JP2009250574A

JP2009250574A - 加熱装置

Info

Publication number: JP2009250574A
Application number: JP2008101579A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Nakadokoro; 和生中所; Toshio Ohashi; 利男大橋; Hidekazu Iida; 秀和飯田
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2008-04-09
Filing date: 2008-04-09
Publication date: 2009-10-29

Abstract

【課題】コンパクトで加熱性能が高い螺旋状のシーズヒータを用いながらも、温度ムラを抑えた均一な加熱、局所沸騰の抑制、初期温度上昇性能の向上を達成できる加熱装置を提供すること。
【解決手段】螺旋状に巻かれたシーズヒータ１０と、このシーズヒータ１０が収容されたタンクと、このタンク内においてシーズヒータ１０に沿う螺旋状に形成され、シーズヒータ１０が収容されているとともに、熱交換用の流体が充填された流体流路２１と、を備えていることを特徴とする加熱装置とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体を加熱する加熱装置に関し、特に、車両用空調装置において熱交換用の流体の加熱に用いるのに好適な技術に関する。

従来、車両用空調装置において、ヒータコアにおいて熱交換用の流体を加熱する補助暖房装置や、ヒートポンプサイクルにおいてエバポレータで熱交換用の流体を加熱する加熱装置などとして、流体を貯留するタンクと、このタンク内に設置され、螺旋状を成したシーズヒータと、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このような従来技術では、流体が、このタンクの軸方向の一端側から流入し、他端側から熱交換器へ送られる。このとき、タンク内で、流体がシーズヒータにより加熱され、熱交換器において放熱される。
特開２０００−７１７５０号公報

しかしながら、上述の従来技術では、タンクが、螺旋状に巻かれたシーズヒータを収容可能な円筒形状をなしていたため、シーズヒータ自体は、コンパクトで高い加熱性能が得られるものの、以下に列挙する解決すべき課題を有していた。
ａ）流体は、タンク内を軸方向に流体が流れるため、シーズヒータの螺旋の内側や外側の流体は、シーズヒータに接触しにくく、シーズヒータに接触するものと、接触しにくいものとで、流体に温度ムラが生じていた。
ｂ）流体が流れる軸方向に対して、シーズヒータが略直交して配置されており、流体がシーズヒータに衝突した裏側で渦が発生し、この部分の流体のシーズヒータへの接触時間が長くなり、局所沸騰が生じるおそれがあった。
ｃ）タンクが、シーズヒータよりも大径の円筒状を成しており、タンク内の容量が大きいため、流体の温度が上昇するまで流体がある程度循環される必要があり、温度上昇に時間を有し、初期の流体温度上昇性能が十分ではなかった。

本発明は、上述の従来の問題に着目して成されたもので、コンパクトで加熱性能が高い螺旋状のシーズヒータを用いながらも、温度ムラを抑えた均一な加熱、局所沸騰の抑制、初期温度上昇性能の向上を達成できる加熱装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため本発明は、螺旋状に巻かれたシーズヒータと、このシーズヒータが収容されたタンクと、このタンク内において前記シーズヒータに沿う螺旋状に形成され、前記シーズヒータが収容されているとともに、熱交換用の流体が充填された流体流路と、を備えていることを特徴とする加熱装置とした。
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の加熱装置において、前記タンク内に、断熱性を有した素材で形成された流路形成部材が収容され、この流路形成部材に前記流体流路が形成されていることを特徴とする加熱装置とした。
請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の加熱装置において、前記流路形成部材が、前記シーズヒータの螺旋の内径よりも小径の外径を有した円筒状の内筒部材と、前記シーズヒータの螺旋の外径よりも大径の外径を有した円筒状の外筒部材とを備え、前記流体流路が、前記外筒部材の内周面と、前記内筒部材の外周面との少なくとも一方に形成された流路用溝により形成されていることを特徴とする加熱装置とした。

