CN102785550B - 车辆用供暖装置的加热单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆用供暖装置的加热单元，其减少车辆的供暖所消耗的电力，延长车辆的可行驶距离并且延长充电周期。加热单元构成为包括：框体，设置在送风流路内，具有送风空气能流通的中空部，由送风空气能流入及流出送风方向上风侧及下风侧的开口、且能电磁屏蔽微波的金属材料构成；担载体，设置在该框体的中空部内；微波吸收发热体，对于该担载体隔开适宜的间隔配置许多个，具有两端部在担载体的送风方向上风侧及下风侧开口了的中空部；以及微波输出单元，设置在框体内，朝向各个微波吸收发热体输出微波。

Description

车辆用供暖装置的加热单元

技术领域

本发明涉及车辆用供暖装置的加热单元，详细涉及在车辆用空调单元或车辆空气管道内设置吸收微波而发热的微波吸收发热体，以低消耗电力对送风的空气进行加热的加热单元。

背景技术

近年来，为了谋求车辆的燃料效率提高并且减少CO₂气体排出量，提出开发各种混合动力车辆、电动车辆。在这些车辆中，特别是电动车辆由于在以电动机对车辆进行行驶驱动时利用搭载的电池（蓄电池）的电力来驱动电动机，所以有电力消耗显著、续航距离变短的问题。因此，虽然通过增大搭载的电池容量能使续航距离变长，但与此伴随地存在车辆重量增大、电力的消耗效率变低、可行驶距离（续航距离）变短并且充电频度变高的问题。

像这样的混合动力车辆、电动车辆需要将在确保行驶、行驶时的安全性的电气安装设备以外的例如车辆用空调装置中消耗的电力抑制为最小限度。作为减少车辆用空调装置的消耗电力的技术，例如提出了在专利文献1中示出的车辆用空调装置。

在专利文献1示出的车辆用空调装置中，作为设置在车辆空调单元内的加热构件使用排列有许多PTC热敏电阻的PTC加热器（Positive Temperature Coefficient，正温度系数），在上述车辆用空调装置中设置有求取能向PTC加热器供给的车辆剩余电力的剩余电力取得单元、以及求取根据PTC热敏电阻的温度而变化的PTC加热器的消耗电力的消耗电力取得单元，通过基于以剩余电力取得单元求取的剩余电力和以消耗电力取得单元求取的消耗电力来控制PTC热敏电阻，从而减少供暖时的消耗电力。

虽然上述PTC加热器是具有随着温度上升而消耗电力变低的特性的加热器，但是在如寒冷时、行驶开始时等那样，车辆的空调温度不上升因此PTC加热器担载体的温度不上升的条件下，依然有消耗较多的电力的问题。特别是在电动车辆中，由于车辆的行驶驱动能量全部依赖于电池，所以当车辆用空调装置的消耗电力增大时，有车辆的行驶距离变短并且充电周期变短的问题。

专利文献

专利文献1：日本特开2008-13115号公报。

发明内容

要解决的问题点在于，车辆的空调特别是供暖需要的消耗电力多，车辆的可行驶距离变短并且充电周期变短的问题。

本发明的最主要的特征在于，在向车辆内送风的内气及外气的至少任一种送风空气的送风流路设置并对送风空气进行加温的车辆用供暖装置中，本发明具备：框体，设置在所述送风流路内，具有送风空气能流通的中空部，送风空气能流入及流出送风方向上风侧及下风侧的开口，并且该框体由能电磁屏蔽微波的金属材料构成；担载体，设置在该框体的中空部内；微波吸收发热体，对于该担载体隔开适宜的间隔配置许多个，具有两端部在担载体的送风方向上风侧及下风侧开口了的中空部；以及微波输出单元，设置在框体内，朝向各个微波吸收发热体输出微波，所述加热单元在送风空气在微波吸收发热体的中空部内从送风方向上风侧向下风侧流通时，通过伴随着微波吸收发热体的微波吸收的发热对送风空气进行加热。

