JP2013056641A - 熱媒体加熱装置およびそれを備えた車両用空調装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】扁平熱交チューブとPTCヒータとを多層に積層した熱媒体加熱装置にあって、流通する熱媒体の温度を正確に、かつ精度よく検出することができる熱媒体加熱装置およびそ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】入口ヘッダ部21および出口ヘッダ部22を有する扁平熱交チューブ17とPTCヒータとが多層に積層され、それらが出・入口ヘッダ部21,22と連通する熱媒体入口路11cおよび熱媒体出口路11dを備えたケーシング11内に組み込まれている熱媒体加熱装置にあって、多層に積層された最下層の扁平熱交チューブ17cの入口ヘッダ部21および出口ヘッダ部22の周りに、熱媒体の温度を検出する入口温度センサ29および出口温度センサ30が設けられている。
【選択図】図4
【解決手段】入口ヘッダ部21および出口ヘッダ部22を有する扁平熱交チューブ17とPTCヒータとが多層に積層され、それらが出・入口ヘッダ部21,22と連通する熱媒体入口路11cおよび熱媒体出口路11dを備えたケーシング11内に組み込まれている熱媒体加熱装置にあって、多層に積層された最下層の扁平熱交チューブ17cの入口ヘッダ部21および出口ヘッダ部22の周りに、熱媒体の温度を検出する入口温度センサ29および出口温度センサ30が設けられている。
【選択図】図4
Description
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およびそれを備えた車両用空調装置に関するものである。
電気自動車やハイブリッド車等に適用される車両用空調装置にあって、暖房用の熱源となる被加熱媒体を加熱する熱媒体加熱装置の1つに、正特性サーミスタ素子(Positive Temperature Coefficient;以下、PTC素子という。)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。このような熱媒体加熱装置において、特許文献1には、熱媒体の入口および出口を備えたハウジング内を加熱室と熱媒体の循環室とに分割する多数の隔壁を設け、該隔壁により区画された加熱室側に隔壁と接するようにPTC加熱素子を挿入設置し、隔壁を挟んで循環室側を流通する熱媒体を加熱するようにしたものが提示されている。
また、特許文献2には、PTC素子を挟んでその両面に電極板、絶縁層および伝熱層を設けて平板状のPTCヒータを構成し、該PTCヒータの両面に、熱媒体の入口および出口を備えた互いに連通されている一対の熱媒体流通ボックスを積層するとともに、更にその外面側に制御基板を収容する基板収容ボックスおよび蓋体を設けた積層構造の熱媒体加熱装置が提示されている。
しかし、特許文献1のものでは、伝熱面となる隔壁間にPTC加熱素子を密着させて挿入設置するのは難しく、隔壁とPTC加熱素子間の接触熱抵抗が大きくなり、伝熱効率が低下するという課題があった。また、特許文献2のものでは、PTCヒータと熱媒体流通ボックスとの密着性を高め、接触熱抵抗を低減させることができるが、PTCヒータを多層配置することが困難なため、平面面積が大きくなるとともに、熱媒体流通ボックスや専用の基板収容ボックスが必要で、小型軽量化、低コスト化には限界があった。
そこで、扁平構造の熱交チューブを用い、該扁平熱交チューブとPTCヒータとを多層に積層した熱交換エレメントをケーシング内に組み込んだ構成の熱媒体加熱装置が開発されている。また、積層型の熱交換エレメント(冷却器)において、多層に積層された熱交チューブの積層方向一端側に配された熱交チューブに冷却媒体の出入口管を接続し、他端側に配された熱交チューブに温度検出器を設置することにより、外乱を排除して冷却媒体の温度を精度よく検出できるようにしたものが、特許文献3に示されている。
しかしながら、上記の如く、冷媒出入口管が接続された熱交チューブに対し、他端側に配された熱交チューブに温度センサを設けたものでは、温度センサが取り付け易く、しかもチューブ壁を介して冷却媒体の温度を検出できることから、温度検出精度を高めることができるが、PTCヒータを多層に積層し、それをON/OFFして能力制御するように構成したものでは、冷媒出入口管が接続された熱交チューブに対して他端側に配された熱交チューブの温度を精度よく検出できても、積層型の熱交換エレメントを流通する熱媒体の代表温度を正確に検出することができないという課題があった。
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、扁平熱交チューブとPTCヒータとを多層に積層した熱媒体加熱装置にあって、PTCヒータのON/OFF等に拘りなく、流通する熱媒体の温度を正確に、かつ精度よく検出することができる熱媒体加熱装置およびそ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。
上記した課題を解決するために、本発明の熱媒体加熱装置およびそれを備えた車両用空調装置は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる熱媒体加熱装置は、一端側に入口ヘッダ部および出口ヘッダ部が並設され、前記入口ヘッダ部から流入した熱媒体が他端側のUターン部で折返し、前記出口ヘッダ部から流出される複数枚の扁平熱交チューブと、積層される複数枚の前記扁平熱交チューブ間に組み込まれるPTCヒータと、底面に前記扁平熱交チューブの前記入口ヘッダ部および前記出口ヘッダ部と連通する熱媒体入口路および熱媒体出口路が設けられ、その内底面に前記扁平熱交チューブと前記PTCヒータとが多層に積層されて組み込まれるケーシングと、を備え、多層に積層された最下層の前記扁平熱交チューブの前記入口ヘッダ部および前記出口ヘッダ部の周りに、熱媒体の温度を検出する入口温度センサおよび出口温度センサが設けられていることを特徴とする。
