JP2011079344A - 熱媒体加熱装置および車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の軽量化を図るとともに、組立性の向上を図ることができる熱媒体加熱装置および車両用空調装置を提供する。
【解決手段】熱媒体が流入または流出する対向して配置された一対のヘッダ５１，５２、および、一対のヘッダ５１，５２の間に並んで配置され一対のヘッダ５１，５２の間で熱媒体を流通させる複数のチューブ５３を有する熱交換部５０と、複数のチューブ５３の間に配置され、熱媒体との間で熱交換を行う加熱モジュール６０と、熱交換部５０が配置される第１筐体２０と、加熱モジュール６０が配置されとともに、第１筐体２０と当接して複数のチューブ５３と加熱モジュール６０との相対位置を定める第２筐体３０と、が設けられていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）ヒータを用いて熱媒体を加熱する熱媒体加熱装置およびそれを用いた車両用空調装置に関するものである。

従来から、被加熱媒体を加熱する熱媒体加熱装置の１つとして、正特性サーミスタ素子（ＰＴＣ素子）を発熱要素とするＰＴＣヒータを用いたものが知られている。
ＰＴＣヒータは正特性のサーミスタ特性を有しているため、ＰＴＣヒータの温度が上昇するとその抵抗値も上昇する。これによってＰＴＣヒータにおける消費電流が制御されるとともに温度上昇が緩やかになる。その後、ＰＴＣヒータにおける消費電流および発熱部の温度が飽和領域に達して安定する。言い換えると、ＰＴＣヒータは自己温度制御特性を備えている。

上記のように、ＰＴＣヒータはヒータの温度が上昇すると消費電流が低くなり、その後一定温度の飽和領域に達すると、消費電流が低い値で安定するという特性を有する。この特性を利用することにより、ＰＴＣヒータにより消費される電力を節減することができるとともに、ＰＴＣヒータの発熱部における温度の異常上昇を防止することができるという利点が得られる。

このような特長を有することから、ＰＴＣヒータは多くの技術分野において用いられている。空調の分野、例えば車両用空調装置の分野においても、空気加温用の放熱器に供給する熱媒体（ここでは、エンジンの冷却水）を加熱するための加熱装置にＰＴＣヒータを適用したものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

その一方で、同様な構成で電界効果トランジスタ（以下、「ＦＥＴ」と表記する。）や、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（以下、「ＩＧＢＴ」と表記する。）などのパワー用半導体素子等から発生する熱を媒体に放出して、パワー用半導体素子等の冷却を行う構成も提案されている（例えば、特許文献２および３参照。）。
これらは、ＰＴＣヒータで熱媒体や媒体を加熱するか、熱媒体や媒体によりパワー用半導体素子等を冷却するかという観点の違いがあるだけであって、その構成に大きな相違は含まれない。

特開２００８−１０９１３７号公報 特許第４０５２１９７号公報 特開２００９−１４２０００号公報

上述の特許文献１には、熱伝達面の良好な接触を確保することを目的として、ＰＴＣエレメントを含む発熱エレメントを、加熱機ハウジングに形成されたスロットに固定する構成が記載されている。

しかしながら、上述の構成では複数の発熱エレメントを１つずつスロットに差し込み固定する必要があり、組立作業が煩雑になるという問題があった。さらに加熱機ハウジングに発熱エレメントを差し込むスロットが形成され、その周囲を熱媒体等が流れることから、加熱機ハウジングを深絞り成型により製作した場合、加工上の限界から加熱機を大きく出来ず、十分な能力を得るためには装置を大型化する必要があった。もしくは、加熱機ハウジングを鋳造などにより製作した場合、装置全体の重量が増加するという問題があった。

特許文献２および３には、電力変換回路の一部を構成する電子部品を冷却することを目的として、内部に熱媒体等が流通される複数のチューブを平行に配列し、これらチューブの間に複数の電子部品を配置する構成が記載されている。

しかしながら、上述の構成では複数の電子部品を１つずつチューブの間に差し込む必要があり、組立作業が煩雑になるという問題があった。
さらに電子部品を所定の位置、つまりチューブとの熱伝達がよい位置に配置することが、熱交換性を向上させる観点から重要な問題となる。上述の構成では、基板に対する電子部品の端子の差し込みによって、電子部品におけるチューブ間への差し込み方向の位置決めが行われている。そのため、組み立て時、電子部品を熱伝達上適切な位置に配置することが容易ではないという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、装置の軽量化を図るとともに、組立性の向上を図ることができる熱媒体加熱装置および車両用空調装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の熱媒体加熱装置は、熱媒体が流入または流出する対向して配置された一対のヘッダ、および、当該一対のヘッダの間に並んで配置され前記一対のヘッダの間で前記熱媒体を流通させる複数のチューブを有する熱交換部と、前記複数のチューブの間に配置され、前記熱媒体との間で熱交換を行う加熱モジュールと、前記熱交換部が配置される第１筐体と、前記加熱モジュールが配置されるとともに、前記第１筐体と当接して前記複数のチューブと前記加熱モジュールとの相対位置を定める第２筐体と、が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、加熱モジュールは第２筐体に配置されて取り付けられた後に、第１筐体に配置された熱交換部の複数のチューブの間に差し込まれて配置される。つまり第２筐体を第１筐体に取り付けることにより、同時に、複数の加熱モジュールがチューブの間に配置される。

