-
Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Anbaustruktur für
eine Halbleitervorrichtung an einer Hilfs-Heizeinrichtung in einer
Klimatisierungseinheit.
-
In Hinblick auf eine Fahrzeugklimaanlage sind
ein Verdampfer und ein Heizkern in einem Klimatisierungs-Einheitsgehäuse vorgesehen.
In dem Einheitsgehäuse
wird Luft mittels des Verdampfers und des Heizkerns gekühlt und
erhitzt, sodass die Temperatur der Luft auf eine Einstelltemperatur
geregelt wird. Dann wird die Luft in einen Fahrgastraum eingeblasen.
-
Der Heizkern erwärmt die Luft mit Hilfe von Wärme von
Motorkühlwasser,
das durch den Heizkern hindurch umläuft. Beim Starten des Motors,
insbesondere in kalten Klimazonen und wenn die Temperatur des Kühlwassers
niedrig ist, ist es für
den Heizkern schwierig, eine ausreichende Wärmequelle aus dem Motorkühlwasser
zu erreichen. Daher nimmt es Zeit in Anspruch, den Fahrgastraum
auf die Einstelltemperatur zu erwärmen.
-
Zur Erwärmung des Fahrgastraums mittels der
Heißwasser-Heizeinrichtung
in minimaler Zeit nach dem Starten des Motors ist vorgeschlagen
worden, eine Hilfs-Heizeinrichtung mit einem Heizzwecken dienenden
Rippenelement vorzusehen. Diese Art einer Heizeinrichtung ist beispielsweise
in
JP-A-11-208 251 und
in JP-A-2000-108 645 offenbart.
-
Gemäß Darstellung in 3 ist eine Hilfs-Heizeinrichtung 36 beispielsweise
parallel zu einem Heizkern 35 in einer Klimatisierungseinhalt
angeordnet. Wenn der Betrieb der Hilfs-Heizeinrichtung 36 manuell
oder automatisch gleichzeitig mit dem Starten des Motors gestartet
wird, kann die Luft mittels der Hilfs-Heizeinrichtung 36 sogar
dann erwärmt werden,
wenn die Luft mittels des Heizkerns 35 nicht ausreichend
erwärmt
wird.
-
Jedoch weist die Hilfs-Heizeinrichtung 36 einen
Regler 38 auf, und sind Halb leiterelemente 40, beispielsweise
Leistungstransistoren, zur elektrischen Beheizung eines Rippenelements 39 in
dem Regler 38 eingebettet. In einem Fall, bei dem der Regler 38 an
der Seitenfläche
eines Heizkörpers 36 gemäß Darstellung
in 3 angebracht ist,
werden die Halbleiterelemente 40 durch die Wärme des
Heizkörpers 37 wahrscheinlich
beeinträchtigt.
Nachdem die Temperatur des Heizkerns 35 auf eine Einstelltemperatur
erhöht
worden ist, beendet die Hilfs-Heizeinrichtung 36 den
Heizbetrieb, und wird sie dann einer Abkühlung ohne Fremdhilfe überlassen.
Daher ist die Kühlwirkung
der Halbleiterelemente 40 nicht ausreichend. Des weiteren
werden teure MOS-FETs (Metalloxid-Silizium-Feldeffekttransistoren) als Halbleiterelemente 40 zur
Schaffung eines geeigneten elektrischen Stroms verwendet. Auch ist
es, weil der Regler 38 in die Hilfs-Heizeinrichtung 36 integriert
ist, schwierig, den Regler 38 separat auszutauschen.
-
Die vorliegende Erfindung ist in
Hinblick auf den vorstehenden Sachverhalt gemacht, und es ist eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anbaustruktur für ein Halbleiterelement
an einer Hilfs-Heizeinrichtung einer Klimatisierungseinheit zu schaffen,
die in der Lage ist, die Kühlwirkung
und die Haltbarkeit des Halbleiterelements zu verbessern.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung
weist eine Anbaustruktur eine Klimatisierungseinheit, die einen
Luftdurchtritt begrenzt, durch den hindurch Luft strömt, einen
Wärmetauscher
zur Erwärmung
von Luft und eine Hilfs-Heizeinrichtung auf. Der Wärmetauscher
und die Hilfs-Heizeinrichtung sind in der Klimatisierungseinheit
angeordnet. Der Wärmetauscher führt einen
Wärmeaustausch
zwischen Luft und einem Fluid durch, das im Inneren des ersten Wärmetauschers
strömt,
wodurch die Luft erwärmt
wird. Die Hilfs-Heizeinrichtung weist ein Heizelement zum Erwärmen von
Luft und ein Halbleiterelement zur Regelung der Zuführung von
elektrischem Strom zu dem Heizelement auf. Das Halbleiterelement
ist in einer von dem Heizelement getrennten Position angeordnet.
