熱媒体加熱装置及び車両用空調装置
【課題】熱媒体の圧力損失を低減させ、性能を向上させることが可能な熱媒体加熱装置及び車両用空調装置を提供することを目的とする。
【解決手段】熱媒体加熱装置１０は、入口ヘッダ部から導入された熱媒体が流通して出口ヘッダ部２２から導出される複数の扁平熱交チューブ１７と、積層された二つの扁平熱交チューブ１７に挟み込まれるＰＴＣヒータ１８と、扁平熱交チューブ１７及びＰＴＣヒータ１８を収容するケーシング１１と、ケーシング１１のロアケース１１ａと一体的に形成され、ロアケース１１ａとの接続部から一方向に屈曲した屈曲部分１１ｈを有し、出口ヘッダ部２２から熱媒体を外部へ導出する熱媒体出口路１１ｄと、ロアケース１１ａと熱媒体出口路１１ｄとの接続部に取り付けられ、屈曲部分１１ｈの屈曲内側に曲面を付与するシール材２６ｃｅｘとを備える。
【解決手段】熱媒体加熱装置１０は、入口ヘッダ部から導入された熱媒体が流通して出口ヘッダ部２２から導出される複数の扁平熱交チューブ１７と、積層された二つの扁平熱交チューブ１７に挟み込まれるＰＴＣヒータ１８と、扁平熱交チューブ１７及びＰＴＣヒータ１８を収容するケーシング１１と、ケーシング１１のロアケース１１ａと一体的に形成され、ロアケース１１ａとの接続部から一方向に屈曲した屈曲部分１１ｈを有し、出口ヘッダ部２２から熱媒体を外部へ導出する熱媒体出口路１１ｄと、ロアケース１１ａと熱媒体出口路１１ｄとの接続部に取り付けられ、屈曲部分１１ｈの屈曲内側に曲面を付与するシール材２６ｃｅｘとを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＴＣヒータを用いて熱媒体を加熱する熱媒体加熱装置及び車両用空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱媒体加熱装置は、例えば電気自動車やハイブリッド車に搭載される車両用空調装置に用いられ、ＰＴＣ(Positive Temperature Coefficient)半導体を用いて、水等の熱媒体を加熱する。ＰＴＣ半導体は、温度が上昇すると抵抗値が上がる特性を有し、ある一定以上の温度になると抵抗値が急変し電流を制限できるため、負荷変動や電圧変動が生じても発熱体の温度をほぼ一定にすることができる。
特許文献１及び２には、車両用空調装置に適用可能なＰＴＣ素子を加熱素子とした熱媒体加熱装置に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−７１０６号公報
【特許文献２】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】
【０００４】
熱媒体加熱装置のケーシング内には、熱媒体が流れる流通路と、熱媒体を加熱するＰＴＣ半導体とが積層され、ケーシング外面には、流通路へ熱媒体を導入する熱媒体入口路と、熱媒体を流通路から外部へ排出する熱媒体出口路とが形成される。
【０００５】
熱媒体加熱装置の流通路や熱媒体入口路及び出口路を流れる熱媒体は、圧力損失が小さいほど、熱媒体が効率良く循環することができるため、熱媒体の循環路の圧力損失を可能な限り低減することが望ましい。一方、熱媒体加熱装置のケーシングが合成樹脂製である場合、金型の抜き方向といった成形時の制約によって循環路内部に圧力損失を高める部位が生じることがある。
【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、熱媒体の圧力損失を低減させ、性能を向上させることが可能な熱媒体加熱装置及び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】
上記課題を解決するために、本発明の熱媒体加熱装置及び車両用空調装置は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る熱媒体加熱装置は、入口ヘッダ部から導入された熱媒体が流通して出口ヘッダ部から導出される複数の扁平状の熱交チューブと、積層された二つの熱交チューブに挟み込まれるＰＴＣヒータと、熱交チューブ及びＰＴＣヒータを収容するケーシングと、ケーシングと一体的に形成され、ケーシングとの接続部から一方向に屈曲した屈曲部分を有し、出口ヘッダ部から熱媒体を外部へ導出する熱媒体出口路と、ケーシングと熱媒体出口路との接続部に取り付けられ、屈曲部分の屈曲内側に曲面を付与する曲面部材とを備える。
【０００８】
この発明によれば、熱交チューブを流通する熱媒体は、ＰＴＣヒータによって加熱され、出口ヘッダ部から導出され、その後、熱媒体出口路を介してケーシングの外部へ導出される。熱媒体出口路は、ケーシングと一体的に形成され、ケーシングとの接続部から一方向に屈曲した屈曲部分を有する。そして、ケーシングと熱媒体出口路との接続部において、曲面部材が取り付けられ、屈曲部分の屈曲内側に曲面が付与されることから、熱媒体の流れの管壁からの剥離や乱れを減少させて、熱媒体の圧力損失を低減できる。
【０００９】
上記発明において、曲面部材は、ケーシングと熱媒体出口路との接続部に形成された開口部を囲むように設置され、熱交チューブとケーシングに挟持される環状のシーリング部と、シーリング部と一体的に形成され、ケーシング断面によって形成される屈曲部分の屈曲内側よりも曲率半径が大きい曲面断面を含む湾曲部とを有してもよい。
【００１０】
この発明によれば、シーリング部は、熱交チューブとケーシングとの間からの熱媒体の漏洩を防止でき、湾曲部は、熱媒体の流れの管壁からの剥離や乱れを減少させて、熱媒体の圧力損失を低減できる。シーリング部と湾曲部は、一体的に形成されていることから、部品点数を増やすことなく、かつ取り付けの手間を増加させることなく、シーリング性能を確保しながら、圧力損失の低減を図ることができる。
【００１１】
上記発明において、熱媒体出口路は、軸方向がケーシングの底面に対して平行であり、ケーシングの底面と熱媒体出口路は、共通する部材で構成されてもよい。
【００１２】
この発明によれば、熱媒体出口路がケーシングの底面に対して平行方向に延設され、ケーシングの底面と熱媒体出口路が共通していることから、ケーシングの高さが抑えられる。また、屈曲部分の屈曲内側は、ケーシングの底面と熱媒体出口路が共通する部材に位置する。したがって、ケーシング内の出口ヘッダ部から導出される熱媒体は、熱媒体出口路で流れ方向が急速に曲がることになる。この構成で、曲面部材が設けられていることによって、熱媒体の圧力損失を低減できる。
【００１３】
また、本発明に係る車両用空調装置は、空気流路中に配設されている放熱器に対して、熱媒体加熱装置で加熱された熱媒体が循環可能に構成されている車両用空調装置において、熱媒体加熱装置は、入口ヘッダ部から導入された熱媒体が流通して出口ヘッダ部から導出される複数の扁平状の熱交チューブと、積層された二つの熱交チューブに挟み込まれるＰＴＣヒータと、熱交チューブ及びＰＴＣヒータを収容するケーシングと、ケーシングと一体的に形成され、ケーシングとの接続部から一方向に屈曲した屈曲部分を有し、出口ヘッダ部から熱媒体を外部へ導出する熱媒体出口路と、ケーシングと熱媒体出口路との接続部に取り付けられ、屈曲部分の屈曲内側に曲面を付与する曲面部材とを備える。
【００１４】
この発明によれば、空気流路中に配設されている放熱器へと循環される熱媒体を、小型・高性能化された熱媒体加熱装置により加熱し、循環させることができるため、車両用空調装置における空調性能、特に暖房性能の向上を図ることができるとともに、車両に対する空調装置の搭載性を向上することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、熱媒体の圧力損失を低減させ、性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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を示す概略構成図である。
