熱媒体加熱装置およびそれを用いた車両用空調装置
【課題】発熱性のある電気部品が設置される電気部品冷却壁部の厚みを小さくして熱媒体加熱装置の軽量化と製造コストダウンを図るとともに、該電気部品と熱媒体との間の熱伝達効率を向上させて性能向上を図る。
【解決手段】ＰＴＣヒータ４０の両面に密着して内部に熱媒体流通経路３３，５４が形成され、且つ互いに液密的に接合される第１の熱媒体流通ボックスＡおよび第２の熱媒体流通ボックスＢと、例えば第１の熱媒体流通ボックスＡに設けられ、熱媒体流通経路３３に隣接する電気部品冷却壁部２６と、この電気部品冷却壁部２６に固定された電気部品２３ａとを備え、電気部品冷却壁部２６の、熱媒体流通経路３３側の面に、電気部品２３ａの設置位置の真裏に位置し、かつ熱媒体流通経路３３側に延びる突出部２６ａを形成した。この突出部２６ａは、電気部品２３ａを電気部品冷却壁部２６に締結する締結部材２５ｂの締結ボスを兼ねる。
【解決手段】ＰＴＣヒータ４０の両面に密着して内部に熱媒体流通経路３３，５４が形成され、且つ互いに液密的に接合される第１の熱媒体流通ボックスＡおよび第２の熱媒体流通ボックスＢと、例えば第１の熱媒体流通ボックスＡに設けられ、熱媒体流通経路３３に隣接する電気部品冷却壁部２６と、この電気部品冷却壁部２６に固定された電気部品２３ａとを備え、電気部品冷却壁部２６の、熱媒体流通経路３３側の面に、電気部品２３ａの設置位置の真裏に位置し、かつ熱媒体流通経路３３側に延びる突出部２６ａを形成した。この突出部２６ａは、電気部品２３ａを電気部品冷却壁部２６に締結する締結部材２５ｂの締結ボスを兼ねる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ：正温度特性）ヒータを用いて熱媒体を加熱する熱媒体加熱装置およびそれを用い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、温度の上昇と共に抵抗値が上昇し、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】
上記のように、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。
【０００４】
このため、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、例えば特許文献１に開示されているように、ハイブリッド車両用の空調装置において、エンジン停止時における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ＰＴＣヒータを適用した熱媒体加熱装置が提案されている。
【０００５】
この熱媒体加熱装置は、２つの熱媒体流通ボックスが互いに液密的に接合され、これら２つの熱媒体流通ボックスの間に平板状のＰＴＣヒータが密着介装されている。各熱媒体流通ボックスの内部には、ＰＴＣヒータの近傍を通過するように熱媒体流通経路が形成されており、ここを流通するエンジン冷却水がＰＴＣヒータによって加熱されてから車両用空調装置を循環し、車室内が温調される。
【０００６】
熱媒体流通ボックスの内部には、熱媒体流通経路に隣接する別室として形成された基板収容部が設けられ、この中にＰＴＣヒータを制御する制御基板が設置される。この制御基板に搭載されるＩＧＢＴやＦＥＴ等の発熱性のある電気部品は、熱媒体流通経路と基板収容部とを隔てて設けられている電気部品冷却壁部に密着するようにビス等で締結固定され、熱媒体流通経路を流れるエンジン冷却水によって冷却されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−５６０４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般に、熱媒体流通ボックスは、アルミニウム等の、軽量で熱伝導性の良い金属材料により形成され、発熱性のある電気部品が設置される電気部品冷却壁部は平坦な板状に形成されている。熱媒体流通ボックスの製造コストを低減させるとともに、その軽量化を図るためには、電気部品冷却壁部を含め、各部の肉厚を薄く構成することが望ましい。
【０００９】
しかしながら、発熱性のある電気部品を電気部品冷却壁部にビスで締結固定するためには、この電気部品冷却壁部に、ビスがねじ込めるだけの厚みを付与しないとならず、このため電気部品冷却壁部の厚みが過剰になり、熱媒体流通ボックスの重量が重くなるとともに、製造コストが嵩む一因となっていた。しかも、電気部品から発生する熱を効率良く熱媒体流通経路に逃がすことができなかった。
【００１０】
しかも、従来では電気部品冷却壁部の熱媒体流通経路側の面が平面状であったため、この点でも電気部品から発生する熱を効率良く熱媒体流通経路に逃がすことができなかった。
【００１１】
さらに、上記電気部品冷却壁部に、熱媒体流通経路を流れる熱媒体の温度を測定する温度センサを設ける場合は、電気部品冷却壁部の厚みが大きかったことにより、温度検知感度が低下するという問題があった。
【００１２】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、発熱性のある電気部品が設置される電気部品冷却壁部の厚みを小さくして熱媒体加熱装置の軽量化と製造コストダウンを図るとともに、該電気部品と熱媒体との間の熱伝達効率を向上させて性能向上と信頼性の向上を図ることのできる、熱媒体加熱装置およびそれを用い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】
【００１３】
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。
即ち、本発明の第１の態様に係る熱媒体加熱装置は、平板状のＰＴＣヒータと、前記ＰＴＣヒータの一面側に密着して内部に熱媒体流通経路が形成された第１の熱媒体流通ボックスと、前記ＰＴＣヒータの他面側に密着して内部に熱媒体流通経路が形成され、かつ前記第１の熱媒体流通ボックスに液密的に接合される第２の熱媒体流通ボックスと、前記第１および第２の熱媒体流通ボックスの少なくとも一方に設けられ、前記熱媒体流通経路に隣接する電気部品冷却壁部と、前記電気部品冷却壁部に固定された、前記ＰＴＣヒータ制御用の電気部品と、を備え、前記ＰＴＣヒータの両面からの放熱により、前記第１および第２の熱媒体流通ボックス内の前記熱媒体流通経路を流通する熱媒体が加熱されるとともに、該熱媒体と前記電気部品との間で熱交換がなされるように構成された熱媒体加熱装置において、前記電気部品冷却壁部の、前記熱媒体流通経路側の面に、前記電気部品の設置位置の真裏に位置し、かつ前記熱媒体流通経路側に延びる突出部を形成したことを特徴とする。
【００１４】
この熱媒体加熱装置によれば、前記突出部によって、電気部品冷却壁部の、発熱性のある電気部品が設置された部位の真裏側の表面積が増大し、この電気部品が設置された部位がより広い面積で熱媒体と接触することができ、これによって電気部品と熱媒体との間の熱伝達効率が向上する。例えば電気部品が発熱性のあるものであれば、熱媒体によって電気部品を効率良く冷却することができ、熱媒体加熱装置の性能と信頼性が向上する。
【００１５】
また、本発明の第２の態様に係る熱媒体加熱装置は、前記第１の態様において、前記突出部が、前記電気部品を前記電気部品冷却壁部に締結する締結部材の締結ボスを兼ねることを特徴とする。
【００１６】
