熱媒体加熱装置およびこれを備えた車両用空調装置
【課題】大型化することなく冷却板の密着性を高めることが可能な熱媒体加熱装置およびこれを備えた車両用空調装置を提供することを目的とする。
【解決手段】ＰＴＣ素子を挟んで少なくともその両面にそれぞれ順次積層される電極板と、熱媒体を供給する入口ヘッダ部２２および熱媒体が導出される出口ヘッダ部２３と、入口ヘッダ部２２および出口ヘッダ部２３に設けられる密着部材と、を有し、電極板を間に挟んで互いに平行に積層されて電極板と熱交換する複数の扁平状の熱交チューブ１７と、積層された複数の熱交チューブ１７の一面側に設けられて、電極板に接続される基板と、基板に接続される発熱素子と、基板の他面側に接続されて、積層された複数の熱交チューブ１７を押圧する板状の押圧部材１６と、電極板、熱交チューブ１７、基板、押圧部材１７および発熱素子が収容されるケーシング１１と、を備えることを特徴とする。
【解決手段】ＰＴＣ素子を挟んで少なくともその両面にそれぞれ順次積層される電極板と、熱媒体を供給する入口ヘッダ部２２および熱媒体が導出される出口ヘッダ部２３と、入口ヘッダ部２２および出口ヘッダ部２３に設けられる密着部材と、を有し、電極板を間に挟んで互いに平行に積層されて電極板と熱交換する複数の扁平状の熱交チューブ１７と、積層された複数の熱交チューブ１７の一面側に設けられて、電極板に接続される基板と、基板に接続される発熱素子と、基板の他面側に接続されて、積層された複数の熱交チューブ１７を押圧する板状の押圧部材１６と、電極板、熱交チューブ１７、基板、押圧部材１７および発熱素子が収容されるケーシング１１と、を備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱媒体加熱装置およびこれを備えた車両用空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、被加熱媒体を加熱する熱媒体加熱装置の１つとして、正特性サーミスタ素子（ＰＴＣ素子）を発熱要素とするＰＴＣヒータを用いたものが知られている。
ＰＴＣヒータは、正特性のサーミスタ特性を有しており、温度の上昇とともに抵抗値が上昇し、これによって消費電流が制御されるとともに温度上昇が緩やかになり、その後、消費電流および発熱部の温度が飽和領域に達して安定するものであり、自己温度制御特性を備えている。
【０００３】
このように、ＰＴＣヒータは、ヒータの温度が上昇すると消費電流が低くなり、その後一定温度の飽和領域に達すると、消費電流が低い値で安定するという特性を有する。この特性を利用することにより、消費電力を節減することができるとともに、発熱部温度の異常上昇を防止することができるという利点が得られる。
このような特長を有することから、ＰＴＣヒータは、多くの技術分野において用いられており、空調の分野においても、例えば、車両用空調装置において、空気加温用の放熱器に供給する熱媒体（ここでは、エンジンの冷却水）を加熱するための加熱装置に適用したものが提案されている（例えば、特許文献１および特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−７１０６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２０９４号公報
【特許文献３】特許第４１００３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２に記載の発明は、冷却器を製造時に、垂直にケーシングに挿入された複数の冷却板の間を加圧して各冷却板に設けられているダイアフラム部を変形させることによって半導体素子と冷却板とを密着させている。そのため、水平方向に冷却板を積層させる場合には、冷却器の高さ方向を小さくすることができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、大型化することなく冷却板の密着性を高めることが可能な熱媒体加熱装置およびこれを備えた車両用空調装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明に係る熱媒体加熱装置は、ＰＴＣ素子を挟んで少なくともその両面にそれぞれ積層される電極板と、熱媒体を供給する入口ヘッダ部および前記熱媒体が導出される出口ヘッダ部と、前記入口ヘッダ部および前記出口ヘッダ部に設けられる密着部材と、を有し、前記電極板を間に挟んで互いに平行に積層されて該電極板と熱交換する複数の扁平状の熱交チューブと、積層された複数の前記熱交チューブの一面側に設けられて、前記電極板に接続される基板と、該基板に接続される発熱素子と、前記基板の他面側に接続されて、積層された複数の前記熱交チューブを押圧する板状の押圧部材と、前記電極板、前記熱交チューブ、前記基板、前記押圧部材および前記発熱素子が収容されるケーシングと、を備えることを特徴とする。
【０００８】
ＰＴＣ素子を挟んで少なくともその両面にそれぞれ積層される電極板と熱交換する複数の熱交チューブを互いに平行に積層し、積層された複数の熱交チューブの一面側に基板と押圧部材とを設けることとした。そのため、押圧部材によって入口ヘッダ部間および出口ヘッダ部間に設けられた密着部材を密着させることができる。これにより、積層させた熱交チューブの密着性が高められて、電極板と熱交チューブとの接触熱抵抗を低減させることができる。したがって、熱交チューブから電極板への伝熱効率を向上させた熱媒体加熱装置にすることができる。
【０００９】
本発明に係る熱媒体加熱装置によれば、前記発熱素子は、前記基板と前記押圧部材との間に設けられ、前記押圧部材は、金属製であることを特徴とする。
【００１０】
金属製の押圧部材と基板との間に発熱素子を設けることとした。そのため、積層された熱交チューブを押圧部材によって押圧するとともに、押圧部材を介して発熱素子を熱交チューブからの冷却熱によって冷却することができる。したがって、熱媒体加熱装置の伝熱効率をさらに向上させることができる。
また、積層された熱交チューブを押圧する押圧部材と発熱素子を冷却する冷却部材とを押圧部材によって兼用することとした。そのため、熱媒体加熱装置を構成する部品数を減らすことができる。したがって、熱媒体加熱装置全体を小型化することができる。
【００１１】
本発明に係る熱媒体加熱装置によれば、前記ケーシングには、積層された複数の前記熱交チューブに導かれる前記熱媒体の導出入を行う熱媒体導出入路が一体的に形成されることを特徴とする。
【００１２】
熱媒体の導出入を行う熱媒体導出入路をケーシングに一体的に形成することとした。そのため、熱媒体を熱媒体加熱装置に供給する際に、積層された熱交チューブにかかる応力を分散することができる。したがって、積層された熱交チューブにかかる荷重を低減することができる。
【００１３】
本発明に係る熱媒体加熱装置によれば、前記電極板は、その長手方向の一端部から突出する複数の端子を有し、前記基板は、その長手方向の一端部に前記複数の端子に対向する複数の端子台を有し、前記複数の端子と、前記複数の端子台とが接合することを特徴とする。
【００１４】
電極板の長手方向の一端部から突出する複数の端子と、基板の長手方向の一端部に電極板に設けられる複数の端子に対向する複数の端子台とを接合することとした。これにより、電極板と基板とを電気的に直接接合することができる。そのため、電極板と基板とを電気的に接続するための配線（ハーネス）が不要となる。したがって、配線経路が複雑化することなく、組付け性を容易とすることができ、部品数も削減することができる。
【００１５】
本発明に係る熱媒体加熱装置によれば、前記発熱素子は、前記入口ヘッダ部付近に設けられることを特徴とする。
【００１６】
熱媒体を供給する入口ヘッダ部に近い位置に基板に接続される発熱素子を設けることとした。そのため、ＰＴＣ素子により加熱される前の比較的温度の低い熱媒体によって発熱素子を効率よく冷却することができる。したがって、発熱素子の更なる冷却性能を向上させることができる。
【００１７】
本発明に係る熱媒体加熱装置によれば、前記ケーシングに対向している前記入口ヘッダ部および前記出口ヘッダ部に設けられる前記密着部材は、Ｏリングであることを特徴とする。
【００１８】
アルミ製の熱交チューブは、冬場において、ＰＴＣ素子に加熱されることで周囲温度（外気温度）との温度差により熱膨張が懸念される。周囲温度（外気温度）と同等であって材質の異なるケーシングと熱交チューブとの間に設けられる密着部材に液状ガスケットを用いた場合には、熱交チューブの熱膨張によって液状ガスケットのせん断破壊が生じる恐れがある。
【００１９】
そこで、熱交チューブとケーシングとの間には、Ｏリングを用いることとした。そのため、熱膨張によるせん断破壊を防止することができる。したがって、熱交チューブとケーシングとの間のシール性の低下を防止することができる。
【００２０】
本発明に係る車両用空調装置は、上記いずれかに記載の熱媒体加熱装置を備えることを特徴とする。
