JP2021054145A - 車両用熱媒体加熱装置及び車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フェールセーフの観点で、より安全性の高い車両用熱媒体加熱装置を提供する。【解決手段】車両用熱媒体加熱装置は、ヒーターと、ヒーターを収容して内部で熱媒体を加熱するヒーターケースと、ヒーターに電力供給を行うヒーター電力供給部とを備え、ヒーターケースの上にヒーター電力供給部のシール構造が設けられ、ヒーターケースは、シール構造に関与しない非シール構造部を備え、ヒーターケースを２種類以上の耐熱温度の異なる部分で構成して、非シール構造部を最も耐熱温度の低い部分で形成した。【選択図】図１

Description

本発明は、車両用の熱媒体加熱装置及びこれを備えた車両用空気調和装置（空調装置）に関するものである。

車両用の空調装置は、エンジン車、ＥＶ車、ハイブリッド車等に拘わらず、空調用熱交換器（ヒーターコア）を経由して循環する熱媒体を加熱する熱媒体加熱装置を備えている。

従来の熱媒体加熱装置は、熱媒体の流入口と流出口を有して内部に熱媒体の流通路が形成されたヒーターケースを備え、ヒーターケース内には、前述した熱媒体の流通路に沿ってヒーター（発熱体）が配置されている。また、ヒーターケース上には、ヒーターに供給される電力を制御する電子部品が接続された基板等が配備されている。

特開２０１１−７９３４４号公報

車両用の電気機器において、フェールセーフという設計思想は不可欠であり、故障・誤操作・誤動作による障害が発生した場合に、最悪の事態が起きるのを避けるための対策が求められている。このような観点で、車両用の熱媒体加熱装置において起こりうる障害を想定してみると、起こる確率は極めて低いものの、車両事故などで制御系やセンサ（サーモ）が故障した場合などに起こりうるヒーターの暴走を想定しておく必要がある。

ヒーターが暴走すると、熱媒体が異常高温になるので、熱媒体の流通路を形成しているヒーターケースの熱損や変形によって、熱媒体の密封性が確保できなくなることが想定される。このような場合に、最悪の事態は、液体である熱媒体がヒーターの給電系統に接触することであり、このような事態になると、感電事故等の大きな事故になる可能性がある。このため、仮にヒーターが暴走するなどして、熱媒体が異常高温になった場合であっても、前述した最悪の事態を避ける対策が求められている。

本発明は、このような事情に対処することを課題としており、フェールセーフの観点で、より安全性の高い車両用熱媒体加熱装置を提供すること、などを課題としている。

このような課題を解決するために、本発明の車両用熱媒体加熱装置は、ヒーターと、前記ヒーターを収容して内部で熱媒体を加熱するヒーターケースと、前記ヒーターに電力供給を行うヒーター電力供給部とを備え、前記ヒーターケースの上に前記ヒーター電力供給部のシール構造が設けられ、前記ヒーターケースは、前記シール構造に関与しない非シール構造部を備え、前記ヒーターケースを２種類以上の耐熱温度の異なる部分で構成して、前記非シール構造部を最も耐熱温度の低い部分で形成している。

また好適には、前述した車両用熱媒体加熱装置において、前記ヒーターケースは、内部に前記ヒーターを収容する空間を形成する上側ケースと下側ケースを備え、前記上側ケースの上に前記シール構造が形成され、前記下側ケースに前記非シール構造部を形成してもよい。

また好適には、前述した車両用熱媒体加熱装置において、前記上側ケースは、前記ヒーター電力供給部における基板を支持する基板支持部を備えていてもよい。

また好適には、前述した車両用熱媒体加熱装置において、前記シール構造は、前記ヒーター電力供給部を囲む電力供給部カバーを備え、前記電力供給部カバーと前記上側ケースの周縁部にシール部が形成されていてもよい。

また好適には、前述した車両用熱媒体加熱装置において、前記ヒーターケースは、樹脂材であり、前記非シール構造部は、他部に対してガラス含有量が低い樹脂材で形成されていてもよい。