上記構成によれば、前記突出部を締結ボスとして、電気部品を締結する締結部材を締結することができるため、電気部品冷却壁部の厚みを薄くしても、締結部材のねじ込み長さを十分に長く確保することができ、これによって電気部品冷却壁部に電気部品を確実に締結することができ、熱媒体流通ボックスの軽量化を図るとともに、その製造コストを低減させることができる。
【００１７】
また、本発明の第３の態様に係る熱媒体加熱装置は、前記第１の態様において、前記電気部品は前記熱媒体流通経路を流通する熱媒体の温度センサであり、前記突出部は、前記熱媒体の流れの中心部側に延びていることを特徴とする。
【００１８】
上記構成によれば、前記突起部によって、電気部品冷却壁部の、温度センサが設置された部位における、熱媒体流通経路側の面の表面積が増大する。このため、温度センサと熱媒体との間の熱伝達効率が向上し、温度センサの温度検知感度が良くなって性能が向上する。
【００１９】
また、本発明の第４の態様に係る熱媒体加熱装置は、前記第３の態様において、前記熱媒体流通経路に、前記熱媒体の流れを前記突出部側に導く斜面部を形成したことを特徴とする。
【００２０】
上記構成によれば、前記斜面部によって熱媒体流通経路を流れる熱媒体が突出部側に導かれるため、突出部の近傍における熱媒体の澱みをなくし、温度センサをより積極的に熱媒体と熱交換させて、温度センサの温度検知感度を向上させることができる。
【００２１】
さらに、本発明に係る車両用空調装置は、外気または車室内空気循環させるブロアと、該ブロアの下流側に設けられる冷却器と、該冷却器の下流側に設けられる放熱器と、を備えた車両用空調装置において、前記放熱器に、第１〜４の何れかに態様の熱媒体加熱装置により加熱された熱媒体が循環可能に構成されることを特徴とする。
【００２２】
これにより、熱媒体加熱装置が軽量化するとともに製造コストが低減し、ひいては車両用空調装置のコストダウンを図るとともに、性能向上と信頼性の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００２３】
このように、本発明に係る熱媒体加熱装置およびそれを用いた車両用空調装置によれば、熱媒体加熱装置において発熱性のある電気部品が設置される電気部品冷却壁部の厚みを小さくして熱媒体加熱装置の軽量化と製造コストダウンを図るとともに、該電気部品と熱媒体との間の熱伝達効率を向上させ、熱媒体加熱装置および車両用空調装置の性能向上と信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両用空調装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る熱媒体加熱装置の斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る熱媒体加熱装置の分解斜視図である。
【図４】図２のIV-IV線に沿う縦断面図である。
【図５】図２のV-V線に沿う縦断面図である。
【図６】図３に示す基板収容ボックスを裏返しにした斜視図である。
【図７】図４のVII-VII矢視による上部熱媒体流通ボックスの下面図である。
【図８】図４のVIII-VIII矢視による下部熱媒体流通ボックスの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明の一実施形態について、図１〜図８を用いて説明する。
図１には、本実施形態にかかる車両用空調装置１の概略構成図が示されている。この車両用空調装置１は、例えばハイブリッド車両用の空調装置であり、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。
【００２６】
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、が設置される。
【００２７】
ケーシング３の下流側は、図示省略の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、図示省略の複数の吹き出し口へと接続される。冷却器５は、図示省略の圧縮機、凝縮器、膨張弁と共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。
【００２８】
放熱器６は、タンク８、ポンプ９、図示省略のエンジンおよび本発明に係る熱媒体加熱装置１０と共に熱媒体循環回路１１を構成している。この熱媒体循環回路１１を流れる熱媒体としては、ハイブリッド車両のエンジン冷却水が利用されている。熱媒体循環回路１１は、ハイブリッド運転時等、熱媒体であるエンジン冷却水の温度がさほど上昇しない時に、熱媒体加熱装置１０によってエンジン冷却水を加熱し、この加熱したエンジン冷却水をポンプ９により熱媒体循環回路１１に循環させることによって、ケーシング３内にて放熱器６を通過する空気を加温するものである。
【００２９】
図２には、熱媒体加熱装置１０の斜視図が示され、図３には熱媒体加熱装置１０の分解解斜視図が示され、図４および図５には熱媒体加熱装置１０の縦断面図が示されている。
【００３０】
この熱媒体加熱装置１０は、複数のボックス構成部材２０，２１，３０が重ね合わせられて匡体状に構成される第１の熱媒体流通ボックスＡと、同じく複数のボックス構成部材５０，５１が重ね合わせられて匡体状に構成され、かつ第１の熱媒体流通ボックスＡの下面に液密的に接合される第２の熱媒体流通ボックスＢと、これら第１および第２の熱媒体流通ボックスＡ，Ｂの間に挟装されるＰＴＣヒータ４０とを備えて構成されている。
【００３１】
第１の熱媒体流通ボックスＡは、蓋２１が上面に接合される長方形状の基板収容ボックス２０と、基板収容ボックス２０と同じ長方形状を有する上部熱媒体流通ボックス３０とが液密に接合されて形成されている。また、第２の熱媒体流通ボックスＢは、上部熱媒体流通ボックス３０と同じ長方形状を有する下部熱媒体流通ボックス５０と、この下部熱媒体流通ボックス５０の下面に液密に接合される蓋５１とを備えて形成されている。第１の熱媒体流通ボックスＡと第２の熱媒体流通ボックスＢとの間、および他のボックス構成部材２０，２１，３０，５０，５１の間は、図２及び図４に示すように、複数のボルト５８によって締め付けられ、一体化される。
【００３２】
ＰＴＣヒータ４０は、上部熱媒体流通ボックス３０および下部熱媒体流通ボックス５０よりも小さい長方形状かつ平板形状を有しており、後に詳述するように、ＰＴＣヒータ４０の上面が上部熱媒体流通ボックス３０の下面に形成された平坦な放熱面３８に密着し、ＰＴＣヒータ４０の下面が下部熱媒体流通ボックス５０の上面に形成された平坦な放熱面５６に密着するようになっている。
【００３３】
基板収容ボックス２０は、アルミニウム合金等の熱伝導性材料により構成された、上面が蓋２１により密閉される長方形状の半匡体であり、その内部が基板収容部Ｓとされ、ここにＰＴＣヒータ４０を制御する制御基板２２（図３、図４参照）が格納設置される。制御基板２２は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）や、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：電界効果トランジスター）等の、発熱性のある電気部品２３ａや制御回路が組み込まれるものであり、ＰＴＣヒータ４０を駆動するための３００Ｖの高電圧と、制御用の１２Ｖの低電圧とが供給される。
【００３４】
