JP2022113426A - 光照射ユニット、及び車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より省スペースで設置できるとともに、消費電力が抑えられた光照射ユニット、及び車両用空調装置を提供する。
【解決手段】光照射ユニットは、板状をなすヒートシンク本体、及び、ヒートシンク本体の第一主面から突出するフィンを有するヒートシンクと、ヒートシンク本体における第一主面の反対側の第二主面に積層されている電子基板と、電子基板の前記ヒートシンクが設けられている側の面である第一面に搭載された光照射素子と、を備える。上記構成により、省スペース化と省電力化を実現することができる。
【選択図】図２

Description

本開示は、光照射ユニット、及び車両用空調装置に関する。

車両用空調装置は、ファンと、ダクトと、エバポレータと、を主に備えている。ファンを駆動することで、ダクトを通じてエバポレータに空気が供給される。エバポレータは空気と冷媒との間で熱交換を行う。これにより、温度調節された送風を生成することができる。

従来、これらファンやエバポレータ、及び送風自体に対して防カビ等を目的として殺菌効果を与えるために、ダクト内に殺菌装置を設ける例が提唱されている。例えば下記特許文献１には、ダクト内に殺菌灯を設ける構成が開示されている。

実開昭６３－７２２１７号公報

しかしながら、上記のように殺菌灯としての蛍光管をダクト内に設けた場合、設置スペースが拡大し、ダクト内の圧力損失が増大する虞がある。また、殺菌灯の発熱によって他の機器の安定的な動作に影響が及ぶ虞もある。

本開示は上記課題を解決するためになされたものであって、より省スペースで設置できるとともに、消費電力が抑えられた光照射ユニット、及び車両用空調装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示に係る光照射ユニットは、板状をなすヒートシンク本体、及び、該ヒートシンク本体の第一主面から突出するフィンを有するヒートシンクと、前記ヒートシンク本体における前記第一主面の反対側の第二主面に第一面が積層されている電子基板と、前記電子基板の第一面に搭載された光照射素子と、を備える。

本開示によれば、より省スペースで設置できるとともに、消費電力が抑えられた光照射ユニット、及び車両用空調装置を提供することができる。

本開示の実施形態に係る車両用空調装置の構成を示す断面図である。 本開示の実施形態に係る光照射ユニットの構成を示す断面図である。 本開示の実施形態に係る光照射素子の構成を示す正面図である。 本開示の実施形態に係るパワー素子と光照射素子の電源系統を示す模式図である。

以下、本開示の第一実施形態に係る車両用空調装置１００、及び光照射ユニット９０について、図１から図４を参照して説明する。

（車両用空調装置の構成）
車両用空調装置１００は、車両の内部（居室）に温度調節された送風を行うための装置である。図１に示すように、車両用空調装置１００は、ファン１と、ファンケース２と、ダクト３と、エバポレータ４と、を備えている。

ファン１は、外部から導入した空気を圧送するための羽根車である。ファン１はファンケース２によって外側から覆われている。ファンケース２の内部でファン１が回転することで、ファンケース２に接続されているダクト３内に温度調節される前の空気が送られる。なお、ファン１のオンオフ切り替えや回転数制御を含む駆動制御は、後述するパワー素子８（ファンコントローラ）によって行われる。

ダクト３の内部には、ファン１から圧送されてきた空気が流通する流路が形成されている。ダクト３の内壁３Ａ（内面）には後述する光照射ユニット９０が取り付けられている。ダクト３の内部におけるファン１とは反対側の端部（つまり、空気の第一方向Ｆにおけるダクト３の下流側の端部）には、内壁３Ａから外側に凹む収容空間３Ｓが形成されている。収容空間３Ｓ内にはエバポレータ４が収容されている。

エバポレータ４は、冷凍サイクルを有する冷媒回路の一部である。エバポレータ４は、ダクト３内を流通する空気と冷媒との間で熱交換を行う。これにより、エバポレータ４を通過した空気は温度調節されて冷風、又は温風となり、車両の内部に送風される。