【００２１】
大型化させることなく伝熱効率を向上させることが可能な熱媒体加熱装置を用いることとした。そのため、車両用空調装置の性能を向上させ、かつ、設置スペースを低減することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る複数の熱媒体加熱装置によれば、ＰＴＣ素子を挟んで少なくともその両面にそれぞれ積層される電極板と熱交換する複数の熱交チューブを互いに平行に積層し、積層された複数の熱交チューブの一面側に基板と押圧部材とを設けることとした。そのため、押圧部材によって入口ヘッダ部間および出口ヘッダ部間に設けられた密着部材を密着させることができる。これにより、積層させた熱交チューブの密着性が高められて、電極板と熱交チューブとの接触熱抵抗を低減させることができる。したがって、熱交チューブから電極板への伝熱効率を向上させた熱媒体加熱装置にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る熱媒体加熱装置を備えた車両用空調装置の概略構成図である。
【図２】図１に示す熱媒体加熱装置の組み立てる手順を説明するための分解斜視図である。
【図３】図１に示す熱媒体加熱装置であって、（Ａ）は、その上面図を示し、（Ｂ）は、その側面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の一実施形態に係る熱媒体加熱装置について、図１から図３を参照しながら説明する。
図１には、本実施形態に係る熱媒体加熱装置を具備した車両用空調装置の概略構成図を示めす。
車両用空調装置１は、外気または車室内空気を取り込んで温調し、それを車室内へと導く空気流路２を形成するためのケーシング３を備えている。
【００２５】
ケーシング３の内部には、空気流路２の上流側から下流側にかけて順次、外気または車室内空気を吸い込んで昇圧し、それを下流側へと圧送するブロア４と、ブロア４により圧送される空気を冷却する冷却器５と、冷却器５を通過して冷却された空気を加熱する放熱器６と、放熱器６を通過する空気量と放熱器６をバイパスして流れる空気量との割合を調整し、その下流側でミックスされる空気の温度を調節するエアミックスダンパ７と、が設置されている。
【００２６】
ケーシング３の下流側は、図示しない吹き出しモード切替ダンパおよびダクトを介して温調された空気を車室内に吹き出す複数の吹き出し口に接続されている。
冷却器５は、図示しない圧縮機、凝縮器、膨張弁とともに冷媒回路を構成し、膨張弁で断熱膨張された冷媒を蒸発させることにより、そこを通過する空気を冷却するものである。
放熱器６は、タンク８、ポンプ９および熱媒体加熱装置１０とともに熱媒体循環回路１０Ａを構成し、熱媒体加熱装置１０により加熱された熱媒体（例えば、水）がポンプ９を介して循環されることにより、そこを通過する空気を加温するものである。
【００２７】
図２には、図１に示した熱媒体加熱装置の組み立てる手順を説明するための分解斜視図を示めし、図３には、組み立てた熱媒体加熱装置であって、（Ａ）には、その上方から見た図を示し、（Ｂ）には、その側面図を示している。
【００２８】
図２に示すように、熱媒体加熱装置１０は、基板１３と、電極板１４（図３（Ｂ）参照）と、ＩＧＢＴ１２（図３（Ｂ）参照）と、熱交押さえ板（押圧部材）１６と、複数（例えば、３つ）の熱交チューブ（冷却チューブ）１７と、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子１８（図３（Ｂ）参照）と、電極板１４、積層された熱交チューブ１７、基板１３、ＩＧＢＴ１２（発熱素子）および熱交押さえ板１６が収容されているケーシング１１と、を備えている。
なお、電極板１４、ＰＴＣ素子１８、および後述する絶縁体（図示せず）により、ＰＴＣヒータが構成される。
【００２９】
ケーシング１１は、上側半分と下側半分とに二分割された構成となっており、上側半分に位置するアッパーケース１１ａ（図３（Ｂ）参照）と、下側半分に位置するロアケース１１ｂと、を備えている。また、アッパーケース１１ａおよびロアケース１１ｂの内部には、ロアケース１１ｂの上方からロアケース１１ｂの開口部１１ｃにアッパーケース１１ａを搭載することによって、基板１３、ＩＧＢＴ１２、電極板１４、熱交押さえ板１６、積層された熱交チューブ１７およびＰＴＣ素子１８を収容するための空間が形成されている。
【００３０】
ロアケース１１ｂの下面には、積層された３つの熱交チューブ１７に導かれる熱媒体の導入を行う熱媒体入口路（熱媒体導出入路）１１ｄと熱媒体の導出を行う熱媒体出口路（熱媒体導出入路）１１ｅとが一体的に形成されている。ロアケース１１ｂは、その内部空間に収容される熱交チューブ１７を形成しているアルミニウムと線膨張が近い樹脂材料（たとえば、ＰＢＴ）によって成形されている。
なお、アッパーケース１１ａもロアケース１１ｂと同様に樹脂材料により成形されていることが望ましい。樹脂材料によりアッパーケース１１ａが成形されることによって、軽量化を図ることができる。
【００３１】
ロアケース１１ｂの下面には、電源ハーネス２７とＬＶハーネス２８との先端部が貫通する電源ハーネス用孔１１ｆとＬＶハーネス用孔１１ｇ（図３（Ａ）参照）とが開口している。
電源ハーネス２７は、基板１３に電源を供給するものである。電源ハーネス２７の先端部は、２つに分かれていて、基板１３に設けられている２つの電源ハーネス用端子台１３ｃに電極ハーネス接続用ねじ１３ｂによってねじ止め可能となっている。
【００３２】
ＬＶハーネス２８は、熱交押さえ板１６に設けられているＩＧＢＴ１２に制御用の信号を送信するものである。ＬＶハーネス２８の先端部は、基板１３にコネクタ接続が可能となっている。
【００３３】
ＰＴＣヒータを構成している熱交チューブ１７は、アルミニウム製である。熱交チューブ１７は、図３（Ｂ）に示すように、たとえば、３つの熱交チューブ１７が互いに平行になるように積層されている。３つの熱交チューブ１７は、下段、中段、上段熱交チューブ１７ｃ、１７ｂ、１７ａの順に積層される。各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの流路内は、コルゲート状のインナーフィン（図示せず）が形成されている。これにより、各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの内部には、その軸方向に連通している複数の流路が形成されることとなる。
【００３４】
各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃ内にインナーフィンが形成されることによって、各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの剛性が増すこととなる。そのため、後述する基板サブアッセンブリ１５によって各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃがロアケーシング１１ｂの内底面の方向に付勢されても、各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃが変形しにくくなっている。
【００３５】
各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、図２に示すように、熱媒体を供給する入口ヘッダ部２２および熱媒体が導出される出口ヘッダ部２３と、入口ヘッダ部２２間および出口ヘッダ部２３間に設けられる液状ガスケット（密閉部材）と、を有している。各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、電極板１４をそれらの間に挟んで互いに平行に積層されている。
【００３６】
各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、平面視した場合に、軸方向（図２において左右方向）に長い偏平状を呈している。偏平状の各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、扁平方向、すなわち、軸方向と直交する厚さ方向（図２において上下方向）に幅広となっている。
【００３７】
各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの軸方向の端部には、入口ヘッダ部２２と出口ヘッダ部２３とが各々設けられている。入口ヘッダ部２２および出口ヘッダ部２３は、その中心に連通孔（図示せず）を有している。
【００３８】