この制御基板２２は、基板収容ボックス２０の底面から突出している支持部２４に、四隅をビス２５ａで締結されて固定設置される。また、発熱性のある電気部品２３ａは、制御基板２２の下面側に配設され、例えば基板収容ボックス２０の底面に設けられている電気部品冷却壁部２６の上面に、図示省略の絶縁層を介して接触した状態で、ビス２５ｂ等の締結部材より締結固定される。この電気部品２３ａおよび電気部品冷却壁部２６は、電気部品２３ａの発熱に対する冷却効果を高めるために、上部熱媒体流通ボックス３０に設けられる後述の熱媒体流通経路（流通路３３）の入口側近傍に配設される。
【００３５】
基板収容ボックス２０の一端面には配線挿通孔２７が形成され（図３、図６参照）、ここに制御基板２２に繋がる配線部材４０ａ（図２参照）が挿通される。また、基板収容ボックス２０の他端面にはハーネス挿通孔２９（図３参照）が形成されており、ここに制御基板２２に繋がる電気ハーネス２２ａ（図２参照）が挿通される。
【００３６】
図３〜図５および図７に、上部熱媒体流通ボックス３０の熱媒体流通経路が示されている。上部熱媒体流通ボックス３０は、アルミニウム合金等の熱伝導性材料により構成される長方形状の半匡体であり、その上面側には、両端部に形成される一対の入口ヘッダ３１および出口ヘッダ３２と、この入口ヘッダ３１および出口ヘッダ３２間に形成されて、多数のフィン３３ａによりセパレートされた平行な溝状の流通路３３とが設けられる。この入口ヘッダ３１および出口ヘッダ３２ならびに流通路３３の上面は、基板収容ボックス２０の底面により液密に閉塞される（図４、図５参照）。
【００３７】
これにより、基板収容ボックス２０と上部熱媒体流通ボックス３０との間には、入口ヘッダ３１内に流入されたエンジン冷却水が多数の流通路３３に分配され、流通路３３内を同時平行的に流れて出口ヘッダ３２側に流れるエンジン冷却水の流通経路が形成される。流通路３３内を流れるエンジン冷却水は、そのまま出口ヘッダ３２に流れ込むことはなく、上部熱媒体流通ボックス３０の下面に形成された後述の流通口３５（図３、図７参照）に流れ込む。
【００３８】
さらに、上部熱媒体流通ボックス３０の下面側には、ＰＴＣヒータ４０の上面に密着する平坦な放熱面３８を天井面とする広い凹部が設けられる（図４、図５、図７参照）。この凹部は、エンジン冷却水が流通する流通路３３の裏面に対向しており、この中にＰＴＣヒータ４０が嵌り込むように形成されている。なお、上部熱媒体流通ボックス３０の上面の、流通口３５，３６とは反対側の端部に配線挿通孔３９（図３参照）が貫通形成されており、この配線挿通孔３９が基板収容ボックス２０の配線連通孔２８に整合する。
【００３９】
図３〜図５および図８に、下部熱媒体流通ボックス５０の熱媒体流通経路が示されている。下部熱媒体流通ボックス５０は、アルミニウム合金等の熱伝導性材料により構成される長方形状の半匡体であり、その一端部には連通口５２，５３が設けられ（図８参照）、これらの連通口５２，５３は上部熱媒体流通ボックス３０の流通口３５，３６にそれぞれ整合する。
【００４０】
また、下部熱媒体流通ボックス５０の下面には、連通口５２を起点として他端側に延び、他端部でＵターンして連通口５３に還り着く、多数のフィン５４ａ（図４参照）によってセパレートされた平行な溝状の流通路５４が形成されている。このＵ字形状の流通路５４は、その往流路と復流路との間が、フィン５４ａよりも背の高い隔壁５４ｂ（図４参照）により隔絶されている。流通路５４の下面は先述の通り蓋５１によって密閉され、蓋５１には、流通路５４と隔壁５４ｂの形状に整合するＵ字形状の浅い凹部５５（図３参照）が刻設されている。
【００４１】
これにより、下部熱媒体流通ボックス５０と蓋５１との間には、連通口５２に流入したエンジン冷却水が、連通口５２から多数の流通路５４に分配され、各流通路５４内を同時平行的に流通して他端部でＵターンし、連通口５３に至る熱媒体の流通経路が形成される。
【００４２】
下部熱媒体流通ボックス５０の連通口５２は、上部熱媒体流通ボックス３０の出口ヘッダ３２に設けられている流通口３５に連通し、上部熱媒体流通ボックス３０の流通路３３を流れたエンジン冷却水が流入するようになっている。また、下部熱媒体流通ボックス５０の連通口５３は、上部熱媒体流通ボックス３０の出口ヘッダ３２に設けられている流通口３６に連通し、下部熱媒体流通ボックス５０を流れたエンジン冷却水を、流通口３６から流出部３７を経て外部に流出させる経路を構成している。
【００４３】
下部熱媒体流通ボックス５０の上面は、放熱面５６（図３〜５、図８参照）とされ、上部熱媒体流通ボックス３０下面の平坦な放熱面３８との間で、ＰＴＣヒータ４０をサンドイッチ状に挟み込むことにより、これらの放熱面３８，５６が、ＰＴＣヒータ４０の両面に貼着された、圧縮性のある熱伝導層（非図示）に圧着されるようになっている。
【００４４】
図３、図４、および図７、図８に、ＰＴＣヒータ４０の構成が示されている。ＰＴＣヒータ４０は、その全体形状が長方形に構成されている。ＰＴＣヒータ４０を構成するのは、熱媒体流通経路（流通路３３、流通路５４）の流路方向に沿って、例えば３列に配設された発熱要素としてのＰＴＣ素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃである。これら３枚のＰＴＣ素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃは、その両面に図示しない電極板、非圧縮性絶縁層および圧縮性熱伝導層が順次積層されて設けられた積層構造を有するものである。これらのＰＴＣ素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃは、制御基板２２に組み込まれている制御回路により、各々単体でオンオフ制御可能に構成されている。
【００４５】
そして、図４および図５に示すように、ＰＴＣヒータ４０は、その両面に各々密着されて設けられる上部熱媒体流通ボックス３０および下部熱媒体流通ボックス５０内を流通するエンジン冷却水に対し、その両面から放熱してエンジン冷却水を加熱することができる。
【００４６】
ＰＴＣヒータ４０の一端部には配線部材４０ｂがあり、この配線部材４０ｂはＰＴＣヒータ４０の面方向に対して上方に直角に屈折し、上部熱媒体流通ボックス３０の配線挿通孔３９と、基板収容ボックス２０の配線挿通孔２８とに挿入される。この配線部材４０ｂは制御基板２２に導かれ、制御基板２２から、ケーブル状の配線部材４０ａ（図２参照）が、先述のように基板収容ボックス２０の配線挿通孔２７を通って外部に引き出される。なお、配線挿通孔２７には防水、防塵用の配線キャップ４０ｃが装着される。
【００４７】
上部熱媒体流通ボックス３０の流入部３４には熱媒体循環回路１１が接続される。ポンプ９から圧送されてくる低温のエンジン冷却水は、流入部３４から入口ヘッダ３１内に流入し、各流通路３３に分配される（図３参照）。各流通路３３を出口ヘッダ３２側に向って流れるエンジン冷却水は、ＰＴＣヒータ４０により加熱昇温された後、出口ヘッダ３２の手前で一旦合流し、流通口３５を経て下部熱媒体流通ボックス５０の連通口５２に流入する。
【００４８】
そして、連通口５２より各流通路５４に分流し、図８に想像線Ｆ１で示すように流れて再びＰＴＣヒータ４０により加熱昇温されながら他端部でＵターンし、連通口５３から上部熱媒体流通ボックス３０の流通口３６を経て出口ヘッダ３２に入り、流出部３７を経て熱媒体循環回路１１へと還流する。このように、熱媒体加熱装置１０の内部を通過するエンジン冷却水は、ＰＴＣヒータ４０の両面側を流れてＰＴＣヒータ４０の熱で加熱されながら熱媒体循環回路１１を循環し、これによって、車室内が温調される。