本発明の車両用空調装置では、コンパクトかつ加熱性能に優れる螺旋状のシーズヒータを発熱させた際には、このシーズヒータに沿って螺旋状に形成された流体流路に貯留された流体が、シーズヒータに沿って流れながら加熱される。
このように、流体が、流体流路をシーズヒータに沿って流れながら加熱されるため、流体が、シーズヒータに接触し易く、流体に温度ムラが生じることなく均一に加熱され、しかも、流体がシーズヒータに略直交する方向に流れる場合のように渦が発生しにくく、この渦の発生を原因とする局所沸騰の発生を防止することができる。さらに、流体流路は、シーズヒータに沿って形成されているため、その容量を小さく抑えることができ、かつ、流体はシーズヒータの略全長で暖められるため、従来のようにシーズヒータよりも外径の大きな円筒状のタンクを用いたものと比較して、流体の温度上昇性能を向上させることができる。

請求項２に記載の発明では、流体流路が断熱性を有した流路形成部材により形成されているため、加熱した流体の熱損失を抑制して熱交換効率を向上できる。しかも、タンク自体に螺旋状の流体流路を形成するのと比較して、加工が容易であり、かつ、タンクの外側で断熱するものよりもコンパクト化を図ることができる。

請求項３に記載の発明では、流路形成部材を、内筒部材と外筒部材とで形成し、流体流路を、外筒部材の内周面と内筒部材の外周面との少なくとも一方に形成された流路用溝により形成したため、螺旋状の流体流路を、溝加工により形成することができ、加工が容易である。
しかも、シーズヒータの内側には、円筒状の内筒部材が配置されるため、この内筒部材の部分を中実の部材により形成するのと比較して、流路形成部材の容積を小さくでき、コストダウンおよび軽量化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本実施の形態の車両用空調装置は、螺旋状に巻かれたシーズヒータ（１０）と、このシーズヒータ（１０）が収容されたタンク（３０）と、このタンク（３０）内において前記シーズヒータ（１０）に沿う螺旋状に形成され、前記シーズヒータ（１０）が収容されているとともに、熱交換用の流体が充填された流体流路（２１）と、を備えていることを特徴とする加熱装置である。

以下に、図１〜図６に基づいて、この発明の最良の実施の形態の実施例１の加熱装置Ａについて説明する。
図６は実施例１の加熱装置Ａを適用した車両用空調装置ＡＣの構成の概略を示す全体概略図であって、この車両用空調装置ＡＣは、空気取入口１から図示を両者くした複数の吹出口に至る送風通路２を形成するケーシング３を備えている。

そして、ケーシング３内に、送風通路２において送風の上流側から順に、送風機４と、エバポレータ５と、ヒータコア６と、が設置されている。

エバポレータ５は、周知の冷媒を循環する冷凍サイクル５０の構成要素の一つである。なお、この冷凍サイクル５０は、走行用のエンジン（図示省略）あるいはモータによって駆動されて冷媒を圧縮するコンプレッサ５１と、高圧ガス状の冷媒を冷却して飽和液とするコンデンサ５２と、冷媒を低温低圧の蒸気とする膨張弁５３と、冷媒の気液分離を行うリキッドタンク５４と、を備えている。

ヒータコア６は、加熱装置Ａにおいて生成された熱交換用の流体である水を加熱した温水により、送風通路２の送風を加熱する。すなわち、ヒータコア６と加熱装置Ａとは、ポンプ７により水を循環させる循環路８で接続されている。

次に、加熱装置Ａについて説明する。
この加熱装置Ａは、図２に示すように、シーズヒータ１０と、シーズヒータ１０を収容するとともに、熱交換用の水を接触させる流体流路２１（図１参照）を形成する流路形成部材２０と、この流路形成部材２０を収容するタンク３０と、を備えている。

シーズヒータ１０は、周知の発熱線を保護管の中に収容させるとともに、中間に耐熱性絶縁物を充填した発熱体であって、図３に示すように、螺旋状に巻かれており、両端にリード端子１１，１１が設けられている。

流路形成部材２０は、図１に示すように、断熱性を有した発泡性樹脂（例えば、発泡スチロール）などの樹脂により形成された外筒部材２２と内筒部材２３と流路閉塞部材２４，２５とを備えている。

外筒部材２２は、図示のように内周に軸方向に貫通した貫通穴２２ａを備えた略円筒形状に形成されている。そして、貫通穴２２ａの内周には、図４に示すように、略Ｕ字断面形状の流路用溝２２ｂが、内周に沿って螺旋状を描いて、その全長に亘って形成されている。なお、流路用溝２２ｂは、シーズヒータ１０の外径よりも大径で、かつ、シーズヒータ１０の螺旋の巻きと略同軸に形成されている。

