JP2002036860A - 暖房用ヒータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度センサの検出温度と実際の温度とが大き
く相違することを防止し、電気ヒータの熱損傷を防止す
る。 【解決手段】 水温センサ３０７を冷却水入口３０２か
ら蛇行する冷却水通路３０４に沿って、冷却水通路３０
４の通路長さＬの１／２以上離れた部位であって、か
つ、上方側に位置する屈曲部３０１に配設する。これに
より、局所的な沸騰を確実に検出することが可能となる
ので、水温センサ３０７の検出温度と実際の温度とが大
きく相違することを防止して、電気ヒータ３０６が熱損
傷してしまうことを未然に防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気ヒータにより
加熱された流体を介して室内の暖房を図る暖房用ヒータ
装置に関するもので、車両用暖房装置に適用して有効で
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、走行用駆動力を発揮する駆動源と
して内燃機関（エンジン）と電動モータとを組み合わせ
たハイブリッド車両、及び信号待ち等の車両停止にはエ
ンジンを停止さる省燃費型車両（エコラン車）等の燃費
効率が高く、かつ、排出ガス量が少ない新型車両の開発
が盛んに行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般的な車
両では、エンジン廃熱（エンジン冷却水）を熱源として
車室内に暖房を行っているが、上記のような新型車両で
は、エンジンの廃熱が少ないため、エンジン廃熱（エン
ジン冷却水）のみでは十分な暖房能力（熱量）を得るこ
とが難しい。

【０００４】これに対しては、発明者等は、暖房用熱交
換器（ヒータコア）に流入するエンジン冷却水を電気ヒ
ータにて加熱することより暖房能力を補う車両暖房装置
を研究開発していたが、以下に述べる問題が発生した。

【０００５】すなわち、電気ヒータを用いた暖房装置で
は、サーミスタ等の温度センサにより電気ヒータにて加
熱されたエンジン冷却水を監視しながら電気ヒータへの
通電量を制御するが、温度センサの検出温度と実際の冷
却水温度とが大きく相違すると暖房装置を効率良く制御
することが難しい。

【０００６】また、発明者等が検討している暖房装置で
は、図２に示すように、冷却水通路を蛇行させて電気ヒ
ータから熱を受ける受熱部分を大きくしながら、冷却水
を加熱する加熱部の小型化を図っている。

【０００７】しかし、冷却水通路が蛇行しているため、
冷却水通路内において死水域（よどみ）が発生し易い。
このとき、死水域では冷却水が流通しない（停滞する）
ので、死水域にて冷却水が局所的に沸騰してしまい、そ
の局所部位において電気ヒータの温度が過度に上昇して
しまうおそれがある。そして、電気ヒータの温度が過度
に上昇すると、電気ヒータが熱損傷してしまう。

【０００８】本発明は、上記点に鑑み、温度センサ等の
温度検出手段の検出温度と実際の温度とが大きく相違す
ることを防止し、電気ヒータの熱損傷を防止することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、請求項１に記載の発明では、通電するこ
とにより発熱する電気ヒータ（３０６）を有し、電気ヒ
ータ（３０６）により加熱された流体を介して室内の暖
房を図る暖房用ヒータ装置であって、複数箇所の屈曲部
（３０１）を有し、蛇行しながら流体入口（３０２）か
ら流体出口（３０３）側に延びる流体通路（３０４）
と、流体通路（３０４）を流通する流体の温度を検出す
る温度検出手段（３０７）と、温度検出手段（３０７）
の検出値に基づいて電気ヒータ（３０６）を制御する制
御手段（４００）とを備え、電気ヒータ（３０６）は、
流体通路（３０４）内に配設され、さらに、温度検出手
段（３０７）は、流体通路（３０４）うち流体出口（３
０３）側であって、かつ、上方側に位置する屈曲部（３
０１）に配設されていることを特徴とする。

【００１０】ところで、流体通路（３０４）内を流通す
る流体の温度は、流体出口（３０３）に近づくほど高く
なり、かつ、屈曲部（３０１）において死水域が発生し
易いので、流体出口（３０３）側であって、上方側の屈
曲部（３０１）において最も局所的な沸騰が発生する可
能性が高い。