すなわち、本発明にかかる熱媒体加熱装置は、一端側に入口ヘッダ部および出口ヘッダ部が並設され、前記入口ヘッダ部から流入した熱媒体が他端側のUターン部で折返し、前記出口ヘッダ部から流出される複数枚の扁平熱交チューブと、積層される複数枚の前記扁平熱交チューブ間に組み込まれるPTCヒータと、底面に前記扁平熱交チューブの前記入口ヘッダ部および前記出口ヘッダ部と連通する熱媒体入口路および熱媒体出口路が設けられ、その内底面に前記扁平熱交チューブと前記PTCヒータとが多層に積層されて組み込まれるケーシングと、を備え、多層に積層された最下層の前記扁平熱交チューブの前記入口ヘッダ部および前記出口ヘッダ部の周りに、熱媒体の温度を検出する入口温度センサおよび出口温度センサが設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、出・入口ヘッダ部を備えた扁平熱交チューブとPTCヒータとを多層に積層し、それを出・入口ヘッダ部と連通する熱媒体入口路および熱媒体出口路を備えたケーシング内に組み込んだ熱媒体加熱装置にあって、多層に積層された最下層の扁平熱交チューブの入口ヘッダ部および出口ヘッダ部の周りに、熱媒体の温度を検出する入口温度センサおよび出口温度センサが設けられているため、熱媒体入口路から入口ヘッダ部を経て扁平熱交チューブ内に流入し、多層に積層された複数枚の扁平熱交チューブ内を流通する間にPTCヒータによって加熱され、出口ヘッダ部を経て熱媒体出口路から流出される熱媒体の入口温度および出口温度を、それぞれの温度を最も代表する位置である最下層の扁平熱交チューブの出・入口ヘッダ部位置で検出することができる。つまり、熱媒体の入口温度を最下層の扁平熱交チューブの入口ヘッダ部で検出することにより、加熱前の最も低い状態で検出することができ、一方、熱媒体の出口温度を最下層の扁平熱交チューブの出口ヘッダ部で検出することにより、加熱後の最も高い状態で検出することができる。従って、熱媒体の温度を精度よく、かつ正確に検出することができ、該温度に基づいて熱媒体加熱装置等を制御することにより、熱媒体加熱装置の制御性を高めることができる。
さらに、本発明の熱媒体加熱装置は、上記の熱媒体加熱装置において、前記入口温度センサおよび前記出口温度センサは、前記入口ヘッダ部と前記出口ヘッダ部とが並設されている前記扁平熱交チューブの一端側において、前記入口ヘッダ部と前記出口ヘッダ部との間のスペース部に並設されていることを特徴とする。
本発明によれば、入口温度センサおよび出口温度センサが、入口ヘッダ部と出口ヘッダ部とが並設されている扁平熱交チューブの一端側において、入口ヘッダ部と出口ヘッダ部との間のスペース部に並設されているため、2つの入口温度センサおよび出口温度センサを入口ヘッダ部と出口ヘッダ部との間に隣接して設置することができる。従って、入口温度センサおよび出口温度センサの設置およびそのリード線の処理等を容易化し、2つの温度センサの組立て性を向上することができる。
さらに、本発明の熱媒体加熱装置は、上記の熱媒体加熱装置において、前記スペース部には、前記入口温度センサの設置部と前記出口温度センサの設置部との間に、熱伝導遮断用のスリットが設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、スペース部の入口温度センサの設置部と出口温度センサの設置部との間に、熱伝導遮断用のスリットが設けられているため、入口温度センサの設置部と出口温度センサの設置部間での熱伝導をスリットによって遮断することができる。従って、2つの温度センサを互いに隣接して並設しても、その温度干渉を防止し、各々の温度センサにより熱媒体の温度を精度よく、かつ正確に検出することができる。
さらに、本発明にかか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、前記熱媒体加熱装置が、上述のいずれかの熱媒体加熱装置とされていることを特徴とする。
本発明によれば、空気流路中に配設されている放熱器に対して循環される熱媒体を、制御性が向上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。従って、車両用空調装置による温調制御性、特に暖房時の温調制御性を向上し、快適な空調を行うことができる。
本発明の熱媒体加熱装置によると、熱媒体入口路から入口ヘッダ部を経て扁平熱交チューブ内に流入し、多層に積層された複数枚の扁平熱交チューブ内を流通する間にPTCヒータによって加熱され、出口ヘッダ部を経て熱媒体出口路から流出される熱媒体の入口温度および出口温度を、それぞれの温度を最も代表する位置である最下層の扁平熱交チューブの出・入口ヘッダ部位置で検出することができる。つまり、熱媒体の入口温度を最下層の扁平熱交チューブの入口ヘッダ部で検出することにより、加熱前の最も低い状態で検出することができ、一方、熱媒体の出口温度を最下層の扁平熱交チューブの出口ヘッダ部で検出することにより、加熱後の最も高い状態で検出することができるため、熱媒体の温度を精度よく、かつ正確に検出することができ、該温度に基づいて熱媒体加熱装置等を制御することにより、熱媒体加熱装置の制御性を高めることができる。
また、本発明の車両用空調装置によると、空気流路中に配設されている放熱器に対して循環される熱媒体を、制御性が向上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、車両用空調装置による温調制御性、特に暖房時の温調制御性を向上し、快適な空調を行わせることができる。
以下に、本発明の一実施形態について、図1ないし図6を参照して説明する。
図1には、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が示されている。
