JP2006193067A - 車両用暖房装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両用暖房装置は即効性に劣り、細かい温度制御が困難で、暖房効率が良くなかった。
【解決手段】車両用暖房装置４０は赤外線を放射するランプを利用している。ランプは光を放射するフィラメント１４と、フィラメントを包囲しフィラメントの光から赤外線を透過させるバルブ１６と、バルブを透過する光から可視光を除去する可視光除去層２０とを備える。この暖房装置は車両の車室内の内装品に取付けられ、可視光が除去された赤外線を車室内の乗員に輻射する。
【選択図】図２

Description

本発明は車両用暖房装置、特にランプからの赤外線の輻射によって車室内の乗員を暖房するものに関する。

車両用暖房装置は通常、熱源として、エンジンで発生する熱を放熱するために設けられたヒータコアの温水を利用している。エンジンを冷却して温度が上がった冷却水（温水）をヒータコア内で循環させるとともにヒータコアの周囲に空気を流し、温水と空気との間で熱交換する（特許文献１参照）。熱交換により暖まった空気を車室内に送り込んで、乗員を暖める。
特開平１０−３５２６３号公報

しかし、従来のエンジンの廃熱を利用した車両用暖房装置には以下の問題点がある。まず、乗員が乗車後暖房スイッチを入れても、エンジンの温度がある程度上昇しないとヒータコアで温水が得られない。つまり、スイッチオンから暖房が効くまでに時間がかかり、即効性に欠ける。例えば冬の寒い朝など、冷え切った車室室内で暖房が効き始める待たなければならない。

また、暖房の強さは温水の温度、湯量及びヒータコアを透過させる空気量などに依存するので、室内温度の細かい制御が困難である。細かい制御を行うためには時間がかかるのみならず、制御機構が複雑になり価格が高くなる。更に、エンジンの排熱で温められた温水とヒータコアを通過する空気との間で熱交換しており、熱交換の際に熱の損失が生ずる。また、暖気を対流により車室内で循環させているので、暖房が効くまでに時間がかかり、早く循環させるためにはファン等が必要となる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、即効性に優れ、細かい温度制御が可能で、しかも暖房効率が良い車両用暖房装置を提供することを目的とする。

（イ）本発明者は、ハロゲンランプ等のランプが放射する光（熱）を暖房用熱源として利用することを思い付いて、本発明を完成した。本発明による車両用暖房装置は、請求項１に記載したように、光を放射するフィラメントと、フィラメントを包囲しフィラメントから放射される光のうち赤外線を透過させるバルブと、バルブを透過する光から可視光を除去する可視光除去層とを備える。そして、車両用暖房装置は車両の車室内の内装品に取付けられ、可視光が除去された赤外線を車室内の乗員に輻射する。

なお、家庭用ヒータとしてハロゲンランプを利用すること自体は知られている（例えば特開平２００４−７７０４４号の輻射式電気ストーブ参照）。この電気ストーブは、ハロゲンランプの白色光がより利用者がまぶしさを感じさせないように、発熱体の前面に遮光層を形成している。しかし、家庭用暖房装置（ストーブ）と車両用暖房装置（ヒータ）とは以下の点で異なるので、家庭用ストーブの構成をそのまま車両用ヒータに適用することはできない。

まず、家屋の広い室内に配置する家庭用ストーブには大きさの制約はないのに対して、狭い車室内に配置する車両用ヒータにはコンパクトであることが要求される。また、白色光のまぶしさに関し、ストーブの利用者が家屋の室内でハロゲンランプの白色光を見てまぶしさを感じても、実害はない。これに対して、車両ではハロゲンランプを乗員の足を暖めるためにフロントダッシュボード等、乗員の前方に配置すれば、白色光が前方を見ている乗員の視野に入る。その結果、眩惑により運転に支障を来すことあり危険である。さらに、家庭用電源の電圧は１００Ｖであるが、車載バッテリの電圧は１０Ｖ前後で遙かに低い。