【図２】同実施形態に係る熱媒体加熱装置を示す分解斜視図である。
【図３】図２に示す熱媒体加熱装置の熱媒体入口路に沿って切断した縦断面図である。
【図４】図２に示す熱媒体加熱装置の熱媒体出口路に沿って切断した縦断面図である。
【図５】図４に示す熱媒体加熱装置のロアケースのみの斜視図である。
【図６】図４に示す熱媒体加熱装置の屈曲部を示す部分拡大縦断面図である。
【図７】図５に示す熱媒体加熱装置の屈曲部を示す部分拡大斜視図である。
【図８】同実施形態に係る熱媒体加熱装置のＯリングを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の一実施形態に係る熱媒体加熱装置１０について、図面を参照して説明する。
車両用空調装置１は、例えば電気自動車やハイブリッド車に搭載され、外気又は車室内空気を取り込んで温調した後、温調した空気を車室内へと導く。車両用空調装置１は、図１に示すように空気流通路２を形成するケーシング３を備える。
ケーシング３の内部には、空気流通路２の上流側から下流側にかけて順次、外気又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、該ブロア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をバイパスする空気量との流量割合を調整し、その下流側でエアミックスすることにより、温調風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。
【００１８】
ケーシング３の下流側は、図示省略された吹き出しモード切替えダンパ及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、図示省略された圧縮機、凝縮器、膨張弁等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。また、放熱器６は、タンク８、ポンプ９及び熱媒体加熱装置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で高温に加熱された熱媒体（例えば、不凍液、温水等）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。
【００１９】
熱媒体加熱装置１０は、図２〜図４に示すように、制御基板１３と、複数枚の電極板１４と、制御基板１３上に配設されたＩＧＢＴ等の複数個の半導体スイッチング素子１２と、熱交押え部材１６と、複数枚（例えば、３枚）の扁平熱交チューブ１７と、複数組のＰＴＣ素子１８ａと、これらの制御基板１３、電極板１４、半導体スイッチング素子１２、扁平熱交チューブ１７、熱交押え部材１６及びＰＴＣ素子１８ａ等を収容するケーシング１１とを備えている。
なお、上記電極板１４、ＰＴＣ素子１８ａ及び絶縁部材（図示せず）等によってＰＴＣヒータ１８が構成されている。
【００２０】
ケーシング１１は、上半部と下半部とに２分割されており、上半部を構成するアッパケース（図示省略）と、下半部を構成するロアケース１１ａとを備えている。このアッパケース及びロアケース１１ａの内部には、ロアケース１１ａの上方からロアケース１１ａの開口部１１ｂにアッパケースを載置することによって、上記制御基板１３、半導体スイッチング素子１２、電極板１４、熱交押え部材１６、複数枚の扁平熱交チューブ１７及び複数組のＰＴＣヒータ１８等を収容する空間が形成されている。
【００２１】
ロアケース１１ａの底面には、積層された３枚の扁平熱交チューブ１７に導入される熱媒体を導くための熱媒体入口路１１ｃ及び扁平熱交チューブ１７内を流通した熱媒体を導出するための熱媒体出口路１１ｄが一体に形成されている。この熱媒体入口路１１ｃ及び熱媒体出口路１１ｄは、ロアケース１１ａの底面から同一の水平方向に互いに平行に延長され、ロアケース１１ａの一端から側方に突出されている。なお、アッパケース及びロアケース１１ａは、その内部空間に収容される扁平熱交チューブ１７を構成しているアルミ合金材と線膨張が近い樹脂材料（例えば、ＰＰＳ）により成形されている。このように、ケーシング１１を樹脂材料で構成することにより、軽量化を図ることができる。
【００２２】
なお、ロアケース１１ａの下面には、電源ハーネス及びＬＶハーネスの先端部を貫通するための電源ハーネス用孔及びＬＶハーネス用孔（いずれも図示省略）が開口されている。電源ハーネスは、制御基板１３及び半導体スイッチング素子１２を介してＰＴＣヒータ１８に電力を供給する。また、ＬＶハーネスは、制御基板１３に制御用の信号を送信する。
【００２３】
半導体スイッチング素子１２及び制御基板１３は、上位制御装置（ＥＣＵ）からの指令に基づいて複数組のＰＴＣヒータ１８に対する通電制御を行う制御系を構成するものであり、ＩＧＢＴ等の複数個の半導体スイッチング素子１２を介して複数組のＰＴＣヒータ１８に対する通電状態が切替え可能である。そして、この複数組のＰＴＣヒータ１８をその両面側から挟み込むように複数枚の扁平熱交チューブ１７が積層される。
【００２４】
扁平熱交チューブ１７は、アルミ合金材製のチューブであり、図２〜図４に示されるように、３枚の扁平熱交チューブ１７が互いに平行になるように、下段、中段及び上段の扁平熱交チューブ１７ｃ、１７ｂ、１７ａの順に積層される。これらの扁平熱交チューブ１７は、図２〜図４に示されるように、扁平チューブ部２０の一端部に入口ヘッダ部２１及び出口ヘッダ部２２が並設され、他端部に熱媒体流れをＵターンさせるＵターン部２３が形成されているとともに、扁平チューブ部２０に入口ヘッダ部２１からＵターン部２３を経て出口ヘッダ部２２に至るＵターン流路２４が形成される。
【００２５】
扁平熱交チューブ１７は、扁平チューブ部２０と入口ヘッダ部２１及び出口ヘッダ部２２が一体成形されたアルミ合金材製の薄い一対の成形プレート部材２５ａ，２５ｂを重ね合わせ、ロウ付け接合したものである。入口ヘッダ部２１及び出口ヘッダ部２２の厚さ方向寸法は、Ｕターン流路２４を形成している扁平チューブ部２０の厚さ方向寸法よりも厚くされており、３枚の扁平熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃを積層したとき、扁平チューブ部２０間に所定寸法の隙間が形成される。この隙間に、上下両面を電極板１４及び図示省略の絶縁体等によってサンドイッチされたＰＴＣヒータ１８が挟み込まれることにより、３枚の扁平熱交チューブ１７と２組のＰＴＣヒータ１８が多層に積層される。
【００２６】
また、各扁平熱交チューブ１７は、積層されたとき、図３及び図４に示されるように、入口ヘッダ部２１同士、又は出口ヘッダ部２２同士が互いに密着され、入口ヘッダ部２１及び出口ヘッダ部２２に設けられている連通穴２１ａ，２２ａ同士が互いに連通されるようになっている。この際、各連通穴２１ａ，２２ａは、その周りに配設されるＯリング、ガスケット、液状ガスケット等のシール材２６（本例では、Ｏリングが用いられている。）によってシールされる。
【００２７】
シール材（Ｏリング）２６は、弾性を有する合成樹脂部材であり、扁平熱交チューブ１７ａと扁平熱交チューブ１７ｂの出入口ヘッダ部２１，２２間、扁平熱交チューブ１７ｂと扁平熱交チューブ１７ｃの出入口ヘッダ部２１，２２間、及び扁平熱交チューブ１７ｃの出入口ヘッダ部２１，２２とロアケース１１ａの内底面間において、扁平熱交チューブ１７ｂ，１７ｃを構成する成形プレート部材２５ｂ側の連通穴２１ａ，２２ａ周り、及びロアケース１１ａの内底面に形成されているシール材２６の配設部位に設置される。
【００２８】
シール材（Ｏリング）２６ｃのうち、出口ヘッダ部２２側のシール材（Ｏリング）２６ｃｅｘは、図５及び図６に示されるように、湾曲部２６ｄが一体に設けられており、ロアケース１１ａに設けられた熱媒体出口路１１ｄの開口部１１ｅに形成されるエッジ部１１ｆを滑らかな湾曲面とする。
