両用空調装置の一例を示すブロック図である。本実施形態に係る暖房制御装置６は、クーラントの流入口１０ｂ、流路１０ｃ及び流出口１０ａを有し、かつ、流入口１０ｂ及び流出口１０ａが循環流路２に接続されるタンク１５と、流路１０ｃ内に配置されて通電によって発熱してクーラントを加熱するヒータ４と、流路１０ｃの下流部に感温部５１ａを有する温度検出装置５１と、ヒータ４に電力を供給するトランジスタ５と、を備える流体加熱ユニット１０に搭載された暖房制御装置６において、暖房制御装置６は、クーラントの液量が規定量であってクーラントの流量が０Ｌ／ｍｉｎ（分）であるときの流路１０ｃの下流部のクーラントの温度上昇速度Ｖ_０に基づいて設定された閾速度Ｖｔの値を記憶しており、かつ、温度検出装置５１で検出された温度に基づいて温度上昇速度Ｖを算出し、温度上昇速度Ｖの値が、閾速度Ｖｔの値以上であるとき、トランジスタ５をオフしてヒータ４への電力の印加を停止する。

本実施形態に係る流体加熱ユニット１０は、クーラントの流入口１０ｂ、流路１０ｃ及び流出口１０ａを有し、かつ、流入口１０ｂ及び流出口１０ａが循環流路２に接続されるタンク１５と、流路１０ｃ内に配置されて通電によって発熱してクーラントを加熱するヒータ４と、流路１０ｃの下流部に感温部５１ａを有する温度検出装置５１と、ヒータ４に電力を供給するトランジスタ５と、本実施形態に係る暖房制御装置６と、を備え、暖房制御装置６は、トランジスタ５によるヒータ４への電力の供給を制御する。

流体加熱ユニット１０は、トランジスタ５がヒータ４に電力を供給してヒータ４が発熱することで車両用空調装置の放熱器７に供給されるクーラントを加熱する。このとき、暖房制御装置６がトランジスタ５のスイッチング動作を制御し、トランジスタ５のオン‐オフのデューティ比を変更してヒータ４による加熱量を調整することで、クーラントが温調される。

図２は、流体加熱ユニットのタンクの一例を示す概略断面図である。タンク１５は、流体加熱ユニット１０の外殻をなすハウジング１４の一部である。ハウジング１４は、例えばアルミ合金などの金属、あるいは６，６‐ナイロンなどの耐熱性樹脂からなり、図２に示すように、カバー１４ａと、リッド１４ｂと、ハウジング本体１４ｃとを有していてもよい。ハウジング本体１４ｃは、一端に開口を有する筒状部材である。リッド１４ｂは、ハウジング本体１４ｃの開口を閉塞する板状部材である。このような形態では、タンク１５は、ハウジング本体１４ｃの開口がリッド１４ｂで閉塞されることで形成される。カバー１４ａは、ハウジング本体１４ｃの上壁面を覆う蓋状部材である。カバー１４ａとハウジング本体１４ｃの上壁面とで囲まれた空間は、収容室１８となる。収容室１８には、トランジスタ５などの電装部品、暖房制御装置６及び基板１９などが収容される。

タンク１５は、図２に示すように、内部空間としてクーラントの流路１０ｃを有し、流入口１０ｂから流入されたクーラントを流出口１０ａへと通過させる。タンク１５内には、ヒータ４が収容される。流入口１０ｂには、流入口接続配管１６が接続されている。流入口接続配管１６は、循環流路２を構成する配管１３（図１に図示）に接続される。あるいは、配管１３が流入口接続配管１６を兼ねていてもよい。流出口１０ａには、流出口接続配管１７が接続されている。流出口接続配管１７は、循環流路２を構成する配管１１（図１に図示）に接続される。あるいは、配管１１が流出口接続配管１７を兼ねていてもよい。