各熱交チューブ１７ｃ、１７ｂ、１７ａをこの順に積層させて、後述する基板サブアッセンブリ１５によってロアケーシング１１ｂの内底面の方向に押圧することによって、液状ガスケットが中段熱交チューブ１７ｂの入口ヘッダ部２２および出口ヘッダ部２３の下面と、その下方に位置している下段熱交チューブ１７ｃの入口ヘッダ部２２および出口ヘッダ部２３の上面との間を密着し、かつ、中段熱交チューブ１７ｂの入口ヘッダ部２２および出口ヘッダ部２３の上面と、上段熱交チューブ１７ａの入口ヘッダ部２２および出口ヘッダ部２３の下面とが密着する。このように、各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃを積層させることによって、上段熱交チューブ１７ａ、中段熱交チューブ１７ｂおよび下段熱交チューブ１７の各連通孔が連通する。
【００３９】
熱媒体入口路１１ｄから導かれた熱媒体は、各入口ヘッダ部２２から各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃへと導かれる。各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃに流入した熱媒体は、各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃを通過する際に昇温（加熱）されて、各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７から各出口ヘッダ部２３に流入し、熱媒体出口路１１ｅから熱媒体加熱装置１０外へと導出される。熱媒体加熱装置１０に導出された熱媒体は、熱媒体循環回路１０Ａ（図１参照）を介して放熱器６に供給されることになる。
【００４０】
電極板１４は、図３（Ｂ）に示すように、ＰＴＣ素子１８を作動させるための電力を供給するものであり、平面視した場合には、矩形状を呈するアルミニウム製の板状部材である。電極板１４は、ＰＴＣ素子１８を挟んで少なくともその両面にそれぞれ順次積層されている。電極板１４は、ＰＴＣ素子１８の上面に接するようにして一枚、ＰＴＣ素子１８の下面に接するようにして一枚設けられていている。これら二枚の電極板１４により、ＰＴＣ素子１８の上面とＰＴＣ素子１８の下面とが挟み込まれるようになっている。
【００４１】
また、ＰＴＣ素子１８の上面側に位置する電極板１４は、その上面が熱交チューブ１７の下面に接するようにして配置され、ＰＴＣ素子１８の下面側に位置する電極板１４は、その下面が熱交チューブ１７の上面に接するようにして配置されている。本実施形態の場合には、電極板１４は、下段熱交チューブ１７ｃと中段熱交チューブ１７ｂとの間、中段熱交チューブ１７ｂと上段熱交チューブ１７ａとの間に各々２枚、合計４枚設けられている。
【００４２】
４枚の各電極板１４は、熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃと略同形とされている。各電極板１４は、その長辺側に１つの端子１４ａが設けられている。電極板１４に設けられている端子１４ａは、各電極板１４を積層させた場合に重なることなく、電極板１４の長辺に沿って位置している。すなわち、各電極板１４に設けられている端子１４ａは、その長辺に沿って位置が少しずつずらして設けられており、各電極板１４を積層させた場合には直列になるように設けられている。
【００４３】
各端子１４ａは、上方に突出するように設けられている。各端子１４ａは、基板１３に設けられている端子台１３ａに端子接続用ねじ１４ｂによって接続されている。
【００４４】
基板サブアッセンブリ１５は、基板１３と熱交押さえ板１６とを互いに平行に設け、熱交押さえ板１６の上面に設置されているＩＧＢＴ１２を間に挟んでいるものである。基板１３と熱交押さえ板１６とは、例えば４本の基板サブアッセンブリ接続用ねじ１５ａによって固定されている。これによって、基板サブアッセンブリ１５は、一体化している。
【００４５】
基板サブアッセンブリ１５を構成している基板１３は、各電極板１４に設けられている端子１４ａに対応する一辺に電極板１４の端子１４ａに対向している端子台１３ａが下面に、例えば４つ設けられている。また、４つの端子台１３ａと直列に並ぶように、電源ハーネス２７の先端部と接続される２つの電源ハーネス用端子台１３ｃが設けられている。
【００４６】
各端子台１３ａおよび電源ハーネス用端子台１３ｃは、基板１３の下面から下方に突出するように設けられている。また、各端子台１３ａおよび電源ハーネス用端子台１３ｃは、積層されている熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの長辺に沿って直列になるように設けられている。
【００４７】
基板１３に設けられている各端子台１３ａおよび電源ハーネス用端子台１３ｃは、ロアケース１１ｆの開口部１１ｃよりも少し上方になるように設けられている。そのため、各端子台１３ａおよび電源ハーネス用端子台１３ｃに接続される電極板１４の端子１４ａや電源ハーネス２７の先端部が固定しやすくなっている。
【００４８】
図３（Ｂ）に示すように、ＩＧＢＴ１２（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）は、略長方形状をしたトランジスタである。ＩＧＢＴ１２は、作動することによって熱を生じる発熱素子である。ＩＧＢＴ１２は、熱交押さえ板１６の上面であって、上段熱交チューブ１７ａの入口ヘッダ部２２近傍にＩＧＢＴ１２接続用ねじ１２ａによってねじ止めされている。
【００４９】
基板サブアッセンブリ１５を構成している熱交押さえ板１６は、平面視した際に扁平状の金属製の板状部材である。板状の熱交押さえ板１６は、基板１３よりも軸方向に大きなものであり、熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃを覆うことができる大きさとされている。基板１３よりも軸方向に大きくなっている熱交押さえ板１６には、熱交押さえ板１６をロアケーシング１１ｂに固定するための基板サブアッセンブリ固定用ねじ１５ｂ（図３（Ａ）参照）が貫通可能な貫通孔（図示せず）が例えば、４箇所に設けられている。
【００５０】
基板サブアッセンブリ１５は、積層された上段熱交チューブ１７ａの上方に搭載されている。すなわち、基板サブアッセンブリ１５は、熱交押さえ板１６の下面が上段熱交チューブ１７ａの上面に接するようにして配置されている。
【００５１】
基板サブアッセンブリ１５は、熱交押さえ板１６を４本の基板サブアッセンブリ固定用ねじ１５ｂによってロアケーシング１１ｂにねじ止めすることによって、熱交押さえ板１６の下面とロアケース１１ｂの内底面との間に積層されている熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃを挟み込んでいる。このように、基板サブアッセンブリ１５をロアケーシング１１ｂにねじ止めすることによって、ロアケース１１ｂの内底面の方向に熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃを付勢（押圧）することができるようになっている。
【００５２】
また、基板サブアッセンブリ１５を構成している熱交押さえ板１６が金属製であるため、熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃ内を流れる熱媒体の冷却熱を熱交押さえ板１６を介してＩＧＢT１２の冷却に用いることができる。
【００５３】
次に、図２および図３を用いて本実施形態に係る熱媒体加熱装置１０の組み立て手順を説明する。
ロアケース１１ｂの開口部１１ｃに液状ガスケット（図示せず）を塗布する。ロアケース１１ｂの内底面に略平行になるように下段熱交チューブ１７ｃをロアケース１１ｂの内部空間に設置する。
ＰＴＣ素子１８の両面を絶縁シート（図示せず）によって挟み、下段熱交チューブ１７ｃの上方から搭載する。
【００５４】
下段熱交チューブ１７ｃの入口ヘッダ部２２および出口ヘッダ部２３の上面に液状ガスケットを塗布して、下段熱交チューブ１７ｃの上方から中段熱交チューブ１７ｂを搭載する。
ＰＴＣ素子１８の両面を絶縁シートによって挟み、中段熱交チューブ１７ｂの上方から搭載する。
【００５５】
中段熱交チューブ１７ｂの入口ヘッダ部２２および出口ヘッダ部２３の上面に液状ガスケットを塗布して、中段熱交チューブ１７ｂの上方から上段熱交チューブ１７ａを搭載する。
【００５６】
搭載された上段熱交チューブ１７ａの上方から基板サブアッセンブリ１５を熱交押さえ板１６が下方になるように搭載する。上段熱交チューブ１７ａに搭載された基板サブアッセンブリ１５の熱交押さえ板１６を基板サブアッセンブリ固定用ねじ１５ｂによってロアケース１１ｂにねじ止めする。
【００５７】
これによって、各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの入口ヘッダ部２２間および出口ヘッダ部２３間がロアケース１１ｂの内底面方向に付勢されて、各々の入口ヘッダ２２間および出口ヘッダ部２３間が密着することとなる。
【００５８】