（光照射ユニットの構成）
光照射ユニット９０は、ダクト３内を流れる送風そのものや、ファン１、及びエバポレータ４に対して防カビ・防蝕を主な目的として殺菌処理を施すために設けられている。図２に示すように、光照射ユニット９０は、ヒートシンク６と、電子基板５と、光照射素子７Ａ，７Ｂと、パワー素子８と、を有している。

（ヒートシンクの構成）
ヒートシンク６は、ヒートシンク本体６１と、複数のフィン６２と、を有している。ヒートシンク本体６１は、ダクト３の内壁３Ａに沿って広がる厚肉板状をなしている。ヒートシンク本体６１はダクト３の内壁３Ａに形成された開口部を介してダクト３の外部に一部が露出している。ヒートシンク本体６１の厚さ方向における両面のうち、ダクト３の内部を臨む側の面は第一主面６Ａとされている。この第一主面６Ａ上には複数のフィン６２が設けられている。フィン６２は、第一主面６Ａから当該第一主面６Ａに直交する方向に突出するとともに、ダクト３内における送風の流れ方向（以下、第一方向Ｆとする。）に沿って延びる板状をなしている。また、これらフィン６２は、第一方向Ｆに直交する方向に間隔をあけて配列されている。

ヒートシンク本体６１の厚さ方向における両面のうち、ダクト３の外側を臨む側の面（つまり、第一主面６Ａの反対側の面）は第二主面６Ｂとされている。第二主面６Ｂには電子基板５が積層されている。電子基板５は、例えばガラスエポキシ樹脂やベークライトによって形成されたプリント基板であり、その少なくとも一方の面にはプリント配線が設けられている。電子基板５の厚さ方向における両面のうち、ヒートシンク本体６１に接する側の面は第一面５Ａとされている。この電子基板５では、第一方向Ｆにおける寸法がヒートシンク本体６１よりも大きく設定されている。つまり、第一方向Ｆにおける第一面５Ａの両端部はヒートシンク本体６１から外側にはみ出している。

（光照射素子の構成）
上記した第一面５Ａの両端部には、それぞれ光照射素子７Ａ，７Ｂが設けられている。光照射素子７Ａは、第一方向Ｆにおけるファン１側に位置している。光照射素子７Ｂは、第一方向Ｆにおけるエバポレータ４側に位置している。光照射素子７Ａ，７Ｂは、それぞれ第一面５Ａから突出する板状の支持板７１と、この支持板７１の表面に取り付けられた複数の素子本体７２と、を有している。図２又は図３に示すように、支持板７１の突出高さは、ヒートシンク６のフィン６２の突出高さよりも低く設定されている。つまり、第一方向Ｆから見て、フィン６２の先端部は支持板７１の上方に突出している。これにより、フィン６２における支持体７１に遮られる面積が減少するため、ヒートシンク６としてより効率的に放熱を行うことが可能とされている。また、支持板７１は、第一方向Ｆの両側からヒートシンク本体６１に当接している。つまり、支持板７１とヒートシンク本体６１とは熱的に接続されている。なお、両者が熱的に接続されている限りにおいて、支持板７１とヒートシンク本体６１との間にわずかな隙間が形成されていてもよい。この場合、電子基板５を介して支持板７１とヒートシンク本体６１とが熱的に接続される。