また、前述した車両用熱媒体加熱装置を備えた車両用空調装置は、前述した車両用熱媒体加熱装置によって加熱された熱媒体が循環する空調用熱交換器を備えている。

また、前述した車両用空調装置を備えた車両は、前述した車両用熱媒体加熱装置の下方には、前述した車両用熱媒体加熱装置から流出した熱媒体との接触が問題になる部品が排除されている。

また、前述した車両用空調装置を備えた車両は、前述した車両用熱媒体加熱装置から流出した熱媒体を悪影響なく排水する排水経路を備えている。

このような特徴を備える本発明によると、熱媒体が異常高温になった場合であっても、ヒーター電力供給部が熱媒体に接触するという最悪の事態を避けることができるので、フェールセーフの観点で、より安全性の高い車両用熱媒体加熱装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る車両用熱媒体加熱装置を示した斜視図。 本発明の実施形態に係る車両用熱媒体加熱装置を示した側面図。 本発明の実施形態に係る車両用熱媒体加熱装置を示した断面図。 本発明の実施形態に係る車両用熱媒体加熱装置のシール構造を示した断面図。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。図に示したＸ−Ｙ−Ｚの方向は、Ｘ−Ｙ方向が平面方向を示し、Ｚ方向が鉛直方向を示している。

ここで示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するために例示するものであって、本発明を限定するものではない。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者などにより考え得る実施可能な他の形態、実施例及び運用技術などは全て本発明の範囲、要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

更に、本明細書に添付する図面は、図示の理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺、縦横の寸法比、形状などについて、実物から変更し模式的に表現された場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。

本発明の実施形態に係る熱媒体加熱装置１は、車両用空調装置における空調用熱交換器（ヒーターコア）を経由して循環する熱媒体を加熱するものであり、車両としては、エンジン車、ＥＶ車、ハイブリッド車などの何れであってもよい。この熱媒体加熱装置１は、エンジン車のように他に熱源を有する車両では、補助的な熱源として利用することができ、ＥＶ車のように熱源を持たない車両では、冷暖房における温度制御用の熱源として用いることができる。熱媒体加熱装置１が加熱する熱媒体は、クーラントに限らず、水、オイルなどが対象になる。

図１〜図３に示すように、熱媒体加熱装置１は、ヒーター２０と、ヒーター２０を収容して内部で熱媒体を加熱するヒーターケース１０と、ヒーター２０に電力供給を行うヒーター電力供給部３０とを備えている。

図示の例では、ヒーター２０は、一対の円筒状をなす第１発熱体２１と第２発熱体２２を備えており、ヒーターケース１０は、第１収容凹部１１ａを有する上側ケース１１と、第２収容凹部１２ａを有する下側ケース１２とを備えおり、第１収容凹部１１ａと第２収容凹部１２ａとを合わせて形成された空間内に、第１発熱体２１と第２発熱体２２が収容されている。

また、図示の例では、ヒーターケース１０に流入部１３と流出部１４が設けられている。流入部１３は、ヒーターケース１０内に熱媒体を流入させる流入口１３ａを有しており、流出部１４は、ヒーターケース１０内で加熱された熱媒体を流出する流出口１４ａを有している。

ヒーター２０が収容されるヒーターケース１０の内部には、ヒーター支持部１６が設けられており、このヒーター支持部１６に支持されたヒーター２０（第１発熱体２１，第２発熱体２２）の外周面と、ヒーターケース１０の内面との間の間隙が、熱媒体が流れる熱媒体流路１５になっている。熱媒体流路１５は、図示の例では、第１発熱体２１の周囲に第１流通路１５Ａが形成され、第２発熱体２２の周囲に第２流通路１５Ｂが形成されていて、第１流通路１５Ａと第２流通路１５Ｂは、流入部１３と流出部１４が設けられているヒーターケース１０の端部とは逆側の端部で連通している。

ヒーター電力供給部３０は、ヒーター２０の給電系を構成するものであり、電子部品３１などが接続される基板３３などを備えている。基板３３には、給電端子３５の配線が接続されると共に、ヒーター２０への給電線などが接続されている。図示の例では、ヒーター電力供給部３０における基板３３は、ヒーターケース１０上に配備されており、ヒーターケース１０における上側ケース１１は、基板３３を支持する基板支持部１７を備えている。また、図示の例では、ヒーターケース１０の上側ケース１１上には、電子部品３１を冷却するヒートシンク３２が設けられている。