各々の入口ヘッダ２２間および出口ヘッダ部２３間が密着することとなるので、下段熱交チューブ１７ｃと中段熱交チューブ１７ｂと間および中段熱交チューブ１７ｂと上段熱交チューブ１７ａとの間に挟まれているＰＴＣ素子１８および電極板１４が各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃに密着することとなる。
【００５９】
次に、基板サブアッセンブリ１５を構成している基板１３に設けられている各端子台１３ａと、各電極板１４の端子１４ａとを端子接続用ねじ１４ｂによって本止めする。
電源ハーネス用孔１１ｆに電極ハーネス２７を挿入して電極ハーネス２７の先端部と、基板サブアッセンブリ１５を構成している基板１３に設けられている各電源ハーネス用端子台１３ｃとを電極ハーネス接続用ねじ１３ｂによってねじ止めする。
【００６０】
さらに、ＬＶハーネス２８の先端部をロアケース１１ｂの側壁に開口しているＬＶハーネス用孔１１ｇからロアケース１１ｂの内部に挿入して、基板１３にネクタ接続する。
電極ハーネス２７をロアケース１１ｂの外底面から電源ハーネス固定用ねじ２７ａによって固定し、ＬＶハーネス用孔１１ｇにＬＶハーネス２８を固定する。
【００６１】
ロアケース１１ｂの開口部１１ｃに液状ガスケットを塗布する。ロアケース１１ｂの上方からアッパーケース１１ａを搭載する。アッパーケース１１ａに設けられているクリップ部（図示せず）をロアケース１１ｂに設けられている爪部（図示せず）に引掛けてアッパーケース１１ａとロアケース１１ｂとを締結して、熱媒体加熱装置１０の組み立てを完了（終了）する。
【００６２】
以上述べたように、本実施形態に係る熱媒体加熱装置１０および車両用空調装置１によれば、以下の効果を奏する。
ＰＴＣ素子１８を挟んで少なくともその両面にそれぞれ順次積層されている電極板１４と熱交換する３つ（複数）の熱交チューブ１７を互いに平行に積層し、積層された上段熱交チューブ１７ａの上面（熱交チューブ１７の一面側）に基板１３と熱交押さえ板（押圧部材）１６とを組み合わせた基板サブアッセンブリ１５を設けることとした。そのため、基板サブアッセンブリ１５を構成している熱交押さえ板１６によって入口ヘッダ部２２間および出口ヘッダ部２３間に設けられている液状ガスケット（密着部材）を密着させることができる。これにより、積層させた熱交チューブ１７間の密着性が高められて、電極板１４と熱交チューブ１７との接触熱抵抗を低減させることができる。したがって、熱交チューブ１７から電極板１４への伝熱効率を向上させた熱媒体加熱装置１０にすることができる。
【００６３】
金属製の熱交押さえ板１６と基板１３との間にＩＧＢＴ（発熱素子）１２を設けることとした。そのため、熱交押さえ板１６および基板１３によって、積層された熱交チューブ１７を押圧するとともに、熱交押さえ板１６を介してＩＧＢＴ１２を熱交チューブ１７からの冷却熱によって冷却することができる。したがって、熱媒体加熱装置１０の伝熱効率をさらに向上させることができる。
また、積層された熱交チューブ１７の押圧とＩＧＢＴ１２の冷却とを熱交押さえ板１６によって兼用することとした。そのため、熱媒体加熱装置１０を構成する部品数を減らすことができる。したがって、熱媒体加熱装置１０全体を小型化することができる。
【００６４】
熱媒体の導入を行う熱媒体入口路（熱媒体導出入路）１１ｄと熱媒体の導出を行う熱媒体出口路（熱媒体導出入路）１１ｅとをロアケーシング１１ｂに一体的に形成することとした。そのため、熱媒体を熱媒体加熱装置１０に供給する際に、積層された熱交チューブ１７にかかる応力を分散することができる。したがって、熱交チューブ１７に係る荷重を低減することができる。
【００６５】
また、基板サブアッセンブリ１５と各電極板１４との電気的な接続においては、基板サブアッセンブリ１５を構成している基板１３に設けられている各端子台１３ａと、各電極板１４に設けられている端子１４ａとを端子接続用ねじ１４ｂによって固定するのみでよく、電気的に接続するための配線（ハーネス）を不要とすることができる。このため、配線経路が複雑化することなく、組付け性を容易とすることができ、部品数を削減することができる。
【００６６】
さらに、基板１３に接続されるＩＧＢＴ（発熱素子）１２を、熱交チューブ１７の入口ヘッダ部２２に近い位置に設けることとした。そのため、ＰＴＣ素子１８により加熱される前の比較的温度の低い熱媒体によって、ＩＧＢＴ１２を冷却することができる。したがって、ＩＧＢＴ１２の冷却性能を一層高める上で好ましい。
【００６７】
伝熱効率が向上するとともに、小型化することができる熱媒体加熱装置１０を用いることとした。そのため、車両用空調装置１の性能を向上させ、かつ、設置スペースを低減することができる。
【００６８】
なお、ここで用いられている液状ガスケットとは、耐熱性に優れ高温に晒される各熱交チューブ１７の入口ヘッダ部２２および出口ヘッダ部２３間等のシールに適した硬化性の液状シール剤（例えば、株式会社スリーボンド製のシリコーンを主成分とした製品番号１２０７ｄのシリコーン系液状ガスケット）である。
【００６９】
また、本実施形態では、密着部材として液状ガスケットを用いるとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｏリング等を用いるものとしても良いし、ロウ付にて固着させても良い。
【００７０】
Ｏリング等を用いた際には、各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃが例えばアルミ等で形成されている場合、冬場においては、ＰＴＣ素子１８によって加熱されることにより周囲温度（外気温度）との温度差による熱膨張が懸念される。このため、異なる材質により形成されたケーシング１１（例えば樹脂等）を用いた場合には、ロアケース１１ｂの熱媒体入口路１１ｄおよび熱媒体出口路１１ｅと熱交チューブ１７ｃの入口ヘッダ部２２と出口ヘッダ部２３との固着に液状ガスケットを用いることによって、上述のように熱交チューブ１７ｃは熱膨張する。この際、ケーシング１１が周囲温度（外気温度）と同等であるため、熱膨張により液状ガスケットにせん断破壊が生じる可能性もある。
【００７１】
これらを考慮して、例えば、同材質同士である熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃ間の入口ヘッダ部２２および出口ヘッダ部２３の密着部材には、液状ガスケットを用い、異種材質である熱交チューブ１７ｃの入口ヘッダ部２２および出口ヘッダ部２３と、ロアケース１１ｂの熱媒体入口路１１ｄおよび熱媒体出口路１１ｅとの密着部材としては、Ｏリングを用いることによって、せん断破壊を防止することが可能となる。
このように、ケーシング１１の部材や熱交チューブ１７の部材に応じて、液状ガスケットやＯリング等の適宜好ましい最適な密着部材を選定することも可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１ 車両用空調装置
１０ 熱媒体加熱装置
１１ ケーシング
１２ ＩＧＢＴ（発熱素子）
１３ 基板
１６ 熱交押さえ板（押圧部材）
１７ 熱交チューブ（冷却チューブ）
２２ 入口ヘッダ部
２３ 出口ヘッダ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱媒体加熱装置およびこれを備えた車両用空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、被加熱媒体を加熱する熱媒体加熱装置の１つとして、正特性サーミスタ素子（ＰＴＣ素子）を発熱要素とするＰＴＣヒータを用いたものが知られている。
ＰＴＣヒータは、正特性のサーミスタ特性を有しており、温度の上昇とともに抵抗値が上昇し、これによって消費電流が制御されるとともに温度上昇が緩やかになり、その後、消費電流および発熱部の温度が飽和領域に達して安定するものであり、自己温度制御特性を備えている。
【０００３】
このように、ＰＴＣヒータは、ヒータの温度が上昇すると消費電流が低くなり、その後一定温度の飽和領域に達すると、消費電流が低い値で安定するという特性を有する。この特性を利用することにより、消費電力を節減することができるとともに、発熱部温度の異常上昇を防止することができるという利点が得られる。
このような特長を有することから、ＰＴＣヒータは、多くの技術分野において用いられており、空調の分野においても、例えば、車両用空調装置において、空気加温用の放熱器に供給する熱媒体（ここでは、エンジンの冷却水）を加熱するための加熱装置に適用したものが提案されている（例えば、特許文献１および特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−７１０６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２０９４号公報