さらに第１筐体と第２筐体とを当接させて両者の相対位置を定めると、同時に、第１筐体に配置された熱交換部のチューブと、第２筐体に配置された加熱モジュールとの相対位置も定められる。

その一方で、加熱モジュールは複数のチューブ間のみに配置されるため、第１筐体や第２筐体と直接接触することがない。すると、第１筐体や第２筐体に求められる耐熱性が低くなり、第１筐体や第２筐体を形成する材料の選択の幅が広くなる。言い換えると、耐熱性を有する金属材料と比較して軽量であるが耐熱性が低い材料、例えば樹脂材料を用いて第１筐体や第２筐体を形成することができる。また、熱媒体は一対のヘッダおよび複数のチューブの内部を流れるため、筐体の接合部に熱媒体をシールするための構造を設ける必要がなく、構造を簡略化出来る。

上記発明においては、前記第２筐体には、前記加熱モジュールに対して電力を供給する基板を設けることも出来る。

本発明によれば、加熱モジュールがあらかじめ位置決め配置された第２筐体に基板を配置するため、加熱モジュールと基板との相対位置を容易に定めることができ、加熱モジュールと基板との接続が容易となる。

本発明の熱媒体加熱装置は、熱媒体が流入または流出する対向して配置された一対のヘッダ、および、前記一対のヘッダの間で前記熱媒体を流通させる複数のチューブを有する熱交換部と、電力の供給を受けて熱を発生する発熱体、および、該発熱体を包んで挟む一対の支持部により構成される加熱モジュールを有し、前記複数のチューブの間に配置されて前記熱媒体との間で熱交換を行う加熱モジュールと、前記熱交換部が配置されるとともに、前記一対の支持部と当接して前記複数のチューブと前記加熱モジュールとの相対位置を定める筐体と、が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、加熱モジュールを複数のチューブの間に差し込んで配置する際に、加熱モジュールの支持部を筐体に押し当てて当接させることにより、熱交換部のチューブと加熱モジュールとの相対位置が定められる。
さらに支持部を筐体に押し当てるだけでチューブと加熱モジュールとの相対位置を定めることができるため、加熱モジュールを差し込む作業が容易となる。

上記発明においては、前記支持部には、前記発熱体を挟んだ際に前記筐体側から前記発熱体を支持する段差部が設けられていることが望ましい。

本発明によれば、発熱体を支持部によって挟んだ加熱モジュールを複数のチューブの間に差し込んだ際に、発熱体は筐体に押し当てられた支持部の段差部によって支持される。

本発明の車両用空調装置は、上記本発明に記載の熱媒体加熱装置と、該熱媒体加熱装置から供給された熱媒体と、空気との間で熱交換を行う空調用熱交換部と、前記熱媒体を前記熱媒体加熱装置および前記空調用熱交換部の間で循環させる循環部と、が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、上記本発明の熱媒体加熱装置が設けられているため、特殊な加熱装置などを内蔵する必要がなく、従来と同様の車両用空調装置が使用出来る。

本発明の熱媒体加熱装置および車両用空調装置によれば、加熱モジュールを第２筐体に取り付けた後に、第１筐体に配置された熱交換部の複数のチューブの間に差し込むことにより、装置の軽量化を図るとともに、組立性の向上を図ることができるという効果を奏する。

さらに本発明の熱媒体加熱装置および車両用空調装置によれば、加熱モジュールを複数のチューブの間に差し込んで配置する際に、加熱モジュールの支持部を筐体に押し当てて当接させるため、装置の軽量化を図るとともに、組立性の向上を図ることができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る車両用空調装置の概略構成図である。 図１の熱媒体加熱装置における全体構成を説明する斜視図である。 図２の熱媒体加熱装置の構成を説明する分解斜視図である。 図２の熱媒体加熱装置の構成を説明する断面視図である。 図３の加熱モジュールの構成を説明する分解斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る熱媒体加熱装置の全体構成を説明する模式図である。 図６の熱媒体加熱装置における加熱モジュールの構成を説明する断面視図である。 図７の絶縁板の構成を説明する斜視図である。 本発明の参考の実施形態に係る半導体素子冷却装置の全体構成を説明する模式図である。 図９の熱交換部と半導体素子モジュールとの配置関係を説明する模式図である。 図１０の半導体素子の構成を説明する正面視図である。 図１０の半導体素子の構成を説明する側面視図である。 図１０のブロック部の構成を説明する斜視図である。

〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係る車両用空調装置ついて図１から図５を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る車両用空調装置の概略構成図である。
車両用空調装置１は、外気または車室内空気を取り込んで温調し、それを車室内へと導く空気流路２Ａを形成するためのケーシング２を備えている。

ケーシング２の内部には、ブロア３と、冷却器４と、放熱器（空調用熱交換部）５と、エアミックスダンパ６と、が主に設けられている。さらにケーシング２の外側には、放熱器５とともに熱媒体循環回路９を構成するタンク７、ポンプ８および熱媒体加熱装置１０が設けられている。
ケーシング２の下流側は、吹き出しモード切替ダンパおよびダクト（図示せず。）を介して温調された空気を車室内に吹き出す、複数の吹き出し口（図示せず。）へと接続されている。

ブロア３は空気流路２Ａの上流側から下流側にかけて順次、外気または車室内空気を吸い込んで昇圧し、それを下流側へと圧送するものである。
冷却器４はブロア３により圧送される空気を冷却するものである。さらに冷却器４は、圧縮機、凝縮器および膨張弁（図示せず。）と共に冷媒回路を構成し、膨張弁で断熱膨張された冷媒を蒸発させることにより、そこを通過する空気を冷却するものである。

放熱器５は冷却器４を通過して冷却された空気を加熱するものである。さらに放熱器５は、熱媒体加熱装置１０により加熱された熱媒体と、放熱器５を通過する空気との間で熱交換を行うものであって、当該空気を加温するものである。本実施形態では熱媒体加熱装置１０とタンク７との間に放熱器５が配置されている例に適用して説明する。
エアミックスダンパ６は放熱器５を通過する空気量と放熱器５をバイパスして流れる空気量との割合を調整し、その下流側でミックスされる空気の温度を調節するか、もしくは暖房が不要な時に空気を全量放熱器５よりバイパスさせ、圧損の低減を行うものである。

タンク７は熱媒体循環回路９を循環する熱媒体の一部を一時的に貯留するものである。本実施形態では放熱器５とポンプ８との間にタンク７が配置されている例に適用して説明する。
ポンプ８は熱媒体を圧送するものであって、熱媒体循環回路９において熱媒体を循環させるものである。本実施形態では熱媒体加熱装置１０とタンク７との間にポンプ８が配置されている例に適用して説明する。

図２は、図１の熱媒体加熱装置における全体構成を説明する斜視図である。図３は、図２の熱媒体加熱装置の構成を説明する分解斜視図である。図４は、図２の熱媒体加熱装置の構成を説明する断面視図である。
熱媒体加熱装置１０は、図１に示すように、熱媒体循環回路９を循環する熱媒体を加熱することにより、放熱器５を介して車室内に導かれる空気を加熱するものである。
熱媒体加熱装置１０には、図２から図４に示すように、下ケース（第１筐体）２０、中ケース（第２筐体）３０および上ケース４０と、熱交換部５０と、加熱モジュール６０と、基板７０と、が主に設けられている。

下ケース２０は上ケース４０とともに熱媒体加熱装置１０の外形を構成し、かつ、中ケース３０とともに内部に熱交換部５０を収納するものである。下ケース２０は底面を有する略角筒状に形成されたものであって、開口に中ケース３０が取り付けられるものである。
さらに、下ケース２０には熱交換部５０を保持するための構造、および熱交換部５０に対して熱媒体を流入させる流路や、熱交換部５０から熱媒体を流出させる流路が挿通される挿通部が設けられている。

中ケース３０は下ケース２０とともに内部に熱交換部５０を収納するものであって、加熱モジュール６０および基板７０を支持するものである。中ケース３０は下ケース２０と上ケース４０との間に配置される略板状の部材である。
さらに、中ケース３０には固定用スリット３１と、挿通スリット３２と、ボス部３３と、が設けられている。

固定用スリット３１は加熱モジュール６０が取り付けられる貫通長孔である。
挿通スリット３２は加熱モジュール６０の電極板６３が挿通される貫通長孔である。
ボス部３３は中ケース３０から上ケース４０に向かって突出した円柱状の部材であって、基板７０の取り付けに用いられるネジと噛み合わされる雌ネジ穴が設けられている。

上ケース４０は下ケース２０とともに熱媒体加熱装置１０の外形を構成し、かつ、中ケース３０とともに内部に基板７０を収納するものである。上ケース４０は天面を有する略角筒状に形成されたものであって、開口に中ケース３０が配置されるものである。

下ケース２０、中ケース３０および上ケース４０は、金属、もしくは強度が高く比較的耐熱性を有する樹脂、例えばガラス繊維などを混合して強度を高めた繊維強化樹脂などにより形成することが出来る。