ヒータ４は通電されることで発熱する電気発熱体であり、その種類は特に限定されず、例えば、ニクロム線が金属パイプで包まれたシーズヒータが利用される。

温度検出装置５１は、例えば温度センサである。温度検出装置５１の感温部５１ａは、図２に示すように、流路１０ｃの下流部に設けられる。流路１０ｃの下流部は、例えば、流出口１０ａの近傍である。タンク１５の場所によってクーラントに温度のバラツキがあったとしても、クーラントがタンク１５から流出するにあたり流出口１０ａに集約することでクーラントが混合され、バラツキ無く温度を検出することができる。さらに、温度検出装置５１の感温部５１ａは、図２に示すように、流出口１０ａの直前の流路１０ｃに設けることがより好ましい。流出口１０ａよりも上流側に温度検出装置５１の感温部５１ａを設けることでクーラントの意図しない放熱が発生する前に温度を検出することができ、ヒータ４からクーラントへ移動した熱エネルギの検出を高い精度で行うことができる。感温部５１ａは、図２に示すように、ヒータ４よりも上方に配置されていることが好ましい。タンク１５内での液面の低下をより迅速に検知することができる。

トランジスタ５は、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であることが好ましい。トランジスタ５は、図１に示すように、バッテリ８に電気的に接続される。また、トランジスタ５は、暖房制御装置６に電気的に接続され、暖房制御装置６からの指令信号に応じてスイッチング動作する。トランジスタ５は、スイッチング動作によってヒータ４への電力の供給を制御する。トランジスタ５のオン‐オフのデューティ比を変更することによって、ヒータ４による加熱量を調整し、クーラントに与える熱量を調整することができる。流体加熱ユニット１０は、図１に示すように、少なくとも、ヒータ４、トランジスタ５、暖房制御装置６、これらを接続してバッテリ８と電気回路を構成する電気配線５５を有して構成される。

本実施形態に係る暖房サイクル装置１は、図１に示すように、循環流路２と、循環流路２に充填されたクーラントと、クーラントを循環流路２にて循環させるポンプ３と、クーラントを温調する本実施形態に係る流体加熱ユニット１０と、クーラントを放熱する放熱器７と、を備え、クーラントは、流体加熱ユニット１０においてヒータ４がトランジスタ５によって通電されることで加熱される。

暖房サイクル装置１は、車両用空調装置において暖房用の温風を流体加熱ユニット１０で温調されたクーラントと放熱器７を通過する空気とを熱交換することによって、熱を生成する装置である。

循環流路２は、ヒータ４を収容するタンク１５の流出口１０ａと放熱器７のクーラントの流入口とを接続する配管１１と、放熱器７のクーラントの流出口とポンプ３とを接続する配管１２と、ポンプ３とタンク１５の流入口１０ｂとを接続する配管１３とを含む。

クーラント（不図示）は常温において液状であり、例えば、水にエチレングリコール又はグリセリンを溶解させた熱媒体である。

放熱器７は、温水式熱交換器である。放熱器７は、内部にクーラントの流路を有する。

タンク１５、循環流路２、放熱器７内の流路及びポンプ３内の流路は、図１に示すように、クーラント回路９を構成している。クーラント回路９において、クーラントは、ポンプ３によって送られて、配管１３を通じて流入口１０ｂからタンク１５内に導入されてタンク１５に内蔵されたヒータ４によって加熱される。続いて、加熱されたクーラントは、タンク１５の流出口１０ａから導出され、配管１１を通って放熱器７に送られ、放熱されて空調用空気を温める。放熱器７を通過したクーラントは、配管１２を通ってポンプ３に吸い込まれて循環する。クーラント回路９は、規定状態では、規定量のクーラントで充満されている。このとき、タンク１５内のクーラントの液面Ｌｎ（以降、規定状態での液面を規定液面Ｌｎということもある。）は、図２に示すように、ヒータ４よりも上方に位置する。

流体加熱ユニット１０の作動中、クーラント回路９内を循環するクーラントの流量は、例えば、１０Ｌ／ｍｉｎなどの所定の流量（設定流量）に設定されている。ここで、クーラントの流量は、暖房サイクル装置１において、単位時間当たりに循環流路２内を流れるクーラントの体積である。しかし、ポンプ３の故障又は配管漏れなどの何らかの原因によって設定流量のクーラントが供給されないトラブルが発生する場合がある。流体加熱ユニット１０の作動中、クーラントの流量が設定流量よりも少ないと、クーラントの沸騰による局部の異常発熱などが発生し、流体加熱ユニット１０の信頼性に影響を及ぼすおそれがある。