【００１１】また、上方部は沸騰により発生した気泡
（空気）が停滞し易いく、電気ヒータ（３０６）の空焚
き状態が発生してしまう。

【００１２】これに対して、本発明によれば、温度検出
手段（３０７）を流体出口（３０３）側であって、か
つ、上方側に位置する屈曲部（３０１）に配設している
ので、局所的な沸騰を確実に検出することが可能とな
る。

【００１３】したがって、温度検出手段（３０７）の検
出温度と実際の温度とが大きく相違することを防止し
て、電気ヒータ（３０６）が熱損傷してしまうことを未
然に防止することができる。

【００１４】請求項２に記載の発明では、通電すること
により発熱する電気ヒータ（３０６）を有し、電気ヒー
タ（３０６）により加熱された流体を介して室内の暖房
を図る暖房用ヒータ装置であって、複数箇所の屈曲部
（３０１）を有し、蛇行しながら流体入口（３０２）か
ら流体出口（３０３）側に延びる流体通路（３０４）
と、流体通路（３０４）を流通する流体の温度を検出す
る温度検出手段（３０７）と、温度検出手段（３０７）
の検出値に基づいて電気ヒータ（３０６）を制御する制
御手段（４００）とを備え、電気ヒータ（３０６）は、
流体通路（３０４）内に配設され、さらに、温度検出手
段（３０７）は、流体入口（３０２）から流体通路（３
０４）に沿って、流体通路（３０４）の通路長さ（Ｌ）
の１／２以上離れた部位であって、かつ、上方側に位置
する屈曲部（３０１）に配設されていることを特徴とす
る。

【００１５】これにより、請求項１に記載の発明と同様
に、局所的な沸騰を確実に検出することが可能となり、
温度検出手段（３０７）の検出温度と実際の温度とが大
きく相違することを防止して、電気ヒータ（３０６）が
熱損傷してしまうことを未然に防止することができる。

【００１６】請求項３に記載の発明では、流体通路（３
０４）は、樹脂製のヒータケーシング（３０５）により
構成されており、さらに、温度検出手段（３０７）は、
流体に直接に晒されて流体温度を直接的に検出すること
を特徴とする。

【００１７】これにより、流体温度を直接的に検出する
ことができるので、流体温度を正確に検出することがで
きるとともに、電気ヒータ（３０６）の熱が外部に放熱
されることを抑制できるので、電気ヒータ（３０６）の
消費電力が増大することを抑制できる。

【００１８】請求項４に記載の発明では、流体通路（３
０４）は、金属製のヒータケーシング（３０５）により
構成されており、さらに、温度検出手段（３０７）は、
ヒータケーシング（３０５）の表面温度を検出すること
により間接的に流体の温度を検出することを特徴とす
る。

【００１９】これにより、温度検出手段（３０７）とヒ
ータケーシング（３０５）との間に流体の漏れを誘発す
るような隙間が存在しないので、ゴムや樹脂又は液体パ
ッキン等のシール手段を省くことができる。

【００２０】因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後
述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す
一例である。

【００２１】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）本実施形態は本
発明に係る暖房用ヒータ装置をハイブリッド車両の空調
装置に適用したものであって、図１は空調装置１００の
模式図である。

【００２２】１０１は室内に吹き出す空気の流路を構成
する空調ケーシングであり、この空調ケーシング１０１
の空気流れ上流側部位には、車室内気を導入する内気導
入口１０３及び外気を導入する外気導入口１０４が形成
されており、これら導入口１０４、１０３は内外気切替
ドア１０５により選択的に開閉される。

【００２３】１０６は空気を送風する遠心式の送風機で
あり、２０１は送風機１０６から送風された空気と冷媒
とを熱交換し、液相冷媒を蒸発させることにより空気を
冷却する蒸発器である。

【００２４】ここで、蒸発器２０１は蒸気圧縮式冷凍サ
イクル２００の低圧側熱交換器（蒸発器）であり、蒸気
圧縮式サイクル２００は、周知のごとく、冷媒を吸入圧
縮する圧縮機２０２、圧縮機２０２から吐出する冷媒を
冷却凝縮させるコンデンサ（放熱器）２０３、凝縮した
冷媒を減圧する減圧器（本実施形態では、キャピラリチ
ューブ等の固定絞り）２０４、及び蒸発器２０１から流
出する冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒
を圧縮機２０２の吸入側に流出するとともに、余剰冷媒
を蓄えるアキュムレータ（気液分離器）２０５等からな
るものである。