【００２９】
シール材２６ｃｅｘは、図８に示すように、シーリング部２６ｅと、湾曲部２６ｄからなる。シール部材２６ｃｅｘがロアケース１１ａの開口部１１ｅに設置されることによって、熱媒体出口路１１ｄの屈曲部分１１ｈにおける屈曲内側、図４〜図７に示すエッジ部１１ｆに曲面（Ｒ面）を付与する。
【００３０】
ロアケース１１ａの底面には、熱媒体を出口ヘッダ部２２から外部へ導出するための開口部１１ｅが形成され、ロアケース１１ａの開口部１１ｅには熱媒体出口路１１ｄが接続される。その結果、熱媒体は、出口ヘッダ部２２から開口部１１ｅ及び熱媒体出口路１１ｄを介して外部へ導出される。
開口部１１ｅは、出口ヘッダ部２２の連通孔２２ａの内周形状に合わせて、円形状である。
【００３１】
熱媒体出口路１１ｄは、管部分１１ｇと屈曲部分１１ｈとに分けられ、管部分１１ｇの管軸方向は、ロアケース１１ａの底面に対して平行である。管部分１１ｇの管壁とロアケース１１ａの底面板とは、エッジ部１１ｆからロアケース１１ａの側壁にかけて、共通化されている。これにより、ケーシング１１の高さが抑えられる。また、屈曲部分１１ｈの屈曲内側は、ロアケース１１ａの底面と管部分１１ｇの管壁が共通する部材に位置する。したがって、ケーシング１１内の出口ヘッダ部２２から導出される熱媒体は、熱媒体出口路１１ｄで流れ方向が急速に曲がることになる。屈曲部分１１ｈは、ロアケース１１ａの開口部１１ｅと、熱媒体出口路１１ｄを結ぶ管路であり、本実施形態の場合、屈曲部分１１ｈの管路は約９０°曲がっている。
【００３２】
上記ロアケース１１ａと熱媒体出口路１１ｄが一体化した合成樹脂性の成形品を形成する際、金型の抜き方向を考慮すると、成形品には屈曲部分１１ｈの屈曲内側のエッジ部１１ｆに曲面（Ｒ面）を形成することができない。その結果、図４及び図６の断面図に示すとおり、屈曲部分１１ｈの屈曲内側のエッジ部１１ｆは、約９０°の角（ピン角）とならざるを得ない。したがって、この形状のまま、熱媒体を流通させると、エッジ部１１ｆの影響によって、エッジ部１１ｆから出口方向に向けて管部１１ｇの内壁面近傍で、熱媒体の流れは剥離や乱れが生じる。
【００３３】
シール材２６ｃｅｘのシーリング部２６ｅは、全体がリング形状を有し、縦断面が例えば円形状である。シーリング部２６ｅは、ロアケース１１ａの開口部１１ｅの周囲に設置され、ロアケース１１ａの底面と扁平熱交チューブ１７ｃの間に挟まれて固定される。シール材２６ｃｅｘは、ロアケース１１ａの開口部１１ｅに設置される際、湾曲部２６ｄが管部分１１ｇ側に取り付けられる。
【００３４】
湾曲部２６ｄは、シーリング部２６ｅの一部に周方向に沿って、シーリング部２６ｅと一体成形された板部材であり、シーリング部２６ｅの内周側から外周側に向けて湾曲した曲面を有している。湾曲部２６ｄは、縦断面で得られる円弧部分の曲率半径が屈曲部分１１ｈの屈曲内側であるエッジ部１１ｆの角部の曲率半径よりも大きくなるように形成される。また、湾曲部２６ｄは、中央部Ａがシーリング部２６ｅ側に位置し両側端部Ｂがシーリング部２６ｅから離れて位置するように形成される。そして、湾曲部２６ｄの一側端部Ｂ、中央部Ａ及び他側端部Ｂを結ぶ線を含む断面は、管部分１１ｇ断面の円形状に沿った曲線形状を有する。
【００３５】
以上のとおり、湾曲部２６ｄが内周側から外周側に向けて湾曲した曲面を有していることにより、熱媒体が熱媒体出口路１１ｄを通過するときのエッジ部１１ｆの角部における圧力損失を低減することができる。
すなわち、熱媒体出口路１１ｄの屈曲部分１１ｈにて、屈曲内側のエッジ部１１ｆが曲面を有さず角部になっていたり、エッジ部１１ｆの曲率半径が小さくなっていたりすると、エッジ部１１ｆから出口方向に向けて管部１１ｇの内壁面近傍で、熱媒体の流れは剥離や乱れが生じ、熱媒体の圧力損失が生じる。一方、本実施形態のように湾曲部２６ｄが形成されることによって、屈曲内側の曲率半径が大きくなることから、管部１１ｇの内壁面近傍で生じる剥離を低減することができ、熱媒体の圧力損失も減らすことができる。
【００３６】
また、湾曲部２６ｄの一側端部Ｂ、中央部Ａ及び他側端部Ｂを結ぶ線を含む断面が、管部分１１ｇ断面の円形状に沿った曲線形状を有することによって、管部分１１ｇの開口面積を広く確保することができる。したがって、シール材２６ｃｅｘが設置されることによる圧力損失の影響を減らすことができる。
【００３７】
なお、発明者らは、本実施形態の湾曲部２６ｄを有するシール材２６ｃｅｘを熱媒体加熱装置１０に取り付けた場合と、湾曲部２６ｄのないシール材２６を熱媒体加熱装置１０に取り付けた場合とで、熱媒体の流れを数値解析・シミュレーションした。その結果、湾曲部２６ｄを有するシール材２６ｃｅｘを設置した場合、一見管路が狭くなるため、圧力損失が生じるように見受けられるが、湾曲部２６ｄのないシール材２６を設置した場合に比べて、熱媒体の流れの剥離や乱れを低減でき、圧力損失も減少することを確認できた。
【００３８】
また、本実施形態のシール材２６ｃｅｘは、シーリング部２６ｅと湾曲部２６ｄが一体成形されていることから、部品点数を増やさず、圧力損失を低減できる。さらに、部品を取り付ける手間を増やすことなく、組み付け作業性が良く、漏洩防止の機能を維持したまま、圧力損失を低減できる。
【００３９】
さらに、上記３枚の扁平熱交チューブ１７の扁平チューブ部２０間には、そのチューブ間の隙間に対して、複数組のＰＴＣヒータ１８が、電極板１４及び図示省略の絶縁シート等を介して以下に記載の如く組み込まれる。
電極板１４は、図３及び図４に示されるように、ＰＴＣ素子１８ａに電力を供給するためのものであり、平面視において、矩形状を呈するアルミ合金製の板材である。この電極板１４は、ＰＴＣ素子１８ａを挟んでその両面に、ＰＴＣ素子１８ａの上面に接するように一枚、ＰＴＣ素子１８ａの下面に接するように一枚それぞれ積層されている。これら２枚の電極板１４によって、ＰＴＣ素子１８ａの上面と、下面とが上下から挟み込まれる。
【００４０】
そして、ＰＴＣ素子１８ａの上面側に配置される電極板１４は、その上面が絶縁部材を介して扁平熱交チューブ１７の下面に接するように配置され、ＰＴＣ素子１８ａの下面側に配置される電極板１４は、その下面が絶縁部材を介して扁平熱交チューブ１７の上面に接するように配置される。本実施形態において、電極板１４は、下段の扁平熱交チューブ１７ｃと中段の扁平熱交チューブ１７ｂとの間、及び中段の扁平熱交チューブ１７ｂと上段の扁平熱交チューブ１７ａとの間に各々２枚、合計４枚が配置され、これらの電極板１４で挟まれた状態でＰＴＣヒータ１８が、３枚の扁平熱交チューブ１７の扁平チューブ部２０間にそれぞれ積層配設される。
【００４１】
基板サブアッセンブリ１５は、制御基板１３と熱交押え部材１６とを絶縁シート等を挟み込み、一体化したものである。なお、制御基板１３上に設けられているＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子１２は、発熱部品であり、その発熱は、半導体スイッチング素子１２の設置部に対応して制御基板１３に設けられている熱貫通部を経て熱交押え部材１６側に放熱され、扁平熱交チューブ１７内を流通する熱媒体により冷却される。
【００４２】
基板サブアッセンブリ１５を構成している熱交押え部材１６は、平面視において扁平状のアルミ合金製板材である。熱交押え部材１６の上面には、上記したように制御基板１３が配置されている。熱交押え部材１６は、各扁平熱交チューブ１７の扁平チューブ部２０及び出入口ヘッダ部２１，２２の上面を覆うことができる大きさである。
【００４３】
