JP2012196985A - Heater for heat medium and air conditioner for vehicle with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、PTC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備えた車両用空調装置に関するものである。 The present invention relates to a heat medium heating device that heats a heat medium using a PTC heater, and a vehicle air conditioner including the heat medium heating device.
電気自動車やハイブリッド車等に適用される車両用空調装置にあって、暖房用の熱源となる被加熱媒体を加熱する熱媒体加熱装置の1つに、正特性サーミスタ素子(Positive Temperature Coefficient;以下、PTC素子という。)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おり、温度の上昇と共に抵抗値が上昇し、これによって消費電流が制御されるとともに温度上昇が緩やかになり、その後、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ものであり、自己温度制御特性を備えている。 In a vehicle air conditioner applied to an electric vehicle, a hybrid vehicle, or the like, a positive temperature coefficient thermistor element (hereinafter referred to as “Positive Temperature Coefficient”) is used as one of heat medium heating devices that heat a medium to be heated as a heat source for heating. A device using a PTC heater having a heat generating element as a PTC element) is known. The PTC heater has a positive thermistor characteristic, and the resistance value increases as the temperature rises. As a result, the current consumption is controlled and the temperature rises gradually. Reaches the saturation region and stabilizes, and has a self-temperature control characteristic.
上記のような熱媒体加熱装置において、特許文献1には、熱媒体の入口および出口を備えたハウジング内に、該ハウジング内を加熱室と熱媒体の循環室とに分割する多数の隔壁を設け、この隔壁によって区画された加熱室側に隔壁と接するようにPTC加熱素子を挿入設置し、隔壁を介して循環室側に流通される熱媒体を加熱するようにした熱媒体加熱装置が提示されている。
In the heat medium heating apparatus as described above,
また、特許文献2には、PTC素子を挟んでその両面に電極板、絶縁層および伝熱層を設けて平板状のPTCヒータを構成し、該PTCヒータの両面に、熱媒体の入口および出口を備えた互いに連通されている一対の熱媒体流通ボックスを積層し、更にその外面に制御基板を収容する基板収容ボックスおよび蓋体を設けた積層構造の熱媒体加熱装置が提示されている。
In
しかしながら、上記特許文献1に示されたものでは、隔壁により形成された加熱室にPTC加熱素子が挿入設置された構成とされている。このため、伝熱面となる隔壁間にPTC加熱素子を密着させて挿入設置することは容易ではなく、隔壁とPTC加熱素子との間の接触熱抵抗が大きくなってしまい、伝熱効率が低下し易く、一方、隔壁間の間隔を狭くして密着性を高めようとすると、組み付けの作業性が著しく低下し、その工数が増加する等の課題があった。
However, the one disclosed in
また、特許文献2のものは、PTCヒータの両面に放熱フィンを有る一対の熱媒体流通ボックスを積層し、その外面に制御基板を収容する基板収容ボックスおよび蓋体を積層してボルトにより締結した構成とされているため、PTCヒータと熱媒体流通ボックスとを密着させ、その間の接触熱抵抗を低減させることができる。しかし、PTCヒータを多層配置することが困難なため、平面面積が大きくなるとともに、熱媒体流通ボックスや専用の基板収容ボックスが必要で、これらは、耐熱性や伝熱性等の面からアルミダイカスト製とされるため、小型軽量化には限界があるとともに、高価になる等の課題があった。
Moreover, the thing of
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、複数枚の扁平熱交チューブとPTCヒータとを多層に積層した構成としてその間の接触熱抵抗を低減し、伝熱性能を高めるとともに、PTCヒータを制御する制御基板上の発熱性電気部品を扁平熱交チューブにより効率よく冷却できる小型軽量化、低コスト化された熱媒体加熱装置およびそれを備えた車両用空調装置を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a situation, Comprising: As a structure which laminated | stacked the flat heat exchanger tube and the PTC heater in multiple layers, the contact thermal resistance between them is reduced, and heat-transfer performance is improved. In addition, there is provided a heat medium heating device that is capable of efficiently cooling a heat-generating electrical component on a control board that controls a PTC heater with a flat heat exchange tube, and that is reduced in size and weight, and a vehicle air conditioner including the heat medium heating device. For the purpose.
上記した課題を解決するために、本発明の熱媒体加熱装置およびそれを備えた車両用空調装置は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる熱媒体加熱装置は、入口ヘッダ部から流入された熱媒体が扁平チューブ部を流通後、出口ヘッダ部から流出される複数枚の扁平熱交チューブと、互いに積層される複数枚の前記扁平熱交チューブの前記扁平チューブ部間に組み込まれるPTCヒータと、互いに積層された複数枚の前記扁平熱交チューブおよび前記PTCヒータを前記扁平熱交チューブの一面側からケーシング内面側に押圧して密着させる熱交押え部材と、前記熱交押え部材上に配設され、前記PTCヒータを制御する発熱性の電気部品を含む制御回路が表面実装されている制御基板と、を備え、前記制御基板には、前記発熱性電気部品の実装位置に対応して両面に貫通されている高熱伝導性材からなる熱貫通部が設けられ、前記発熱性電気部品は、前記熱交押え部材をヒートシンクとし、前記熱貫通部を介して冷却可能に実装されていることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, the heat medium heating device of the present invention and the vehicle air conditioner including the same employ the following means.