【特許文献３】特許第４１００３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２に記載の発明は、冷却器を製造時に、垂直にケーシングに挿入された複数の冷却板の間を加圧して各冷却板に設けられているダイアフラム部を変形させることによって半導体素子と冷却板とを密着させている。そのため、水平方向に冷却板を積層させる場合には、冷却器の高さ方向を小さくすることができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、大型化することなく冷却板の密着性を高めることが可能な熱媒体加熱装置およびこれを備えた車両用空調装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明に係る熱媒体加熱装置は、ＰＴＣ素子を挟んで少なくともその両面にそれぞれ積層される電極板と、熱媒体を供給する入口ヘッダ部および前記熱媒体が導出される出口ヘッダ部と、前記入口ヘッダ部および前記出口ヘッダ部に設けられる密着部材と、を有し、前記電極板を間に挟んで互いに平行に積層されて該電極板と熱交換する複数の扁平状の熱交チューブと、積層された複数の前記熱交チューブの一面側に設けられて、前記電極板に接続される基板と、該基板に接続される発熱素子と、前記基板の他面側に接続されて、積層された複数の前記熱交チューブを押圧する板状の押圧部材と、前記電極板、前記熱交チューブ、前記基板、前記押圧部材および前記発熱素子が収容されるケーシングと、を備えることを特徴とする。
【０００８】
ＰＴＣ素子を挟んで少なくともその両面にそれぞれ積層される電極板と熱交換する複数の熱交チューブを互いに平行に積層し、積層された複数の熱交チューブの一面側に基板と押圧部材とを設けることとした。そのため、押圧部材によって入口ヘッダ部間および出口ヘッダ部間に設けられた密着部材を密着させることができる。これにより、積層させた熱交チューブの密着性が高められて、電極板と熱交チューブとの接触熱抵抗を低減させることができる。したがって、熱交チューブから電極板への伝熱効率を向上させた熱媒体加熱装置にすることができる。
【０００９】
本発明に係る熱媒体加熱装置によれば、前記発熱素子は、前記基板と前記押圧部材との間に設けられ、前記押圧部材は、金属製であることを特徴とする。
【００１０】
金属製の押圧部材と基板との間に発熱素子を設けることとした。そのため、積層された熱交チューブを押圧部材によって押圧するとともに、押圧部材を介して発熱素子を熱交チューブからの冷却熱によって冷却することができる。したがって、熱媒体加熱装置の伝熱効率をさらに向上させることができる。
また、積層された熱交チューブを押圧する押圧部材と発熱素子を冷却する冷却部材とを押圧部材によって兼用することとした。そのため、熱媒体加熱装置を構成する部品数を減らすことができる。したがって、熱媒体加熱装置全体を小型化することができる。
【００１１】
本発明に係る熱媒体加熱装置によれば、前記ケーシングには、積層された複数の前記熱交チューブに導かれる前記熱媒体の導出入を行う熱媒体導出入路が一体的に形成されることを特徴とする。
【００１２】
熱媒体の導出入を行う熱媒体導出入路をケーシングに一体的に形成することとした。そのため、熱媒体を熱媒体加熱装置に供給する際に、積層された熱交チューブにかかる応力を分散することができる。したがって、積層された熱交チューブにかかる荷重を低減することができる。
【００１３】
本発明に係る熱媒体加熱装置によれば、前記電極板は、その長手方向の一端部から突出する複数の端子を有し、前記基板は、その長手方向の一端部に前記複数の端子に対向する複数の端子台を有し、前記複数の端子と、前記複数の端子台とが接合することを特徴とする。
【００１４】
電極板の長手方向の一端部から突出する複数の端子と、基板の長手方向の一端部に電極板に設けられる複数の端子に対向する複数の端子台とを接合することとした。これにより、電極板と基板とを電気的に直接接合することができる。そのため、電極板と基板とを電気的に接続するための配線（ハーネス）が不要となる。したがって、配線経路が複雑化することなく、組付け性を容易とすることができ、部品数も削減することができる。
【００１５】
本発明に係る熱媒体加熱装置によれば、前記発熱素子は、前記入口ヘッダ部付近に設けられることを特徴とする。
【００１６】
熱媒体を供給する入口ヘッダ部に近い位置に基板に接続される発熱素子を設けることとした。そのため、ＰＴＣ素子により加熱される前の比較的温度の低い熱媒体によって発熱素子を効率よく冷却することができる。したがって、発熱素子の更なる冷却性能を向上させることができる。
【００１７】
本発明に係る熱媒体加熱装置によれば、前記ケーシングに対向している前記入口ヘッダ部および前記出口ヘッダ部に設けられる前記密着部材は、Ｏリングであることを特徴とする。
【００１８】
アルミ製の熱交チューブは、冬場において、ＰＴＣ素子に加熱されることで周囲温度（外気温度）との温度差により熱膨張が懸念される。周囲温度（外気温度）と同等であって材質の異なるケーシングと熱交チューブとの間に設けられる密着部材に液状ガスケットを用いた場合には、熱交チューブの熱膨張によって液状ガスケットのせん断破壊が生じる恐れがある。
【００１９】
そこで、熱交チューブとケーシングとの間には、Ｏリングを用いることとした。そのため、熱膨張によるせん断破壊を防止することができる。したがって、熱交チューブとケーシングとの間のシール性の低下を防止することができる。
【００２０】
本発明に係る車両用空調装置は、上記いずれかに記載の熱媒体加熱装置を備えることを特徴とする。
【００２１】
大型化させることなく伝熱効率を向上させることが可能な熱媒体加熱装置を用いることとした。そのため、車両用空調装置の性能を向上させ、かつ、設置スペースを低減することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る複数の熱媒体加熱装置によれば、ＰＴＣ素子を挟んで少なくともその両面にそれぞれ積層される電極板と熱交換する複数の熱交チューブを互いに平行に積層し、積層された複数の熱交チューブの一面側に基板と押圧部材とを設けることとした。そのため、押圧部材によって入口ヘッダ部間および出口ヘッダ部間に設けられた密着部材を密着させることができる。これにより、積層させた熱交チューブの密着性が高められて、電極板と熱交チューブとの接触熱抵抗を低減させることができる。したがって、熱交チューブから電極板への伝熱効率を向上させた熱媒体加熱装置にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る熱媒体加熱装置を備えた車両用空調装置の概略構成図である。
【図２】図１に示す熱媒体加熱装置の組み立てる手順を説明するための分解斜視図である。
【図３】図１に示す熱媒体加熱装置であって、（Ａ）は、その上面図を示し、（Ｂ）は、その側面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の一実施形態に係る熱媒体加熱装置について、図１から図３を参照しながら説明する。
図１には、本実施形態に係る熱媒体加熱装置を具備した車両用空調装置の概略構成図を示めす。
車両用空調装置１は、外気または車室内空気を取り込んで温調し、それを車室内へと導く空気流路２を形成するためのケーシング３を備えている。
【００２５】
ケーシング３の内部には、空気流路２の上流側から下流側にかけて順次、外気または車室内空気を吸い込んで昇圧し、それを下流側へと圧送するブロア４と、ブロア４により圧送される空気を冷却する冷却器５と、冷却器５を通過して冷却された空気を加熱する放熱器６と、放熱器６を通過する空気量と放熱器６をバイパスして流れる空気量との割合を調整し、その下流側でミックスされる空気の温度を調節するエアミックスダンパ７と、が設置されている。
【００２６】
ケーシング３の下流側は、図示しない吹き出しモード切替ダンパおよびダクトを介して温調された空気を車室内に吹き出す複数の吹き出し口に接続されている。
冷却器５は、図示しない圧縮機、凝縮器、膨張弁とともに冷媒回路を構成し、膨張弁で断熱膨張された冷媒を蒸発させることにより、そこを通過する空気を冷却するものである。
放熱器６は、タンク８、ポンプ９および熱媒体加熱装置１０とともに熱媒体循環回路１０Ａを構成し、熱媒体加熱装置１０により加熱された熱媒体（例えば、水）がポンプ９を介して循環されることにより、そこを通過する空気を加温するものである。
【００２７】
図２には、図１に示した熱媒体加熱装置の組み立てる手順を説明するための分解斜視図を示めし、図３には、組み立てた熱媒体加熱装置であって、（Ａ）には、その上方から見た図を示し、（Ｂ）には、その側面図を示している。
【００２８】
図２に示すように、熱媒体加熱装置１０は、基板１３と、電極板１４（図３（Ｂ）参照）と、ＩＧＢＴ１２（図３（Ｂ）参照）と、熱交押さえ板（押圧部材）１６と、複数（例えば、３つ）の熱交チューブ（冷却チューブ）１７と、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子１８（図３（Ｂ）参照）と、電極板１４、積層された熱交チューブ１７、基板１３、ＩＧＢＴ１２（発熱素子）および熱交押さえ板１６が収容されているケーシング１１と、を備えている。