また、製造段階においてクーラントの充填量が規定量に満たないミス又は配管漏れなど何らかの原因によってクーラントの液量が規定量よりも少なくなるトラブルが発生する場合がある。この場合であっても、ポンプ３の駆動によってクーラントがクーラント回路９内を循環していれば、少なくともタンク１５内はクーラントで充満される。このため、タンク１５内のクーラントの液面は、図２に示す規定液面Ｌｎと同様にヒータ４よりも上方に位置する。しかし、ポンプ３の故障などの何らかの理由によってクーラントがクーラント回路９内を循環しなくなると、タンク１５内のクーラントの液面Ｌａ（図２に図示）が規定液面Ｌｎよりも低くなって、ヒータ４の上端よりも下方に位置することとなる（以降、液面低下状態での液面を低下液面Ｌａということもある。）場合がある。すなわち、ヒータ４の一部又は全体が低下液面Ｌａから露出した空焚き状態となる。ヒータ４が空焚き状態となると、ヒータ４の表面温度が通常運転時の温度よりも高温となって、意図せずにクーラントの成分が析出されたり、ヒータ４が破損したりするおそれがある。

上記の通り、流体加熱ユニット１０では、クーラントの流量の異常及び空焚き状態を検知することが求められる。従来、これら２つの不具合モードは、それぞれ別個の検知機能が採用されてきた。しかし、部品点数が増加してしまう問題があった。そこで、本実施形態に係る暖房制御装置６は、流体加熱ユニット１０における流路１０ｃの下流部の温度を用いて、クーラントの流量検知及び空焚き状態の検知の両方の検知を行うこととした。２つの不具合モードの検知機能を共用化することで、部品点数の増加を抑制することができる。

次に、暖房制御装置６が、流体加熱ユニット１０における流路１０ｃの下流部の温度を用いて、クーラントの流量検知及び空焚き状態の検知の両方の検知を行う方法について説明する。

まず、暖房制御装置６は、温度検出装置５１で検出された温度に基づいて温度上昇速度Ｖを算出する。温度上昇速度Ｖの算出は、例えば次のように行われる。ヒータ４への通電開始後、ある時点ｔにおける温度検出装置５１が検出した温度をＸとし、時点ｔよりも所定時間Δｔ前の時点（ｔ－Δｔ）における温度検出装置５１が検出した温度をＸ´とすると、時点ｔにおける温度上昇速度Ｖは、｛（Ｘ－Ｘ´）／Δｔ｝で求めることができる。所定時間Δｔは、特に限定されず、例えば、１～５秒である。暖房制御装置６は、例えば、温度検出装置５１が検出した温度を１０ｍ秒ごとに取得し、１秒ごとに温度上昇速度Ｖを算出する。

次いで、暖房制御装置６は、算出した温度上昇速度Ｖの値が、閾速度Ｖｔの値以上であるとき、トランジスタ５へ、スイッチング動作をオフする指令信号を送る。暖房制御装置６は、温度上昇速度Ｖを所定時間（例えば１秒）ごとに算出し、算出された温度上昇速度Ｖが閾速度Ｖｔ以上であることを連続して所定回数（例えば８回）判断したとき、トランジスタ５をオフにすることが好ましい。閾速度Ｖｔは、クーラントの液量が規定量であってクーラントの流量が０Ｌ／ｍｉｎであるときの流路１０ｃの下流部のクーラントの温度上昇速度Ｖ_０（以降、ゼロ流量温度上昇速度Ｖ_０ということもある。）と同じであるか、又はゼロ流量温度上昇速度Ｖ_０よりも小さい値であることが好ましい。言い換えると、閾速度Ｖｔは、ゼロ流量温度上昇速度Ｖ_０以下であることが好ましい。閾速度Ｖｔの下限値は、特に限定されないが、例えば、ゼロ流量温度上昇速度Ｖ_０－０．５℃／ｍｉｎ以上であることが好ましい。温度上昇速度Ｖが閾速度Ｖｔ以上であることは、何らかの原因によって、タンク１５内にクーラントが供給されていないこと、すなわちクーラントの流量が０Ｌ／ｍｉｎであるゼロ流量状態であることを間接的に示している。ゼロ流量状態である場合は、タンク１５内のクーラントの液量が減少してヒータ４が空焚き状態である場合及びゼロ流量であるがクーラントの液量は規定量の範囲内である場合を包含する。いずれの場合であっても、ヒータ４によるクーラントの加熱が続くと２次被害が発生するおそれがあるので、ヒータ４への電力の印加を停止する。