本发明能减少车辆的供暖所消耗的电力，能增长车辆的可行驶距离并且增长充电周期。

附图说明

图1是表示实施例1的车辆用空调装置的空调单元的概略的剖面说明图。

图2是加热单元的剖面说明图。

图3是加热器芯的部分切断说明图。

图4是表示根据实施例1的加热作用的说明图。

图5是部分切断实施例2的加热单元来表示的剖面说明图。

图6是加热器芯的部分切断说明图。

图7是表示根据实施例2的加热作用的说明图。

具体实施方式

本发明最优选的实施方式是在内气及外气的至少任一种送风空气在微波吸收发热体的中空部内流通时，通过伴随着微波的吸收而发热的微波吸收发热体对流通的送风空气进行加热。

实施例1

以下，按照表示将本发明的车辆用供暖装置配置在空调单元内的实施例的图来说明本发明。

图1至图3表示混合动力车辆用的车辆用空调装置的例子，构成车辆用空调装置的空调单元1配设在车内的仪表板的下方，通过未图示的鼓风机（blower fan）的旋转经由内外气切换门而吸入的内气及外气的至少任一种送风空气（包含内气及外气的混合空气。）经由空气导入口3向空调单元1内送风。向空调单元1送风的空气通过蒸发器并被冷却后，以与空气混合门的开度对应的比率在车辆用供暖装置的加热单元7中通过或分路（by pass），生成为规定温度的空调风。该空调风经由按照吹出模式而开闭的吹出口门从空调单元1流出，经过管道向车内送风。

再有，图中的符号9是用于在排气（vent）模式时从排气吹出口朝向乘客送风的排气口，11是用于在除霜模式时从除霜吹出口朝向窗户的内侧送风的除霜口，13是用于在足部模式时从足部吹出口朝向乘客的脚下送风的足部口。此外，在到达上述各口9、11、13的空调单元1内分别设置有开闭送风的门，但省略图示。

上述车辆用供暖装置的加热单元7的框体15是送风方向的两端侧开口了的圆筒或方筒形状，以后述的反射微波的不锈钢、铝等的金属材料形成。而且，在该框体15内的送风方向中间部，以相对送风方向正交的方式配置有加热器芯17。该加热器芯17构成为包括：担载体21，在内部呈折返状地形成冷却水流路19而使冷却水能流通；以及管状的微波吸收发热体23，以在上述担载体21的内壁及冷却水流路19的隔壁19a中相互邻接的方式配置有许多个，在送风方向具有轴线，具有中空部23a，该中空部23a在轴线方向两端在上述担载体21的送风方向上风的面及下风的面进行开口。

再有，在加热器芯17的内部，发动机冷却水在上述冷却水流路19中通过而循环，在寒冷时、起动开始时，通过后述的微波吸收发热体23的加热作用被加温，并且在发动机冷却水的温度上升时，对微波吸收发热体23进行加温使流通的送风空气加热。此外，图中的符号17a是冷却水的导入口，17b是排出口。

上述担载体21例如由使微波频带（2～10GHz）的微波透过的导磁性陶瓷、耐热性合成树脂等形成。此外，微波吸收发热体23由具有微波吸收特性的例如铁氧体、坡莫合金、氧化渣等的电磁波吸收材料形成。由于微波吸收发热体23和担载体21是同样的烧结材料，所以能够通过将它们以一体化的状态进行成形并烧制来制造。

再有，在将微波吸收发热体23的电磁波吸收材料定为氧化渣的情况下，通过将氧化渣的粉末混合到陶瓷并进行烧制从而能够获得。

而且在上述框体15的外侧安装有构成微波输出单元的一部分的微波振荡装置25。此外，在与加热器芯17的送风方向上风侧对应的框体15的内部，安装有连接于微波振荡装置25的构成微波输出单元的一部分的天线构件27，使从微波振荡装置25振荡的微波朝向各个微波吸收发热体23输出。

上述微波振荡装置25由半导体微波振荡器构成，该半导体微波振荡器由以例如50～100W输出微波频带（2～10GHz）的微波的激光二极管及多级放大器构成。作为微波，优选是利用电波法等分配为工业用、科学用、医疗用等的用途的例如2.45GHz频带，但并不限定于上述频率及输出。此外，作为微波振荡构件，通常为人所知的是磁控管，但对于如本实施例那样的搭载于车辆的用途，由于振动、热等导致真空管破损的可能性高，所以半导体微波振荡器是适合的。

在上述框体15的送风方向上风侧端部及下风侧的开口部，以覆盖开口部整体的方式安装有微波屏蔽构件29/31，所述微波屏蔽构件29/31具有由比从微波振荡装置25发送的微波的1/4λ小的尺寸构成的许多开口29a/31a。该微波屏蔽构件29/31是在例如不锈钢、铝等的金属板对上述的许多开口29a/31a进行冲孔（punching）加工的结构，或将在金属纤维、合成树脂丝覆盖有导电性树脂的导电材料以具有上述的许多开口29a/31a的方式进行编织的网构造，或利用导电性树脂以具有上述的许多开口29a/31a的方式成形的导电性树脂片材（板）等的任一个均可。