-
Wenn das Halbleiterelement von dem
Heizelement getrennt angeordnet ist, erfährt das Halbleiterelement keine
Erhöhung
der Temperatur von dem Heizelement aus. Entsprechend ist die Kühlwirkung des
Halbleiterelements verbessert. Weiter ist die Haltbarkeit des Halbleiterelements
verbessert.
-
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung sind deutlicher aus der nachfolgenden Detailbeschreibung
zu ersehen, die auf die beigefügten
Zeichnungen Bezug nimmt, in denen zeigen:
-
1 einen
Schnitt durch eine Klimatisierungseinheit mit einer PTC-Heizeinrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
2 eine
perspektivische Ansicht der PTC-Heizeinrichtung und eines Heizkerns
zur Darstellung einer Anbaustruktur eines PTC-Reglers an einem PTC-Heizkörper gemäß der Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung; und
-
3 eine
perspektivische Ansicht einer PTC-Heizeinrichtung und eines Heizkerns
des Standes der Technik.
-
Nachfolgend wird eine bevorzugte
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
beschrieben.
-
Gemäß 1 weist eine Klimatisierungseinheit 1 für ein Fahrzeug
im Allgemeinen ein Einheitsgehäuse 2,
einen Verdampfer 5 und einen Heizkern 6 auf. Das
Einheitsgehäuse 2 bildet
einen Luft-Einlassanschluss 4 in einer luftstromaufwärtigen Position
(an der in 1 linken
Seite). Der Verdampfer 5 ist im Einheitsgehäuse 2 vorgesehen.
Der Verdampfer 5 kühlt
Luft, die von dem Luft-Einlassanschluss 4 aus eingeführt wird,
im Wege des Wärmeaustauschs. Der
Heizkern 6 ist im Einheitsgehäuse 2 stromabwärts des
Verdampfers 5 vorgesehen. Der Heizkern 6 erwärmt die
gekühlte
Luft, die durch den Verdampfer 5 hindurchgetreten ist.
Das Einheitsgehäuse 2 bildet
weiter eine Luftmischkammer 7 zum Mischen der gekühlten Luft
und der erwärmten
Luft, um hierdurch die Temperatur der in einen Fahrgastraum einzublasenden
Luft zu regeln.
-
Eine Hilfs-Heizeinrichtung 20 der
Ausführungsform
(nachfolgend als PTC-Heizeinrichtung (Heizeinrichtung
mit positivem Temperaturkoeffizienten) bezeichnet) ist stromabwärts des
Heizkerns 6 in dem Einheitsgehäuse 2 vorgesehen.
Die PTC-Heizeinrichtung 20 ist parallel zum Heizkern 6 angeordnet,
sodass die Luft, die durch den Heizkern 6 hindurchgetreten
ist, weiter durch die PTC-Heizeinrichtung 20 hindurchtritt.
-
Eine Luftmisch-Schaltklappe 11 ist
in einer Position stromabwärts
des Verdampfers 5 vorgesehen. Die Luftmisch-Schaltklappe 11 bewegt
sich, um das Volumen der gekühlten
Luft, die dem Heizkern 6 zuzuführen ist, und das Volumen der
gekühlten
Luft, die der Luftmischkammer 7 zuzuführen ist, zu regeln. Stromabwärts der
Luftmischkammer 7 bildet das Einheitsgehäuse 2 eine Kopfraum-Öffnung 13,
durch die hindurch Luft, die zu dem oberen Bereich des Fahrgastraums
zu blasen ist, hindurchtritt, eine Defroster-Öffnung 16, durch die
hindurch Luft, die in Richtung zur Windschutzscheibe zu blasen ist,
hindurchtritt, und eine Fußraum-Öffnung 17,
durch die hindurch Luft, die zu dem unteren Bereich des Fahrgastraums
zu blasen ist, hindurchtritt. Eine Kopfraum-Luftverteilungsklappe 14,
eine Defroster-Luftverteilungsklappe 16 und eine Fußraum-Luftverteilungsklappe 18 sind
dazu vorgesehen, die Kopfraum-Öffnung 13,
die Defroster-Öffnung 15 bzw.
die Fußraum-Öffnung 17 zu öffnen und
zu schließen.