【００４９】
ＰＴＣヒータ４０を構成しているＰＴＣ素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃは、制御基板２２に組み込まれている制御回路により、各々単体でオンオフ制御可能に構成されているため、熱媒体加熱装置１０に流入してくるエンジン冷却水の実際の温度と、必要とされている温度（目標温度）との差に応じて、制御基板２２により各々ＰＴＣ素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃ単位で個別にオンオフされ、加熱能力が制御される。これにより、エンジン冷却水を所定の温度に加熱昇温して流出させることができる。
【００５０】
次に、本発明の要部について説明する。
図４を参照して前述したように、基板収容ボックス２０の内部に画成された基板収容部Ｓ内に制御基板２２が設置されており、この制御基板２２の下面に搭載された発熱性のある電気部品２３ａが、基板収容ボックス２０の底面に設けられた電気部品冷却壁部２６の上面に接触した状態でビス２５ｂにより締結固定されている。電気部品冷却壁部２６は、上部熱媒体流通ボックス３０の、流通路３３の入口側付近に設けられているため、まだＰＴＣヒータ４０によって加熱されていないエンジン冷却水と電気部品２３ａとの間で熱交換がなされ、電気部品２３ａが冷却されるようになっている。
【００５１】
そして、図４および図６に示すように、電気部品冷却壁部２６の、流通路３３側の面には、電気部品２３ａの設置位置の真裏（真下）に位置し、かつ流通路３３側に延びる、半球形状の突出部２６ａが形成されている。この突出部２６ａは、電気部品２３ａを電気部品冷却壁部２６に締結している締結部材であるビス２５ｂの締結ボスを兼ねている。
【００５２】
この突出部２６ａを設けたことにより、電気部品冷却壁部２６の、電気部品２３ａが設置された部位の真裏側の表面積が増大し、この部位がより広い面積でエンジン冷却水と接触することができ、これによって電気部品２３ａとエンジン冷却水との間の熱伝達効率が向上する。このため、発熱性のある電気部品２３ａをエンジン冷却水によって効率良く冷却することができ、熱媒体加熱装置１０の性能と信頼性を向上させることができる。
【００５３】
また、突出部２６ａが、電気部品２３ａを締結するビス２５ｂの締結ボスを兼ねていることから、図４に示すように、電気部品冷却壁部２６の厚みを、ビス２５ｂ締結用の雌ねじの長さよりも薄くすることができる。このため、電気部品冷却壁部２６を薄くしたにも拘わらず、ビス２５ｂの長さを十分に長くして電気部品２３ａを電気部品冷却壁部２６に確実に締結することができる。したがって、第1の熱媒体流通ボックスＡ（上部熱媒体流通ボックス３０）、ひいては熱媒体加熱装置１０全体の軽量化を図るとともに、その製造コストを低減させることができる。
【００５４】
一方、図５に示すように、基板収容部Ｓの一端部付近に温度センサ２３ｂが設置されている。この温度センサ２３ｂは、流入部３４から流入したばかりの、まだＰＴＣヒータ４０に加熱されていないエンジン冷却水と熱交換してエンジン冷却水の温度を検出するセンサであり、基板収容部Ｓの底面から上方に突出するように形成された締結ボス２６ｂにビス２５ｃで締結されている。
【００５５】
そして、この温度センサ２３ｂの真裏（真下）付近に位置し、かつ流通路３３側に延びる突出部２６ｃが形成されている。この突出部２６ｃは、図７に示すように、平面視で流入部３４の軸心延長線３４ｂ上に配置されており、流入部３４を通って流通路３３内に流入してくるエンジン冷却水の流れの中心部側に延びる形で形成されている。
【００５６】
さらに、流入部３４の内部における熱媒体流通経路の底部に斜面部３３ｂが形成されている（図５参照）。この斜面部３３ｂは、側面視で約４５度の角度を持ち、流入部３４から流れ込むエンジン冷却水を、想像線Ｆ２で示すように突出部２６ｃ側に導く。
【００５７】
上記構成によれば、突起部２６ｃを設けたことによって、電気部品冷却壁部２６の、温度センサ２３ｂが設置された部位における流通路３３側の面の表面積が増大する。このため、温度センサ２３ｂとエンジン冷却水との間の熱伝達効率が向上し、温度センサ２３ｂの温度検知感度が良くなって性能が向上する。
【００５８】
また、斜面部３３ｂを形成したことにより、流入部３４から流れ込むエンジン冷却水が突出部２６ｃ側に導かれるため、突出部２６ｃの近傍におけるエンジン冷却水の澱みをなくし、温度センサ２３ｂをより積極的にエンジン冷却水と熱交換させて、温度センサ２３ｂの温度検知感度を向上させることができる。
【００５９】
さらに、本発明に係る車両用空調装置１によれば、外気または車室内空気循環させるブロア４と、該ブロア４の下流側に設けられる冷却器５と、該冷却器５の下流側に設けられる放熱器６とを備え、放熱器６に、本発明に係る熱媒体加熱装置１０により加熱されたエンジン冷却水を循環させるように構成したため、熱媒体加熱装置１０を軽量化するとともに製造コストを低減させ、ひいては車両用空調装置１のコストダウンを図るとともに、性能向上と信頼性の向上を図ることができる。
【００６０】
なお、本実施形態では、熱媒体加熱装置を車両用空調装置に用いた例について説明したが、車両用以外の空調装置や、加熱装置、冷凍装置等に、本発明に係る熱媒体加熱装置を適用することも考えられる。
【符号の説明】
【００６１】
１ 車両用空調装置
４ ブロア
５ 冷却器
６ 放熱器
１０ 熱媒体加熱装置
２３ａ 電気部品
２３ｂ 温度センサ
２５ｂ，２５ｃ 締結部材
２６ 電気部品冷却壁部
２６ａ，２６ｃ 突出部
２６ｂ 締結ボス
３３ 熱媒体流通経路である流通路
３３ｂ 斜面部
４０ ＰＴＣヒータ
Ａ 第１の熱媒体流通ボックス
Ｂ 第２の熱媒体流通ボックス
Ｓ 基板収容部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ：正温度特性）ヒータを用いて熱媒体を加熱する熱媒体加熱装置およびそれを用い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、温度の上昇と共に抵抗値が上昇し、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】
上記のように、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。
【０００４】
このため、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、例えば特許文献１に開示されているように、ハイブリッド車両用の空調装置において、エンジン停止時における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ＰＴＣヒータを適用した熱媒体加熱装置が提案されている。
【０００５】
この熱媒体加熱装置は、２つの熱媒体流通ボックスが互いに液密的に接合され、これら２つの熱媒体流通ボックスの間に平板状のＰＴＣヒータが密着介装されている。各熱媒体流通ボックスの内部には、ＰＴＣヒータの近傍を通過するように熱媒体流通経路が形成されており、ここを流通するエンジン冷却水がＰＴＣヒータによって加熱されてから車両用空調装置を循環し、車室内が温調される。
【０００６】