基板サブアッセンブリ１５は、積層された上段の扁平熱交チューブ１７ａの上面に載せられ、熱交押え部材１６の下面が、上段の扁平熱交チューブ１７ａの扁平チューブ部２０及び出入口ヘッダ部２１，２２の上面に接するようにして配設されている。この基板サブアッセンブリ１５は、熱交押え部材１６をロアケース１１ａ側にネジ止め固定することにより、熱交押え部材１６の下面とロアケース１１ａの内底面との間で、積層された扁平熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの扁平チューブ部２０と、その間に挟まれている各２枚のＰＴＣヒータ１８とを押圧して互いに密着させるとともに、各扁平熱交チューブ１７の出入口ヘッダ部２１，２２に設けられている連通穴２１ａ，２２ａの周りに配設されているシール材（本例では、Ｏリング）２６を密着させて締め付け固定できる。
【００４４】
これによって、熱媒体入口路１１ｃから流入された熱媒体は、各扁平熱交チューブ１７の入口ヘッダ部２１から扁平チューブ部２０内へと導入され、扁平チューブ部２０のＵターン流路２４内を流通する間に、ＰＴＣヒータ１８により加熱、昇温されて出口ヘッダ部２２に至り、出口ヘッダ部２２から熱媒体出口路１１ｄを経て外部に流出される流路内を流通される。熱媒体加熱装置１０から流出された熱媒体は、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。
【００４５】
また、基板サブアッセンブリ１５を構成している熱交押え部材１６は、熱伝導性が良好なアルミ合金材製とされ、その下面が最上段の扁平熱交チューブ１７ａの上面と接触される。これにより、熱交押え部材１６は、上記の如く、扁平熱交チューブ１７内を流れる熱媒体を冷熱源とし、制御基板１３上に設置されているＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子１２を冷却するためのヒートシンクとしても機能される。
【００４６】
以上、本実施形態の熱媒体加熱装置１０及び車両用空調装置１によれば、以下の作用効果を奏する。
【００４７】
各扁平熱交チューブ１７が、一端側に入口ヘッダ部２１及び出口ヘッダ部２２が並設され、入口ヘッダ部２１から流入した熱媒体が他端側のＵターン部２３で折返し、出口ヘッダ部２２から流出されるＵターン流路２４を備えた扁平熱交チューブ１７とされている。このため、扁平熱交チューブの両端に入口ヘッダ部と出口ヘッダ部とを設けた両端タンク構造の扁平熱交チューブを用いたものに比べ、扁平熱交チューブ１７のチューブ長さを短くすることができ、熱媒体加熱装置１０の小型化、低コスト化を図ることができる。
【００４８】
また、ロアケース１１ａの開口部１１ｅに設けられるシール材２６ｃｅｘには、湾曲部２６ｄが形成されることによって、屈曲内側の曲率半径が大きくなることから、管部１１ｇの内壁面近傍で生じる剥離を低減することができ、熱媒体の圧力損失も減らすことができる。そして、本実施形態のシール材２６ｃｅｘは、シーリング部２６ｅと湾曲部２６ｄが一体成形されていることから、部品点数を増やさず、圧力損失を低減できる。さらに、部品を取り付ける手間を増やすことなく、組み付け作業性が良く、漏洩防止の機能を維持したまま、圧力損失を低減できる。
【００４９】
またさらに、入口ヘッダ部２１及び出口ヘッダ部２２を一端側に並設することで、上記の如くチューブ長さを短縮できる反面、Ｕターン流路２４が形成されることにより流路圧力損失が大きくなるが、熱媒体の出口ヘッダ部２２からの流出部位での流路圧力損失を低減し、扁平熱交チューブ１７内での流路圧力損失を可及的に小さくすることができる。このため、Ｕターン流路２４を備えた扁平熱交チューブ１７の特長を最大限活かし、熱媒体加熱装置１０を小型化することができるとともに、熱媒体の圧力損失低減により、該熱媒体加熱装置１０を高性能化することができる。
【００５０】
また、上記熱媒体入口路１１ｃ及び熱媒体出口路１１ｄが、ケーシング１１から同一方向に延長された構成とされているため、熱媒体加熱装置１０に対して同一方向から熱媒体の循環回路１０Ａを接続することができる。従って、熱媒体の循環回路１１Ａの引き回しを簡素化、容易化し、熱媒体加熱装置１０の車両への搭載性を向上することができる。
【００５１】
さらに、本実施形態の車両用空調装置１によれば、空気流路２中に配設されている放熱器６へと循環される熱媒体を、圧力損失を低減してＰＴＣヒータ１８から熱媒体への伝熱効率を高めることにより、小型・高性能化された熱媒体加熱装置１０により加熱し、循環させることができる。このため、車両用空調装置１における空調性能、特に暖房性能の向上を図ることができるとともに、車両に対する空調装置１の搭載性を向上することができる。
【００５２】
なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記した実施形態では、扁平熱交チューブ１７を３層に積層し、各々の間にＰＴＣヒータ１８を組み込んだ構成としているが、これに限らず、扁平熱交チューブ１７及びＰＴＣヒータ１８の積層枚数を増減してもよいことはもちろんである。また、ケーシング１１を樹脂成形品とした例について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、アルミ合金等の金属製としてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１ 車両用空調装置
６ 放熱器
１０ 熱媒体加熱装置
１０Ａ 熱媒体循環回路
１１ ケーシング
１１ａ ロアケース
１１ｂ 開口部
１１ｃ 熱媒体入口路
１１ｄ 熱媒体出口路
１１ｅ 開口部
１１ｆ エッジ部
１１ｇ 管部分
１１ｈ 屈曲部分
１７，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ 扁平熱交チューブ（熱交チューブ）
１８ ＰＴＣヒータ
２１ 入口ヘッダ部
２１ａ 連通穴
２２ 出口ヘッダ部
２２ａ 連通穴
２３ Ｕターン部
２４ Ｕターン流路
２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ シール材
２６ｃｅｘ シール材（曲面部材）
２６ｄ 湾曲部
２６ｅ シーリング部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＴＣヒータを用いて熱媒体を加熱する熱媒体加熱装置及び車両用空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱媒体加熱装置は、例えば電気自動車やハイブリッド車に搭載される車両用空調装置に用いられ、ＰＴＣ(Positive Temperature Coefficient)半導体を用いて、水等の熱媒体を加熱する。ＰＴＣ半導体は、温度が上昇すると抵抗値が上がる特性を有し、ある一定以上の温度になると抵抗値が急変し電流を制限できるため、負荷変動や電圧変動が生じても発熱体の温度をほぼ一定にすることができる。
特許文献１及び２には、車両用空調装置に適用可能なＰＴＣ素子を加熱素子とした熱媒体加熱装置に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−７１０６号公報
【特許文献２】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】
【０００４】
熱媒体加熱装置のケーシング内には、熱媒体が流れる流通路と、熱媒体を加熱するＰＴＣ半導体とが積層され、ケーシング外面には、流通路へ熱媒体を導入する熱媒体入口路と、熱媒体を流通路から外部へ排出する熱媒体出口路とが形成される。
【０００５】
熱媒体加熱装置の流通路や熱媒体入口路及び出口路を流れる熱媒体は、圧力損失が小さいほど、熱媒体が効率良く循環することができるため、熱媒体の循環路の圧力損失を可能な限り低減することが望ましい。一方、熱媒体加熱装置のケーシングが合成樹脂製である場合、金型の抜き方向といった成形時の制約によって循環路内部に圧力損失を高める部位が生じることがある。