-
Gemäß 2 ist die PTC-Heizeinrichtung 20 aus
einem PTC-Heizkörper 21 und
einem Regler 25 gebildet. Der PTC-Heizkörper 21 bildet ein
Heizgehäuse,
und ein Rippenelement 22 ist darin angeordnet. Das Rippenelement 22 dient
als Heizelement und weist parallele Rippen auf. Der Regler 25 ist
aus einer gedruckten Leiterplatte 24 und einem elektrischen
Verbinder 23 gebildet. Der elektrische Verbinder 23 ist
an einer Seitenfläche
des PTC-Heizkörpers 21 angeordnet.
Die gedruckte Leiterplatte 24 ist derart angebracht, dass
ihr erstes Ende mit dem elektrischen Verbinder 23 verbunden
ist und ihr zweites Ende mit dem Heizkern 6 verbunden ist.
-
Die gedruckte Leiterplatte 24 besitzt
die Form einer rechteckigen Platte. Die gedruckte Leiterplatte 24 weist
eine Isolierschicht und eine elektronische Schaltkreisschicht mit
Leitfähigkeit
auf. Die elektronische Schaltkreisschicht ist durch die Isolierschicht
abgestützt.
Eine Vielzahl von Verbindern 26 ist am ersten Ende der
gedruckten Leiterplatte 24 eingebettet. Eine Vielzahl von
Leistungstransistoren 27 ist am zweiten Ende der gedruckten
Leiterplatte 24 als Halbleiterelement eingebettet. Die
Leistungstransistoren 27 sind an der gedruckten Leiterplatte 24 befestigt,
sodass die Elektroden (nicht dargestellt) der Leistungstransistoren 27 zu
der hinteren Fläche der
gedruckten Leiterplatte 24 vorstehen, die dem Heizkern 6 gegenüberliegt,
und sind an der hinteren Fläche
verlötet.
Die Leistungstransistoren 27 sind mit den Verbindern 26 über den
elektronischen Schaltkreis verbunden, der an der gedruckten Leiterplatte 24 angeschlossen
ist.
-
Die gedruckte Leiterplatte 24 ist
an dem PTC-Heizkörper 21 mit
Hilfe von Schnappverschlüssen 29 über eine
erste Konsole 28 befestigt. Die Schnappverschlüsse 29 sind
beispielsweise Metallfittings. Die gedruckte Leiterplatte 24 ist
des weiteren an dem Heizkern 6 mittels der Schnappverschlüsse 29 über eine
zweite Konsole 30 befestigt. Die zweite Konsole 30 ist
beispielsweise aus Metall mit hoher thermischer Leitfähigkeit
hergestellt. Die Elektroden der Leistungstransistoren 27 und
die Lötfahnen
stehen mit der zweiten Konsole 30 in Berührung. Daher sind
die Elektroden, die Lötfahnen
und die zweite Konsole 30 thermisch mit dem Heizkern 6 verbunden.
Die Elektroden, die Lötfahnen
und die zweite Konsole 30 dienen als Wärmeabstrahlungselemente.
-
Der Heizkern 6 besitzt einen
Einlass 6a und einen Auslass 6b. Der Heizkern 6 steht
mit einem Kühler
in Verbindung. Kühlwasser
zum Kühlen
eines Fahrzeugmotors läuft
durch den Heizkern 6 um.
-
Als Nächstes wird die Arbeitsweise
der Klimaanlage, die die oben angegebene PTC-Heizeinrichtung 20 aufweist,
beschrieben.
-
Wenn der Motor startet, werden Innenluft und
Außenluft
in der Klimatisierungseinheit 1 mittels eines Gebläses (nicht
dargestellt) angesaugt. Das Motorkühlwasser, das durch die Wärme des
Motors erwärmt
wird, läuft
um, um durch den Heizkern 6 zu strömen. Gleichzeitig wird ein
Start-Schalter/Knopf der PTC-Heizeinrichtung 20 eingeschaltet,
um den Heizbetrieb der PTC-Heizeinrichtung 20 zu starten.
-
Tatsächlich ist beim Starten des
Motors oder unmittelbar danach die Temperatur des Kühlwassers, das
in den Heizkern 6 einströmt, niedrig, weil die Heizwirkung
des Motors unzureichend ist und die Temperatur der Außenluft
niedrig ist. Daher braucht es Zeit, um die Temperatur des Heizkerns 6 zu
erhöhen.
Wenn die PTC-Heizeinrichtung 20 gestartet wird,
versorgen die Leistungstransistoren 27 das Rippenelement 22 mit
elektrischen Strom, um hierdurch das Rippenelement 22 zu
erwärmen.
Das Rippenelement 22 wird sofort auf über 100°C erwärmt.