再有，上述微波振荡装置25根据通过在各个吹出口附近、加热单元7的送风方向下风侧设置的温度传感器（未图示）感测的空气的温度而被ON-OFF控制，以送出预先设定的温度的空气的方式进行控制。此外，上述框体15及微波屏蔽构件29/31被电接地。

接着，对利用以上述方式构成的车辆用供暖装置的加热单元7的送风空气的加热作用进行说明。

在寒冷时、发动机的起动开始时，当起动器（starter）被ON操作而起动发动机时，在车辆用空调装置的工作开关置为ON的情况下，以旋转驱动鼓风机向空调单元1内送风的空气通过蒸发器5及加热单元7内的加热器芯17的微波吸收发热体23内而流通的方式送风，并且使微波振荡装置25进行ON工作，从天线构件27朝向各个微波吸收发热体23输出微波。

此时，微波吸收发热体23将透过担载体21的微波、直接输出的微波利用其磁场损失、电场损失变换成热能量进行吸收，由此发热并使在中空部23a内流通的送风空气加热。（参照图4）

再有，从天线构件27向框体15内输出的微波的多数一边在框体15内反射一边被微波吸收发热体23吸收而向热能量变换，但在框体15内微波的一部分被朝向开口部侧反射，可是由于微波相对于设置在开口部的各微波屏蔽构件29/31的开口部29a/31a不能通过，所以限制向外部的漏出。由此防止微波对搭载于车辆的电子设备的无线电干扰。此外，发热了的微波吸收发热体23不仅对送风空气进行加热，而且通过热能量的一部分使在冷却水流路19中流通的冷却水加热。

而且在冷却水的温度上升到能对送风空气进行加温的温度时、或利用加热单元7加热并向车辆室内吹出的送风空气被加温至预先设定的温度时，使微波振荡装置25进行OFF工作，使利用加热单元7的送风空气的加热停止。另一方面，在被送风的送风空气的温度变为设定温度以下时，再次使微波振荡装置25进行ON工作，利用加热单元7使送风空气加温。

在表1中示出了从微波振荡装置25输出的微波导致微波吸收发热体23的温度上升。在该例子中，将微波振荡装置的输出设为100W、将微波的波长设为2.45GHz。

[表1]

如上所述在微波吸收发热体23的中空部23a内流通的送风空气利用通过微波发热的微波吸收发热体23在约1分钟的期间被加热至75℃。

由于在本实施例中，作为对送风空气进行加热的单元能够使用吸收低输出的微波而发热的微波吸收发热体23将送风空气加热至期望的温度，所以能减少供暖需要的电的消耗量。

实施例2

图5及图6示出了电动车辆用或适用于搭载有风冷发动机的混合动力车辆的车辆用空调装置的例子，除以下述方式构成加热单元51的加热器芯53的点以外，关于其它的结构由于和实施例1相同，所以附加同一符号而省略详细的说明。

对于加热单元51的框体15，以在送风方向中间部相对于送风方向正交的方式配置有加热器芯53。该加热器芯53的担载体55以导磁性陶瓷、耐热性合成树脂材料等构成为能封闭框体15的空间部的尺寸的板状。在该担载体55在纵方向及横方向隔开规定的间隔设置有在送风方向具有轴线、在中心部具有中空部57a的许多微波吸收发热体57。上述微波吸收发热体57由铁氧体、坡莫合金等的电磁波吸收构件形成为管状。

再有，图示的微波吸收发热体57采用其轴线方向端与担载体55的送风方向上风的面及下风的面一致的结构，但是采用使轴线方向的各端部从担载体55的各面突出的结构也可。

接着，对利用以上述方式构成的车辆用供暖装置的加热单元53的空气的加热作用进行说明。

在寒冷时、发动机的起动开始时，当起动器被ON操作而起动发动机时，在车辆用空调装置的工作开关置为ON的情况下，以旋转驱动鼓风机向空调单元50内送风的空气通过蒸发器5及加热单元51内的加热器芯53的微波吸收发热体57内而流通的方式送风，并且使微波振荡装置25进行ON工作，从天线构件27朝向各个微波吸收发热体57输出微波。

此时，微波吸收发热体57将输出的微波利用其磁场损失、电场损失进行热能量变换而进行吸收，由此发热并使在中空部57a内流通的送风空气加热。（参照图7）

而且，在利用加热单元51加热并向车辆室内吹出的送风空气被加温至预先设定的温度时，基于来自上述温度传感器的信号对微波振荡装置25进行OFF控制，使利用加热单元51的送风空气的加热停止，另一方面，相反地在被送风的送风空气的温度变为设定温度以下时，使微波振荡装置25再次进行ON工作，利用加热单元51使送风空气加温。