熱交換部５０は加熱モジュール６０と熱媒体との間で熱交換を行い、熱媒体を加熱するものである。さらに、熱交換部５０は放熱器５やタンク７やポンプ８とともに熱媒体循環回路９を構成するものである。
熱交換部５０には、流入ヘッダ（ヘッダ）５１と、流出ヘッダ（ヘッダ）５２と、複数のチューブ５３と、が主に設けられている。

流入ヘッダ５１はポンプ８により圧送された熱媒体が流入するものであって、複数のチューブ５３に熱媒体を導くものである。流出ヘッダ５２は複数のチューブ５３から熱媒体が流入するものであって、流入した熱媒体を放熱器５に向かって流出させるものである。
流入ヘッダ５１および流出ヘッダ５２は対向して配置され、両者の間にはチューブ５３が配置される間隔が設けられている。

チューブ５３は内部を流れる熱媒体と、加熱モジュール６０との間で熱交換を行う筒状の部材である。チューブ５３は流入ヘッダ５１および流出ヘッダ５２にわたって配置されている、言い換えるとチューブ５３の一方の端部は流入ヘッダ５１に接続され、他方の端部は流出ヘッダ５２に接続されている。
チューブ５３は流入ヘッダ５１および流出ヘッダ５２の間に複数配置され、所定の間隔をあけて平行に並んでいる。

図５は、図３の加熱モジュールの構成を説明する分解斜視図である。
加熱モジュール６０は基板７０から電力の供給を受けて熱を発生するものである。
加熱モジュール６０には、図５に示すように、枠体６１と、ＰＴＣ素子６２と、電極板６３と、絶縁板６４と、が主に設けられている。

枠体６１は電極板６３とともにＰＴＣ素子６２を保持するものであって、加熱モジュール６０を中ケース３０に取り付けられるものである。枠体６１は略四角筒状に形成されたものであって、両開口に配置される電極板６３,６３とともに電極板に接着されたＰＴＣ素子６２を内部に保持するものである。
枠体６１は、上記加熱モジュールを上記熱交換部に挿入する際、絶縁板と枠体とのずれを防止するため、絶縁板を保持するための段差が設けられている。

枠体６１には枠体６１の外側に向かって、言い換えると、中ケース３０に向かって（図５の上方向に）突出する固定用凸部６１Ａ，６１Ａが設けられている。固定用凸部６１Ａ，６１Ａは中ケース３０の固定用スリット３１に差し込まれるものであって、加熱モジュール６０を中ケース３０に固定するものである。
枠体６１としては、耐熱温度の高い樹脂材料、例えばポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）から形成されているものを挙げることができる。

ＰＴＣ素子６２は正特性サーミスタ素子であって、電力の供給を受けて熱を発生する素子である。
ＰＴＣ素子６２は六面体、より好ましくは直方体状に形成され、一つの加熱モジュール６０に複数配置されている。さらに複数のＰＴＣ素子６２は枠体６１の内部に並んで配置され、かつ、枠体の両開口に配置された電極板６３，６３と電気的に接触されている。

電極板６３は基板７０からＰＴＣ素子６２に電力を供給する導電性を有する板状の部材である。電極板６３は略矩形状の板材であって、枠体６１における一方の開口および他方の開口に配置されるものである。
さらに電極板６３は、ＰＴＣ素子６２と電気的に接続されるとともに、熱伝導が可能なようにＰＴＣ素子６２と接続されるものである。本実施形態では、ＰＴＣ素子６２と電極板６３とを、熱硬化性シリコンを用いて接着する例に適用して説明する。

電極板６３には、基板７０と電気的に接続される端子６３Ａが設けられている。
端子６３Ａは電極板６３から延びる長方形状の板材であって、一方の電極板６３においては電極板６３の角部から中ケース３０に向かって（図５の上方向）延び、他方の電極板６３においては長辺の中央から中ケース３０に向かって延びている。

絶縁板６４は加熱モジュール６０とチューブ５３との間の絶縁を行うものである。
絶縁板６４は長方形状の板として形成されたものであって、電極板６３のさらに外側に配置され、枠体６１とともに加熱モジュール６０の外形を形成するものである。絶縁板６４を形成する材料としてはアルミナ（酸化アルミニウム、Ａｌ_２Ｏ_３）を例示することができる。

さらに絶縁板６４は電極板６３およびチューブ５３と熱伝導が可能に接続されている。本実施形態では、絶縁板６４と電極板６３との間、および、絶縁板６４とチューブ５３との間に、伝熱性を有するシリコンコンパウンドが配置されている例に適用して説明する。

基板７０は加熱モジュール６０に電力を供給するものであって、中ケース３０に配置されるものである。基板７０には加熱モジュール６０に供給される電力を制御する制御回路が設けられていてもよい。