なお、電極板１４、ＰＴＣ素子１８、および後述する絶縁体（図示せず）により、ＰＴＣヒータが構成される。
【００２９】
ケーシング１１は、上側半分と下側半分とに二分割された構成となっており、上側半分に位置するアッパーケース１１ａ（図３（Ｂ）参照）と、下側半分に位置するロアケース１１ｂと、を備えている。また、アッパーケース１１ａおよびロアケース１１ｂの内部には、ロアケース１１ｂの上方からロアケース１１ｂの開口部１１ｃにアッパーケース１１ａを搭載することによって、基板１３、ＩＧＢＴ１２、電極板１４、熱交押さえ板１６、積層された熱交チューブ１７およびＰＴＣ素子１８を収容するための空間が形成されている。
【００３０】
ロアケース１１ｂの下面には、積層された３つの熱交チューブ１７に導かれる熱媒体の導入を行う熱媒体入口路（熱媒体導出入路）１１ｄと熱媒体の導出を行う熱媒体出口路（熱媒体導出入路）１１ｅとが一体的に形成されている。ロアケース１１ｂは、その内部空間に収容される熱交チューブ１７を形成しているアルミニウムと線膨張が近い樹脂材料（たとえば、ＰＢＴ）によって成形されている。
なお、アッパーケース１１ａもロアケース１１ｂと同様に樹脂材料により成形されていることが望ましい。樹脂材料によりアッパーケース１１ａが成形されることによって、軽量化を図ることができる。
【００３１】
ロアケース１１ｂの下面には、電源ハーネス２７とＬＶハーネス２８との先端部が貫通する電源ハーネス用孔１１ｆとＬＶハーネス用孔１１ｇ（図３（Ａ）参照）とが開口している。
電源ハーネス２７は、基板１３に電源を供給するものである。電源ハーネス２７の先端部は、２つに分かれていて、基板１３に設けられている２つの電源ハーネス用端子台１３ｃに電極ハーネス接続用ねじ１３ｂによってねじ止め可能となっている。
【００３２】
ＬＶハーネス２８は、熱交押さえ板１６に設けられているＩＧＢＴ１２に制御用の信号を送信するものである。ＬＶハーネス２８の先端部は、基板１３にコネクタ接続が可能となっている。
【００３３】
ＰＴＣヒータを構成している熱交チューブ１７は、アルミニウム製である。熱交チューブ１７は、図３（Ｂ）に示すように、たとえば、３つの熱交チューブ１７が互いに平行になるように積層されている。３つの熱交チューブ１７は、下段、中段、上段熱交チューブ１７ｃ、１７ｂ、１７ａの順に積層される。各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの流路内は、コルゲート状のインナーフィン（図示せず）が形成されている。これにより、各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの内部には、その軸方向に連通している複数の流路が形成されることとなる。
【００３４】
各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃ内にインナーフィンが形成されることによって、各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの剛性が増すこととなる。そのため、後述する基板サブアッセンブリ１５によって各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃがロアケーシング１１ｂの内底面の方向に付勢されても、各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃが変形しにくくなっている。
【００３５】
各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、図２に示すように、熱媒体を供給する入口ヘッダ部２２および熱媒体が導出される出口ヘッダ部２３と、入口ヘッダ部２２間および出口ヘッダ部２３間に設けられる液状ガスケット（密閉部材）と、を有している。各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、電極板１４をそれらの間に挟んで互いに平行に積層されている。
【００３６】
各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、平面視した場合に、軸方向（図２において左右方向）に長い偏平状を呈している。偏平状の各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、扁平方向、すなわち、軸方向と直交する厚さ方向（図２において上下方向）に幅広となっている。
【００３７】
各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの軸方向の端部には、入口ヘッダ部２２と出口ヘッダ部２３とが各々設けられている。入口ヘッダ部２２および出口ヘッダ部２３は、その中心に連通孔（図示せず）を有している。
【００３８】
各熱交チューブ１７ｃ、１７ｂ、１７ａをこの順に積層させて、後述する基板サブアッセンブリ１５によってロアケーシング１１ｂの内底面の方向に押圧することによって、液状ガスケットが中段熱交チューブ１７ｂの入口ヘッダ部２２および出口ヘッダ部２３の下面と、その下方に位置している下段熱交チューブ１７ｃの入口ヘッダ部２２および出口ヘッダ部２３の上面との間を密着し、かつ、中段熱交チューブ１７ｂの入口ヘッダ部２２および出口ヘッダ部２３の上面と、上段熱交チューブ１７ａの入口ヘッダ部２２および出口ヘッダ部２３の下面とが密着する。このように、各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃを積層させることによって、上段熱交チューブ１７ａ、中段熱交チューブ１７ｂおよび下段熱交チューブ１７の各連通孔が連通する。
【００３９】
熱媒体入口路１１ｄから導かれた熱媒体は、各入口ヘッダ部２２から各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃへと導かれる。各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃに流入した熱媒体は、各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃを通過する際に昇温（加熱）されて、各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７から各出口ヘッダ部２３に流入し、熱媒体出口路１１ｅから熱媒体加熱装置１０外へと導出される。熱媒体加熱装置１０に導出された熱媒体は、熱媒体循環回路１０Ａ（図１参照）を介して放熱器６に供給されることになる。
【００４０】
電極板１４は、図３（Ｂ）に示すように、ＰＴＣ素子１８を作動させるための電力を供給するものであり、平面視した場合には、矩形状を呈するアルミニウム製の板状部材である。電極板１４は、ＰＴＣ素子１８を挟んで少なくともその両面にそれぞれ順次積層されている。電極板１４は、ＰＴＣ素子１８の上面に接するようにして一枚、ＰＴＣ素子１８の下面に接するようにして一枚設けられていている。これら二枚の電極板１４により、ＰＴＣ素子１８の上面とＰＴＣ素子１８の下面とが挟み込まれるようになっている。
【００４１】
また、ＰＴＣ素子１８の上面側に位置する電極板１４は、その上面が熱交チューブ１７の下面に接するようにして配置され、ＰＴＣ素子１８の下面側に位置する電極板１４は、その下面が熱交チューブ１７の上面に接するようにして配置されている。本実施形態の場合には、電極板１４は、下段熱交チューブ１７ｃと中段熱交チューブ１７ｂとの間、中段熱交チューブ１７ｂと上段熱交チューブ１７ａとの間に各々２枚、合計４枚設けられている。
【００４２】
４枚の各電極板１４は、熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃと略同形とされている。各電極板１４は、その長辺側に１つの端子１４ａが設けられている。電極板１４に設けられている端子１４ａは、各電極板１４を積層させた場合に重なることなく、電極板１４の長辺に沿って位置している。すなわち、各電極板１４に設けられている端子１４ａは、その長辺に沿って位置が少しずつずらして設けられており、各電極板１４を積層させた場合には直列になるように設けられている。
【００４３】
各端子１４ａは、上方に突出するように設けられている。各端子１４ａは、基板１３に設けられている端子台１３ａに端子接続用ねじ１４ｂによって接続されている。
【００４４】
基板サブアッセンブリ１５は、基板１３と熱交押さえ板１６とを互いに平行に設け、熱交押さえ板１６の上面に設置されているＩＧＢＴ１２を間に挟んでいるものである。基板１３と熱交押さえ板１６とは、例えば４本の基板サブアッセンブリ接続用ねじ１５ａによって固定されている。これによって、基板サブアッセンブリ１５は、一体化している。