熱媒体流通ボックスの内部には、熱媒体流通経路に隣接する別室として形成された基板収容部が設けられ、この中にＰＴＣヒータを制御する制御基板が設置される。この制御基板に搭載されるＩＧＢＴやＦＥＴ等の発熱性のある電気部品は、熱媒体流通経路と基板収容部とを隔てて設けられている電気部品冷却壁部に密着するようにビス等で締結固定され、熱媒体流通経路を流れるエンジン冷却水によって冷却されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−５６０４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般に、熱媒体流通ボックスは、アルミニウム等の、軽量で熱伝導性の良い金属材料により形成され、発熱性のある電気部品が設置される電気部品冷却壁部は平坦な板状に形成されている。熱媒体流通ボックスの製造コストを低減させるとともに、その軽量化を図るためには、電気部品冷却壁部を含め、各部の肉厚を薄く構成することが望ましい。
【０００９】
しかしながら、発熱性のある電気部品を電気部品冷却壁部にビスで締結固定するためには、この電気部品冷却壁部に、ビスがねじ込めるだけの厚みを付与しないとならず、このため電気部品冷却壁部の厚みが過剰になり、熱媒体流通ボックスの重量が重くなるとともに、製造コストが嵩む一因となっていた。しかも、電気部品から発生する熱を効率良く熱媒体流通経路に逃がすことができなかった。
【００１０】
しかも、従来では電気部品冷却壁部の熱媒体流通経路側の面が平面状であったため、この点でも電気部品から発生する熱を効率良く熱媒体流通経路に逃がすことができなかった。
【００１１】
さらに、上記電気部品冷却壁部に、熱媒体流通経路を流れる熱媒体の温度を測定する温度センサを設ける場合は、電気部品冷却壁部の厚みが大きかったことにより、温度検知感度が低下するという問題があった。
【００１２】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、発熱性のある電気部品が設置される電気部品冷却壁部の厚みを小さくして熱媒体加熱装置の軽量化と製造コストダウンを図るとともに、該電気部品と熱媒体との間の熱伝達効率を向上させて性能向上と信頼性の向上を図ることのできる、熱媒体加熱装置およびそれを用い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】
【００１３】
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。
即ち、本発明の第１の態様に係る熱媒体加熱装置は、平板状のＰＴＣヒータと、前記ＰＴＣヒータの一面側に密着して内部に熱媒体流通経路が形成された第１の熱媒体流通ボックスと、前記ＰＴＣヒータの他面側に密着して内部に熱媒体流通経路が形成され、かつ前記第１の熱媒体流通ボックスに液密的に接合される第２の熱媒体流通ボックスと、前記第１および第２の熱媒体流通ボックスの少なくとも一方に設けられ、前記熱媒体流通経路に隣接する電気部品冷却壁部と、前記電気部品冷却壁部に固定された、前記ＰＴＣヒータ制御用の電気部品と、を備え、前記ＰＴＣヒータの両面からの放熱により、前記第１および第２の熱媒体流通ボックス内の前記熱媒体流通経路を流通する熱媒体が加熱されるとともに、該熱媒体と前記電気部品との間で熱交換がなされるように構成された熱媒体加熱装置において、前記電気部品冷却壁部の、前記熱媒体流通経路側の面に、前記電気部品の設置位置の真裏に位置し、かつ前記熱媒体流通経路側に延びる突出部を形成したことを特徴とする。
【００１４】
この熱媒体加熱装置によれば、前記突出部によって、電気部品冷却壁部の、発熱性のある電気部品が設置された部位の真裏側の表面積が増大し、この電気部品が設置された部位がより広い面積で熱媒体と接触することができ、これによって電気部品と熱媒体との間の熱伝達効率が向上する。例えば電気部品が発熱性のあるものであれば、熱媒体によって電気部品を効率良く冷却することができ、熱媒体加熱装置の性能と信頼性が向上する。
【００１５】
また、本発明の第２の態様に係る熱媒体加熱装置は、前記第１の態様において、前記突出部が、前記電気部品を前記電気部品冷却壁部に締結する締結部材の締結ボスを兼ねることを特徴とする。
【００１６】
上記構成によれば、前記突出部を締結ボスとして、電気部品を締結する締結部材を締結することができるため、電気部品冷却壁部の厚みを薄くしても、締結部材のねじ込み長さを十分に長く確保することができ、これによって電気部品冷却壁部に電気部品を確実に締結することができ、熱媒体流通ボックスの軽量化を図るとともに、その製造コストを低減させることができる。
【００１７】
また、本発明の第３の態様に係る熱媒体加熱装置は、前記第１の態様において、前記電気部品は前記熱媒体流通経路を流通する熱媒体の温度センサであり、前記突出部は、前記熱媒体の流れの中心部側に延びていることを特徴とする。
【００１８】
上記構成によれば、前記突起部によって、電気部品冷却壁部の、温度センサが設置された部位における、熱媒体流通経路側の面の表面積が増大する。このため、温度センサと熱媒体との間の熱伝達効率が向上し、温度センサの温度検知感度が良くなって性能が向上する。
【００１９】
また、本発明の第４の態様に係る熱媒体加熱装置は、前記第３の態様において、前記熱媒体流通経路に、前記熱媒体の流れを前記突出部側に導く斜面部を形成したことを特徴とする。
【００２０】
上記構成によれば、前記斜面部によって熱媒体流通経路を流れる熱媒体が突出部側に導かれるため、突出部の近傍における熱媒体の澱みをなくし、温度センサをより積極的に熱媒体と熱交換させて、温度センサの温度検知感度を向上させることができる。
【００２１】
さらに、本発明に係る車両用空調装置は、外気または車室内空気循環させるブロアと、該ブロアの下流側に設けられる冷却器と、該冷却器の下流側に設けられる放熱器と、を備えた車両用空調装置において、前記放熱器に、第１〜４の何れかに態様の熱媒体加熱装置により加熱された熱媒体が循環可能に構成されることを特徴とする。
【００２２】
これにより、熱媒体加熱装置が軽量化するとともに製造コストが低減し、ひいては車両用空調装置のコストダウンを図るとともに、性能向上と信頼性の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００２３】
このように、本発明に係る熱媒体加熱装置およびそれを用いた車両用空調装置によれば、熱媒体加熱装置において発熱性のある電気部品が設置される電気部品冷却壁部の厚みを小さくして熱媒体加熱装置の軽量化と製造コストダウンを図るとともに、該電気部品と熱媒体との間の熱伝達効率を向上させ、熱媒体加熱装置および車両用空調装置の性能向上と信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両用空調装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る熱媒体加熱装置の斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る熱媒体加熱装置の分解斜視図である。
【図４】図２のIV-IV線に沿う縦断面図である。
【図５】図２のV-V線に沿う縦断面図である。
【図６】図３に示す基板収容ボックスを裏返しにした斜視図である。
【図７】図４のVII-VII矢視による上部熱媒体流通ボックスの下面図である。
【図８】図４のVIII-VIII矢視による下部熱媒体流通ボックスの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明の一実施形態について、図１〜図８を用いて説明する。