-
Die mittels des Gebläses angesaugte
Luft wird in dem Einheitsgehäuse 2 von
der Lufteinlasskammer 4 aus eingeführt. Die Luft tritt durch den
Verdampfer 5 hindurch und wird gekühlt. Die gekühlte Luft
tritt dann durch den Heizkern 6 und das Rippenelement 22 der
PTC-Heizeinrchtung 20 hierdurch, um erwärmt zu werden. Eine Starten
des Motors oder unmittelbar danach wird die gekühlte Luft nicht mittels des
Heizkerns 6 erwärmt,
sondern mittels der Wärme
des Rippenelements 22 erwärmt. Die erwärmte Luft
wird dann in den Fahrgastraum durch die Kopfraum-Öffnung 13,
die Defroster-Öffnung 15 und die
die Fußraum-Öffnung 17 hindurch
eingeblasen.
-
Tatsächlich wird der PTC-Heizkörper 21 mittels
der Wärme
des Rippenelements 22 erwärmt. Daher wird die Temperatur
des Reglers 25 erhöht.
Jedoch sind die Leistungstransistoren 27 in der von dem
PTC-Heizkörper 21 getrennten
Position angeordnet und gegenüber
dem PTC-Heizkörper 21 durch die
Isolierschicht der gedruckten Leiterplatte 24 isoliert.
Daher ist es weniger wahrscheinlich, dass die Leistungstransistoren 27 Wärme von
dem PTC-Heizkörper 21 aus
aufnehmen. Andererseits erzeugen die Leistungstransistoren 27 Wärme. Die
durch die Leistungstransistoren 27 erzeugte Wärme wird
an den Heizkern 6 über
die Elektroden, die Lötfahnen
und die Konsole 30 übertragen,
und daher wird die Wärme
abgestrahlt.
-
Wenn die Temperatur des Kühlwassers durch
die Wärme
des Motors erhöht
wird, wird die Temperatur des Heizkerns 6 erhöht, sodass
die Luft in der Klimatisierungseinheit 1 mittels des Heizkerns 6 erwärmt werden
kann. Daher hält
die PTC-Heizeinrichtung 20 den Heizbetrieb automatisch
an.
-
Da die Zuführung von elektrischem Strom angehalten
wird, halten die Leistungstransistoren 27 die Erzeugung
von Wärme
an. Es ist weniger wahrscheinlich, dass die Leistungstransistoren 27 irgendeine
Erhöhung
der Temperatur von dem PTC-Heizkörper 21 aus
erfahren. Weiter wird die Wärme
der Leistungstransistoren 27 kontinuierlich an den Heizkern 6 übertragen
und von mittels demselben abgestrahlt. Entsprechend werden die Leistungstransistoren 27 unmittelbar,
nachdem die PTC-Heizeinrichtung 20 anhält, gekühlt.
-
Hierbei kann an Stelle des Schaltvorgangs des
Schaltknopfs die PTC-Heizeinrichtung 20 mittels einer automatischen
Regelung betätigt
werden. Auch in diesem Fall arbeitet die PTC-Heizeinrichtung 20 in einer ähnlichen
Weise.
-
Bei dieser Ausführungsform sind die Leistungstransistoren 27 als
Halbleiterelemente an dem zweiten Ende der gedruckten Leiterplatte 24 eingebettet,
sodass die gedruckte Leiterplatte 24 den Regler 25 bildet.
Die gedruckte Leiterplatte 24 ist derart angebracht, dass
das erste Ende, das dem zweiten Ende gegenüberliegt, mit dem PTC-Heizkörper 21 verbunden
ist. Entsprechend kann der Regler 25 leicht zu geringen
Kosten ausgetauscht werden, indem die gedruckte Leiterplatte 24 ausgetauscht
wird.
-
Weiter ist das zweite Ende der gedruckten Leiterplatte 24 mit
dem Heizkern 6 über
Wärmeabstrahlungselemente
verbunden. Daher sind die Leistungstran sistoren 27 von
dem PTC-Heizkörper 21 getrennt
und nahe bei dem Heizkern 6. Wenn die Leistungstransistoren 27 von
dem PTC-Heizkörper 21 getrennt
angeordnet sind, erfahren die Leistungstransistoren 27 keine
Erhöhung
der Temperatur von dem PTC-Heizkörper 21 aus.
Entsprechend ist die Haltbarkeit der Leistungstransistoren 27 verbessert. Des
weiteren wird die von den Leistungstransistoren 27 erzeugte
Wärme an
den Heizkern 6 über
die Elektroden, die Lötfahnen
und die Konsole 30 übertragen. Entsprechend
ist die Kühlwirkung
der Leistungstransistoren 27 verbessert. Weiter erleichtert
die Wärme der
Leistungstransistoren 27 die Erwärmung des Heizkerns 6 beim
Starten des Motors. Weil die Heizwirkung des Motorkühlwassers
durch die Wärme der
Leistungstransistoren 27 verbessert ist, ist es möglich, den
sparsamen Umgang mit Energie zu verbessern.