次に、上記の構成からなる熱媒体加熱装置１０の組み立てについて説明する。
最初に加熱モジュール６０の組み立てについて説明し、その後に熱媒体加熱装置１０の組み立てについて説明する。

加熱モジュール６０を組み立てる際には、まず図５に示すように、枠体６１の中にＰＴＣ素子６２が配置され、熱硬化性シリコンを用いて電極板６３，６３がＰＴＣ素子６２の両面にそれぞれ接着される。熱硬化性シリコンは、ＰＴＣ素子６２に電力を供給して発熱させることにより硬化されてもよいし、外部から熱を加えることにより硬化されてもよく、特に限定するものではない。

そして、枠体６１、ＰＴＣ素子６２および電極板６３，６３を挟むように絶縁板６４，６４が配置される。このとき、電極板６３と絶縁板６４との間にはシリコンコンパウンドが配置される。絶縁板６４はシリコンコンパウンドにより電極板６３に仮固定される。
これにより加熱モジュール６０が完成する。

続いて、熱媒体加熱装置１０の組み立てについて図３を参照しながら説明する。
まず中ケース３０に加熱モジュール６０が取り付けられる。具体的には中ケース３０の固定用スリット３１および挿通スリット３２に、加熱モジュール６０の固定用凸部６１Ａおよび電極板６３の端子６３Ａがそれぞれ挿通される。このうち、固定用スリット３１および固定用凸部６１Ａの組み合わせにより、加熱モジュール６０が中ケース３０に固定される。
加熱モジュール６０は熱交換部５０のチューブ５３の間隔に対応して、平行に並んで中ケース３０に固定される。

さらに中ケース３０に基板７０が取り付けられるとともに、加熱モジュール６０の端子６３Ａと基板７０とが電気的に接続される。接続方法としては、ハンダ付けなどの公知の方法を用いることができ、特に限定するものではない。
本実施形態では、ネジによる固定で中ケース３０に基板７０が取り付けられる例に適用して説明する。

なお、上述のように、加熱モジュール６０を先に中ケース３０に取り付けてもよいし、基板７０を先に中ケース３０に取り付けてもよく、特に限定するものではない。

そして、熱交換部５０のチューブ５３の間に加熱モジュール６０が差し込まれる。このとき、下ケース２０に対する中ケース３０の配置位置を決定することにより、自動的にチューブ５３に対する加熱モジュール６０の配置位置が決定される。言い換えると、個々の加熱モジュール６０について配置位置を決定する必要がない。

なお、熱交換部５０は前の工程で、あるいは並行する工程で公知の方法により組み立てられており、かつ、下ケース２０に配置されている。

下ケース２０と中ケース３０とが接触するまで加熱モジュール６０がチューブ５３の間に差し込まれると、図４に示すように、チューブ５３とＰＴＣ素子６２とが同じ高さに配置される。言い換えると、加熱モジュール６０は、チューブ５３に対する熱伝達効率が最も高い位置に配置される。なお、熱伝達効率が最も高い位置であればよく、チューブ５３とＰＴＣ素子６２は同じ高さである必要はない。
そのため、個々の加熱モジュール６０において差し込み量を調節する必要がない。

最後に上ケース４０を、中ケース３０および下ケース２０に対して取り付けることにより、熱媒体加熱装置１０の組み立てが完了する。

次に、上記の構成からなる車両用空調装置１における熱媒体加熱装置１０を用いた暖房運転について説明する。
本実施形態における車両用空調装置１において暖房運転を行う場合には、図１に示すように、熱媒体加熱装置１０により加熱された熱媒体を用いて、空気流路２Ａを流れる空気の加熱が行われる。

つまり、熱媒体はポンプ８から圧送されることにより熱媒体循環回路９を循環する。このとき、熱媒体はポンプ８、熱媒体加熱装置１０、放熱器５およびタンク７の順に循環する。
熱媒体は熱媒体加熱装置１０において加熱モジュール６０から熱を吸収して加熱される。高温となった熱媒体は放熱器５に流入して空気流路２Ａを流れる空気に熱を放出する。

熱媒体から熱を受け取り昇温された空気は、空気流路２Ａを通って車室内に供給される。
その一方で空気に対して放熱して温度の下がった熱媒体は、放熱器５からタンク７に流入する。タンク７において一時的に貯留された熱媒体は再びポンプ８に流入し、上述の過程を繰り返す。

次に、本実施形態の特徴である熱媒体加熱装置１０における熱媒体の加熱について説明する。
まず、熱媒体加熱装置１０における熱媒体の流れ、つまり熱交換部５０における熱媒体の流れについて説明する。