【００２５】因みに、本実施形態に係る圧縮機２０２
は、冷媒を吸入圧縮する圧縮機構及び圧縮機構を駆動す
る電動モータが一体となったものである。

【００２６】また、蒸発器２０１の空気流れ下流側に
は、走行用のエンジンＥ／Ｇを冷却するエンジン冷却水
（以下、冷却水と略す。）を熱源として蒸発器２０１を
通過した空気を加熱するヒータコア（暖房用熱交換器）
１０７が配設されているとともに、このヒータコア１０
７を迂回させて空気を下流側に流通させるバイパス流路
１０８が設けられている。

【００２７】因みに、Ｍｏは走行用電動モータであり、
Ｈ／Ｅは冷却水と外気とを熱交換して冷却水（エンジン
Ｅ／Ｇ）を冷却するラジエータである。

【００２８】１０９はバイパス流路１０８を流通する冷
風とヒータコア１０７を通過して加熱される空気（暖
風）との風量割合を調整して車室内に吹き出す空気の温
度を調節するエアミックスドアである。

【００２９】また、空調ケーシング１０１の最下流側部
位には、車室内乗員の上半身に空調空気を吹き出すため
のフェイス吹出口１１０と、車室内乗員の足元に空気を
吹き出すためのフット吹出口１１１と、フロントガラス
１１３の内面に向かって空気を吹き出すためのデフロス
タ吹出口１１２とが形成されている。

【００３０】そして、上記各吹出口１１０〜１１２の空
気流れ上流側部位には、各吹出口１１０〜１１２を開閉
制御する吹出モード切換ドア１１４〜１１６が配設され
ている。

【００３１】ところで、３００は、ヒータコア１０７に
流入する冷却水を加熱して冷却水の温度が低いとき（エ
ンジン廃熱が少ないとき）に暖房能力を補う暖房用ヒー
タ装置である。

【００３２】そして、この暖房用ヒータ装置３００は、
図２に示すように、複数箇所の屈曲部３０１を有し、上
下方向に蛇行しながら冷却水入口（流体入口）３０２か
ら冷却水出口（流体出口）３０３側に延びる冷却水通路
（流体通路）３０４を構成する樹脂（本実施形態では、
ＰＰＳ樹脂）製のヒータケーシング３０５、及び冷却水
通路３０４内に沿って這うように配設されて冷却水を加
熱する電気ヒータ３０６等からなるものである。

【００３３】なお、電気ヒータ３０６は通電することに
より発熱するシーズヒータ（ニクロム線のようなもの）
であり、その通電量（発熱量）は、冷却水通路３０４内
を流通する冷却水の温度に基づいて、後述する空調用電
子制御装置（制御手段）４００により制御される。

【００３４】因みに、ヒータケーシング３０５は、図３
に示すように、冷却水通路３０４構成する溝部３０４ａ
が形成された第１ヒータケーシング３０５ａ、及び溝部
３０４ａの開口側を塞ぐ第２ヒータケーシング３０５ｂ
からなるもので、両ヒータケーシング３０５ａ、３０５
ｂは、パッキン等のシール部材（図示せず。）を挟んだ
状態でネジ等の締結手段（図示せず。）に固定されてい
る。

【００３５】また、冷却水入口３０２から冷却水通路３
０４に沿って、冷却水通路３０４の通路長さＬの１／２
（望ましくは、３／４）以上離れた部位であって、か
つ、上方側に位置する屈曲部３０１（本実施形態では、
最も冷却水出口３０３側の屈曲部３０１）には、図４に
示すように、冷却水通路３０４内を流通する冷却水に対
して直接に晒されて冷却水の温度を検出する水温センサ
（温度検出手段）３０７が配設されており、この水温セ
ンサ３０７の検出信号は、図５に示すように、空調用電
子制御装置（Ａ／Ｃ−ＥＣＵ）４００に向けて出力され
ている。