-
Die oben angegebene Anbaustruktur
liefert weiter andere Vorteile. Beispielsweise ist es, da die Temperaturerhöhung der
Leistungstransistoren 27 während des Heizbetriebs der
PTC-Heizeinrichtung 20 unterdrückt ist, möglich, die Anzahl der MOS-FETs,
die im Allgemeinen teuer sind, zu verringern. Dies führt zu einer
Kostenherabsetzung. Weiter können
Elemente, die preiswert sind und eine geringere Haltbarkeit aufweisen,
an Stelle der MOS-FETs verwendet werden.
-
Weiter ist es, da die Leistungstransistoren 27 in
der gedruckten Leiterplatte 24 eingebettet sind, möglich, die
Anzahl der Leistungstransistoren 27 zu vergrößern. Hierbei
wird die Kapazität
des Reglers 25 vergrößert. Als
Folge ist die Leistung der PTC-Heizeinrichtung 20 verbessert.
-
Die Struktur für den Anbau der Halbleitereinrichtung
an der Hilfs-Heizeinrichtung ist nicht auf die obige Darstellung
beschränkt.
Die Anbaustruktur der vorliegenden Erfindung kann bei einer PTC-Heizeinrichtung 20 verwendet
werden, die nicht parallel zu dem Heizkern 20 angeordnet
ist, sofern die Leistungstransistoren 27 von dem PTC-Heizkörper 21 getrennt
angeordnet sind, sodass die Leistungstransistoren 27 keine
Erhöhung
der Temperatur von dem Rippenelement 22 aus erfahren.
-
Beispielsweise kann in einem Fall,
bei dem die PTC-Heizeinrichtung in einer Position stromaufwärts des
Motors und stromabwärts
des Heizkerns zur unmittelbaren Erwärmung des Kühlwassers vorgesehen ist, wie
in
JP-A-208 251 offenbart
ist, die gedruckte Leiterplatte
24, in der die Leistungstransistoren
27 eingebettet
sind, derart angebracht sein, dass die Leistungstransistoren
27 von dem
PTC-Heizkörper
21 getrennt
sind. Weiter kann in dem Fall, bei dem die PTC-Heizeinrichtung in
einem besonderen Heiz-Schaltkreis, wie in JP-A-2000-108 645 offenbart ist,
vorgesehen ist, die gedruckte Leiterplatte
24 derart angebracht
sein, dass die Leistungstransistoren
27 von dem PTC-Heizkörper getrennt
sind. In diesen Fällen
wird die Wärme
der Leistungstransistoren
27 von den Elektroden und den
Lötfahnen
abgestrahlt. Ferner ist, wenn die gedruckte Leiterplatte
24 derart angeordnet,
dass die Elektroden und die Lötfahnen der
Wärmeabstrahlungsposition
gegenüberliegen, die
Kühlwirkung
der Leistungstransistoren
27 verbessert.
-
Des weiteren kann die Gestalt der
zweiten Konsole 30 modifiziert sein. Die gedruckte Leiterplatte 24 kann
derart angebracht sein, dass die Elektroden und die Lötfahnen
in direkter Berührung
mit dem Heizkern 6 stehen, um mit dem Heizkern 6 thermisch verbunden
zu sein. Weiter kann die Hilfs-Heizeinrichtung 21 in einer
Position stromaufwärts
des Wasser-Heizkerns 6 angeordnet sein. Es ist nicht immer notwendig,
den Heizkern 6 und die PTC-Heizeinrichtung 20 parallel
anzuordnen. Der Heizkern 6 und die PTC-Heizeinrichtung 20 können derart
angeordnet sein, dass die zu erwärmende
Luft zuerst durch ein Teil von Heizkern 6 oder PTC-Heizeinrichtung 20 hindurchtritt
und dann durch das verbleibende andere Teile hindurchtritt.
-
Weiter kann die Anbaustruktur für die Halbleitereinrichtung
der vorliegenden Erfindung bei einer Klimaanlage für andere
Zwecke als bei einem Fahrzeug verwendet werden.
-
Die vorliegende Erfindung ist nicht
auf die offenbarte Ausführungsform
beschränkt,
sondern kann in anderer Weise realisiert werden, ohne das Gedankengut
der Erfindung zu verlassen.