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た後、それを車室内へと導くための空気流通路2を形成するケーシング3を備えている。
図1には、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が示されている。
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た後、それを車室内へと導くための空気流通路2を形成するケーシング3を備えている。
このケーシング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、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。
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。
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。
図2には、図1に示された熱媒体加熱装置10の組み立て手順を説明するための分解斜視図が示され、図3には、該熱媒体加熱装置10の熱媒体入口路(または熱媒体出口路)に沿った縦断面相当図が示されている。
熱媒体加熱装置10は、図2に示されるように、制御基板13と、複数枚の電極板14(図3参照)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(図3参照)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(図3参照)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、PTC素子18a等を収容するケーシング11とを備えている。
熱媒体加熱装置10は、図2に示されるように、制御基板13と、複数枚の電極板14(図3参照)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(図3参照)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(図3参照)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、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、上記の電極板14、PTC素子18aおよび絶縁部材(図示せず)等によってPTCヒータ18が構成されている。
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。このアッパケースおよびロアケース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および複数組のPTCヒータ18等を収容する空間が形成されている。
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。このアッパケースおよびロアケース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および複数組のPTCヒータ18等を収容する空間が形成されている。
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およ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および熱媒体出口路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、アッパケースおよびロアケース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。
また、ロアケース11aの下面には、電源ハーネス27およびLVハーネス28の先端部を貫通するための電源ハーネス用孔および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27は、制御基板13および半導体スイッチング素子12を介してPTCヒータ18に電力を供給するものであり、先端部が2又状に分岐され、制御基板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ネジ13bを介してネジ止め可能とされている。また、LVハーネス28は、制御基板13に制御用の信号を送信するものであり、その先端部は、制御基板13にコネクタ接続可能とされている。
半導体スイッチング素子12および制御基板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な構成とされている。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が積層されるようになっている。
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ないし図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、中段および上段の扁平熱交チューブ17c、17b、17aの順に積層されるようになっている。これらの扁平熱交チューブ17は、図2ないし図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および出口ヘッダ部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が形成された構成とされている。
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および出口ヘッダ部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および出口ヘッダ部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ようになっている。この隙間に、上下両面を電極板14およ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ようになっている。