そして、ヒーターケース１０の上には、ヒーター電力供給部３０のシール構造が設けられている。図示の例では、上側ケース１１の上にシール構造が形成されており、このシール構造は、上側ケース１１の上に、ヒーター電力供給部３０を囲む電力供給部カバー３４を備えている。

図４は、電力供給部カバー３４によるシール部Ｔを示した拡大断面図である。シール部Ｔは、電力供給部カバー３４と上側ケース１１の周縁部に形成されている。ヒーターケース１０は、上側ケース１１の周縁部１１Ｔと下側ケース１２の周縁部１２Ｔをシール接合することで形成されているが、上側ケース１１の周縁部１１Ｔに対して、電力供給部カバー３４の周縁部３４Ｔをシール接合することで、ヒーター電力供給部３０のシール構造が形成されている。このため、下側ケース１１の周縁部１１Ｔは、ヒーター電力供給部３０のシール構造に直接関与していない。

なお、ヒーター電力供給部３０のシール構造は、このような例に限定されるものではない。他の例としては、上側ケース１１とヒーター電力供給部３０との間に、他のシール部材（Ｏリングや液ガスなど）を介在させたものや、ヒーター電力供給部３０自体がシール材でモードされているようなものであっても構わない。

そして、本発明の実施形態における熱媒体加熱装置１は、ヒーター２０の暴走などで熱媒体が異常高温になった場合に、ヒーター電力供給部３０のシール構造を維持するための対策が施されている。このための構造として、熱媒体加熱装置１は、ヒーターケース１０が、ヒーター電力供給部３０のシール構造に関与しない非シール構造部を備えており、ヒーターケース１０を２種類以上の耐熱温度の異なる部分で構成して、前述した非シール構造部を最も耐熱温度の低い部分で形成している。

より具体的に説明すると、図示の例では、ヒーターケース１０における上側ケース１１の上にヒーター電力供給部３０のシール構造が形成されており、下側ケース１２に前述した非シール構造部が形成されている。この例では、下側ケース１２の全体を非シール構造部にしてもよいし、下側ケース１２の一部に非シール構造部となる部分を形成してもよい。

ここでの非シール構造部は、前述したように、最も耐熱温度の低い部分で形成されているので、熱媒体の異常高温時には、この非シール構造部が最も早く熱損（溶融など）を受けることになり、その部分で熱媒体の密封状態が破綻することになる。そうすると、ヒートーケース１０内の熱媒体は、ヒーター電力供給部３０への接触を避けて外部に流出されることになり、熱媒体がヒーター２０の給電系に接触して漏電するという最悪の事態を回避することができる。

非シール構造部の耐熱温度を最も低くすることの具体的な形態としては、ヒーターケース１０を樹脂材で形成し、前述した非シール構造部を、他部に対してガラス含有量が低い樹脂材で形成すること等を例示することができる。また、非シール構造部を他の部位に対して薄厚構造にするなど、構造的により溶融し易い部分を形成するようにしてもよい。

以上説明したように、本発明の実施形態にかかる熱媒体加熱装置１は、熱媒体の異常高温時に、熱媒体がヒーター２０の給電系に接触する事態を避けることができるので、フェールセーフの観点からより安全性を高めることができる。そして、このような熱媒体加熱装置１は、車内への空気流路に配備される空調用熱交換器（ヒーターコア）に熱媒体を循環させる車両用空調装置の熱源（あるいは補助熱源）として高い安全性で採用することができる。

このような熱媒体加熱装置１を熱源とする車両用空調装置を備える車両は、極希な熱媒体の異常高温という事態に、熱媒体がヒーターケース１０から放出されることになるので、そのような場合を想定した車両側の構成を採用することが好ましい。例えば、車両内の部品のレイアウトとして、熱媒体加熱装置１の下方において、ヒーターケース１０から流出した熱媒体との接触が問題になる部品が排除されている、或いは、車両内の構造として、ヒーターケース１０から流出した熱媒体を悪影響なく排水する排水経路を備えるなどの配慮がなされていることが好ましい。