図１には、本実施形態にかかる車両用空調装置１の概略構成図が示されている。この車両用空調装置１は、例えばハイブリッド車両用の空調装置であり、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。
【００２６】
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、が設置される。
【００２７】
ケーシング３の下流側は、図示省略の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、図示省略の複数の吹き出し口へと接続される。冷却器５は、図示省略の圧縮機、凝縮器、膨張弁と共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。
【００２８】
放熱器６は、タンク８、ポンプ９、図示省略のエンジンおよび本発明に係る熱媒体加熱装置１０と共に熱媒体循環回路１１を構成している。この熱媒体循環回路１１を流れる熱媒体としては、ハイブリッド車両のエンジン冷却水が利用されている。熱媒体循環回路１１は、ハイブリッド運転時等、熱媒体であるエンジン冷却水の温度がさほど上昇しない時に、熱媒体加熱装置１０によってエンジン冷却水を加熱し、この加熱したエンジン冷却水をポンプ９により熱媒体循環回路１１に循環させることによって、ケーシング３内にて放熱器６を通過する空気を加温するものである。
【００２９】
図２には、熱媒体加熱装置１０の斜視図が示され、図３には熱媒体加熱装置１０の分解解斜視図が示され、図４および図５には熱媒体加熱装置１０の縦断面図が示されている。
【００３０】
この熱媒体加熱装置１０は、複数のボックス構成部材２０，２１，３０が重ね合わせられて匡体状に構成される第１の熱媒体流通ボックスＡと、同じく複数のボックス構成部材５０，５１が重ね合わせられて匡体状に構成され、かつ第１の熱媒体流通ボックスＡの下面に液密的に接合される第２の熱媒体流通ボックスＢと、これら第１および第２の熱媒体流通ボックスＡ，Ｂの間に挟装されるＰＴＣヒータ４０とを備えて構成されている。
【００３１】
第１の熱媒体流通ボックスＡは、蓋２１が上面に接合される長方形状の基板収容ボックス２０と、基板収容ボックス２０と同じ長方形状を有する上部熱媒体流通ボックス３０とが液密に接合されて形成されている。また、第２の熱媒体流通ボックスＢは、上部熱媒体流通ボックス３０と同じ長方形状を有する下部熱媒体流通ボックス５０と、この下部熱媒体流通ボックス５０の下面に液密に接合される蓋５１とを備えて形成されている。第１の熱媒体流通ボックスＡと第２の熱媒体流通ボックスＢとの間、および他のボックス構成部材２０，２１，３０，５０，５１の間は、図２及び図４に示すように、複数のボルト５８によって締め付けられ、一体化される。
【００３２】
ＰＴＣヒータ４０は、上部熱媒体流通ボックス３０および下部熱媒体流通ボックス５０よりも小さい長方形状かつ平板形状を有しており、後に詳述するように、ＰＴＣヒータ４０の上面が上部熱媒体流通ボックス３０の下面に形成された平坦な放熱面３８に密着し、ＰＴＣヒータ４０の下面が下部熱媒体流通ボックス５０の上面に形成された平坦な放熱面５６に密着するようになっている。
【００３３】
基板収容ボックス２０は、アルミニウム合金等の熱伝導性材料により構成された、上面が蓋２１により密閉される長方形状の半匡体であり、その内部が基板収容部Ｓとされ、ここにＰＴＣヒータ４０を制御する制御基板２２（図３、図４参照）が格納設置される。制御基板２２は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）や、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：電界効果トランジスター）等の、発熱性のある電気部品２３ａや制御回路が組み込まれるものであり、ＰＴＣヒータ４０を駆動するための３００Ｖの高電圧と、制御用の１２Ｖの低電圧とが供給される。
【００３４】
この制御基板２２は、基板収容ボックス２０の底面から突出している支持部２４に、四隅をビス２５ａで締結されて固定設置される。また、発熱性のある電気部品２３ａは、制御基板２２の下面側に配設され、例えば基板収容ボックス２０の底面に設けられている電気部品冷却壁部２６の上面に、図示省略の絶縁層を介して接触した状態で、ビス２５ｂ等の締結部材より締結固定される。この電気部品２３ａおよび電気部品冷却壁部２６は、電気部品２３ａの発熱に対する冷却効果を高めるために、上部熱媒体流通ボックス３０に設けられる後述の熱媒体流通経路（流通路３３）の入口側近傍に配設される。
【００３５】
基板収容ボックス２０の一端面には配線挿通孔２７が形成され（図３、図６参照）、ここに制御基板２２に繋がる配線部材４０ａ（図２参照）が挿通される。また、基板収容ボックス２０の他端面にはハーネス挿通孔２９（図３参照）が形成されており、ここに制御基板２２に繋がる電気ハーネス２２ａ（図２参照）が挿通される。
【００３６】
図３〜図５および図７に、上部熱媒体流通ボックス３０の熱媒体流通経路が示されている。上部熱媒体流通ボックス３０は、アルミニウム合金等の熱伝導性材料により構成される長方形状の半匡体であり、その上面側には、両端部に形成される一対の入口ヘッダ３１および出口ヘッダ３２と、この入口ヘッダ３１および出口ヘッダ３２間に形成されて、多数のフィン３３ａによりセパレートされた平行な溝状の流通路３３とが設けられる。この入口ヘッダ３１および出口ヘッダ３２ならびに流通路３３の上面は、基板収容ボックス２０の底面により液密に閉塞される（図４、図５参照）。
【００３７】
これにより、基板収容ボックス２０と上部熱媒体流通ボックス３０との間には、入口ヘッダ３１内に流入されたエンジン冷却水が多数の流通路３３に分配され、流通路３３内を同時平行的に流れて出口ヘッダ３２側に流れるエンジン冷却水の流通経路が形成される。流通路３３内を流れるエンジン冷却水は、そのまま出口ヘッダ３２に流れ込むことはなく、上部熱媒体流通ボックス３０の下面に形成された後述の流通口３５（図３、図７参照）に流れ込む。
【００３８】
さらに、上部熱媒体流通ボックス３０の下面側には、ＰＴＣヒータ４０の上面に密着する平坦な放熱面３８を天井面とする広い凹部が設けられる（図４、図５、図７参照）。この凹部は、エンジン冷却水が流通する流通路３３の裏面に対向しており、この中にＰＴＣヒータ４０が嵌り込むように形成されている。なお、上部熱媒体流通ボックス３０の上面の、流通口３５，３６とは反対側の端部に配線挿通孔３９（図３参照）が貫通形成されており、この配線挿通孔３９が基板収容ボックス２０の配線連通孔２８に整合する。
【００３９】
図３〜図５および図８に、下部熱媒体流通ボックス５０の熱媒体流通経路が示されている。下部熱媒体流通ボックス５０は、アルミニウム合金等の熱伝導性材料により構成される長方形状の半匡体であり、その一端部には連通口５２，５３が設けられ（図８参照）、これらの連通口５２，５３は上部熱媒体流通ボックス３０の流通口３５，３６にそれぞれ整合する。
【００４０】
また、下部熱媒体流通ボックス５０の下面には、連通口５２を起点として他端側に延び、他端部でＵターンして連通口５３に還り着く、多数のフィン５４ａ（図４参照）によってセパレートされた平行な溝状の流通路５４が形成されている。このＵ字形状の流通路５４は、その往流路と復流路との間が、フィン５４ａよりも背の高い隔壁５４ｂ（図４参照）により隔絶されている。流通路５４の下面は先述の通り蓋５１によって密閉され、蓋５１には、流通路５４と隔壁５４ｂの形状に整合するＵ字形状の浅い凹部５５（図３参照）が刻設されている。