（ロ）次に、本発明の車両用暖房装置の構成要素の種々の態様につき説明する。車両用暖房装置は赤外線を放射するランプを採用する。典型的なランプはハロゲンランプであり、少なくともフィラメント（発光体）、バルブ（保護ガラス）及び可視光除去層を備え、更に、各種反射部材を備えることができる。

フィラメント（繊条、高低抗線）は車載バッテリから電力を供給され、融点が高いタングステンから成り、可視光を主として赤外線等を含む、波長が約１ｎｍから１ｍｍの光（電磁波）を放射する。バルブ（保護ガラス）は、フィラメントを覆って保護するとともに、赤外線を透過させるものである。フィラメントが高温となるので耐熱性ガラスであることが望ましく、また赤外線を透過させるために石英ガラス又は硫化亜鉛ガラスから成る。バルブはドーム（半球）形状や、一端が閉じ他端が開いた円筒形状を持つ。

可視光除去層（カット層）は、ハロゲンランプ等が放射する光のうち人間の目にまぶしく感じられる可視光を除去又は吸収（カット）するものであり、ZrO2, Al2O3, SiO2, TiO2 又はSiOの少なくとも１つを含む材料から成る。可視光除去層はバルブの外表面全体にコーティングしても良いが、外表面のうち多くの光が透過する前方部分の外表面にコーティングすることが望ましい。可視光除去層の厚さ、コーティング範囲はフィラメントと乗員の目との位置関係等を考慮して決める。なお、可視光除去層は次述する反射部に形成することもできる。

バルブを透過した光を乗員に向かう方向に集めるために種々の反射部を採用できる。第１タイプの反射部は、光の放射方向においてランプの後方部分の内表面にコーティングされた反射層である。この場合、反射層により前方に反射された光はバルブの前方部分を透過するので、可視光除去層はバルブの前方部分の外表面に形成すれば良い。第２タイプの反射部は、光の放射方向においてランプの側方から後方にかけて配置したパラボラ（放物線）形状の第１反射板である。ランプの側方から後方に放射されこの第１反射板で反射された反射光が乗員の目に入ると直接光と同様にまぶしいので、反射面に可視光除去層を設ける。

第３タイプとして、ランプの前方に、ランプから前方に離れて光を所定方向に反射する第２反射板を設け、その反射面に上記SiO等から成る可視光除去層を形成しても良い。バルブの前方に放射される光の可視光の大半は上記バルブの前方部分の外表面に形成された可視光除去層で除去されるので、第２反射板に形成した可視光除去層は、特にバルブの前方部分の外表面に可視光除去層を形成しないとき又はその範囲が狭いとき効果がある。

第２反射板は多段に分割して上記第１反射板に取り付けられた傘状の案内部材の開口縁に取り付け、開口縁は赤外線を透過する保護カバーで覆うことができる。第２タイプ及び第３タイプの反射部の可視光除去層は可視光を除去するとともに、赤外線を反射する材料から成る。

第４タイプとして、上記第２タイプの反射部と、この反射部で反射された光を屈折させる屈折レンズとを組み合わせても良い。屈折レンズは上記第３タイプの傘状の案内部材の開口縁に取り付け、その表面に可視光除去層を形成することができる。可視光除去層は可視光を除去するとともに、赤外線を反射する材料から成る。暖房装置の取付位置としては、フロントダッシュパネル、センタコンソール、エアバッグ隣接部、ステアリングコラム、ドア肘掛け及びシートのうちの少なくとも何れか一つである。

本発明にかかる車両用暖房装置によれば、フィラメント及びバルブから成るランプを採用したのでスイッチオン後直ちにフィラメントが発光し即効性に優れ、電圧の調整により細かい温度調整可能、輻射方式なので暖房効率が良い。また、小型化できるので車両への取付けに適しており、可視光除去層を形成したので乗員が眩しさを感じることがなく走行上安全である。

請求項２の車両用暖房装置によれば、フィラメントが放射する光から石英ガラス等により暖房に有効な赤外線が取り出される。請求項３の車両用暖房装置によれば、赤外線を含む光からSiO等から成る可視光除去層により眩しく感じる可視光が除去できる。請求項４の車両用暖房装置によれば、可視光除去層がバルブの外表面に形成されているので、バルブの透過時に可視光が除去でき、しかも可視光除去層の形成範囲が小さくて済む。