【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、熱媒体の圧力損失を低減させ、性能を向上させることが可能な熱媒体加熱装置及び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】
上記課題を解決するために、本発明の熱媒体加熱装置及び車両用空調装置は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る熱媒体加熱装置は、入口ヘッダ部から導入された熱媒体が流通して出口ヘッダ部から導出される複数の扁平状の熱交チューブと、積層された二つの熱交チューブに挟み込まれるＰＴＣヒータと、熱交チューブ及びＰＴＣヒータを収容するケーシングと、ケーシングと一体的に形成され、ケーシングとの接続部から一方向に屈曲した屈曲部分を有し、出口ヘッダ部から熱媒体を外部へ導出する熱媒体出口路と、ケーシングと熱媒体出口路との接続部に取り付けられ、屈曲部分の屈曲内側に曲面を付与する曲面部材とを備える。
【０００８】
この発明によれば、熱交チューブを流通する熱媒体は、ＰＴＣヒータによって加熱され、出口ヘッダ部から導出され、その後、熱媒体出口路を介してケーシングの外部へ導出される。熱媒体出口路は、ケーシングと一体的に形成され、ケーシングとの接続部から一方向に屈曲した屈曲部分を有する。そして、ケーシングと熱媒体出口路との接続部において、曲面部材が取り付けられ、屈曲部分の屈曲内側に曲面が付与されることから、熱媒体の流れの管壁からの剥離や乱れを減少させて、熱媒体の圧力損失を低減できる。
【０００９】
上記発明において、曲面部材は、ケーシングと熱媒体出口路との接続部に形成された開口部を囲むように設置され、熱交チューブとケーシングに挟持される環状のシーリング部と、シーリング部と一体的に形成され、ケーシング断面によって形成される屈曲部分の屈曲内側よりも曲率半径が大きい曲面断面を含む湾曲部とを有してもよい。
【００１０】
この発明によれば、シーリング部は、熱交チューブとケーシングとの間からの熱媒体の漏洩を防止でき、湾曲部は、熱媒体の流れの管壁からの剥離や乱れを減少させて、熱媒体の圧力損失を低減できる。シーリング部と湾曲部は、一体的に形成されていることから、部品点数を増やすことなく、かつ取り付けの手間を増加させることなく、シーリング性能を確保しながら、圧力損失の低減を図ることができる。
【００１１】
上記発明において、熱媒体出口路は、軸方向がケーシングの底面に対して平行であり、ケーシングの底面と熱媒体出口路は、共通する部材で構成されてもよい。
【００１２】
この発明によれば、熱媒体出口路がケーシングの底面に対して平行方向に延設され、ケーシングの底面と熱媒体出口路が共通していることから、ケーシングの高さが抑えられる。また、屈曲部分の屈曲内側は、ケーシングの底面と熱媒体出口路が共通する部材に位置する。したがって、ケーシング内の出口ヘッダ部から導出される熱媒体は、熱媒体出口路で流れ方向が急速に曲がることになる。この構成で、曲面部材が設けられていることによって、熱媒体の圧力損失を低減できる。
【００１３】
また、本発明に係る車両用空調装置は、空気流路中に配設されている放熱器に対して、熱媒体加熱装置で加熱された熱媒体が循環可能に構成されている車両用空調装置において、熱媒体加熱装置は、入口ヘッダ部から導入された熱媒体が流通して出口ヘッダ部から導出される複数の扁平状の熱交チューブと、積層された二つの熱交チューブに挟み込まれるＰＴＣヒータと、熱交チューブ及びＰＴＣヒータを収容するケーシングと、ケーシングと一体的に形成され、ケーシングとの接続部から一方向に屈曲した屈曲部分を有し、出口ヘッダ部から熱媒体を外部へ導出する熱媒体出口路と、ケーシングと熱媒体出口路との接続部に取り付けられ、屈曲部分の屈曲内側に曲面を付与する曲面部材とを備える。
【００１４】
この発明によれば、空気流路中に配設されている放熱器へと循環される熱媒体を、小型・高性能化された熱媒体加熱装置により加熱し、循環させることができるため、車両用空調装置における空調性能、特に暖房性能の向上を図ることができるとともに、車両に対する空調装置の搭載性を向上することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、熱媒体の圧力損失を低減させ、性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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を示す概略構成図である。
【図２】同実施形態に係る熱媒体加熱装置を示す分解斜視図である。
【図３】図２に示す熱媒体加熱装置の熱媒体入口路に沿って切断した縦断面図である。
【図４】図２に示す熱媒体加熱装置の熱媒体出口路に沿って切断した縦断面図である。
【図５】図４に示す熱媒体加熱装置のロアケースのみの斜視図である。
【図６】図４に示す熱媒体加熱装置の屈曲部を示す部分拡大縦断面図である。
【図７】図５に示す熱媒体加熱装置の屈曲部を示す部分拡大斜視図である。
【図８】同実施形態に係る熱媒体加熱装置のＯリングを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の一実施形態に係る熱媒体加熱装置１０について、図面を参照して説明する。
車両用空調装置１は、例えば電気自動車やハイブリッド車に搭載され、外気又は車室内空気を取り込んで温調した後、温調した空気を車室内へと導く。車両用空調装置１は、図１に示すように空気流通路２を形成するケーシング３を備える。
ケーシング３の内部には、空気流通路２の上流側から下流側にかけて順次、外気又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、該ブロア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をバイパスする空気量との流量割合を調整し、その下流側でエアミックスすることにより、温調風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。
【００１８】
ケーシング３の下流側は、図示省略された吹き出しモード切替えダンパ及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、図示省略された圧縮機、凝縮器、膨張弁等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。また、放熱器６は、タンク８、ポンプ９及び熱媒体加熱装置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で高温に加熱された熱媒体（例えば、不凍液、温水等）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。
【００１９】
熱媒体加熱装置１０は、図２〜図４に示すように、制御基板１３と、複数枚の電極板１４と、制御基板１３上に配設されたＩＧＢＴ等の複数個の半導体スイッチング素子１２と、熱交押え部材１６と、複数枚（例えば、３枚）の扁平熱交チューブ１７と、複数組のＰＴＣ素子１８ａと、これらの制御基板１３、電極板１４、半導体スイッチング素子１２、扁平熱交チューブ１７、熱交押え部材１６及びＰＴＣ素子１８ａ等を収容するケーシング１１とを備えている。
なお、上記電極板１４、ＰＴＣ素子１８ａ及び絶縁部材（図示せず）等によってＰＴＣヒータ１８が構成されている。
【００２０】
ケーシング１１は、上半部と下半部とに２分割されており、上半部を構成するアッパケース（図示省略）と、下半部を構成するロアケース１１ａとを備えている。このアッパケース及びロアケース１１ａの内部には、ロアケース１１ａの上方からロアケース１１ａの開口部１１ｂにアッパケースを載置することによって、上記制御基板１３、半導体スイッチング素子１２、電極板１４、熱交押え部材１６、複数枚の扁平熱交チューブ１７及び複数組のＰＴＣヒータ１８等を収容する空間が形成されている。