また、各扁平熱交チューブ17は、積層されたとき、図3,4に示されるように、入口ヘッダ部21および出口ヘッダ部22同士が互いに密着され、入口ヘッダ部21および出口ヘッダ部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リングを用いられている。)によってシールされるようになっている。
シール材(Oリング)26は、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、およ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、およびロアケース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ようになっている。
さらに、積層された3枚の扁平熱交チューブ17のうち、最下層の扁平熱交チューブ17cには、熱媒体入口路11cより熱媒体加熱装置10に流入され、入口ヘッダ部21で3枚の扁平熱交チューブ17a、17b、17cに分流される前の熱媒体の温度、および3枚の扁平熱交チューブ17a、17b、17c内を流通し、PTCヒータ18により加熱されて出口ヘッダ部22で合流した後、熱媒体加熱装置10から流出される熱媒体の温度を検出するための入口温度センサ29および出口温度センサ30が設けられている。
この入口温度センサ29および出口温度センサ30は、図4ないし図6に示されるように、最下層の扁平熱交チューブ17cの一端側に並設されている入口ヘッダ部21および出口ヘッダ部22の周りであって、入口ヘッダ部21と出口ヘッダ部22との間に形成されたスペース部31に互いに隣接して並設されている。スペース部31は、図6に示されるように、入口ヘッダ部21側で入口温度センサ29が設置される入口側センサ設置部31aと、出口ヘッダ部22側で出口温度センサ30が設置される出口側センサ設置部31bとに、その間に設けられた熱伝導遮断用のスリット32によって区画されている。
上記入口側センサ設置部31aおよび出口側センサ設置部31bには、それぞれセンサ取付け穴33,34が設けられ、該センサ取付け穴33,34を介して、図4,5に示されるように、入口温度センサ29および出口温度センサ30がボルト・ナットで固定されるようになっている。なお、入口温度センサ29および出口温度センサ30から各2本のリード線29a,30aが延長されており、コネクタ35を介して制御基板13に接続されるようになっている。
また、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およ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ようになっている。
電極板14は、図3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とされている。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ようになっている。
電極板14は、図3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とされている。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ようになっている。
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、およ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ようになっている。
4枚の各電極板14は、各扁平熱交チューブ17の扁平チューブ部20と略同形とされている。各電極板14には、その長辺側に端子14a(図2参照)が設けられ、この端子14aは、各電極板14を積層したとき、互いに重ならないように、電極板14の長辺方向に沿って配置されている。つまり、各電極板14に設けられている端子14aは、その長辺方向に少しずつ位置をずらして設けられ、各電極板14が積層された場合に直列に配列されるように設けられている。各端子14aは、上方に突出するように設けられ、制御基板13に設けられている端子台13aに端子接続用ネジ14bを介して接続されるようになっている。
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、例えば4本の基板サブアッセンブリ接続用ネジ15aを介して締結することにより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ようになっている。
また、基板サブアッセンブリ15を構成している制御基板13には、各電極板14に直列に配列されている4つの端子14aに対応して、その一辺に直列に4つの端子台13aが配列されている。また、4つの端子台13aと両端側に直列に並ぶように、電源ハーネス27の2分岐されている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。これらの端子台13aおよび電源ハーネス用端子台13cは、制御基板13から下方(または上方)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、積層された扁平熱交チューブ17a、17b、17cの長辺に沿って直列に配設されている。
さらに、制御基板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11aの開口部11bよりも少し上方に位置されるように設けられている。これによって、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の先端部が固定し易い構成とされている。