【００３６】なお、水温センサ３０７とヒータケーシン
グ３０５との隙間は、ゴムや樹脂又は液体パッキン等に
てシール（密閉）されている。

【００３７】因みに、図５は、圧縮機２０２の電動モー
タを駆動するインバータ式の駆動回路、電気ヒータ３０
６への通電量を制御するヒータ用ＩＧＢＴ、及び電気回
路に過電流が流れることを防止する電源遮断用のメイン
リレー等が設けられた空調装置用電気回路図である。

【００３８】次に、本実施形態の特徴（作用効果）を述
べる。

【００３９】冷却水通路３０４内を流通する冷却水の温
度は、冷却水出口３０３に近づくほど高くなり、かつ、
屈曲部３０１において死水域が発生し易いので、冷却水
出口３０３側であって、上方側の屈曲部３０１において
最も局所的な沸騰が発生する可能性が高い。

【００４０】これに対して、本実施形態によれば、水温
センサ３０７を冷却水入口３０２から冷却水通路３０４
に沿って、冷却水通路３０４の通路長さＬの１／２以上
離れた部位であって、かつ、上方側に位置する屈曲部３
０１に配設しているので、局所的な沸騰を確実に検出す
ることが可能となる。

【００４１】したがって、水温センサ３０７の検出温度
と実際の温度とが大きく相違することを防止して、電気
ヒータ３０６が熱損傷してしまうことを未然に防止する
ことができる。

【００４２】なお、本明細書で言う「屈曲部３０１に配
設する」とは、厳密に屈曲部３０１のみを示すものでな
く、屈曲部３０１の曲率半径中心を中心として冷却水通
路３０４の外側曲率半径以内程度の範囲を言うものであ
る。

【００４３】また、冷却水通路３０４を構成するヒータ
ケーシング３０５が樹脂製であるので、電気ヒータ３０
６の熱が外部に放熱されることを抑制できるので、電気
ヒータ３０６の消費電力が増大することを抑制できる。

【００４４】また、水温センサ３０７が冷却水に直接に
晒されているので、冷却水温度を直接的に検出すること
ができ、水温を正確に検出することができる。

【００４５】（第２実施形態）第１実施形態では、樹脂
製のヒータケーシング３０５を採用したが、本実施形態
は、図６に示すように、ヒータケーシング３０５を金属
（本実施形態では、アルミニウム）製とし、水温センサ
３０７にて屈曲部３０１に対応するヒータケーシング３
０５の表面温度を検出することにより、間接的に水温を
検出するものである。

【００４６】これにより、水温センサ３０７とヒータケ
ーシング３０５との間に冷却水の漏れを誘発するような
隙間が存在しないので、ゴムや樹脂又は液体パッキン等
のシール手段を省くことができる。

【００４７】なお、ヒータケーシング３０５を金属にて
形成した場合には、ヒータケーシング３０５の外側を樹
脂等の熱伝導率の小さい材質からなる断熱部材にて覆う
ことが望ましい。

【００４８】（第３実施形態）上述の実施形態では、冷
却水の温度を検出する温度検出手段として、サーミスタ
等の温度センサを使用したが、本実施形態では、図７に
示すように、冷却水の温度が所定以上となたときに、電
気ヒータ３０７への通電を遮断する温度スイッチ３０７
ａを温度検出手段として採用したものである。

【００４９】なお、図７では、温度スイッチ３０７ａは
ヒータケーシング３０５の下面側に描かれているが、実
際は、第１、２実施形態と同様な部位に配設されてい
る。

【００５０】ところで、本実施形態では、温度スイッチ
３０７ａを採用したが、本実施形態はこれに限定される
ものではなく、例えば、温度が所定以上となったときに
断線する温度ヒューズ、温度が所定温度（キューリー
点）以上となったときに電気抵抗値が増大するＰＴＣ差
サーミスタ等のを用いてもよい。

【００５１】（その他の実施形態）上述の実施形態で
は、本発明に係る暖房装置をハイブリッド車両に適用し
たが、本発明はこれに限定されるものではなく、エコラ
ン車両、ディーゼルエンジン車両、燃料電池やバッテリ
等を電源として走行する電気自動車等その他車両にも適
用することができる。