暖房制御装置６は、閾速度Ｖｔとして、予め設定された値を記憶しているか、又は、ヒータ４の加熱量が所定の加熱量Ｅ_１００であるときの流路１０ｃの下流部のクーラントの温度上昇速度とクーラントの流量との関係を示す流量昇温マップを記憶しており、閾速度Ｖｔの値を、流量昇温マップに基づいて設定し、その設定した値を記憶していてもよい。後者は、流量を把握するためのマップを流用することができる。所定の加熱量Ｅ_１００は、特に限定されないが、例えば、７ｋＷ／ｈである。

次に、流量昇温マップを説明するにあたり、クーラントの温度上昇速度について図３を参照して、説明する。図３は、クーラントの温度上昇速度を説明するための図である。図３は、クーラントの液量が規定量であってヒータ４の加熱量が７ｋＷ／ｈである場合について、経過時間と流路１０ｃの下流部のクーラントの温度との関係を表したグラフ８０１，８０２，８０３，８０４であり、それぞれ、流量が０Ｌ／ｍｉｎ（０Ｌ／ｈ）であるときのグラフ８０１、流量が２Ｌ／ｍｉｎ（１２０Ｌ／ｈ）であるときのグラフ８０２、流量が５Ｌ／ｍｉｎ（３００Ｌ／ｈ）であるときのグラフ８０３、流量が１０Ｌ／ｍｉｎ（６００Ｌ／ｈ）であるときのグラフ８０４である。横軸は、経過時間であり、単位は分である。縦軸は、流路１０ｃの下流部のクーラントの温度であり、単位は℃である。流路１０ｃの下流部のクーラントの温度は、例えば、温度検出装置５１で検出された温度である。これらのグラフ８０１，８０２，８０３，８０４は、ヒータ４の加熱初期に立ち上がり部８０１ａ，８０２ａ，８０３ａ，８０４ａを有する。ヒータ４の加熱初期は、ヒータ４に通電を開始した時から６０秒以内であることが好ましく、ヒータ４に通電を開始した時から２０～３０秒以内であることがより好ましい。クーラントの温度上昇速度は、立ち上がり部８０１ａ，８０２ａ，８０３ａ，８０４ａの接線の傾きである。このうち、立ち上がり部８０１ａの接線の傾きが、ゼロ流量温度上昇速度Ｖ_０である。クーラントの温度上昇速度の単位は、℃／ｍｉｎである。図３に示すように、ヒータ４の加熱量が所定量であるとき、クーラントの流量が異なると、クーラントの温度上昇速度が異なる。より詳細には、クーラントの流量が少なくなるほど、クーラントの温度上昇速度は速くなる傾向にある。流量昇温マップはこの傾向を関数化したものである。

図４は、流量昇温マップをグラフ化した図であり、図４（ａ）は第一例、図４（ｂ）は第二例を示す。流量昇温マップは、暖房制御装置６の記憶部（不図示）に記憶されている。流量昇温マップ８５０（８５１，８５２）は、ヒータ４の加熱量が所定量であるときの流路１０ｃの下流部のクーラントの温度上昇速度とクーラントの流量との関係を示す関数であり、例えば、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、横軸を流路１０ｃの下流部のクーラントの温度上昇速度とし、縦軸をクーラントの流量としたグラフとして表示したとき、流量昇温マップ８５０（８５１，８５２）は、例えば、図４（ａ）に示すような傾きが負の一次関数８５１又は図４（ｂ）に示すような反比例の関数８５２などのグラフで表される。本実施形態に係る暖房制御装置６は、流量昇温マップ８５０（８５１，８５２）からゼロ流量温度上昇速度Ｖ_０を取得して、閾速度Ｖｔを設定してもよい。また、ゼロ流量温度上昇速度Ｖ_０は、クーラント回路９に規定量のクーラントを充填した状態におけるゼロ流量での温度上昇速度であるが、ゼロ流量温度上昇速度Ｖ_０に代えて、試験的に、タンク１５内に満量のクーラントを充填し、タンク１５の流入口１０ｂ及び流出口１０ａを閉塞して流体加熱ユニット１０を閉鎖系とした状態における温度検出装置５１で検出したクーラントの温度上昇速度Ｖ_０´を用いて閾速度Ｖｔを設定してもよい。温度上昇速度Ｖ_０´は、ゼロ流量温度上昇速度Ｖ_０と概ね同値となる。