図３に示すように、素子本体７２は、支持板７１の表面で第一方向Ｆに直交する方向に間隔をあけて複数配列されている。素子本体７２として具体的には紫外線照射型のＬＥＤが用いられる。特に、波長が２８０ｎｍ以下のＵＶＣと呼ばれる紫外線を発することが可能なＬＥＤが素子本体７２として好適に用いられる。図２に示すように、光照射素子７Ａの素子本体７２は、ファン１側に向かう方向を光軸中心として光を照射する。また、この光軸中心を基準として６０°程度の広がりをもって光を照射する。光照射素子７Ｂの素子本体７２は、エバポレータ４側に向かう方向を光軸中心として光を照射する。また、この光軸中心を基準として６０°程度の広がりをもって光を照射する。つまり、光照射素子７Ａ，７Ｂは、フィン６２の延びる方向に交差する方向に光を照射可能に構成されている。さらに言い換えれば、光照射素子７Ａ，７Ｂは、第一方向Ｆにおいてヒートシンク６が位置する側とは反対側に向かってそれぞれ光を照射可能に構成されている。なお、図２中に矢印で示すように、第一方向Ｆに直交する方向にまで光を照射可能な（つまり、光軸からの広がり角度が９０°程度の）ＬＥＤを素子本体７２として用いることも可能である。

電子基板５の厚さ方向における両面のうち、上記の第一面５Ａとは反対側の面は第二面５Ｂとされている。第二面５Ｂには、ファン１を駆動するための制御回路の一部であるパワー素子８が実装されている。パワー素子８として具体的にはパワートランジスタやＭＯＳＦＥＴ等が挙げられる。パワー素子８は駆動に伴って発熱する。この熱は、電子基板５を介してヒートシンク６に伝達される。つまり、ヒートシンク６は、上述の光照射素子７Ａ，７Ｂに加えてパワー素子８とも熱的に接続されている。

さらに、図４に示すように、パワー素子８、及び光照射素子７Ａ，７Ｂと、電源Ｓとは、単一のハーネス９によって接続されている。つまり、このハーネス９の導通を解除すると、パワー素子８と光照射素子７Ａ，７Ｂに対する給電が同時に停止されるように構成されている。

（作用効果）
次に、本実施形態に係る車両用空調装置１００、及び光照射ユニット９０の動作について説明する。車両用空調装置１００を運転するに当たっては、まずファン１を駆動する。また、不図示のコンプレッサを駆動することで、エバポレータ４を含む冷媒回路を動作させる。これにより、ファン１からダクト３を経て導かれた外部の空気がエバポレータ４に接触して冷媒と熱交換を行う。その結果、温度調節された送風が車内に供給される。

ここで、ダクト３内では、疾病の原因となるウイルスや、カビの原因となる細菌が発生・増殖してしまう虞がある。そこで、本実施形態ではダクト３内に光照射ユニット９０が設けられている。光照射ユニット９０から照射される紫外線によって、ダクト３内を流通する送風そのものや、ダクト３につらなる部分に配置されているファン１、及びエバポレータ４、さらにはダクト３の内壁３Ａに対して殺菌処理を施すことができる。特に、光照射素子７Ａ，７Ｂとして紫外線照射型のＬＥＤを用いていることから、従来用いられていた殺菌灯（蛍光管）よりも小さな消費電力のもとで殺菌処理を行うことができる。

光照射素子７Ａ，７Ｂは動作に伴って発熱する。この熱は、ヒートシンク６を通じてダクト３内を流通する送風中に発散される。さらに、このヒートシンク６はパワー素子８の発する熱を発散させるためにも用いられる。つまり、本実施形態では、ヒートシンク６は、パワー素子８と光照射素子７Ａ，７Ｂの双方を冷却するために用いられている。これにより、例えばパワー素子８と光照射素子７Ａ，７Ｂのそれぞれ専用のヒートシンクを設けた場合に比べて、占有スペースを削減することができる。その結果、車両用空調装置１００、及び光照射ユニット９０の寸法体格を小さく抑えることができる。