【００４１】
これにより、下部熱媒体流通ボックス５０と蓋５１との間には、連通口５２に流入したエンジン冷却水が、連通口５２から多数の流通路５４に分配され、各流通路５４内を同時平行的に流通して他端部でＵターンし、連通口５３に至る熱媒体の流通経路が形成される。
【００４２】
下部熱媒体流通ボックス５０の連通口５２は、上部熱媒体流通ボックス３０の出口ヘッダ３２に設けられている流通口３５に連通し、上部熱媒体流通ボックス３０の流通路３３を流れたエンジン冷却水が流入するようになっている。また、下部熱媒体流通ボックス５０の連通口５３は、上部熱媒体流通ボックス３０の出口ヘッダ３２に設けられている流通口３６に連通し、下部熱媒体流通ボックス５０を流れたエンジン冷却水を、流通口３６から流出部３７を経て外部に流出させる経路を構成している。
【００４３】
下部熱媒体流通ボックス５０の上面は、放熱面５６（図３〜５、図８参照）とされ、上部熱媒体流通ボックス３０下面の平坦な放熱面３８との間で、ＰＴＣヒータ４０をサンドイッチ状に挟み込むことにより、これらの放熱面３８，５６が、ＰＴＣヒータ４０の両面に貼着された、圧縮性のある熱伝導層（非図示）に圧着されるようになっている。
【００４４】
図３、図４、および図７、図８に、ＰＴＣヒータ４０の構成が示されている。ＰＴＣヒータ４０は、その全体形状が長方形に構成されている。ＰＴＣヒータ４０を構成するのは、熱媒体流通経路（流通路３３、流通路５４）の流路方向に沿って、例えば３列に配設された発熱要素としてのＰＴＣ素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃである。これら３枚のＰＴＣ素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃは、その両面に図示しない電極板、非圧縮性絶縁層および圧縮性熱伝導層が順次積層されて設けられた積層構造を有するものである。これらのＰＴＣ素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃは、制御基板２２に組み込まれている制御回路により、各々単体でオンオフ制御可能に構成されている。
【００４５】
そして、図４および図５に示すように、ＰＴＣヒータ４０は、その両面に各々密着されて設けられる上部熱媒体流通ボックス３０および下部熱媒体流通ボックス５０内を流通するエンジン冷却水に対し、その両面から放熱してエンジン冷却水を加熱することができる。
【００４６】
ＰＴＣヒータ４０の一端部には配線部材４０ｂがあり、この配線部材４０ｂはＰＴＣヒータ４０の面方向に対して上方に直角に屈折し、上部熱媒体流通ボックス３０の配線挿通孔３９と、基板収容ボックス２０の配線挿通孔２８とに挿入される。この配線部材４０ｂは制御基板２２に導かれ、制御基板２２から、ケーブル状の配線部材４０ａ（図２参照）が、先述のように基板収容ボックス２０の配線挿通孔２７を通って外部に引き出される。なお、配線挿通孔２７には防水、防塵用の配線キャップ４０ｃが装着される。
【００４７】
上部熱媒体流通ボックス３０の流入部３４には熱媒体循環回路１１が接続される。ポンプ９から圧送されてくる低温のエンジン冷却水は、流入部３４から入口ヘッダ３１内に流入し、各流通路３３に分配される（図３参照）。各流通路３３を出口ヘッダ３２側に向って流れるエンジン冷却水は、ＰＴＣヒータ４０により加熱昇温された後、出口ヘッダ３２の手前で一旦合流し、流通口３５を経て下部熱媒体流通ボックス５０の連通口５２に流入する。
【００４８】
そして、連通口５２より各流通路５４に分流し、図８に想像線Ｆ１で示すように流れて再びＰＴＣヒータ４０により加熱昇温されながら他端部でＵターンし、連通口５３から上部熱媒体流通ボックス３０の流通口３６を経て出口ヘッダ３２に入り、流出部３７を経て熱媒体循環回路１１へと還流する。このように、熱媒体加熱装置１０の内部を通過するエンジン冷却水は、ＰＴＣヒータ４０の両面側を流れてＰＴＣヒータ４０の熱で加熱されながら熱媒体循環回路１１を循環し、これによって、車室内が温調される。
【００４９】
ＰＴＣヒータ４０を構成しているＰＴＣ素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃは、制御基板２２に組み込まれている制御回路により、各々単体でオンオフ制御可能に構成されているため、熱媒体加熱装置１０に流入してくるエンジン冷却水の実際の温度と、必要とされている温度（目標温度）との差に応じて、制御基板２２により各々ＰＴＣ素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃ単位で個別にオンオフされ、加熱能力が制御される。これにより、エンジン冷却水を所定の温度に加熱昇温して流出させることができる。
【００５０】
次に、本発明の要部について説明する。
図４を参照して前述したように、基板収容ボックス２０の内部に画成された基板収容部Ｓ内に制御基板２２が設置されており、この制御基板２２の下面に搭載された発熱性のある電気部品２３ａが、基板収容ボックス２０の底面に設けられた電気部品冷却壁部２６の上面に接触した状態でビス２５ｂにより締結固定されている。電気部品冷却壁部２６は、上部熱媒体流通ボックス３０の、流通路３３の入口側付近に設けられているため、まだＰＴＣヒータ４０によって加熱されていないエンジン冷却水と電気部品２３ａとの間で熱交換がなされ、電気部品２３ａが冷却されるようになっている。
【００５１】
そして、図４および図６に示すように、電気部品冷却壁部２６の、流通路３３側の面には、電気部品２３ａの設置位置の真裏（真下）に位置し、かつ流通路３３側に延びる、半球形状の突出部２６ａが形成されている。この突出部２６ａは、電気部品２３ａを電気部品冷却壁部２６に締結している締結部材であるビス２５ｂの締結ボスを兼ねている。
【００５２】
この突出部２６ａを設けたことにより、電気部品冷却壁部２６の、電気部品２３ａが設置された部位の真裏側の表面積が増大し、この部位がより広い面積でエンジン冷却水と接触することができ、これによって電気部品２３ａとエンジン冷却水との間の熱伝達効率が向上する。このため、発熱性のある電気部品２３ａをエンジン冷却水によって効率良く冷却することができ、熱媒体加熱装置１０の性能と信頼性を向上させることができる。
【００５３】
また、突出部２６ａが、電気部品２３ａを締結するビス２５ｂの締結ボスを兼ねていることから、図４に示すように、電気部品冷却壁部２６の厚みを、ビス２５ｂ締結用の雌ねじの長さよりも薄くすることができる。このため、電気部品冷却壁部２６を薄くしたにも拘わらず、ビス２５ｂの長さを十分に長くして電気部品２３ａを電気部品冷却壁部２６に確実に締結することができる。したがって、第1の熱媒体流通ボックスＡ（上部熱媒体流通ボックス３０）、ひいては熱媒体加熱装置１０全体の軽量化を図るとともに、その製造コストを低減させることができる。
【００５４】
一方、図５に示すように、基板収容部Ｓの一端部付近に温度センサ２３ｂが設置されている。この温度センサ２３ｂは、流入部３４から流入したばかりの、まだＰＴＣヒータ４０に加熱されていないエンジン冷却水と熱交換してエンジン冷却水の温度を検出するセンサであり、基板収容部Ｓの底面から上方に突出するように形成された締結ボス２６ｂにビス２５ｃで締結されている。