図１に戻り、内筒部材２３は、図示のように円筒形状に形成されている。この内筒部材２３の外形寸法は、図４に示すように、その外周が、外筒部材２２の貫通穴２２ａの内周に圧接される寸法に形成されている。このように内筒部材２３の外周が外筒部材２２の貫通穴２２ａの内周に圧接されることで、外筒部材２２の流路用溝２２ｂの内径側が閉塞され、両部材２２，２３の間に、螺旋状の流体流路２１が形成される。

図１に戻り、流路閉塞部材２４，２５は、外筒部材２２と略同外径寸法の円盤状に形成されており、外筒部材２２および内筒部材２３の軸方向両端面に当接された状態で、接着材や溶融などにより結合されている。また、流路閉塞部材２４，２５には、流体流路２１を外部と連通させる連通用穴２４ａ，２５ａと、シーズヒータ１０の両端のリード端子１１，１１を外部に突出させるヒータ用穴２４ｂ，２５ｂと、が開口されている。

すなわち、シーズヒータ１０は、図５に示すように、流体流路２１に沿って螺旋状に配置され、この場合、シーズヒータ１０は、図４に示すように、流体流路２１の内周壁から離間して配置される。また、シーズヒータ１０の両端のリード端子１１，１１は、図２に示すように、流路閉塞部材２４（２５）のヒータ用穴２４ｂ（２５ｂ）から突出される。

タンク３０は、ＳＵＳなどを素材とする金属製の部材であり、図２に示すように、流路形成部材２０を収容可能な円筒状のタンク本体３１と、このタンク本体３１の軸方向両端を塞いでネジ止めされる円盤状のタンク蓋材３２，３３と、タンク本体３１と両タンク蓋材３２，３３との間で水密性を保つシール材３４（タンク本体３１とタンク蓋材３２との間のものは図示を省略する）と、を備えている。

さらに、タンク蓋材３２，３３には、流路形成部材２０の流体流路２１と循環路８とを接続させる接続ノズル３５（タンク蓋材３３のものは図示をそう略する）が装着されているとともに、シーズヒータ１０のリード端子１１が挿通される端子外筒３６が装着されている。

また、タンク本体３１には、水の容積変化の吸収用、かつ、水の補充用のリザーバ口３１ａおよびこのリザーバ口３１ａを開閉するキャップ３１ｂが設けられている。

なお、シーズヒータ１０は、図６に示すように、電源供給を行う駆動回路４０が接続されている。そして、この駆動回路４０および前述の送風機４、ポンプ７、コンプレッサ５１の駆動は、コントロールユニット６０により制御される。

次に、実施例１の加熱装置の製造手順を説明する。
まず、外筒部材２２は、円筒状のものを、中心軸に沿って２分割し、露出された貫通穴２２ａの内周に流路用溝２２ｂを形成する。このように、貫通穴２２ａの内周を露出させて加工するため、加工が容易である。
次に、外筒部材２２の２分割した一方の流路用溝２２ｂに沿って、シーズヒータ１０を配置する。この場合、シーズヒータ１０を、流路用溝２２ｂの開放された内径方向側から挿入させることができ、流体流路２１の一端から螺旋状のシーズヒータ１０を差し込むのと比較して、作業が容易である。特に、本実施例１のように、シーズヒータ１０の両端のリード端子１１が螺旋の中心軸に沿う方向に突出させている場合、このままでは、螺旋状の流体流路２１に差し込むことができないため、リード端子１１などの固着作業が後加工になる。それに対して、内径方向に露出した流路用溝２２ｂに、内径方向からシーズヒータ１０を挿入可能な本実施例１の場合には、このような後加工が不要である。

次に、外筒部材２２の分割された一方の部材の貫通穴２２ａの内周に内筒部材２３の外周を当接させ、あるいは、さらに両者を接着あるいは溶着する。
その後、この内筒部材２３の外周に、外筒部材２２の分割されたもう一方を装着し、分割された外筒部材２２を、接着あるいは溶着により一体化する。この場合、このもう一方の部材と、内筒部材２３とを、接着あるいは溶着させてもよい。