ゼロ流量状態であってヒータ４が空焚き状態である場合、温度検出装置５１が検出する温度は、ヒータ４によって加熱された空気の温度である。一方、ゼロ流量状態であってクーラントの液量が規定量の範囲内である場合、温度検出装置５１が検出する温度は、ヒータ４によって加熱されたクーラントの温度である。クーラントの比熱は空気の比熱よりも高いので、同体積に同一熱量が与えられた場合、クーラントの温度よりも空気の温度の方が高くなる現象が起こる。本実施形態に係る暖房制御装置６は、上記現象を利用して、トランジスタ５をオフにした後、ゼロ流量状態が、タンク１５内のクーラントの液量が減少してヒータ４が空焚き状態である場合又はクーラントの液量は規定量の範囲内である場合のいずれであったかを判定する。具体的には、本実施形態に係る暖房制御装置６は、温度検出装置５１で検出された温度に基づいて、ヒータ４への電力の印加を停止後の所定時間における温度上昇値ΔＴを算出し、温度上昇値ΔＴが所定の上昇値Ｔｐ以上であるとき、タンク１５内のクーラントの液量が減少してヒータ４が空焚き状態であったと判定し、温度上昇値ΔＴが所定の上昇値Ｔｐ未満であるとき、ゼロ流量状態ではあるがクーラントの液量は規定量の範囲内であったと判定することが好ましい。これによって、発生した不具合の原因を適切に把握することができる。その結果、その後に行うべき処置を適切に判断することができる。その後に行うべき処置は、例えば、空焚き状態の場合は、クーラントの補充又は流体加熱ユニット１０の交換若しくは修理である。また、クーラントの液量は規定量の範囲内である場合は、ポンプ３の交換又は修理である。ヒータ４への電力の印加を停止後の所定時間は、特に限定されないが、例えば３０～１２０秒である。所定の上昇値Ｔｐは、タンク１５の容量及びクーラントの成分など各条件によって異なるが、例えば、５～８℃である。

本実施形態に係る暖房制御装置６は、温度上昇値ΔＴとタンク１５内のクーラントの液量との関係を示す液量昇温マップを記憶しており、ヒータ４が空焚き状態であったと判定したとき、液量昇温マップに基づいて、算出された温度上昇値ΔＴに対応するタンク１５内のクーラントの推定液量を導出することが好ましい。

図５は、空焚き状態における検出温度の経時変化を示す図である。図５において、横軸は経過時間［秒］であり、縦軸は温度検出装置５１による検出温度［℃］である。グラフ７０１、７０２は、いずれもタンク１５内の液面が低下液面Ｌａ（図２に図示）である場合のグラフであり、グラフ７０１はタンク１５内の液量が相対的に少ない場合のグラフであり、グラフ７０２はタンク１５内の液量が相対的に多い場合のグラフである。図５には、ヒータ４への通電を開始時ｔ_０から検出温度が上昇し、温度上昇速度Ｖが閾速度Ｖｔ以上となってヒータ４への通電を停止した時ｔ_１、ｔ_２の検出温度とｔ_１、ｔ_２後所定時間αが経過した時ｔ_１＋α、ｔ_２＋αの検出温度との差ΔＴ（ΔＴ_１、ΔＴ_２）が図示されている。液量が相対的に少ない場合は、言い換えると空気量が相対的に多い場合といえる。反対に、液量が相対的に多い場合は、言い換えると空気量が相対的に少ない場合といえる。クーラントの比熱は空気の比熱よりも高いので、図５に示すように、液量が相対的に少ない（空気量が相対的に多い）グラフ７０１の温度上昇値ΔＴ_１は、液量が相対的に多い（空気量が相対的に少ない）グラフ７０２の温度上昇値ΔＴ_２よりも大きくなる。このように、温度上昇値ΔＴは、液量が少なくなるほど（空気量が多くなるほど）、大きくなる傾向にある。液量昇温マップはこの傾向を関数化したものである。液量昇温マップを、横軸をΔＴとし、縦軸をタンク１５内のクーラントの液量としたグラフとして表示したとき、液量昇温マップは、例えば、傾きが負の一次関数又は反比例の関数などのグラフで表される。液量昇温マップに基づいてタンク１５内のクーラントの推定液量を導出することで、不具合の程度を適切に把握することができる。その結果、その後に行うべき処置を適切に判断することができる。その後に行うべき処置は、例えば、推定液量が比較的多い場合は、クーラントの補充である。また、推定液量が比較的少ない場合は、ヒータ４が破損している可能性が高いので、流体加熱ユニット１０の交換若しくは修理である。