ポンプ８から圧送された熱媒体は、図３に示すように、最初に流入ヘッダ５１に流入し、流入ヘッダ５１から複数のチューブ５３に分かれて流入する。チューブ５３を流れる熱媒体は加熱モジュール６０のＰＴＣ素子６２において発生し、電極板６３、絶縁板６４およびチューブ５３を伝わってきた熱を受けて加熱される。
加熱された熱媒体は複数のチューブ５３から流出ヘッダ５２に合流し、流出ヘッダ５２から放熱器５に向かって流出する。

加熱モジュール６０に供給される電力は、図４に示すように、基板７０および電極板６３を介してＰＴＣ素子６２に電力が供給される。電力が供給されたＰＴＣ素子６２は熱を発生する。

上記の構成によれば、加熱モジュール６０は中ケース３０に配置されて取り付けられた後に、下ケース２０に配置された熱交換部５０の複数のチューブ５３の間に差し込まれて配置される。つまり中ケース３０を下ケース２０に取り付けることにより、同時に、複数の加熱モジュール６０がチューブ５３の間に配置される。

さらに下ケース２０と中ケース３０とを当接させて両者の相対位置を定めると、同時に、下ケース２０に配置された熱交換部５０のチューブ５３と、中ケース３０に配置された加熱モジュール６０との相対位置も定められる。
そのため、熱媒体加熱装置１０および車両用空調装置１における組立性の向上を図ることができる。

その一方で、加熱モジュールは複数のチューブ間のみに配置されるため、下ケース２０や中ケース３０と直接接触することがない。すると、下ケース２０や中ケース３０に求められる耐熱性が低くなり、下ケース２０や中ケース３０を形成する材料の選択の幅が広くなる。言い換えると、耐熱性を有する金属材料と比較して軽量であるが耐熱性が低い材料、例えば樹脂材料を用いて下ケース２０や中ケース３０を形成することができる。
そのため、熱媒体加熱装置１０および車両用空調装置１の軽量化を図ることができる。また、熱媒体は一対のヘッダおよび複数のチューブの内部を流れるため、筐体の接合部に熱媒体をシールするための構造を設ける必要がなく、構造を簡略化出来る。

加熱モジュール６０が配置された中ケース３０に基板７０を配置するため、加熱モジュール６０と基板７０との相対位置を容易に定めることができ、加熱モジュール６０と基板７０との接続が容易にすることができる。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図６から図８を参照して説明する。
本実施形態の熱媒体加熱装置の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、加熱モジュールの構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図６から図８を用いて加熱モジュールの構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図６は、本実施形態に係る熱媒体加熱装置の全体構成を説明する模式図である。図７は、図６の熱媒体加熱装置における加熱モジュールの構成を説明する断面視図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。

本実施形態の熱媒体加熱装置１１０は、図６および図７に示すように、下ケース（筐体）１２０、中ケース１３０および上ケース４０と、熱交換部５０と、加熱モジュール１６０と、基板７０と、が主に設けられている。

下ケース１２０は上ケース４０とともに熱媒体加熱装置１１０の外形を構成し、かつ、中ケース１３０とともに内部に熱交換部５０を収納するものである。下ケース１２０は底面を有する略角筒状に形成されたものであって、開口に中ケース１３０が取り付けられるものである。

中ケース１３０は第１の実施形態の中ケース３０と同一の構成を有するものであって、固定用スリット３１を有していない点のみが異なっている。

加熱モジュール１６０は基板７０から電力の供給を受けて熱を発生するものである。
加熱モジュール１６０には、図７に示すように、ＰＴＣ素子（発熱体）６２と、電極板６３と、絶縁板（支持部）１６４と、が主に設けられている。

本実施形態では、加熱モジュール１６０に枠体６１が含まれていない例に適用して説明する。
なお、加熱モジュール１６０に枠体６１が含まれていなくてもよく、特に限定するものではない。枠体６１が含まれている場合には、本実施形態の中ケース１３０の代わりに第１の実施形態の中ケース３０が用いられる。

図８は、図７の絶縁板の構成を説明する斜視図である。
絶縁板１６４は加熱モジュール１６０とチューブ５３との間の絶縁するものであり、かつ、ＰＴＣ素子６２および電極板６３を保持するものである。さらに絶縁板１６４は、図８に示すように、長方形状の板として形成されたものであって、電極板６３のさらに外側に配置され加熱モジュール１６０の外形を形成するものである。

絶縁板１６４には、下ケース１２０から中ケース１３０に向かって絶縁板１６４の厚さが薄くなる段差部１６５が設けられている。段差部１６５は、一対の絶縁板１６４を重ね合わせた際にＰＴＣ素子６２および電極板６３が収納される空間を形成するものである。言い換えると、中ケース１３０側にのみ開口を有する空間を形成するものである。

このようにすることで、ＰＴＣ素子６２を絶縁板１６４によって挟んだ加熱モジュール１６０を複数のチューブ５３の間に差し込んだ際に、ＰＴＣ素子６２は下ケース１２０に押し当てられた絶縁板１６４の段差部１６５によって支持される。