【００２１】
ロアケース１１ａの底面には、積層された３枚の扁平熱交チューブ１７に導入される熱媒体を導くための熱媒体入口路１１ｃ及び扁平熱交チューブ１７内を流通した熱媒体を導出するための熱媒体出口路１１ｄが一体に形成されている。この熱媒体入口路１１ｃ及び熱媒体出口路１１ｄは、ロアケース１１ａの底面から同一の水平方向に互いに平行に延長され、ロアケース１１ａの一端から側方に突出されている。なお、アッパケース及びロアケース１１ａは、その内部空間に収容される扁平熱交チューブ１７を構成しているアルミ合金材と線膨張が近い樹脂材料（例えば、ＰＰＳ）により成形されている。このように、ケーシング１１を樹脂材料で構成することにより、軽量化を図ることができる。
【００２２】
なお、ロアケース１１ａの下面には、電源ハーネス及びＬＶハーネスの先端部を貫通するための電源ハーネス用孔及びＬＶハーネス用孔（いずれも図示省略）が開口されている。電源ハーネスは、制御基板１３及び半導体スイッチング素子１２を介してＰＴＣヒータ１８に電力を供給する。また、ＬＶハーネスは、制御基板１３に制御用の信号を送信する。
【００２３】
半導体スイッチング素子１２及び制御基板１３は、上位制御装置（ＥＣＵ）からの指令に基づいて複数組のＰＴＣヒータ１８に対する通電制御を行う制御系を構成するものであり、ＩＧＢＴ等の複数個の半導体スイッチング素子１２を介して複数組のＰＴＣヒータ１８に対する通電状態が切替え可能である。そして、この複数組のＰＴＣヒータ１８をその両面側から挟み込むように複数枚の扁平熱交チューブ１７が積層される。
【００２４】
扁平熱交チューブ１７は、アルミ合金材製のチューブであり、図２〜図４に示されるように、３枚の扁平熱交チューブ１７が互いに平行になるように、下段、中段及び上段の扁平熱交チューブ１７ｃ、１７ｂ、１７ａの順に積層される。これらの扁平熱交チューブ１７は、図２〜図４に示されるように、扁平チューブ部２０の一端部に入口ヘッダ部２１及び出口ヘッダ部２２が並設され、他端部に熱媒体流れをＵターンさせるＵターン部２３が形成されているとともに、扁平チューブ部２０に入口ヘッダ部２１からＵターン部２３を経て出口ヘッダ部２２に至るＵターン流路２４が形成される。
【００２５】
扁平熱交チューブ１７は、扁平チューブ部２０と入口ヘッダ部２１及び出口ヘッダ部２２が一体成形されたアルミ合金材製の薄い一対の成形プレート部材２５ａ，２５ｂを重ね合わせ、ロウ付け接合したものである。入口ヘッダ部２１及び出口ヘッダ部２２の厚さ方向寸法は、Ｕターン流路２４を形成している扁平チューブ部２０の厚さ方向寸法よりも厚くされており、３枚の扁平熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃを積層したとき、扁平チューブ部２０間に所定寸法の隙間が形成される。この隙間に、上下両面を電極板１４及び図示省略の絶縁体等によってサンドイッチされたＰＴＣヒータ１８が挟み込まれることにより、３枚の扁平熱交チューブ１７と２組のＰＴＣヒータ１８が多層に積層される。
【００２６】
また、各扁平熱交チューブ１７は、積層されたとき、図３及び図４に示されるように、入口ヘッダ部２１同士、又は出口ヘッダ部２２同士が互いに密着され、入口ヘッダ部２１及び出口ヘッダ部２２に設けられている連通穴２１ａ，２２ａ同士が互いに連通されるようになっている。この際、各連通穴２１ａ，２２ａは、その周りに配設されるＯリング、ガスケット、液状ガスケット等のシール材２６（本例では、Ｏリングが用いられている。）によってシールされる。
【００２７】
シール材（Ｏリング）２６は、弾性を有する合成樹脂部材であり、扁平熱交チューブ１７ａと扁平熱交チューブ１７ｂの出入口ヘッダ部２１，２２間、扁平熱交チューブ１７ｂと扁平熱交チューブ１７ｃの出入口ヘッダ部２１，２２間、及び扁平熱交チューブ１７ｃの出入口ヘッダ部２１，２２とロアケース１１ａの内底面間において、扁平熱交チューブ１７ｂ，１７ｃを構成する成形プレート部材２５ｂ側の連通穴２１ａ，２２ａ周り、及びロアケース１１ａの内底面に形成されているシール材２６の配設部位に設置される。
【００２８】
シール材（Ｏリング）２６ｃのうち、出口ヘッダ部２２側のシール材（Ｏリング）２６ｃｅｘは、図５及び図６に示されるように、湾曲部２６ｄが一体に設けられており、ロアケース１１ａに設けられた熱媒体出口路１１ｄの開口部１１ｅに形成されるエッジ部１１ｆを滑らかな湾曲面とする。
【００２９】
シール材２６ｃｅｘは、図８に示すように、シーリング部２６ｅと、湾曲部２６ｄからなる。シール部材２６ｃｅｘがロアケース１１ａの開口部１１ｅに設置されることによって、熱媒体出口路１１ｄの屈曲部分１１ｈにおける屈曲内側、図４〜図７に示すエッジ部１１ｆに曲面（Ｒ面）を付与する。
【００３０】
ロアケース１１ａの底面には、熱媒体を出口ヘッダ部２２から外部へ導出するための開口部１１ｅが形成され、ロアケース１１ａの開口部１１ｅには熱媒体出口路１１ｄが接続される。その結果、熱媒体は、出口ヘッダ部２２から開口部１１ｅ及び熱媒体出口路１１ｄを介して外部へ導出される。
開口部１１ｅは、出口ヘッダ部２２の連通孔２２ａの内周形状に合わせて、円形状である。
【００３１】
熱媒体出口路１１ｄは、管部分１１ｇと屈曲部分１１ｈとに分けられ、管部分１１ｇの管軸方向は、ロアケース１１ａの底面に対して平行である。管部分１１ｇの管壁とロアケース１１ａの底面板とは、エッジ部１１ｆからロアケース１１ａの側壁にかけて、共通化されている。これにより、ケーシング１１の高さが抑えられる。また、屈曲部分１１ｈの屈曲内側は、ロアケース１１ａの底面と管部分１１ｇの管壁が共通する部材に位置する。したがって、ケーシング１１内の出口ヘッダ部２２から導出される熱媒体は、熱媒体出口路１１ｄで流れ方向が急速に曲がることになる。屈曲部分１１ｈは、ロアケース１１ａの開口部１１ｅと、熱媒体出口路１１ｄを結ぶ管路であり、本実施形態の場合、屈曲部分１１ｈの管路は約９０°曲がっている。
【００３２】
上記ロアケース１１ａと熱媒体出口路１１ｄが一体化した合成樹脂性の成形品を形成する際、金型の抜き方向を考慮すると、成形品には屈曲部分１１ｈの屈曲内側のエッジ部１１ｆに曲面（Ｒ面）を形成することができない。その結果、図４及び図６の断面図に示すとおり、屈曲部分１１ｈの屈曲内側のエッジ部１１ｆは、約９０°の角（ピン角）とならざるを得ない。したがって、この形状のまま、熱媒体を流通させると、エッジ部１１ｆの影響によって、エッジ部１１ｆから出口方向に向けて管部１１ｇの内壁面近傍で、熱媒体の流れは剥離や乱れが生じる。
【００３３】
シール材２６ｃｅｘのシーリング部２６ｅは、全体がリング形状を有し、縦断面が例えば円形状である。シーリング部２６ｅは、ロアケース１１ａの開口部１１ｅの周囲に設置され、ロアケース１１ａの底面と扁平熱交チューブ１７ｃの間に挟まれて固定される。シール材２６ｃｅｘは、ロアケース１１ａの開口部１１ｅに設置される際、湾曲部２６ｄが管部分１１ｇ側に取り付けられる。
【００３４】
湾曲部２６ｄは、シーリング部２６ｅの一部に周方向に沿って、シーリング部２６ｅと一体成形された板部材であり、シーリング部２６ｅの内周側から外周側に向けて湾曲した曲面を有している。湾曲部２６ｄは、縦断面で得られる円弧部分の曲率半径が屈曲部分１１ｈの屈曲内側であるエッジ部１１ｆの角部の曲率半径よりも大きくなるように形成される。また、湾曲部２６ｄは、中央部Ａがシーリング部２６ｅ側に位置し両側端部Ｂがシーリング部２６ｅから離れて位置するように形成される。そして、湾曲部２６ｄの一側端部Ｂ、中央部Ａ及び他側端部Ｂを結ぶ線を含む断面は、管部分１１ｇ断面の円形状に沿った曲線形状を有する。