【００５５】
そして、この温度センサ２３ｂの真裏（真下）付近に位置し、かつ流通路３３側に延びる突出部２６ｃが形成されている。この突出部２６ｃは、図７に示すように、平面視で流入部３４の軸心延長線３４ｂ上に配置されており、流入部３４を通って流通路３３内に流入してくるエンジン冷却水の流れの中心部側に延びる形で形成されている。
【００５６】
さらに、流入部３４の内部における熱媒体流通経路の底部に斜面部３３ｂが形成されている（図５参照）。この斜面部３３ｂは、側面視で約４５度の角度を持ち、流入部３４から流れ込むエンジン冷却水を、想像線Ｆ２で示すように突出部２６ｃ側に導く。
【００５７】
上記構成によれば、突起部２６ｃを設けたことによって、電気部品冷却壁部２６の、温度センサ２３ｂが設置された部位における流通路３３側の面の表面積が増大する。このため、温度センサ２３ｂとエンジン冷却水との間の熱伝達効率が向上し、温度センサ２３ｂの温度検知感度が良くなって性能が向上する。
【００５８】
また、斜面部３３ｂを形成したことにより、流入部３４から流れ込むエンジン冷却水が突出部２６ｃ側に導かれるため、突出部２６ｃの近傍におけるエンジン冷却水の澱みをなくし、温度センサ２３ｂをより積極的にエンジン冷却水と熱交換させて、温度センサ２３ｂの温度検知感度を向上させることができる。
【００５９】
さらに、本発明に係る車両用空調装置１によれば、外気または車室内空気循環させるブロア４と、該ブロア４の下流側に設けられる冷却器５と、該冷却器５の下流側に設けられる放熱器６とを備え、放熱器６に、本発明に係る熱媒体加熱装置１０により加熱されたエンジン冷却水を循環させるように構成したため、熱媒体加熱装置１０を軽量化するとともに製造コストを低減させ、ひいては車両用空調装置１のコストダウンを図るとともに、性能向上と信頼性の向上を図ることができる。
【００６０】
なお、本実施形態では、熱媒体加熱装置を車両用空調装置に用いた例について説明したが、車両用以外の空調装置や、加熱装置、冷凍装置等に、本発明に係る熱媒体加熱装置を適用することも考えられる。
【符号の説明】
【００６１】
１ 車両用空調装置
４ ブロア
５ 冷却器
６ 放熱器
１０ 熱媒体加熱装置
２３ａ 電気部品
２３ｂ 温度センサ
２５ｂ，２５ｃ 締結部材
２６ 電気部品冷却壁部
２６ａ，２６ｃ 突出部
２６ｂ 締結ボス
３３ 熱媒体流通経路である流通路
３３ｂ 斜面部
４０ ＰＴＣヒータ
Ａ 第１の熱媒体流通ボックス
Ｂ 第２の熱媒体流通ボックス
Ｓ 基板収容部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状のＰＴＣヒータと、
前記ＰＴＣヒータの一面側に密着して内部に熱媒体流通経路が形成された第１の熱媒体流通ボックスと、
前記ＰＴＣヒータの他面側に密着して内部に熱媒体流通経路が形成され、かつ前記第１の熱媒体流通ボックスに液密的に接合される第２の熱媒体流通ボックスと、
前記第１および第２の熱媒体流通ボックスの少なくとも一方に設けられ、前記熱媒体流通経路に隣接する電気部品冷却壁部と、
前記電気部品冷却壁部に固定された、前記ＰＴＣヒータ制御用の電気部品と、を備え、
前記ＰＴＣヒータの両面からの放熱により、前記第１および第２の熱媒体流通ボックス内の前記熱媒体流通経路を流通する熱媒体が加熱されるとともに、該熱媒体と前記電気部品との間で熱交換がなされるように構成された熱媒体加熱装置において、
前記電気部品冷却壁部の、前記熱媒体流通経路側の面に、前記電気部品の設置位置の真裏に位置し、かつ前記熱媒体流通経路側に延びる突出部を形成したことを特徴とする熱媒体加熱装置。
【請求項２】
前記突出部が、前記電気部品を前記電気部品冷却壁部に締結する締結部材の締結ボスを兼ね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】
前記電気部品は前記熱媒体流通経路を流通する熱媒体の温度センサであり、前記突出部は、前記熱媒体の流れの中心部側に延びてい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４】
前記熱媒体流通経路に、前記熱媒体の流れを前記突出部側に導く斜面部を形成したことを特徴とする請求項３に記載の熱媒体加熱装置。
【請求項５】
外気または車室内空気循環させるブロアと、該ブロアの下流側に設けられる冷却器と、該冷却器の下流側に設けられる放熱器と、を備えた車両用空調装置において、
前記放熱器に、請求項１〜４の何れかに記載の熱媒体加熱装置により加熱された熱媒体が循環可能に構成されることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項１】
平板状のＰＴＣヒータと、
前記ＰＴＣヒータの一面側に密着して内部に熱媒体流通経路が形成された第１の熱媒体流通ボックスと、
前記ＰＴＣヒータの他面側に密着して内部に熱媒体流通経路が形成され、かつ前記第１の熱媒体流通ボックスに液密的に接合される第２の熱媒体流通ボックスと、
前記第１および第２の熱媒体流通ボックスの少なくとも一方に設けられ、前記熱媒体流通経路に隣接する電気部品冷却壁部と、
前記電気部品冷却壁部に固定された、前記ＰＴＣヒータ制御用の電気部品と、を備え、
前記ＰＴＣヒータの両面からの放熱により、前記第１および第２の熱媒体流通ボックス内の前記熱媒体流通経路を流通する熱媒体が加熱されるとともに、該熱媒体と前記電気部品との間で熱交換がなされるように構成された熱媒体加熱装置において、
前記電気部品冷却壁部の、前記熱媒体流通経路側の面に、前記電気部品の設置位置の真裏に位置し、かつ前記熱媒体流通経路側に延びる突出部を形成したことを特徴とする熱媒体加熱装置。
【請求項２】
前記突出部が、前記電気部品を前記電気部品冷却壁部に締結する締結部材の締結ボスを兼ね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】
前記電気部品は前記熱媒体流通経路を流通する熱媒体の温度センサであり、前記突出部は、前記熱媒体の流れの中心部側に延びてい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４】
前記熱媒体流通経路に、前記熱媒体の流れを前記突出部側に導く斜面部を形成したことを特徴とする請求項３に記載の熱媒体加熱装置。
【請求項５】
外気または車室内空気循環させるブロアと、該ブロアの下流側に設けられる冷却器と、該冷却器の下流側に設けられる放熱器と、を備えた車両用空調装置において、
前記放熱器に、請求項１〜４の何れかに記載の熱媒体加熱装置により加熱された熱媒体が循環可能に構成されることを特徴とする車両用空調装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２２５０７４（Ｐ２０１１−２２５０７４Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９５７８１（Ｐ２０１０−９５７８１）
【出願日】平成２２年４月１９日（２０１０．４．１９）
【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２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１９日（２０１０．４．１９）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]