なお、絶縁板１６４の材料としてはアルミナ（酸化アルミニウム、Ａｌ_２Ｏ_３）を例示することができる。

次に、上記の構成からなる熱媒体加熱装置１１０の組み立てについて説明する。
最初に加熱モジュール１６０の組み立てについて説明し、その後に熱媒体加熱装置１１０の組み立てについて説明する。

加熱モジュール１６０を組み立てる際には、まず図７に示すように、電極板６３，６３の間にＰＴＣ素子６２が配置され、熱硬化性シリコンを用いて両者が接着される。
そして、ＰＴＣ素子６２および電極板６３，６３を挟むように絶縁板１６４，１６４が配置される。このとき、ＰＴＣ素子６２および電極板６３，６３は段差部１６５により形成される空間に配置される。さらに電極板６３と絶縁板１６４との間にはシリコンコンパウンドが配置される。
これにより加熱モジュール１６０が完成する。

続いて、熱媒体加熱装置１１０の組み立てについて説明する。
まず、図７に示すように、チューブ５３と絶縁板１６４との間にシリコンコンパウンドが配置された状態で、チューブ５３の間に加熱モジュール１６０が差し込まれる。このとき、加熱モジュール１６０の絶縁板１６４が下ケース１２０と接触するまで、加熱モジュール１６０はチューブ５３の間に差し込まれる。

その後、下ケース１２０と中ケース１３０とが組み合わされ、加熱モジュール１６０の絶縁板１６４の上端が中ケース１３０と接触した状態で、加熱モジュール１６０と基板７０とが電気的に接続される。最後に上ケース４０が、下ケース１２０および中ケース１３０に組み合わされることにより、熱媒体加熱装置１１０が完成する。

上記の構成からなる熱媒体加熱装置１１０を有する車両用空調装置における暖房運転については、第１の実施形態と同様であるためその説明を省略する。

上記の構成によれば、加熱モジュール１６０を複数のチューブ５３の間に差し込んで配置する際に、加熱モジュール１６０の支持部を筐体に押し当てて当接させることにより、熱交換部のチューブ５３と加熱モジュール１６０との相対位置が定められる。
さらに絶縁板１６４を下ケース１２０に押し当て、中ケース１３０を組付けるだけでチューブ５３と加熱モジュール１６０との相対位置を定めることができるため、加熱モジュール１６０を差し込む作業が容易となる。そのため、熱媒体加熱装置１１０およびそれを備えた車両用空調装置の組立性の向上を図ることができる。

〔参考の実施形態〕
次に、本発明の参考の実施形態に係る半導体素子冷却装置ついて図９から図１３を参照して説明する。
本実施形態の半導体素子冷却装置の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、半導体素子から発生する熱を熱媒体により奪う点が異なっている。よって、本実施形態においては、図９から図１３を用いて半導体素子の周辺構成のみを説明し、その他の構成等の説明を省略する。
図９は、本実施形態に係る半導体素子冷却装置の全体構成を説明する模式図である。図１０は、図９の熱交換部と半導体素子モジュールとの配置関係を説明する模式図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。

半導体素子冷却装置２１０は、半導体素子２６１と熱媒体との間で熱交換を行うことにより、半導体素子２６１を冷却するものである。
半導体素子冷却装置２１０には、図９および図１０に示すように、下ケース２０、中ケース３０および上ケース４０と、熱交換部５０と、半導体素子モジュール２６０と、基板７０と、が主に設けられている。

半導体素子モジュール２６０には、図１０に示すように、半導体素子２６１と、ブロック部２６２と、絶縁板６４と、が主に設けられている。

図１１は、図１０の半導体素子の構成を説明する正面視図である。図１２は、図１０の半導体素子の構成を説明する側面視図である。
半導体素子２６１はＦＥＴやＩＧＢＴなどの半導体素子であって、例えば車両に搭載された駆動用モータの制御に用いられるものである。
半導体素子２６１には図１１および図１２に示すように、本体２６１Ａと、３本のピン２６１Ｂと、放熱面２６１Ｃとが設けられている。本体２６１Ａの内部には半導体チップが密封されている。ピン２６１Ｂは半導体チップと電気的に接続された端子である。放熱面２６１Ｃは半導体チップにおいて発生した熱を外部に放出させる経路である。

図１３は、図１０のブロック部の構成を説明する斜視図である。
ブロック部２６２は半導体素子２６１を支持するものであって、非導電性の材料から形成されたものである。ブロック部２６２は六面体状に形成されるとともに、図１３に示すように、半導体素子２６１の本体２６１Ａがはめ込まれる凹部２６２Ａと、３本のピン２６１Ｂが配置される３つの溝部２６２Ｂと、が形成されている。