このように、上記構成によれば、光照射素子７Ａ，７Ｂの発熱をヒートシンク６によって効率的に放散させることができる。さらに、ヒートシンク６のフィン６２と光照射素子７Ａ，７Ｂとがともに電子基板５の第一面５Ａ側に設けられていることから、例えばこれらが互いに異なる方向に延びている場合に比べて装置の寸法体格を小さく抑えることができる。特に、フィン６２がダクト３の外側に突出している場合、車両の他の機器と干渉する可能性がある。上記構成によれば、このような可能性が低減され、車両の機器レイアウトの自由度を高めることが可能となる。

また、上記の構成によれば、送風によってフィン６２から熱を奪い、光照射素子７Ａ，７Ｂを冷却することが可能となる。さらに、この光照射素子７Ａ，７Ｂによって、送風自体や、ダクト３内に露出する他の機器（ファン１、エバポレータ４、及びダクト３の内壁３Ａ）に対しても安定的に殺菌効果を与えることができる。加えて、光照射素子７Ａ，７Ｂとヒートシンク６がともに電子基板５の同じ側の面に設けられていることから、殺菌（光照射）対象の流体自体を利用して、光照射ユニット９０自体を冷却することもできる。

さらに、上記構成によれば、パワー素子８と光照射素子７Ａ，７Ｂとに対して単一のハーネス９から電力が供給される。したがって、例えばメンテナンス作業時には、このハーネス９を取り外す（導通を解除する）ことで、パワー素子８と光照射素子７Ａ，７Ｂとを同時にオフ状態とすることができる。これにより、作業者が有害な光線に曝されてしまう可能性を低減することができる。特に、紫外線は不可視光であることから、作業中に発光に気づかずに暴露されてしまう可能性が高い。上記構成によればこのような可能性が低減され、作業をより安全に進めることが可能となる。

以上、本開示の実施形態について説明した。なお、本開示の要旨を逸脱しない限りにおいて上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、光照射素子７Ａ，７Ｂとして上記実施形態ではＵＶＣを発するＬＥＤを用いた例について説明した。しかしながら、光照射素子７Ａ，７Ｂとして他の波長の紫外線を発するＬＥＤを用いることも可能である。また、ヒートシンク６の他の態様として、フィン６２に代えて複数のピンを有するタイプを用いることも可能である。

＜付記＞
各実施形態に記載の光照射ユニット９０、及び車両用空調装置１００は、例えば以下のように把握される。

（１）第１の態様に係る光照射ユニット９０は、板状をなすヒートシンク本体６１、及び、該ヒートシンク本体６１の第一主面６Ａから突出するフィン６２を有するヒートシンク６と、前記ヒートシンク本体６１における前記第一主面６Ａの反対側の第二主面６Ｂに積層されている電子基板５と、前記電子基板５の前記ヒートシンク６が設けられている側の面である第一面５Ａに搭載された光照射素子７Ａ，７Ｂと、を備える。

上記構成によれば、光照射素子７Ａ，７Ｂの発熱をヒートシンク６によって効率的に放散させることができる。さらに、ヒートシンク６のフィン６２と光照射素子７Ａ，７Ｂとがともに電子基板５の第一面５Ａ側に設けられていることから、例えばこれらが互いに異なる方向に延びている場合に比べて装置の寸法体格を小さく抑えることができる。

（２）第２の態様に係る光照射ユニット９０では、前記光照射素子７Ａ，７Ｂは、前記フィン６２の延びる方向に光を照射可能に構成されている。

例えば光照射ユニット９０を車両用空調装置１００のダクト３内に設けた場合、フィン６２の周囲を送風が流通する。上記の構成によれば、送風によってフィン６２から熱を奪い、光照射素子７Ａ，７Ｂを冷却することが可能となる。さらに、この光照射素子７Ａ，７Ｂによって、送風自体や、ダクト３内に露出する他の機器に対しても安定的に殺菌効果を与えることができる。特に、フィン６２の延びる方向に光を照射することで、送風に光が当たる時間が長く確保され、より効果的に殺菌処理を行うことが可能となる。