一方、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とされている。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、図4に示されるように、各扁平熱交チューブ17の扁平チューブ部20および出入口ヘッダ部21,22の上面を覆うことができる大きさとされており、その4コーナー部には、熱交押え部材16をロアケース11aのボス部11eに固定する基板サブアッセンブリ固定用ネジ15bを通す貫通穴16aが設けられている。
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および出入口ヘッダ部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を上記の如くロアケース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構成とされている。
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ようになっている。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に供給されるように構成されている。
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ように構成されている。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ようになっている。
上記熱媒体加熱装置10は、3枚の扁平熱交チューブ17a、17b、17cおよび上下2組のPTCヒータ18を、以下のようにしてロアケース11a内に組み込むことができる。まず、ロアケース11aの内底面に開口している熱媒体入口路11cおよび熱媒体出口路11dの開口部周りにシール材26を配置し、その上に最下層の扁平熱交チューブ17cを載置する。この際、最下層の扁平熱交チューブ17cに対して、予め入口温度センサ29および出口温度センサ30をサブアッセンブリしておくことにより、出入口温度センサ29,30を同時に組み込むことができる。
この最下層の扁平熱交チューブ17cの上面に、PTCヒータ18およびシール材26を配置し、それらの上に中段の扁平熱交チューブ17bを重ね、更に中段の扁平熱交チューブ17bの上面にPTCヒータ18とシール材26を配置し、その上に上段の扁平熱交チューブ17aを重ねることによって、3枚の扁平熱交チューブ17a、17b、17cと上下2組のPTCヒータ18とを、出入口ヘッダ21,22の連通穴21a,22a周りにシール材26を介装しながら、多層に積層して組み込むことができる。
こうして3枚の扁平熱交チューブ17と上下2組のPTCヒータ18をロアケース11a内底面の所定位置に組み込んだ後、最上端の扁平熱交チューブ17aの上面に基板サブアッセンブリ15を載せ、基板サブアッセンブリ15の熱交押え部材16を4本の固定用ネジ15bを介してロアケース11aのボス部11eに締付け固定することにより、3枚の扁平熱交チューブ17a、17b、17cの扁平チューブ部20と各PTCヒータ18および出入口ヘッダ21,22の連通穴21a,22a周りに配設された3個のシール材26を、熱交押え部材16の押圧力により互いに密着させた状態でロアケース11a内に組み込むことができる。
その後、熱交押え部材16の上面に設けられている制御基板13の端子台13a,13cに対して、電源ハーネス27の端子および電極板14の端子14aをネジ13b,14bを介してネジ止め固定するとともに、LVハーネス28、出入口温度センサ29,30のリード線29a,30a等をコネクタ接続することにより電気系統の結線を行い、最後にその上部覆うように、図示省略のアッパケースをロアケース11aに対してネジ止め固定することにより、熱媒体加熱装置10を組み立てることができる。
この熱媒体加熱装置10は、熱媒体入口路11cを経て入口ヘッダ部21に流入された熱媒体を、3枚の扁平熱交チューブ17a、17b、17cに対して、入口ヘッダ部21により分流してそれぞれ流通させ、複数組のPTCヒータ18によって加熱した後、出口ヘッダ部22で合流させ、熱媒体出口路11dを介して流出させることにより、車両用空調装置1の熱媒体循環回路10A内を循環される熱媒体の加熱に供することができる。
この際、熱媒体加熱装置10に対して循環される熱媒体の温度および熱媒体加熱装置10により加熱されて放熱器6に供給される熱媒体の温度を、最下層の扁平熱交チューブ17cの入口ヘッダ部21および出口ヘッダ部22の周りに配設されている一対の入口温度センサ29および出口温度センサ30により検出することができ、その検出温度に基づいて複数組のPTCヒータ18による加熱量を制御する等、熱媒体加熱装置10を制御することができる。
斯くして、本実施形態の熱媒体加熱装置10および車両用空調装置1によれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態では、出・入口ヘッダ部21,22を備えた扁平熱交チューブ17a,17b,17cとPTCヒータ18とを多層に積層し、それを出・入口ヘッダ部21,22と連通する熱媒体入口路11cおよび熱媒体出口路11dを備えたケーシング11内に組み込んだ熱媒体加熱装置10にあって、多層に積層された最下層の扁平熱交チューブ17cの入口ヘッダ部21および出口ヘッダ部22の周りに、熱媒体の温度を検出する入口温度センサ29および出口温度センサ30を配設した構成としている。