絶縁板６４は、長方形状の板として形成されたものであって、ブロック部２６２のさらに外側に配置されブロック部２６２とともに半導体素子モジュール２６０の片側の外形を形成するものである。絶縁板６４を形成する材料としてはアルミナ（酸化アルミニウム、Ａｌ_２Ｏ_３）を例示することができる。

次に、上記の構成からなる半導体素子冷却装置２１０の組み立てについて説明する。
最初に半導体素子モジュール２６０の組み立てについて説明し、その後に半導体素子冷却装置２１０の組み立てについて説明する。

半導体素子モジュール２６０を組み立てる際には、まず図１０に示すように、ブロック部２６２の凹部２６２Ａに半導体素子２６１が配置される。このとき、半導体素子２６１の放熱面２６１Ｃが外側となるように半導体素子２６１が配置される。
このようにすることで、半導体素子モジュール２６０をチューブ５３の間に差し込んだ際に、絶縁板６４を介して半導体素子２６１の放熱面２６１Ｃをチューブ５３に密着させることができる。

そして、半導体素子２６１およびブロック部２６２を挟むように絶縁板６４が配置される。このとき、半導体素子２６１と絶縁板６４との間にはシリコンコンパウンドが配置される。
これにより半導体素子モジュール２６０が完成する。

続いて、半導体素子冷却装置２１０の組み立てについて説明する。
まず、図１０に示すように、チューブ５３と絶縁板６４との間にシリコンコンパウンドが配置された状態で、チューブ５３の間に半導体素子モジュール２６０が差し込まれる。

その後、下ケース２０と中ケース３０とが組み合わされ、半導体素子モジュール２６０のピン２６１Ｂと基板７０とが電気的に接続される。最後に上ケース４０が、下ケース２０および中ケース３０に組み合わされることにより、半導体素子冷却装置２１０が完成する。

上記の構成によれば、半導体素子２６１をネジ止めすることなく配置することができるため、半導体素子冷却装置２１０の製造工程を簡略化することができ、かつ、製造コストの低減を図ることができる。
つまり、半導体素子２６１をチューブ５３などの熱交換部５０にネジ止めする場合には、熱交換部５０の一部を肉厚としてネジ孔をバーリング加工により形成したり、ネジボスを溶接して取り付けたりする必要があった。これに対して、本実施形態では半導体素子モジュール２６０をチューブ５３の間に差し込む等の作業のみで熱交換部５０に配置することができる。

１ 車両用空調装置
５ 放熱器（空調用熱交換部）
１０，１１０ 熱媒体加熱装置
２０ 下ケース（第１筐体）
３０ 中ケース（第２筐体）
５０ 熱交換部
５１ 流入ヘッダ（ヘッダ）
５２ 流出ヘッダ（ヘッダ）
５３ チューブ
６０，１６０ 加熱モジュール
６２ ＰＴＣ素子（発熱体）
７０ 基板
１２０ 下ケース（筐体）
１６４ 絶縁板（支持部）

Claims (5)

1. 熱媒体が流入または流出する対向して配置された一対のヘッダ、および、当該一対のヘッダの間に並んで配置され前記一対のヘッダの間で前記熱媒体を流通させる複数のチューブを有する熱交換部と、
   前記複数のチューブの間に配置され、前記熱媒体との間で熱交換を行う加熱モジュールと、
   前記熱交換部が配置される第１筐体と、
   前記加熱モジュールが配置されるとともに、前記第１筐体と当接して前記複数のチューブと前記加熱モジュールとの相対位置を定める第２筐体と、
   が設けられていることを特徴とする熱媒体加熱装置。
2. 前記第２筐体には、前記加熱モジュールに対して電力を供給する基板がさらに設けられていることを特徴とする請求項１記載の熱媒体加熱装置。
3. 熱媒体が流入または流出する対向して配置された一対のヘッダ、および、前記一対のヘッダの間で前記熱媒体を流通させる複数のチューブを有する熱交換部と、
   電力の供給を受けて熱を発生する発熱体、および、該発熱体を包んで挟む一対の支持部により構成される加熱モジュールを有し、前記複数のチューブの間に配置されて前記熱媒体との間で熱交換を行う加熱モジュールと、
   前記熱交換部が配置されとともに、前記一対の支持部と当接して前記複数のチューブと前記加熱モジュールとの相対位置を定める筐体と、
   が設けられていることを特徴とする熱媒体加熱装置。
4. 前記支持部には、前記発熱体を挟んだ際に前記筐体側から前記発熱体を支持する段差部が設けられていることを特徴とする請求項３記載の熱媒体加熱装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱媒体加熱装置と、
   該熱媒体加熱装置から供給された熱媒体と、空気との間で熱交換を行う空調用熱交換部と、
   前記熱媒体を前記熱媒体加熱装置および前記空調用熱交換部の間で循環させる循環部と、
   が設けられていることを特徴とする車両用空調装置。
   

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