【００５２】また、電気ヒータ３０６は、シーズヒータ
に限定されるものではなく、その他のものであってもよ
い。

【００５３】また、上述の実施形態では、冷却水通路
（流体通路）３０４は、上下方向に蛇行しながら冷却水
入口（流体入口）３０２から冷却水出口（流体出口）３
０３側に延びていたが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、例えば、図８に示すように、冷却水通路（流
体通路）３０４を水平方向に蛇行しながら冷却水入口
（流体入口）３０２から冷却水出口（流体出口）３０３
側に延びるように構成してもよい。当然ながら図２、８
と異なる方向に蛇行させてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る暖房用ヒータ装置を用
いた車両用空調装置の模式図である。

【図２】本発明の第１実施形態に係る暖房用ヒータ装置
の模式図である。

【図３】本発明の第１実施形態に係る暖房用ヒータ装置
の断面図である。

【図４】本発明の第１実施形態に係る水温センサが配設
された部位における暖房用ヒータ装置の断面図である。

【図５】本発明の第１実施形態に係る暖房用ヒータ装置
を用いた車両用空調装置の電気回路図である。

【図６】本発明の第２実施形態に係る水温センサが配設
された部位における暖房用ヒータ装置の断面図である。

【図７】本発明の第２実施形態に係る暖房用ヒータ装置
を用いた車両用空調装置の電気回路図である。

【図８】本発明のその他の実施形態に係る暖房用ヒータ
装置の模式図である。

【符号の説明】

３００…暖房用ヒータ装置、３０１…屈曲部、３０２…
冷却水入口、３０３…冷却水出口、３０４…冷却水通
路、３０５…ヒータケーシング、３０６…電気ヒータ、
３０７…水温センサ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 通電することにより発熱する電気ヒータ
   （３０６）を有し、前記電気ヒータ（３０６）により加
   熱された流体を介して室内の暖房を図る暖房用ヒータ装
   置であって、 複数箇所の屈曲部（３０１）を有し、蛇行しながら流体
   入口（３０２）から流体出口（３０３）側に延びる流体
   通路（３０４）と、 前記流体通路（３０４）を流通する流体の温度を検出す
   る温度検出手段（３０７）と、 前記温度検出手段（３０７）の検出値に基づいて前記電
   気ヒータ（３０６）を制御する制御手段（４００）とを
   備え、 前記電気ヒータ（３０６）は、前記流体通路（３０４）
   内に配設され、 さらに、前記温度検出手段（３０７）は、前記流体通路
   （３０４）うち前記流体出口（３０３）側であって、か
   つ、上方側に位置する前記屈曲部（３０１）に配設され
   ていることを特徴とする暖房用ヒータ装置。
2. 【請求項２】 通電することにより発熱する電気ヒータ
   （３０６）を有し、前記電気ヒータ（３０６）により加
   熱された流体を介して室内の暖房を図る暖房用ヒータ装
   置であって、 複数箇所の屈曲部（３０１）を有し、蛇行しながら流体
   入口（３０２）から流体出口（３０３）側に延びる流体
   通路（３０４）と、 前記流体通路（３０４）を流通する流体の温度を検出す
   る温度検出手段（３０７）と、 前記温度検出手段（３０７）の検出値に基づいて前記電
   気ヒータ（３０６）を制御する制御手段（４００）とを
   備え、 前記電気ヒータ（３０６）は、前記流体通路（３０４）
   内に配設され、 さらに、前記温度検出手段（３０７）は、前記流体入口
   （３０２）から前記流体通路（３０４）に沿って、前記
   流体通路（３０４）の通路長さ（Ｌ）の１／２以上離れ
   た部位であって、かつ、上方側に位置する前記屈曲部
   （３０１）に配設されていることを特徴とする暖房用ヒ
   ータ装置。
3. 【請求項３】 前記流体通路（３０４）は、樹脂製のヒ
   ータケーシング（３０５）により構成されており、 さらに、前記温度検出手段（３０７）は、流体に直接に
   晒されて流体温度を直接的に検出することを特徴とする
   請求項１又は２に記載の暖房用ヒータ装置。
4. 【請求項４】 前記流体通路（３０４）は、金属製のヒ
   ータケーシング（３０５）により構成されており、 さらに、前記温度検出手段（３０７）は、前記ヒータケ
   ーシング（３０５）の表面温度を検出することにより間
   接的に流体の温度を検出することを特徴とする請求項１
   又は２に記載の暖房用ヒータ装置。