以上の工程により、図５に示すように、螺旋状の流体流路２１に、螺旋状のシーズヒータ１０が挿入され、外筒部材２２の貫通穴２２ａに内筒部材２３が差し込まされた状態の流路形成部材２０が得られる。
さらに、図５に示す状態の流路形成部材２０の軸方向両端を、図２に示すように、流路閉塞部材２４，２５で塞ぎ、流体流路２１が、連通用穴２４ａ，２５ａのみで外部と繋がった状態とする。

次に、このようにシーズヒータ１０が収容された流路形成部材２０をタンク本体３１に差し込み、このタンク本体３１の両端を、タンク蓋材３２，３３で塞ぐ。
このとき、シーズヒータ１０の両端のリード端子１１，１１を、タンク蓋材３２，３３の外筒３５により支持し、シーズヒータ１０は、図４に示すように、流体流路２１の内周壁から離れた状態で、タンク３０に支持される。

なお、このようにして製造された加熱装置Ａを車両用空調装置ＡＣに組み付ける場合には、車両用空調装置ＡＣに接続された循環路８を形成するパイプに、タンク３０の接続ノズル３５を接続する。また、シーズヒータ１０の両端のリード端子１１，１１は、駆動回路４０に電気的に接続される。

この車両用空調装置ＡＣでは、ヒータコア６により送風通路２の送風を加熱する場合、コントロールユニット６０から駆動回路４０へシーズヒータ１０を加熱駆動させる信号を出力させるとともに、ポンプ７を駆動させる信号を出力させる。

これにより、シーズヒータ１０が加熱され、流体流路２１内に存在する水が加熱されて温水となり、この温水が、ヒータコア６に供給され、送風通路２の送風が暖められる。

このとき、タンク３０の流体流路２１内を水が流れる際に、水は、流体流路２１の一端から他端まで、シーズヒータ１０の略全長に沿って流れる。このため、水は、満遍なくシーズヒータ１０に接触し、温度ムラが生じにくいとともに、渦が生じにくく、局所沸騰が生じにくい。

しかも、流体流路２１は、タンク３０において、シーズヒータ１０に沿う部分のみに形成されているため、タンク３０内の水の容量が小さく、短時間でシーズヒータ１０により加熱され、かつ、上述のように水は、シーズヒータ１０の略全長に亘って接触した後にヒータコア６に供給されるため、初期の温度上昇性能に優れる。

さらに、シーズヒータ１０は、両端のリード端子１１をタンク蓋材３２，３３に支持され、図４に示すように、流体流路２１の内周壁から離れた位置に保持されている。したがって、シーズヒータ１０の全周が、流体流路２１を流れる水に接触しており、効率の良い加熱を行うことができる。

加えて、流体流路２１を形成する流路形成部材２０は、断熱性を有した樹脂により形成されているため、放熱による熱損失を抑えることができ、熱効率に優れる。また、円筒状のタンク３０とは別体の流路形成部材２０に流体流路２１を形成するようにしたため、タンク自体に螺旋状の流体流路２１を形成するのと比較して、加工が容易であり、かつ、タンク３０の外側で断熱するものよりもコンパクト化を図ることができる。

しかも、流路形成部材２０を、円筒状の外筒部材２２と内筒部材２３とで形成し、流体流路２１を、外筒部材２２の貫通穴２２ａの内周面に断面略Ｕ字の流路用溝２２ｂを形成し、これを内筒部材２３の外周で塞いで形成するようにしたため、螺旋状の流体流路２１の加工が容易である。
さらに、シーズヒータ１０の内側に、円筒状の内筒部材２３が配置されるため、この内筒部材２３の部分を中実の部材により形成するのと比較して、流路形成部材２０の容積を小さくでき、コストダウンおよび軽量化を図ることができる。

加えて、実施例１では、外筒部材２２を二分割して、流路用溝２２ｂを形成し、その一方にシーズヒータ１０を配置した後、もう一方を装着するようにしたため、螺旋状の流体流路２１の一端から、シーズヒータ１０を回転させながら差し込む作業が不要で、製造作業性に優れる。

（他の実施例）
以下に、本発明の実施の形態の他の実施例について説明する。
なお、これら他の実施例を説明するのにあたり、実施例１と共通する構成には、実施例１で示した符号を付けることで、説明を省略する。また、作用についても、実施例１と共通する作用については説明を省略する。