【００４５】
基板サブアッセンブリ１５を構成している基板１３は、各電極板１４に設けられている端子１４ａに対応する一辺に電極板１４の端子１４ａに対向している端子台１３ａが下面に、例えば４つ設けられている。また、４つの端子台１３ａと直列に並ぶように、電源ハーネス２７の先端部と接続される２つの電源ハーネス用端子台１３ｃが設けられている。
【００４６】
各端子台１３ａおよび電源ハーネス用端子台１３ｃは、基板１３の下面から下方に突出するように設けられている。また、各端子台１３ａおよび電源ハーネス用端子台１３ｃは、積層されている熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの長辺に沿って直列になるように設けられている。
【００４７】
基板１３に設けられている各端子台１３ａおよび電源ハーネス用端子台１３ｃは、ロアケース１１ｆの開口部１１ｃよりも少し上方になるように設けられている。そのため、各端子台１３ａおよび電源ハーネス用端子台１３ｃに接続される電極板１４の端子１４ａや電源ハーネス２７の先端部が固定しやすくなっている。
【００４８】
図３（Ｂ）に示すように、ＩＧＢＴ１２（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）は、略長方形状をしたトランジスタである。ＩＧＢＴ１２は、作動することによって熱を生じる発熱素子である。ＩＧＢＴ１２は、熱交押さえ板１６の上面であって、上段熱交チューブ１７ａの入口ヘッダ部２２近傍にＩＧＢＴ１２接続用ねじ１２ａによってねじ止めされている。
【００４９】
基板サブアッセンブリ１５を構成している熱交押さえ板１６は、平面視した際に扁平状の金属製の板状部材である。板状の熱交押さえ板１６は、基板１３よりも軸方向に大きなものであり、熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃを覆うことができる大きさとされている。基板１３よりも軸方向に大きくなっている熱交押さえ板１６には、熱交押さえ板１６をロアケーシング１１ｂに固定するための基板サブアッセンブリ固定用ねじ１５ｂ（図３（Ａ）参照）が貫通可能な貫通孔（図示せず）が例えば、４箇所に設けられている。
【００５０】
基板サブアッセンブリ１５は、積層された上段熱交チューブ１７ａの上方に搭載されている。すなわち、基板サブアッセンブリ１５は、熱交押さえ板１６の下面が上段熱交チューブ１７ａの上面に接するようにして配置されている。
【００５１】
基板サブアッセンブリ１５は、熱交押さえ板１６を４本の基板サブアッセンブリ固定用ねじ１５ｂによってロアケーシング１１ｂにねじ止めすることによって、熱交押さえ板１６の下面とロアケース１１ｂの内底面との間に積層されている熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃを挟み込んでいる。このように、基板サブアッセンブリ１５をロアケーシング１１ｂにねじ止めすることによって、ロアケース１１ｂの内底面の方向に熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃを付勢（押圧）することができるようになっている。
【００５２】
また、基板サブアッセンブリ１５を構成している熱交押さえ板１６が金属製であるため、熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃ内を流れる熱媒体の冷却熱を熱交押さえ板１６を介してＩＧＢT１２の冷却に用いることができる。
【００５３】
次に、図２および図３を用いて本実施形態に係る熱媒体加熱装置１０の組み立て手順を説明する。
ロアケース１１ｂの開口部１１ｃに液状ガスケット（図示せず）を塗布する。ロアケース１１ｂの内底面に略平行になるように下段熱交チューブ１７ｃをロアケース１１ｂの内部空間に設置する。
ＰＴＣ素子１８の両面を絶縁シート（図示せず）によって挟み、下段熱交チューブ１７ｃの上方から搭載する。
【００５４】
下段熱交チューブ１７ｃの入口ヘッダ部２２および出口ヘッダ部２３の上面に液状ガスケットを塗布して、下段熱交チューブ１７ｃの上方から中段熱交チューブ１７ｂを搭載する。
ＰＴＣ素子１８の両面を絶縁シートによって挟み、中段熱交チューブ１７ｂの上方から搭載する。
【００５５】
中段熱交チューブ１７ｂの入口ヘッダ部２２および出口ヘッダ部２３の上面に液状ガスケットを塗布して、中段熱交チューブ１７ｂの上方から上段熱交チューブ１７ａを搭載する。
【００５６】
搭載された上段熱交チューブ１７ａの上方から基板サブアッセンブリ１５を熱交押さえ板１６が下方になるように搭載する。上段熱交チューブ１７ａに搭載された基板サブアッセンブリ１５の熱交押さえ板１６を基板サブアッセンブリ固定用ねじ１５ｂによってロアケース１１ｂにねじ止めする。
【００５７】
これによって、各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの入口ヘッダ部２２間および出口ヘッダ部２３間がロアケース１１ｂの内底面方向に付勢されて、各々の入口ヘッダ２２間および出口ヘッダ部２３間が密着することとなる。
【００５８】
各々の入口ヘッダ２２間および出口ヘッダ部２３間が密着することとなるので、下段熱交チューブ１７ｃと中段熱交チューブ１７ｂと間および中段熱交チューブ１７ｂと上段熱交チューブ１７ａとの間に挟まれているＰＴＣ素子１８および電極板１４が各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃに密着することとなる。
【００５９】
次に、基板サブアッセンブリ１５を構成している基板１３に設けられている各端子台１３ａと、各電極板１４の端子１４ａとを端子接続用ねじ１４ｂによって本止めする。
電源ハーネス用孔１１ｆに電極ハーネス２７を挿入して電極ハーネス２７の先端部と、基板サブアッセンブリ１５を構成している基板１３に設けられている各電源ハーネス用端子台１３ｃとを電極ハーネス接続用ねじ１３ｂによってねじ止めする。
【００６０】
さらに、ＬＶハーネス２８の先端部をロアケース１１ｂの側壁に開口しているＬＶハーネス用孔１１ｇからロアケース１１ｂの内部に挿入して、基板１３にネクタ接続する。
電極ハーネス２７をロアケース１１ｂの外底面から電源ハーネス固定用ねじ２７ａによって固定し、ＬＶハーネス用孔１１ｇにＬＶハーネス２８を固定する。
【００６１】
ロアケース１１ｂの開口部１１ｃに液状ガスケットを塗布する。ロアケース１１ｂの上方からアッパーケース１１ａを搭載する。アッパーケース１１ａに設けられているクリップ部（図示せず）をロアケース１１ｂに設けられている爪部（図示せず）に引掛けてアッパーケース１１ａとロアケース１１ｂとを締結して、熱媒体加熱装置１０の組み立てを完了（終了）する。
【００６２】
以上述べたように、本実施形態に係る熱媒体加熱装置１０および車両用空調装置１によれば、以下の効果を奏する。
ＰＴＣ素子１８を挟んで少なくともその両面にそれぞれ順次積層されている電極板１４と熱交換する３つ（複数）の熱交チューブ１７を互いに平行に積層し、積層された上段熱交チューブ１７ａの上面（熱交チューブ１７の一面側）に基板１３と熱交押さえ板（押圧部材）１６とを組み合わせた基板サブアッセンブリ１５を設けることとした。そのため、基板サブアッセンブリ１５を構成している熱交押さえ板１６によって入口ヘッダ部２２間および出口ヘッダ部２３間に設けられている液状ガスケット（密着部材）を密着させることができる。これにより、積層させた熱交チューブ１７間の密着性が高められて、電極板１４と熱交チューブ１７との接触熱抵抗を低減させることができる。したがって、熱交チューブ１７から電極板１４への伝熱効率を向上させた熱媒体加熱装置１０にすることができる。
【００６３】
金属製の熱交押さえ板１６と基板１３との間にＩＧＢＴ（発熱素子）１２を設けることとした。そのため、熱交押さえ板１６および基板１３によって、積層された熱交チューブ１７を押圧するとともに、熱交押さえ板１６を介してＩＧＢＴ１２を熱交チューブ１７からの冷却熱によって冷却することができる。したがって、熱媒体加熱装置１０の伝熱効率をさらに向上させることができる。
また、積層された熱交チューブ１７の押圧とＩＧＢＴ１２の冷却とを熱交押さえ板１６によって兼用することとした。そのため、熱媒体加熱装置１０を構成する部品数を減らすことができる。したがって、熱媒体加熱装置１０全体を小型化することができる。
【００６４】
熱媒体の導入を行う熱媒体入口路（熱媒体導出入路）１１ｄと熱媒体の導出を行う熱媒体出口路（熱媒体導出入路）１１ｅとをロアケーシング１１ｂに一体的に形成することとした。そのため、熱媒体を熱媒体加熱装置１０に供給する際に、積層された熱交チューブ１７にかかる応力を分散することができる。したがって、熱交チューブ１７に係る荷重を低減することができる。
【００６５】