請求項５の車両用暖房装置によれば、バルブの後方部分に形成した反射層が後方に放射される光を前方に反射し、可視光除去層を透過させる。請求項６の車両用暖房装置によれば、バルブの後方又は側方に放射された光の可視光が第１反射板により除去できる。請求項７の車両用暖房装置によれば、バルブの前方に配置した第２反射板により光を所定方向に反射する際に可視光を除去できる。

請求項８の車両用暖房装置によれば、案内部材の開口縁に取り付けた複数の分割反射板により光が乗員の足下に向けて反射され、その際可視光が除去される。請求項９の車両用暖房装置によれば、複数の分割反射板が所定間隔で取り付けられているので光がより確実に乗員の足下に向けて反射される。また、保護カバーにより分割反射板が損傷から保護される。請求項１０の車両用暖房装置によれば、可視光除去層が暖房に必要な赤外線を反射し、乗員の目にまぶしい可視光は除去する。

請求項１１の車両用暖房装置によれば、屈折レンズが光を乗員の足下に向けて屈折させ、その際可視光除去層が可視光を除去する。請求項１２の車両用暖房装置によれば、可視光除去層が暖房に必要な赤外線を反射し、乗員の目にまぶしい可視光は除去する。請求項１３の車両用暖房装置によれば、必要に応じて内装品の１箇所又は複数箇所にランプを設けて種々の方向から所望の強さで乗員の下半身を暖房できる。

以下、本発明の最良の形態を添付図面を参照しつつ説明する。

＜第１の最良の形態＞
第１の最良の形態の構成を説明する。図１及び図２に示すように、車両用暖房装置（ヒータ）はハロゲンランプ１０、反射板２２及び案内傘３０等から成る。ハロゲンランプ１０は金属製の本体１２、フィラメント１４、バルブ１６、及び可視光カット層２０を含む。本体１２に取り付けられたフィラメント１４はタングステンから成り、リード線１５を通して車載バッテリから電力を供給されて発光する。

バルブ１６は耐熱性の硫化亜鉛ガラスから成り、一端部１７が閉じ他端部（底部）１８が開いた円筒形状を持ち、開いた他端部１８で本体１２に取り付けられフィラメント１４を覆っている。内部にはアルゴン等の不活性ガスが封入され、ヨウ素、臭素等のハロゲン族元素のガスが添加されている。図２に拡大して示すように、SiOから成る可視光カット層２０がバルブ１６の一端部１７の外表面全体と、円筒部１９のうち底部側部分１９ａの表面に形成されている。

図１に戻って、ランプ１０を取り囲むように取り付けられたパラボラ形の反射板２２は頂部２３と、湾曲部２４とを含む。頂部２３の円孔で本体１２に取り付けられ、所定形状に湾曲した湾曲部２４がバルブ１６を包囲している。矢印ｂで示すように湾曲部２４はランプ１０から側方及び後方に放射されバルブ１６を透過した光を前方（図１で右方、車室内でコンソールから乗員に向かう方向）に反射する。なお、ここでは、湾曲部２４の内周面に可視光除去層は形成されていないが、内周面全体にわたって形成することも可能である（二点鎖線で示す可視光除去層２６参照）。

反射板２２の開口縁２５に案内傘３０が取り付けられている。案内傘３０は長く突出した上方突出部３１と、短く突出した下方突出部３２と、両者間をつなぐ連結部（不図示）とを含む。開口の内周縁に複数の分割反射板３７が所定間隔で垂直に立設されている。矢印ｃで示すように、分割反射板３７はパラボラ形の反射板２２で反射された光を乗員の足元に向けて広範囲に分散させる。

分割反射板３７の枚数、間隔及び方向はヒータの取付け位置及び取付け方向等を考慮して、所望の方向及び範囲に光を導くために適宜選定できる。図３に示すように、このハロゲンランプ１０を含む車両用ヒータはセンタコンソール両側（不図示）に取り付けられ、図１の矢印ａ方向が車両の前後方向に対応している。なお、ヒータは二点鎖線で示すように、ステアリングコラム４６又はドア肘掛け４８等に設けることもできる。