【００３５】
以上のとおり、湾曲部２６ｄが内周側から外周側に向けて湾曲した曲面を有していることにより、熱媒体が熱媒体出口路１１ｄを通過するときのエッジ部１１ｆの角部における圧力損失を低減することができる。
すなわち、熱媒体出口路１１ｄの屈曲部分１１ｈにて、屈曲内側のエッジ部１１ｆが曲面を有さず角部になっていたり、エッジ部１１ｆの曲率半径が小さくなっていたりすると、エッジ部１１ｆから出口方向に向けて管部１１ｇの内壁面近傍で、熱媒体の流れは剥離や乱れが生じ、熱媒体の圧力損失が生じる。一方、本実施形態のように湾曲部２６ｄが形成されることによって、屈曲内側の曲率半径が大きくなることから、管部１１ｇの内壁面近傍で生じる剥離を低減することができ、熱媒体の圧力損失も減らすことができる。
【００３６】
また、湾曲部２６ｄの一側端部Ｂ、中央部Ａ及び他側端部Ｂを結ぶ線を含む断面が、管部分１１ｇ断面の円形状に沿った曲線形状を有することによって、管部分１１ｇの開口面積を広く確保することができる。したがって、シール材２６ｃｅｘが設置されることによる圧力損失の影響を減らすことができる。
【００３７】
なお、発明者らは、本実施形態の湾曲部２６ｄを有するシール材２６ｃｅｘを熱媒体加熱装置１０に取り付けた場合と、湾曲部２６ｄのないシール材２６を熱媒体加熱装置１０に取り付けた場合とで、熱媒体の流れを数値解析・シミュレーションした。その結果、湾曲部２６ｄを有するシール材２６ｃｅｘを設置した場合、一見管路が狭くなるため、圧力損失が生じるように見受けられるが、湾曲部２６ｄのないシール材２６を設置した場合に比べて、熱媒体の流れの剥離や乱れを低減でき、圧力損失も減少することを確認できた。
【００３８】
また、本実施形態のシール材２６ｃｅｘは、シーリング部２６ｅと湾曲部２６ｄが一体成形されていることから、部品点数を増やさず、圧力損失を低減できる。さらに、部品を取り付ける手間を増やすことなく、組み付け作業性が良く、漏洩防止の機能を維持したまま、圧力損失を低減できる。
【００３９】
さらに、上記３枚の扁平熱交チューブ１７の扁平チューブ部２０間には、そのチューブ間の隙間に対して、複数組のＰＴＣヒータ１８が、電極板１４及び図示省略の絶縁シート等を介して以下に記載の如く組み込まれる。
電極板１４は、図３及び図４に示されるように、ＰＴＣ素子１８ａに電力を供給するためのものであり、平面視において、矩形状を呈するアルミ合金製の板材である。この電極板１４は、ＰＴＣ素子１８ａを挟んでその両面に、ＰＴＣ素子１８ａの上面に接するように一枚、ＰＴＣ素子１８ａの下面に接するように一枚それぞれ積層されている。これら２枚の電極板１４によって、ＰＴＣ素子１８ａの上面と、下面とが上下から挟み込まれる。
【００４０】
そして、ＰＴＣ素子１８ａの上面側に配置される電極板１４は、その上面が絶縁部材を介して扁平熱交チューブ１７の下面に接するように配置され、ＰＴＣ素子１８ａの下面側に配置される電極板１４は、その下面が絶縁部材を介して扁平熱交チューブ１７の上面に接するように配置される。本実施形態において、電極板１４は、下段の扁平熱交チューブ１７ｃと中段の扁平熱交チューブ１７ｂとの間、及び中段の扁平熱交チューブ１７ｂと上段の扁平熱交チューブ１７ａとの間に各々２枚、合計４枚が配置され、これらの電極板１４で挟まれた状態でＰＴＣヒータ１８が、３枚の扁平熱交チューブ１７の扁平チューブ部２０間にそれぞれ積層配設される。
【００４１】
基板サブアッセンブリ１５は、制御基板１３と熱交押え部材１６とを絶縁シート等を挟み込み、一体化したものである。なお、制御基板１３上に設けられているＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子１２は、発熱部品であり、その発熱は、半導体スイッチング素子１２の設置部に対応して制御基板１３に設けられている熱貫通部を経て熱交押え部材１６側に放熱され、扁平熱交チューブ１７内を流通する熱媒体により冷却される。
【００４２】
基板サブアッセンブリ１５を構成している熱交押え部材１６は、平面視において扁平状のアルミ合金製板材である。熱交押え部材１６の上面には、上記したように制御基板１３が配置されている。熱交押え部材１６は、各扁平熱交チューブ１７の扁平チューブ部２０及び出入口ヘッダ部２１，２２の上面を覆うことができる大きさである。
【００４３】
基板サブアッセンブリ１５は、積層された上段の扁平熱交チューブ１７ａの上面に載せられ、熱交押え部材１６の下面が、上段の扁平熱交チューブ１７ａの扁平チューブ部２０及び出入口ヘッダ部２１，２２の上面に接するようにして配設されている。この基板サブアッセンブリ１５は、熱交押え部材１６をロアケース１１ａ側にネジ止め固定することにより、熱交押え部材１６の下面とロアケース１１ａの内底面との間で、積層された扁平熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの扁平チューブ部２０と、その間に挟まれている各２枚のＰＴＣヒータ１８とを押圧して互いに密着させるとともに、各扁平熱交チューブ１７の出入口ヘッダ部２１，２２に設けられている連通穴２１ａ，２２ａの周りに配設されているシール材（本例では、Ｏリング）２６を密着させて締め付け固定できる。
【００４４】
これによって、熱媒体入口路１１ｃから流入された熱媒体は、各扁平熱交チューブ１７の入口ヘッダ部２１から扁平チューブ部２０内へと導入され、扁平チューブ部２０のＵターン流路２４内を流通する間に、ＰＴＣヒータ１８により加熱、昇温されて出口ヘッダ部２２に至り、出口ヘッダ部２２から熱媒体出口路１１ｄを経て外部に流出される流路内を流通される。熱媒体加熱装置１０から流出された熱媒体は、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。
【００４５】
また、基板サブアッセンブリ１５を構成している熱交押え部材１６は、熱伝導性が良好なアルミ合金材製とされ、その下面が最上段の扁平熱交チューブ１７ａの上面と接触される。これにより、熱交押え部材１６は、上記の如く、扁平熱交チューブ１７内を流れる熱媒体を冷熱源とし、制御基板１３上に設置されているＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子１２を冷却するためのヒートシンクとしても機能される。
【００４６】
以上、本実施形態の熱媒体加熱装置１０及び車両用空調装置１によれば、以下の作用効果を奏する。
【００４７】
各扁平熱交チューブ１７が、一端側に入口ヘッダ部２１及び出口ヘッダ部２２が並設され、入口ヘッダ部２１から流入した熱媒体が他端側のＵターン部２３で折返し、出口ヘッダ部２２から流出されるＵターン流路２４を備えた扁平熱交チューブ１７とされている。このため、扁平熱交チューブの両端に入口ヘッダ部と出口ヘッダ部とを設けた両端タンク構造の扁平熱交チューブを用いたものに比べ、扁平熱交チューブ１７のチューブ長さを短くすることができ、熱媒体加熱装置１０の小型化、低コスト化を図ることができる。
【００４８】
また、ロアケース１１ａの開口部１１ｅに設けられるシール材２６ｃｅｘには、湾曲部２６ｄが形成されることによって、屈曲内側の曲率半径が大きくなることから、管部１１ｇの内壁面近傍で生じる剥離を低減することができ、熱媒体の圧力損失も減らすことができる。そして、本実施形態のシール材２６ｃｅｘは、シーリング部２６ｅと湾曲部２６ｄが一体成形されていることから、部品点数を増やさず、圧力損失を低減できる。さらに、部品を取り付ける手間を増やすことなく、組み付け作業性が良く、漏洩防止の機能を維持したまま、圧力損失を低減できる。
【００４９】