（３）第３の態様に係る光照射ユニット９０では、前記光照射素子７Ａ，７Ｂは、前記ヒートシンク６が位置する側とは反対側に向かって光を照射可能に構成されている。

上記構成によれば、例えば光照射ユニット９０を車両用空調装置１００のダクト３内に設けた場合、光照射素子７Ａ，７Ｂによって、送風自体や、ダクト３内に露出する他の機器に対して安定的に殺菌効果を与えることができる。

（４）第４の態様に係る車両用空調装置１００は、空気を圧送するファン１と、該ファン１から圧送された空気が流通するとともに内面（内壁３Ａ）に光照射ユニット９０が取り付けられたダクト３と、前記空気の第一方向Ｆにおける前記ダクト３の下流側に設けられたエバポレータ４と、を備える。

上記構成によれば、光照射素子によって、送風自体や、ファン１、エバポレータ４に対して安定的に殺菌効果を与えることができる。

（５）第５の態様に係る車両用空調装置１００では、前記光照射素子７Ａ，７Ｂは、前記ファン１側を向く方向と、前記エバポレータ４側を向く方向に光を照射可能に構成されている。

上記構成によれば、光照射素子７Ａ，７Ｂによって、送風自体や、ダクト３内に露出するファン１、エバポレータ４に対して安定的に殺菌効果を与えることができる。

（６）第６の態様に係る車両用空調装置１００は、前記電子基板５上に配置され、前記ファン１の駆動を制御するパワー素子８と、該パワー素子８、及び前記光照射素子７Ａ，７Ｂに電力を供給するハーネス９と、をさらに備える。

上記構成によれば、パワー素子８と光照射素子７Ａ，７Ｂとに対して単一のハーネス９から電力が供給される。したがって、例えばメンテナンス作業時には、このハーネス９を取り外すことで、パワー素子８と光照射素子７Ａ，７Ｂとを同時にオフ状態とすることができる。これにより、作業者が有害な光線に曝されてしまう可能性を低減することができる。

１００ 車両用空調装置
９０ 光照射ユニット
１ ファン
２ ファンケース
３ ダクト
３Ａ 内壁
４ エバポレータ
５ 電子基板
５Ａ 第一面
５Ｂ 第二面
６ ヒートシンク
６Ａ 第一主面
６Ｂ 第二主面
６１ ヒートシンク本体
６２ フィン
７Ａ，７Ｂ 光照射素子
７１ 支持板
７２ 素子本体
８ パワー素子
９ ハーネス
Ｓ 電 源

Claims (6)

1. 板状をなすヒートシンク本体、及び、該ヒートシンク本体の第一主面から突出するフィンを有するヒートシンクと、
   前記ヒートシンク本体における前記第一主面の反対側の第二主面に積層されている電子基板と、
   前記電子基板の前記ヒートシンクが設けられている側の面である第一面に搭載された光照射素子と、
   を備える光照射ユニット。
2. 前記光照射素子は、前記フィンの延びる方向に光を照射可能に構成されている請求項１に記載の光照射ユニット。
3. 前記光照射素子は、前記ヒートシンクが位置する側とは反対側に向かって光を照射可能に構成されている請求項１又は２に記載の光照射ユニット。
4. 空気を圧送するファンと、
   該ファンから圧送された空気が流通するとともに内面に請求項１から３のいずれか一項に記載の光照射ユニットが取り付けられたダクトと、
   前記空気の流れ方向における前記ダクトの下流側に設けられたエバポレータと、
   を備える車両用空調装置。
5. 前記光照射素子は、前記ファン側を向く方向と、前記エバポレータ側を向く方向にそれぞれ光を照射可能に構成されている請求項４に記載の車両用空調装置。
6. 前記電子基板上に配置され、前記ファンの駆動を制御するパワー素子と、
   該パワー素子、及び前記光照射素子に電力を供給するハーネスと、
   をさらに備える請求項４又は５に記載の車両用空調装置。

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