That is, the heat medium heating device according to the present invention includes a plurality of flat heat exchange tubes that are flown out of the outlet header portion after the heat medium flowing in from the inlet header portion flows through the flat tube portion, and a plurality of the heat exchanger tubes stacked on each other. A PTC heater incorporated between the flat tube portions of the flat heat exchanger tubes, and a plurality of the flat heat exchanger tubes and the PTC heaters stacked on each other from one surface side of the flat heat exchanger tube to the casing inner surface side. A heat exchanger pressing member that is pressed and brought into close contact; and a control board that is disposed on the heat exchanger pressing member and on which a control circuit including a heat-generating electrical component that controls the PTC heater is surface-mounted, The control board is provided with a heat-penetrating portion made of a high thermal conductive material that is penetrated on both sides corresponding to the mounting position of the heat-generating electrical component, and the heat-generating electrical component is The serial heat exchanger holding member and the heat sink, characterized in that it is coolable implemented through the heat penetration portion.
本発明によれば、複数枚の扁平熱交チューブが積層され、その扁平チューブ部間にPTCヒータが組み込まれた状態で、各扁平熱交チューブおよびPTCヒータが熱交押え部材により押圧されて密着される構成とされており、該熱交押え部材上に、PTCヒータを制御する発熱性電気部品を含む制御回路が表面実装されている制御基板が配設されるとともに、その制御基板に、発熱性電気部品の実装位置に対応して両面に貫通されている高熱伝導性材からなる熱貫通部が設けられ、発熱性電気部品が、熱交押え部材をヒートシンクとし、熱貫通部を介して冷却可能に実装されているため、複数枚の扁平熱交チューブ間にそれぞれPTCヒータを挟み込んで積層配置とし、それを熱交押え部材で押圧することによって、それぞれを互いに密着させて組み込むことができる。従って、扁平熱交チューブとPTCヒータとの間の接触熱抵抗を低減して伝熱効率を向上し、熱媒体加熱装置を高性能化することができるとともに、扁平熱交チューブおよびPTCヒータを多層に積層配置することにより、その平面面積を小さくし熱交換モジュール、ひいては熱媒体加熱装置をコンパクト化することができる。また、制御基板が扁平熱交チューブの一面を押圧する熱交押え部材上に配設されているため、該制御基板に実装されている発熱性電気部品を、熱交押え部材をヒートシンクに熱貫通部を介して効率よく冷却でき、これによって、制御基板の組み付けの容易性や熱に対する信頼性を確保することができるとともに、専用の基板収容ボックスや大型の熱媒体流通ボックス等を省き、熱媒体加熱装置を小型軽量化、低コスト化することができる。 According to the present invention, a plurality of flat heat exchanger tubes are laminated, and each flat heat exchanger tube and the PTC heater are pressed by the heat exchanger pressing member in a state where the PTC heater is incorporated between the flat tube portions. A control board on which a control circuit including a heat generating electrical component for controlling the PTC heater is surface-mounted is disposed on the heat exchanger pressing member, and the control board generates heat. A heat-penetrating part made of a highly heat-conductive material that is penetrated on both sides corresponding to the mounting position of the heat-generating electrical component is provided, and the heat-generating electrical component is cooled via the heat-penetrating part with the heat exchanger pressing member as a heat sink Since the PTC heaters are sandwiched between a plurality of flat heat exchanger tubes, they are stacked and pressed by a heat exchanger pressing member, so that they are in close contact with each other. It can be incorporated into Te. Therefore, the contact heat resistance between the flat heat exchanger tube and the PTC heater can be reduced to improve the heat transfer efficiency, the performance of the heat medium heating device can be improved, and the flat heat exchanger tube and the PTC heater can be multilayered. By arranging the layers, the plane area can be reduced, and the heat exchange module, and hence the heat medium heating device, can be made compact. In addition, since the control board is arranged on the heat exchanger pressing member that presses one side of the flat heat exchanger tube, heat-generating electrical components mounted on the control board are passed through the heat exchanger pressing member as a heat sink. Can be efficiently cooled via the unit, thereby ensuring the ease of assembly of the control board and the reliability of heat, and eliminating the dedicated board storage box and large heat medium distribution box, etc. The heating device can be reduced in size and weight, and the cost can be reduced.
さらに、本発明の熱媒体加熱装置は、上記の熱媒体加熱装置において、前記熱交押え部材は、アルミ合金製の板材とされていることを特徴とする。 Furthermore, the heat medium heating device of the present invention is characterized in that, in the heat medium heating device, the heat exchanger pressing member is a plate made of an aluminum alloy.