図７に基づいて、本発明の実施の形態の実施例２の加熱装置について説明する。
この実施例２は、流路形成部材２２０の構成が実施例１と異なる。
すなわち、流路形成部材２２０は、外筒部材２２２と内筒部材２２３とを備えている。そして、内筒部材２２３の外周に断面略Ｕ字状の流路用溝２２３ｂが螺旋状に形成されている。一方、外筒部材２２２は、内筒部材２２３の外周に当接あるいは圧接される内径の貫通穴２２２ａを備えている。

この実施例２では、組付時に、まず、内筒部材２２３の外周の流路用溝２２３ｂにシーズヒータ１０を回転させながら、挿入する。なお、この場合、シーズヒータ１０の挿入端側のリード端子１１は、外径方向に向けて、挿入の進行方向で流路用溝２２３ｂと干渉しないようにする。

そして、シーズヒータ１０を内筒部材２２３の外周に装着したら、この内筒部材２２３を外筒部材２２２の貫通穴２２２ａに差し込む。この差込状態で、図示のように、流路用溝２２３ｂの外径方向が外筒部材２２２の内周面で塞がれ、螺旋状の流体流路２２１が形成される。

他の作用効果については実施例１と同様であり、説明を省略する。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態および実施例１，２について詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態および実施例１，２に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、実施例１，２では、車両用空調装置ＡＣの補助暖房装置として用いた例を示したが、用途としてはこれに限定されるものではなく、ヒートサイクルのエバポレータの加熱にも用いることができるほか、車両用の空調装置に限らず、産業機器や家庭用機器に用いることもできる。

また、実施例１，２では、流路形成部材２０を、断熱性を有した発泡性の樹脂で形成した例を示したが、素材としてはこれに限定されるものではなく、発泡性を有しない樹脂やゴム、あるいは金属により形成してもよい。この場合、断熱性を与えるために、タンクの外周に断熱性を有した素材を設けてもよい。

また、実施例１，２では、螺旋状の流体流路２１を形成するのにあたり、流路形成部材２０を、外筒部材２２，２２２と内筒部材２３，２２３との２部材で形成し、両部材の間に流体流路２１を形成するようにした例を示したが、これに限定されるものではなく、１部材に螺旋状の穴空け加工を行ったり、型成形を行ったりして形成してもよい。

さらに、実施例１，２では、流体流路２１を形成するのにあたり、外筒部材２２，２２２と内筒部材２３，２２３との一方に、流路用溝２２ｂ，２２３ｂを形成したものを示したが、このように外筒部材と内筒部材との間に流体流路を形成する場合、両部材に溝を形成してこの溝を合体させるようにしてもよい。

本発明の最良の実施の形態の実施例１の加熱装置Ａの流路形成部材２０にシーズヒータ１０を組み付けた状態を示す分解斜視図である。実施例１の加熱装置Ａを示す分解斜視図である。実施例１の加熱装置Ａのシーズヒータ１０と外筒部材２２とを示す分解斜視図である。実施例１の加熱装置Ａの要部の断面図である。実施例１の加熱装置Ａの流路形成部材２０にシーズヒータ１０を組み付けた状態を示す流路形成部材２０の一部を切り欠いた状態の斜視図である。実施例１の加熱装置Ａを適用した車両用空調装置ＡＣを示す構成説明図である。実施例２の加熱装置の要部の断面図である。

符号の説明

１０シーズヒータ
２０流路形成部材
２１流体流路
２２外筒部材
２２ｂ流路用溝
２３内筒部材
３０タンク
２２０流路形成部材
２２１流体流路
２２２外筒部材
２２３内筒部材
２２２外筒部材
Ａ加熱装置
ＡＣ車両用空調装置

Claims

螺旋状に巻かれたシーズヒータと、
このシーズヒータが収容されたタンクと、
このタンク内において前記シーズヒータに沿う螺旋状に形成され、前記シーズヒータが収容されているとともに、熱交換用の流体が充填された流体流路と、
を備えていることを特徴とする加熱装置。
前記タンク内に、断熱性を有した素材で形成された流路形成部材が収容され、
この流路形成部材に前記流体流路が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
前記流路形成部材が、前記シーズヒータの螺旋の内径よりも小径の外径を有した円筒状の内筒部材と、前記シーズヒータの螺旋の外径よりも大径の外径を有した円筒状の外筒部材とを備え、
前記流体流路が、前記外筒部材の内周面と、前記内筒部材の外周面との少なくとも一方に形成された流路用溝により形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加熱装置。