本実施形態に係る車両用空調装置９００は、図１に示すように、本実施形態に係る暖房サイクル装置１を備え、車両に搭載される車両用空調装置であって、車両は電気モータによる走行が可能とされ、車両用空調装置９００は、車室内に供給される空気の温度を調整する温調ユニット９０１を有し、放熱器７は温調ユニット９０１の内部に配置される温水式熱交換器である。

車両用空調装置９００は、ブロワユニット９０４と、温調ユニット９０１と、を有する。ブロワユニット９０４には、図示しない内気導入口及び／又は外気導入口から取り入れた空気を空気流路９０３に向けて送風する送風機９０２が配置される。温調ユニット９０１の内部空間は空気流路９０３であり、空気流路９０３には、温水式熱交換器（放熱器）７が配置される。温水式熱交換器７の空気流路９０３の上流側には、ブロワユニット９０４から送られてきた空気を必要に応じて除湿・冷却する冷却用熱交換器（不図示）と、冷却用熱交換器と温水式熱交換器７との間に配置されて温水式熱交換器７を通過する空気と温水式熱交換器７をバイパスする空気との割合を調製するエアミックスドア（不図示）とを更に有することが好ましい。温調ユニット９０１の最下流部には、デフロスト開口部（不図示）、ベント開口部（不図示）及びフット開口部（不図示）が設けられている。各開口部は、ダクト（不図示）を介して間接的に又は直接的に、車室内の吹出口（不図示）にそれぞれ接続される。

車両は、例えば、電気モータのみによって走行する電気自動車（ＥＶ）、電力モータ及び内燃機関を含む複数の動力源によって走行するハイブリッド車（ＨＥＶ）、又は内燃機関が発電のみを行い、その電力を用いて駆動される電気モータによって走行する車両を包含する。これらの車両では、クーラントループの総クーラント量がエンジン搭載車よりも少ない傾向にあり、何らかのトラブルでクーラントの液量が減少すると、ヒータ４がクーラントから露出してヒータ４の表面温度が異常に高温となりやすいところ、本実施形態に係る車両用空調装置に搭載される暖房サイクル装置１は液量の減少を早期に発見することができる。

本実施形態に係る制御プログラムは、本実施形態に係る暖房制御装置６に、温度上昇速度Ｖに基づいてトランジスタ５によるヒータ４への電力の供給の制御を行う処理を実行させる。制御プログラムの実行は、例えば次のプロセスを含む。まず、温度検出装置５１で検出された温度を検知し、温度上昇速度Ｖを算出する。そして、算出した温度上昇速度Ｖと閾速度Ｖｔとを比較する。温度上昇速度Ｖが閾速度Ｖｔ以上であるとき、トランジスタ５をオフにする制御を行う。

１ 暖房サイクル装置
２ 循環流路
３ ポンプ
４ ヒータ
５ トランジスタ
６ 暖房制御装置
７ 放熱器
８ バッテリ
９ クーラント回路
１０ 流体加熱ユニット
１０ａ 流出口
１０ｂ 流入口
１０ｃ 流路
１１，１２，１３ 配管
１４ ハウジング
１５ タンク
１６ 流入口接続配管
１７ 流出口接続配管
５１ 温度検出装置
５１ａ 感温部
５５ 電気配線
８０１，８０２，８０３，８０４ グラフ
８０１ａ，８０２ａ，８０３ａ，８０４ａ 立ち上がり部
８５０（８５１，８５２） 流量昇温マップ
９００ 車両用空調装置
９０１ 温調ユニット
９０２ 送風機
９０３ 空気流路
９０４ ブロワユニット
Ｌｎ 規定液面
Ｌａ 低下液面

Claims (9)