つぎに、第１の最良の形態の作用を説明する。暖房時、乗員が所定のスイッチをオンすると、図１において車載バッテリからの電力でハロゲンランプ１０のフィラメント１２が発光する。矢印ａで示すように光の大半は前方に放射され、バルブ１６の一端部１７を透過する。残部は円筒部１９等を透過後、矢印ｂで示すようにパラボラ形状の反射板２２で反射され前方に放射される。フィラメント１４からの光が硫化亜鉛ガラスから成るバルブ１６を透過する際に赤外線が取り出され、赤外線は湾曲部２４で反射される。

バルブ１６の一端部１７を透過する光から、可視光が可視光カット層２０で除去される。即ち、パラボラ形の反射板２２の直前方で計測した処、図４に示すように波長０．４から０．７８μｍ程度の可視光の透過率は３から５％程度に過ぎない。これに対して波長０．７８から１０μｍ程度の赤外線の透過率は９０から９５％にも達している。こうして可視光が除去され赤外線を主とする光は、案内傘３０内をほぼ平行に進み、分割反射板３７で反射され、輻射により乗員の下半身に伝わり、暖める。

第１の最良の形態によれば、以下の効果が得られる。まず、ヒータコアの温水と異なり、フィラメント１２は熱容量が小さいのでスイッチのオンと同時に立ち上がり、応答性が良く即効性がある。投入電力の８０から９０％が赤外線に変換され放射され効率が良い。小型かつ軽量で、車室内の狭いスペースに配置でき電源電圧が低い車両ヒータとして適している。しかも、光の放射強さは電圧の調整等で容易に変更できる。これらは何れも、ヒータがハロゲンランプ１０の光エネルギを利用していることにより可能となった。

次に赤外線の透過に関し、硫化亜鉛層ガラスから成るバルブ１６は波長０．７８から１０μｍの赤外線を透過させるが、特に波長５から１０μｍ前後の遠赤外線を多く透過させるので、暖房に有効である。また反射板２２，分割反射板３７等による光学的扱いで容易に、集光、散光できる。

加えて、ハロゲンランプ１０の可視光（白色光）によるまぶしさに関し、フィラメント１４から放射される可視光の大部分をSiOから成る可視光カット層２０でカットしているので、例え光が乗員の目に入っても眩惑を感ずる心配はなく、車両の走行上安全である。なお、反射板２２の湾曲部２４の内周面に可視光除去層２６を形成すれば、より十分に可視光をカットできる。

＜第２の最良の形態＞
図５に示す第２の最良の形態では、硫化亜鉛ガラスから成るバルブ５０の他端部５３の内表面に赤外線を反射する反射層５５を形成している。尚、バルブ５０の一端部５１には第１の最良の形態と同様に可視光カット層２０がコーティングされている。反射層５５はパラボラ形の反射板２２の代りに反射板の機能を有することになり、フィラメント１４から側方及び後方に放射される光を反射して前方に向ける。反射層５５で反射された光はバルブ５０の一端部５１及び円筒部５２を透過し、その際可視光カット層２０で可視光をカットされる。

このようにすれば、フィラメント１２から後方又は側方に放射される光が反射層５５で前方へ反射されるので、上記パラボラ形状の反射板２２を廃止できる。その結果、配置スペースの有効利用又は部品点数の減少が可能となる。また、反射層５５は反射板２２に比べて面積が狭いので、反射層５５の形成範囲を狭くできる。

＜第３の最良の形態＞
図６に第３の最良の形態を示す。この最良の形態では、上記第１の最良の形態のバルブ１６の可視光カット層２０及び第２の最良の形態の反射層５５は形成されず、又は簡略化され、パラボラ形状の反射板６５の内周面に赤外線を反射する反射層７０がコーティングされている。また案内傘７５の開口縁に沿って立設した多数の分割反射板７８のランプ１０側の側面に可視光カット層８０がコーティングされている。開口縁は赤外線を透過する保護カバー７６で覆われている。このようにすれば、ランプ１０から放射された光は反射板６５で確実に前方に反射され、その後分割反射板７７で反射されるとともに、可視光カット層８０で可視光が確実にカットされる。