なお、前述した実施形態において、ヒーター２０は、第１発熱体２１と第２発熱体２２の一対とし、ヒーター収容部には、第１発熱体２１に対応する第１の収容空間と、第２発熱体２２に対応する第２の収容空間が設けられる構成を説明したが、ヒーター２０の数は特に限定されず、１つ以上であればよい。よって、ヒーター収容部を構成する収容凹部の形成数や、収容凹部によって形成される収容空間の数は、ヒーター収容部内に収容される発熱体の数によって決定され、ヒーターケース１０内の熱媒体流通路の形態も、個々の熱媒体に対応して形成される。

また、前述した実施形態において、流入部１３と流出部１４は、ヒーターケース１０の一端側に並設した形態で説明したが、これに限定されない。流入部１３の設置箇所は、流入される熱媒体がヒーター２０の外周面に向かって流入可能な位置にあればよく、流出部１４の設置箇所は、流出される熱媒体がヒーター２０の外周面から外方に向かって流出可能な位置にあればよい。

１：熱媒体加熱装置，１０：ヒーターケース，
１１：上側ケース，１１ａ：第１収容凹部，
１２：下側ケース，１２ａ：第２収容凹部，
１３：流入部，１３ａ：流入口，
１４：流出部，１４ａ：流出部，
１５：熱媒体流通路，１５Ａ：第１流通路，１５Ｂ：第２流通路，
１６：ヒーター支持部，１７：基板支持部，
２０：ヒーター，２１：第１発熱体，２２：第２発熱体，
３０：ヒーター電力供給部，
３１：電子部品，３２：ヒートシンク，３３：基板，３４：電力供給部カバー，
３５：給電端子，Ｔ：シール部，１１Ｔ，１２Ｔ，３４Ｔ：周縁部

Claims (8)

1. ヒーターと、前記ヒーターを収容して内部で熱媒体を加熱するヒーターケースと、前記ヒーターに電力供給を行うヒーター電力供給部とを備え、
   前記ヒーターケースの上に前記ヒーター電力供給部のシール構造が設けられ、
   前記ヒーターケースは、前記シール構造に関与しない非シール構造部を備え、
   前記ヒーターケースを２種類以上の耐熱温度の異なる部分で構成して、前記非シール構造部を最も耐熱温度の低い部分で形成したことを特徴とする車両用熱媒体加熱装置。
2. 前記ヒーターケースは、内部に前記ヒーターを収容する空間を形成する上側ケースと下側ケースを備え、
   前記上側ケースの上に前記シール構造が形成され、
   前記下側ケースに前記非シール構造部を形成したことを特徴とする請求項１記載の車両用熱媒体加熱装置。
3. 前記上側ケースは、前記ヒーター電力供給部における基板を支持する基板支持部を備えることを特徴とする請求項２記載の車両用熱媒体加熱装置。
4. 前記シール構造は、
   前記ヒーター電力供給部を囲む電力供給部カバーを備え、
   前記電力供給部カバーと前記上側ケースの周縁部にシール部が形成されていることを特徴とする請求項２または３記載の車両用熱媒体加熱装置。
5. 前記ヒーターケースは、樹脂材であり、前記非シール構造部は、他部に対してガラス含有量が低い樹脂材で形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の車両用熱媒体加熱装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項記載の車両用熱媒体加熱装置によって加熱された熱媒体が循環する空調用熱交換器を備えた車両用空調装置。
7. 請求項６に記載された車両用空調装置を備えた車両であって、
   前記車両用熱媒体加熱装置の下方には、前記車両用熱媒体加熱装置から流出した熱媒体との接触が問題になる部品が排除されていることを特徴とする車両。
8. 請求項６に記載された車両用空調装置を備えた車両であって、
   前記車両用熱媒体加熱装置から流出した熱媒体を悪影響なく排水する排水経路を備えることを特徴とする車両。

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