1. クーラントの流入口（１０ｂ）、流路（１０ｃ）及び流出口（１０ａ）を有し、かつ、前記流入口（１０ｂ）及び前記流出口（１０ａ）が循環流路（２）に接続されるタンク（１５）と、前記流路（１０ｃ）内に配置されて通電によって発熱して前記クーラントを加熱するヒータ（４）と、前記流路（１０ｃ）の下流部に感温部を有する温度検出装置（５１）と、前記ヒータ（４）に電力を供給するトランジスタ（５）と、を備える流体加熱ユニット（１０）に搭載された暖房制御装置（６）において、
   前記暖房制御装置（６）は、前記クーラントの液量が規定量であって前記クーラントの流量が０Ｌ／ｍｉｎであるときの前記流路（１０ｃ）の下流部の前記クーラントの温度上昇速度（Ｖ_０）に基づいて設定された閾速度（Ｖｔ）の値を記憶しており、かつ、前記温度検出装置（５１）で検出された温度に基づいて温度上昇速度（Ｖ）を算出し、該温度上昇速度（Ｖ）の値が、前記閾速度（Ｖｔ）の値以上であるとき、前記トランジスタ（５）をオフして前記ヒータ（４）への電力の印加を停止することを特徴とする暖房制御装置。
2. 前記暖房制御装置（６）は、
   前記温度検出装置（５１）で検出された温度に基づいて、前記ヒータ（４）への電力の印加を停止後の所定時間における温度上昇値（ΔＴ）を算出し、
   該温度上昇値（ΔＴ）が所定の上昇値（Ｔｐ）以上であるとき、前記タンク内の前記クーラントの液量が減少して前記ヒータ（４）が空焚き状態であったと判定し、
   前記温度上昇値（ΔＴ）が前記所定の上昇値（Ｔｐ）未満であるとき、ゼロ流量状態ではあるが前記クーラントの液量は規定量の範囲内であったと判定することを特徴とする請求項１に記載の暖房制御装置。
3. 前記暖房制御装置（６）は、前記温度上昇値（ΔＴ）と前記タンク（１５）内の前記クーラントの液量との関係を示す液量昇温マップを記憶しており、
   前記ヒータ（４）が空焚き状態であったと判定したとき、前記液量昇温マップに基づいて、算出された前記温度上昇値（ΔＴ）に対応する前記タンク（１５）内の前記クーラントの推定液量を導出することを特徴とする請求項２に記載の暖房制御装置。
4. 前記暖房制御装置（６）は、前記ヒータ（４）の加熱量が所定の加熱量（Ｅ_１００）であるときの前記流路（１０ｃ）の下流部の前記クーラントの温度上昇速度と前記クーラントの流量との関係を示す流量昇温マップを記憶しており、
   前記閾速度の値を、前記流量昇温マップに基づいて設定することを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の暖房制御装置。
5. 前記感温部は、前記ヒータ（４）よりも上方に配置されていることを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載の暖房制御装置。
6. クーラントの流入口（１０ｂ）、流路（１０ｃ）及び流出口（１０ａ）を有し、かつ、前記流入口（１０ｂ）及び前記流出口（１０ａ）が循環流路（２）に接続されるタンク（１５）と、前記流路（１０ｃ）内に配置されて通電によって発熱して前記クーラントを加熱するヒータ（４）と、前記流路（１０ｃ）の下流部に感温部を有する温度検出装置（５１）と、前記ヒータ（４）に電力を供給するトランジスタ（５）と、請求項１～５のいずれか一つに記載の暖房制御装置（６）と、を備え、
   該暖房制御装置（６）は、前記トランジスタ（５）による前記ヒータ（４）への電力の供給を制御することを特徴とする流体加熱ユニット。
7. 循環流路（２）と、該循環流路（２）に充填されたクーラントと、該クーラントを前記循環流路（２）にて循環させるポンプ（３）と、前記クーラントを温調する請求項６に記載の流体加熱ユニット（１０）と、前記クーラントを放熱する放熱器（７）と、を備え、
   前記クーラントは、前記流体加熱ユニット（１０）において前記ヒータ（４）が前記トランジスタ（５）によって通電されることで加熱されることを特徴とする暖房サイクル装置。
8. 請求項７に記載の暖房サイクル装置（１）を備え、車両に搭載される車両用空調装置（９００）であって、
   前記車両は電気モータによる走行が可能とされ、
   前記車両用空調装置（９００）は、車室内に供給される空気の温度を調整する温調ユニット（９０１）を有し、
   前記放熱器（７）は前記温調ユニット（９０１）の内部に配置される温水式熱交換器であることを特徴とする車両用空調装置。
9. 請求項１～５のいずれか一つに記載の暖房制御装置（６）に、前記温度上昇速度（Ｖ）に基づいて前記トランジスタ（５）による前記ヒータ（４）への電力の供給の制御を行う処理を実行させることを特徴とする制御プログラム。

Images