また、基板サブアッセンブリ１５と各電極板１４との電気的な接続においては、基板サブアッセンブリ１５を構成している基板１３に設けられている各端子台１３ａと、各電極板１４に設けられている端子１４ａとを端子接続用ねじ１４ｂによって固定するのみでよく、電気的に接続するための配線（ハーネス）を不要とすることができる。このため、配線経路が複雑化することなく、組付け性を容易とすることができ、部品数を削減することができる。
【００６６】
さらに、基板１３に接続されるＩＧＢＴ（発熱素子）１２を、熱交チューブ１７の入口ヘッダ部２２に近い位置に設けることとした。そのため、ＰＴＣ素子１８により加熱される前の比較的温度の低い熱媒体によって、ＩＧＢＴ１２を冷却することができる。したがって、ＩＧＢＴ１２の冷却性能を一層高める上で好ましい。
【００６７】
伝熱効率が向上するとともに、小型化することができる熱媒体加熱装置１０を用いることとした。そのため、車両用空調装置１の性能を向上させ、かつ、設置スペースを低減することができる。
【００６８】
なお、ここで用いられている液状ガスケットとは、耐熱性に優れ高温に晒される各熱交チューブ１７の入口ヘッダ部２２および出口ヘッダ部２３間等のシールに適した硬化性の液状シール剤（例えば、株式会社スリーボンド製のシリコーンを主成分とした製品番号１２０７ｄのシリコーン系液状ガスケット）である。
【００６９】
また、本実施形態では、密着部材として液状ガスケットを用いるとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｏリング等を用いるものとしても良いし、ロウ付にて固着させても良い。
【００７０】
Ｏリング等を用いた際には、各熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃが例えばアルミ等で形成されている場合、冬場においては、ＰＴＣ素子１８によって加熱されることにより周囲温度（外気温度）との温度差による熱膨張が懸念される。このため、異なる材質により形成されたケーシング１１（例えば樹脂等）を用いた場合には、ロアケース１１ｂの熱媒体入口路１１ｄおよび熱媒体出口路１１ｅと熱交チューブ１７ｃの入口ヘッダ部２２と出口ヘッダ部２３との固着に液状ガスケットを用いることによって、上述のように熱交チューブ１７ｃは熱膨張する。この際、ケーシング１１が周囲温度（外気温度）と同等であるため、熱膨張により液状ガスケットにせん断破壊が生じる可能性もある。
【００７１】
これらを考慮して、例えば、同材質同士である熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃ間の入口ヘッダ部２２および出口ヘッダ部２３の密着部材には、液状ガスケットを用い、異種材質である熱交チューブ１７ｃの入口ヘッダ部２２および出口ヘッダ部２３と、ロアケース１１ｂの熱媒体入口路１１ｄおよび熱媒体出口路１１ｅとの密着部材としては、Ｏリングを用いることによって、せん断破壊を防止することが可能となる。
このように、ケーシング１１の部材や熱交チューブ１７の部材に応じて、液状ガスケットやＯリング等の適宜好ましい最適な密着部材を選定することも可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１ 車両用空調装置
１０ 熱媒体加熱装置
１１ ケーシング
１２ ＩＧＢＴ（発熱素子）
１３ 基板
１６ 熱交押さえ板（押圧部材）
１７ 熱交チューブ（冷却チューブ）
２２ 入口ヘッダ部
２３ 出口ヘッダ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＴＣ素子を挟んで少なくともその両面にそれぞれ積層される電極板と、
熱媒体を供給する入口ヘッダ部および前記熱媒体が導出される出口ヘッダ部と、前記入口ヘッダ部および前記出口ヘッダ部に設けられる密着部材と、を有し、前記電極板を間に挟んで互いに平行に積層されて該電極板と熱交換する複数の扁平状の熱交チューブと、
積層された複数の前記熱交チューブの一面側に設けられて、前記電極板に接続される基板と、
該基板に接続される発熱素子と、
前記基板の他面側に接続されて、積層された複数の前記熱交チューブを押圧する板状の押圧部材と、
前記電極板、前記熱交チューブ、前記基板、前記押圧部材および前記発熱素子が収容されるケーシングと、を備えることを特徴とする熱媒体加熱装置。
【請求項２】
前記発熱素子は、前記基板と前記押圧部材との間に設けられ、前記押圧部材は、金属製であることを特徴とする請求項１に記載の熱媒体加熱装置。
【請求項３】
前記ケーシングには、積層された複数の前記熱交チューブに導かれる前記熱媒体の導出入を行う熱媒体導出入路が一体的に形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱媒体加熱装置。
【請求項４】
前記電極板は、その長手方向の一端部から突出する複数の端子を有し、
前記基板は、その長手方向の一端部に前記複数の端子に対向する複数の端子台を有し、
前記複数の端子と、前記複数の端子台とが接合されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱媒体加熱装置。
【請求項５】
前記発熱素子は、前記入口ヘッダ部付近に設けられることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱媒体加熱装置。
【請求項６】
前記ケーシングに対向している前記入口ヘッダ部および前記出口ヘッダ部に設けられる前記密着部材は、Ｏリングであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の熱媒体加熱装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の熱媒体加熱装置を備えることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項１】
ＰＴＣ素子を挟んで少なくともその両面にそれぞれ積層される電極板と、
熱媒体を供給する入口ヘッダ部および前記熱媒体が導出される出口ヘッダ部と、前記入口ヘッダ部および前記出口ヘッダ部に設けられる密着部材と、を有し、前記電極板を間に挟んで互いに平行に積層されて該電極板と熱交換する複数の扁平状の熱交チューブと、
積層された複数の前記熱交チューブの一面側に設けられて、前記電極板に接続される基板と、
該基板に接続される発熱素子と、
前記基板の他面側に接続されて、積層された複数の前記熱交チューブを押圧する板状の押圧部材と、
前記電極板、前記熱交チューブ、前記基板、前記押圧部材および前記発熱素子が収容されるケーシングと、を備えることを特徴とする熱媒体加熱装置。
【請求項２】
前記発熱素子は、前記基板と前記押圧部材との間に設けられ、前記押圧部材は、金属製であることを特徴とする請求項１に記載の熱媒体加熱装置。
【請求項３】
前記ケーシングには、積層された複数の前記熱交チューブに導かれる前記熱媒体の導出入を行う熱媒体導出入路が一体的に形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱媒体加熱装置。
【請求項４】
前記電極板は、その長手方向の一端部から突出する複数の端子を有し、
前記基板は、その長手方向の一端部に前記複数の端子に対向する複数の端子台を有し、
前記複数の端子と、前記複数の端子台とが接合されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱媒体加熱装置。
【請求項５】
前記発熱素子は、前記入口ヘッダ部付近に設けられることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱媒体加熱装置。
【請求項６】
前記ケーシングに対向している前記入口ヘッダ部および前記出口ヘッダ部に設けられる前記密着部材は、Ｏリングであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の熱媒体加熱装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の熱媒体加熱装置を備えることを特徴とする車両用空調装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−５６３５１（Ｐ２０１２−５６３５１Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９９０１９（Ｐ２０１０−１９９０１９）
【出願日】平成２２年９月６日（２０１０．９．６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月６日（２０１０．９．６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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