＜第４の最良の形態＞
図７に示す第４の最良の形態では、第３の最良の形態の分割反射板７８の代わりに、屈折レンズ８６が設けられている。屈折レンズ８６は傘状の案内部材８５に開口縁を覆うように取り付けられ、反射部材２２で反射された光を所定方向に屈折させている。屈折レンズ８６の内表面に可視光カット層８８がコーティングされている。このようにすれば、反射部材２２からの反射光を一枚の屈折レンズ８６で乗員の足元に向け、その際可視光除去層８８で可視光を除去できる。

第１の最良の形態（車両用暖房装置）を示す正面断面図である。 図１の要部拡大図である。 可視光の除去、赤外線の透過を示すグラフである。 暖房装置の内装品への取付位置を示す斜視図である。 第２の最良の形態（車両用暖房装置）を示す正面断面図である。 第３の最良の形態（車両用暖房装置）を示す正面断面図である。 第４の最良の形態（車両用暖房装置）を示す正面断面図である。

符号の説明

１０：ランプ １４：フィラメント
１６：バルブ
２０、２６，８０、８８：可視光除去層
２２：反射板 ３０、７５、８５：案内部材
５５：反射層 ７８：分割反射板
８６：屈折レンズ

Claims (13)

1. 光を放射するフィラメント（１４）と、該フィラメントを包囲し該フィラメントから放射される光を透過させるバルブ（１６）と、該バルブを透過する光から可視光を除去する可視光除去層（２０）とを備え、
   車両の車室内の内装品に取付けられ、可視光が除去された赤外線を該車室内の乗員に輻射する車両用暖房装置。
2. 前記バルブは、石英ガラス又は硫化亜鉛ガラスから成る請求項１に記載の車両用暖房装置。
3. 前記可視光除去層は、ZrO2, Al2O3, SiO2, TiO2又はSiOの少なくとも１つを含む請求項２記載の車両用暖房装置。
4. 前記可視光除去層は、前記バルブの外表面に形成されている請求項３に記載の車両用暖房装置。
5. 前記バルブの後方部分の内表面に光を前方に反対する反射層（５５）が形成されている請求項４に記載の車両用暖房装置。
6. 前記バルブの後方又は側方に放射される光を前方に反射させる第１反射板（２２）が設けられ、該第１反射板の反射面に前記可視光除去層（２６）が形成されている請求項２に記載の車両用暖房装置。
7. 前記バルブの前方に、光を所定方向に反射する第２反射板（７５）が設けられ、該第２反射板に前記可視光除去層（８０）が形成されている請求項２に記載の車両用暖房装置。
8. 前記第２反射板は多段の分割反射板（７８）に分割され、傘状の案内部材（７５）の開口縁に取り付けられている請求項７に記載の車両用暖房装置。
9. 隣接する前記分割反射板間の間隔が１０ｍｍ以下で、前記案内部材の開口を保護カバー（７６）で覆っている請求項７に記載の車両用暖房装置。
10. 前記可視光除去層は可視光は吸収し、赤外線は反射する材料から成る請求項６又は請求項７に記載の車両用暖房装置。
11. 前記バルブの後方又は側方に放射される光を前方に反射させる第２反射板（２２）が設けられ、前記バルブの前方に該第２反射板で反射された光を所定方向に屈折させるための屈折レンズ（８６）が設けられ、該屈折レンズに前記可視光除去（８８）が形成されている請求項２に記載の車両用暖房装置。
12. 前記可視光除去層は可視光は吸収し、赤外線は屈折させる材料から成る請求項１１に記載の車両用暖房装置。
13. 前記車室内の内装品はフロントダッシュパネル、センタコンソール、エアバッグ隣接部、ステアリングコラム、ドア肘掛け及びシートの少なくとも何れか一つである請求項３から７の何れか一つに記載の車両用暖房装置。

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