またさらに、入口ヘッダ部２１及び出口ヘッダ部２２を一端側に並設することで、上記の如くチューブ長さを短縮できる反面、Ｕターン流路２４が形成されることにより流路圧力損失が大きくなるが、熱媒体の出口ヘッダ部２２からの流出部位での流路圧力損失を低減し、扁平熱交チューブ１７内での流路圧力損失を可及的に小さくすることができる。このため、Ｕターン流路２４を備えた扁平熱交チューブ１７の特長を最大限活かし、熱媒体加熱装置１０を小型化することができるとともに、熱媒体の圧力損失低減により、該熱媒体加熱装置１０を高性能化することができる。
【００５０】
また、上記熱媒体入口路１１ｃ及び熱媒体出口路１１ｄが、ケーシング１１から同一方向に延長された構成とされているため、熱媒体加熱装置１０に対して同一方向から熱媒体の循環回路１０Ａを接続することができる。従って、熱媒体の循環回路１１Ａの引き回しを簡素化、容易化し、熱媒体加熱装置１０の車両への搭載性を向上することができる。
【００５１】
さらに、本実施形態の車両用空調装置１によれば、空気流路２中に配設されている放熱器６へと循環される熱媒体を、圧力損失を低減してＰＴＣヒータ１８から熱媒体への伝熱効率を高めることにより、小型・高性能化された熱媒体加熱装置１０により加熱し、循環させることができる。このため、車両用空調装置１における空調性能、特に暖房性能の向上を図ることができるとともに、車両に対する空調装置１の搭載性を向上することができる。
【００５２】
なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記した実施形態では、扁平熱交チューブ１７を３層に積層し、各々の間にＰＴＣヒータ１８を組み込んだ構成としているが、これに限らず、扁平熱交チューブ１７及びＰＴＣヒータ１８の積層枚数を増減してもよいことはもちろんである。また、ケーシング１１を樹脂成形品とした例について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、アルミ合金等の金属製としてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１ 車両用空調装置
６ 放熱器
１０ 熱媒体加熱装置
１０Ａ 熱媒体循環回路
１１ ケーシング
１１ａ ロアケース
１１ｂ 開口部
１１ｃ 熱媒体入口路
１１ｄ 熱媒体出口路
１１ｅ 開口部
１１ｆ エッジ部
１１ｇ 管部分
１１ｈ 屈曲部分
１７，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ 扁平熱交チューブ（熱交チューブ）
１８ ＰＴＣヒータ
２１ 入口ヘッダ部
２１ａ 連通穴
２２ 出口ヘッダ部
２２ａ 連通穴
２３ Ｕターン部
２４ Ｕターン流路
２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ シール材
２６ｃｅｘ シール材（曲面部材）
２６ｄ 湾曲部
２６ｅ シーリング部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口ヘッダ部から導入された熱媒体が流通して出口ヘッダ部から導出される複数の扁平状の熱交チューブと、
積層された二つの前記熱交チューブに挟み込まれるＰＴＣヒータと、
前記熱交チューブ及び前記ＰＴＣヒータを収容するケーシングと、
前記ケーシングと一体的に形成され、前記ケーシングとの接続部から一方向に屈曲した屈曲部分を有し、前記出口ヘッダ部から前記熱媒体を外部へ導出する熱媒体出口路と、
前記ケーシングと前記熱媒体出口路との接続部に取り付けられ、前記屈曲部分の屈曲内側に曲面を付与する曲面部材と、
を備える熱媒体加熱装置。
【請求項２】
前記曲面部材は、
前記ケーシングと前記熱媒体出口路との接続部に形成された開口部を囲むように設置され、前記熱交チューブと前記ケーシングに挟持される環状のシーリング部と、
前記シーリング部と一体的に形成され、前記ケーシング断面によって形成される前記屈曲部分の屈曲内側よりも曲率半径が大きい曲面断面を含む湾曲部と、
を有する請求項１に記載の熱媒体加熱装置。
【請求項３】
前記熱媒体出口路は、軸方向が前記ケーシングの底面に対して平行であり、
前記ケーシングの底面と前記熱媒体出口路は、共通する部材で構成される請求項１又は２に記載の熱媒体加熱装置。
【請求項４】
空気流路中に配設されている放熱器に対して、熱媒体加熱装置で加熱された熱媒体が循環可能に構成されている車両用空調装置において、
前記熱媒体加熱装置は、
入口ヘッダ部から導入された熱媒体が流通して出口ヘッダ部から導出される複数の扁平状の熱交チューブと、
積層された二つの前記熱交チューブに挟み込まれるＰＴＣヒータと、
前記熱交チューブ及び前記ＰＴＣヒータを収容するケーシングと、
前記ケーシングと一体的に形成され、前記ケーシングとの接続部から一方向に屈曲した屈曲部分を有し、前記出口ヘッダ部から前記熱媒体を外部へ導出する熱媒体出口路と、
前記ケーシングと前記熱媒体出口路との接続部に取り付けられ、前記屈曲部分の屈曲内側に曲面を付与する曲面部材と、
を備える車両用空調装置。
【請求項１】
入口ヘッダ部から導入された熱媒体が流通して出口ヘッダ部から導出される複数の扁平状の熱交チューブと、
積層された二つの前記熱交チューブに挟み込まれるＰＴＣヒータと、
前記熱交チューブ及び前記ＰＴＣヒータを収容するケーシングと、
前記ケーシングと一体的に形成され、前記ケーシングとの接続部から一方向に屈曲した屈曲部分を有し、前記出口ヘッダ部から前記熱媒体を外部へ導出する熱媒体出口路と、
前記ケーシングと前記熱媒体出口路との接続部に取り付けられ、前記屈曲部分の屈曲内側に曲面を付与する曲面部材と、
を備える熱媒体加熱装置。
【請求項２】
前記曲面部材は、
前記ケーシングと前記熱媒体出口路との接続部に形成された開口部を囲むように設置され、前記熱交チューブと前記ケーシングに挟持される環状のシーリング部と、
前記シーリング部と一体的に形成され、前記ケーシング断面によって形成される前記屈曲部分の屈曲内側よりも曲率半径が大きい曲面断面を含む湾曲部と、
を有する請求項１に記載の熱媒体加熱装置。
【請求項３】
前記熱媒体出口路は、軸方向が前記ケーシングの底面に対して平行であり、
前記ケーシングの底面と前記熱媒体出口路は、共通する部材で構成される請求項１又は２に記載の熱媒体加熱装置。
【請求項４】
空気流路中に配設されている放熱器に対して、熱媒体加熱装置で加熱された熱媒体が循環可能に構成されている車両用空調装置において、
前記熱媒体加熱装置は、
入口ヘッダ部から導入された熱媒体が流通して出口ヘッダ部から導出される複数の扁平状の熱交チューブと、
積層された二つの前記熱交チューブに挟み込まれるＰＴＣヒータと、
前記熱交チューブ及び前記ＰＴＣヒータを収容するケーシングと、
前記ケーシングと一体的に形成され、前記ケーシングとの接続部から一方向に屈曲した屈曲部分を有し、前記出口ヘッダ部から前記熱媒体を外部へ導出する熱媒体出口路と、
前記ケーシングと前記熱媒体出口路との接続部に取り付けられ、前記屈曲部分の屈曲内側に曲面を付与する曲面部材と、
を備える車両用空調装置。
【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２０１３−７５６１７（Ｐ２０１３−７５６１７Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１７０１１（Ｐ２０１１−２１７０１１）
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【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２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【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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