在实施例1及2的说明中，采用将加热单元收容在空调单元内的结构，但本发明中的加热单元的安装处所并不限定于此，是设置在将送风空气向车辆内送风的送风管道的一部分的结构也可。

在上述说明中，对将担载体21、55作为导磁性陶瓷材料或耐热性合成树脂材料进行了说明，但作为本发明的担载体，是以不锈钢材料、铝材料制成的板状的金属材料也可。在以金属板构成担载体的情况下，在担载体设置有分别插嵌各微波吸收发热体的安装孔来固定各微波吸收发热体的端部，使其大部分向微波输出单元侧突出。

由此微波吸收发热体对直接输出的微波、通过框体内或担载体反射的微波进行吸收而发热，使在中空部内流通的送风空气加热。

此外，在对金属制的担载体以各端部分别向送风方向的上风侧及下风侧突出的方式安装微波吸收发热体的情况下，即采用以对担载体的安装孔插嵌微波吸收发热体的轴线方向中间部而各端部向送风方向的上风侧及下风侧突出的方式来进行安装的结构也可。在该情况下，在担载体的送风方向上风侧及下风侧的两侧设置微波输出单元，使向各侧突出的微波吸收发热体吸收微波来对在中空部内流通的送风空气进行加热即可。

在上述说明的加热单元中对主要作为在混合动力车辆、电动车辆的供暖装置中使用的单元进行了说明，但即使对于搭载除此之外的发动机的车辆，也能够在将发动机的冷却水作为热源的加热器芯的送风方向上风侧或下风侧配置本发明的加热单元，作为在到冷却水温度上升为止的期间中对送风空气进行加热的辅助加热单元来使用。

Claims (10)

1.一种车辆用供暖装置的加热单元，所述车辆用供暖装置在向车辆内送风的内气及外气的至少任一种送风空气的送风流路设置并对送风空气进行加温，其中，所述加热单元，具备：

框体，设置在所述送风流路内，具有送风空气能流通的中空部，送风空气能流入及流出送风方向上风侧及下风侧的开口，并且该框体由能电磁屏蔽微波的金属材料构成；

担载体，以在与送风方向正交的方向具有平面而能阻断送风空气的方式设置在该框体的中空部内；

许多个微波吸收发热体，对于该担载体以隔开适宜的间隔并且在与送风方向一致的方向具有轴线的方式配置，具有送风方向上风侧及下风侧的各端部分别开口了的中空部；

微波振荡装置，设置在框体外；以及

天线构件，设置在框体内，将来自所述微波振荡装置的微波输出到各个微波吸收发热体，

所述加热单元在送风空气在微波吸收发热体的中空部内从送风方向上风侧向下风侧流通时，通过伴随着微波吸收发热体的微波吸收的发热对送风空气进行加热。

2.根据权利要求1所述的车辆用供暖装置的加热单元，其中，加热单元设置在车辆用空调装置的空调单元内。

3.根据权利要求1所述的车辆用供暖装置的加热单元，其中，加热单元设置在使送风空气流通的送风管道的一部分。

4.根据权利要求1所述的车辆用供暖装置的加热单元，其中，担载体由使微波透过的导磁性陶瓷材料构成，并且微波吸收发热体由铁氧体材料、坡莫合金、氧化渣的至少任一种构成。

5.根据权利要求1所述的车辆用供暖装置的加热单元，其中，担载体由耐热性合成树脂材料构成，并且微波吸收发热体由铁氧体材料、坡莫合金、氧化渣的至少任一种构成。

6.根据权利要求1所述的车辆用供暖装置的加热单元，其中，担载体由反射微波并具有和微波吸收发热体的中空部一致的开口的金属材料构成。

7.根据权利要求6所述的车辆用供暖装置的加热单元，其中，微波吸收发热体以相对金属制担载体向设置有天线构件的一侧突出的方式安装。

8.根据权利要求1所述的车辆用供暖装置的加热单元，其中，微波吸收发热体是在和送风方向一致的方向具有轴线的管形状，轴线方向的各端部从担载体的送风方向上风侧的面及下风侧的面突出。

9.根据权利要求1所述的车辆用供暖装置的加热单元，其中，在担载体中，在内部呈折返状地设置有冷却水流通的冷却水流路，能对在微波吸收发热体的中空部内流通的送风空气和冷却水一起进行加热。

10.根据权利要求1所述的车辆用供暖装置的加热单元，其中，在所述框体的送风方向上风侧及下风侧的开口部，分别设置有具有能使送风空气流入及流出且内径为微波的1/4波长以下、并且电磁屏蔽微波的许多开口的微波屏蔽构件。