本実施形態では、出・入口ヘッダ部21,22を備えた扁平熱交チューブ17a,17b,17cとPTCヒータ18とを多層に積層し、それを出・入口ヘッダ部21,22と連通する熱媒体入口路11cおよび熱媒体出口路11dを備えたケーシング11内に組み込んだ熱媒体加熱装置10にあって、多層に積層された最下層の扁平熱交チューブ17cの入口ヘッダ部21および出口ヘッダ部22の周りに、熱媒体の温度を検出する入口温度センサ29および出口温度センサ30を配設した構成としている。
これにより、熱媒体入口路11cから入口ヘッダ部21を経て3枚の扁平熱交チューブ17a,17b,17cに分流され、多層に積層されている3枚の扁平熱交チューブ17a,17b,17c内を流通する間にPTCヒータ18によって加熱され、出口ヘッダ部22で合流された後、熱媒体出口路11dから流出される熱媒体の入口温度および出口温度を、それぞれの温度を最も代表する位置である最下層の扁平熱交チューブ17cの入口ヘッダ部21および出口ヘッダ部22位置で検出することができる。
つまり、熱媒体の入口温度を最下層の扁平熱交チューブ17cの入口ヘッダ部21で検出することにより、加熱前の最も低い状態で検出することができ、一方、熱媒体の出口温度を最下層の扁平熱交チューブ17cの出口ヘッダ部22で検出することにより、加熱後の最も高い状態で検出することができる。このため、熱媒体加熱装置10に流出入する熱媒体の温度を精度よく、かつ正確に検出することができ、該温度に基づいて熱媒体加熱装置10等を制御することにより、熱媒体加熱装置10の制御性を高めることができる。
また、本実施形態においては、入口温度センサ29および出口温度センサ30が、入口ヘッダ部21と出口ヘッダ部22とが並設されている扁平熱交チューブ17cの一端側において、入口ヘッダ部21と出口ヘッダ部22との間のスペース部31に並設されているため、2つの入口温度センサ29および出口温度センサ30を入口ヘッダ部21と出口ヘッダ部22との間に隣接して設置することができる。従って、入口温度センサ29および出口温度センサ30の設置およびそのリード線29a,30aの処理等を容易化し、2つの温度センサ29,30の組立て性を向上することができる。
また、上記スペース部31の入口温度センサ29の設置部31aと出口温度センサ30の設置部31bとの間に、熱伝導遮断用のスリット32を設けている。このため、入口温度センサ29の設置部31aと出口温度センサ30の設置部31bとの間での熱伝導をスリット32によって遮断することができる。従って、2つの温度センサ29,30を互いに隣接して並設しても、その温度干渉を防止し、各々の温度センサ29,30により熱媒体の温度を精度よく、かつ正確に検出することができる。
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に対して循環される熱媒体を、制御性が向上された熱媒体加熱装置10によって加熱し、循環させることができる。このため、車両用空調装置1による温調制御性、特に暖房時の温調制御性を向上し、快適な空調を行わせることができる。
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および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ことは云うまでもない。
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
11c 熱媒体入口路
11d 熱媒体出口路
17,17a,17b,17c 扁平熱交チューブ
(17c 最下層の扁平熱交チューブ)
18 PTCヒータ
21 入口ヘッダ部
22 出口ヘッダ部
23 Uターン部
29 入口温度センサ
30 出口温度センサ
31 スペース部
31a 入口側センサ設置部
31b 出口側センサ設置部
32 スリット
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
11c 熱媒体入口路
11d 熱媒体出口路
17,17a,17b,17c 扁平熱交チューブ
(17c 最下層の扁平熱交チューブ)
18 PTCヒータ
21 入口ヘッダ部
22 出口ヘッダ部
23 Uターン部
29 入口温度センサ
30 出口温度センサ
31 スペース部
31a 入口側センサ設置部
31b 出口側センサ設置部
32 スリット
Claims (4)
- 一端側に入口ヘッダ部および出口ヘッダ部が並設され、前記入口ヘッダ部から流入した熱媒体が他端側のUターン部で折返し、前記出口ヘッダ部から流出される複数枚の扁平熱交チューブと、
積層される複数枚の前記扁平熱交チューブ間に組み込まれるPTCヒータと、
底面に前記扁平熱交チューブの前記入口ヘッダ部および前記出口ヘッダ部と連通する熱媒体入口路および熱媒体出口路が設けられ、その内底面に前記扁平熱交チューブと前記PTCヒータとが多層に積層されて組み込まれるケーシングと、を備え、
多層に積層された最下層の前記扁平熱交チューブの前記入口ヘッダ部および前記出口ヘッダ部の周りに、熱媒体の温度を検出する入口温度センサおよび出口温度センサが設けられていることを特徴とする熱媒体加熱装置。 - 前記入口温度センサおよび前記出口温度センサは、前記入口ヘッダ部と前記出口ヘッダ部とが並設されている前記扁平熱交チューブの一端側において、前記入口ヘッダ部と前記出口ヘッダ部との間のスペース部に並設され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。
- 前記スペース部には、前記入口温度センサの設置部と前記出口温度センサの設置部との間に、熱伝導遮断用のスリットが設けられていることを特徴とする請求項2に記載の熱媒体加熱装置。
- 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が、請求項1ないし3のいずれかに記載の熱媒体加熱装置とされていることを特徴とする車両用空調装置。
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