本発明によれば、熱交押え部材が、アルミ合金製の板材とされているため、制御基板上の発熱性電気部品からの熱を、熱貫通部を通して熱伝導性が良好でかつ軽量なアルミ合金製板材とされている熱交押え部材に伝熱し、扁平熱交チューブを冷却源とする熱交押え部材に放熱することにより、発熱性電気部品を冷却することができる。従って、熱交押え部材をヒートシンクに、制御基板に表面実装されている発熱性電気部品の冷却性能を高めることができ、熱に対する信頼性を向上することができるとともに、軽量化を維持することができる。 According to the present invention, since the heat exchanger pressing member is a plate made of an aluminum alloy, the heat from the heat-generating electrical component on the control board passes through the heat penetrating portion and has a good thermal conductivity and is lightweight aluminum. The heat-generating electrical component can be cooled by transferring heat to the heat exchanger presser member, which is an alloy plate, and dissipating heat to the heat exchanger presser member using the flat heat exchanger tube as a cooling source. Therefore, it is possible to improve the cooling performance of the heat-generating electrical components that are surface-mounted on the control board by using the heat exchanger pressing member as a heat sink, improve heat reliability, and maintain weight reduction. it can.
さらに、本発明の熱媒体加熱装置は、上述のいずれかの熱媒体加熱装置において、前記熱交押え部材と前記制御基板の前記熱貫通部との間に、高熱伝導性材からなる所定厚さのスペーサ部材が介装されていることを特徴とする。 Furthermore, the heat medium heating device of the present invention is the heat medium heating device according to any one of the above-described ones, wherein a predetermined thickness made of a highly heat conductive material is provided between the heat exchanger pressing member and the heat penetration portion of the control board. The spacer member is interposed.
本発明によれば、熱交押え部材と制御基板の熱貫通部との間に、高熱伝導性材からなる所定厚さのスペーサ部材が介装されているため、熱交押え部材上に制御基板を配設するに当たり、その間に一定の隙間を確保する必要が生じた場合でも、例えばアルミ合金製板材等の高熱伝導性材からなる所定厚さのスペーサ部材を介装することにより、熱交押え部材をヒートシンクとして機能させ、制御基板に表面実装されている発熱性電気部品を確実に冷却することができる。従って、このような場合においても、制御基板に対する冷却性能を高めて、熱に対する信頼性を確保することができるとともに、軽量化を維持することができる。 According to the present invention, since the spacer member having a predetermined thickness made of a high thermal conductivity material is interposed between the heat exchanger pressing member and the heat penetration portion of the control substrate, the control substrate is placed on the heat exchanger pressing member. Even when it is necessary to secure a certain gap between them, for example, by installing a spacer member of a predetermined thickness made of a high thermal conductivity material such as an aluminum alloy plate material, The member can function as a heat sink, and the heat-generating electrical component surface-mounted on the control board can be reliably cooled. Therefore, even in such a case, it is possible to improve the cooling performance for the control board, ensure the reliability with respect to heat, and maintain the weight reduction.
さらに、本発明の熱媒体加熱装置は、上述のいずれかの熱媒体加熱装置において、前記制御基板には、その表面側の一辺に複数の端子台が並設され、該端子台に対して前記PTCヒータの両面に設けられている電極板の一端から延長されている複数の端子が直接接続可能とされていることを特徴とする。 Furthermore, the heat medium heating device according to the present invention is the heat medium heating device according to any one of the above, wherein the control board includes a plurality of terminal blocks arranged in parallel on one side of the surface side of the control substrate. A plurality of terminals extending from one end of electrode plates provided on both surfaces of the PTC heater can be directly connected.
本発明によれば、制御基板の表面側の一辺に複数の端子台が並設され、該端子台に対してPTCヒータの両面に設けられている電極板の一端から延長されている複数の端子が直接接続可能とされているため、PTCヒータを制御する発熱性電気部品を含む制御回路が表面実装されている制御基板と、PTCヒータの両面に設けられている電極板とを、制御基板の表面側の一辺に並設されている端子台に対し、電極板の一端から延長されている端子を制御基板の表面側で直接接続することによって、電気的に結線することができる。従って、制御基板と電極板間の結線作業を容易化し、組み立て性を向上することができるとともに、ハーネスレス化により部品点数を削減し、構成の簡素化、低コスト化を図ることができる。 According to the present invention, a plurality of terminal blocks are juxtaposed on one side of the surface side of the control board, and a plurality of terminals extending from one end of the electrode plate provided on both sides of the PTC heater with respect to the terminal block. Can be directly connected to each other, so that a control board on which a control circuit including a heat-generating electrical component for controlling the PTC heater is surface-mounted and an electrode plate provided on both sides of the PTC heater are connected to the control board. Electrical connection can be achieved by directly connecting a terminal extended from one end of the electrode plate on the surface side of the control board to a terminal block arranged in parallel on one side of the surface side. Therefore, the wiring work between the control board and the electrode plate can be facilitated and the assemblability can be improved, and the number of parts can be reduced by eliminating the harness, thereby simplifying the configuration and reducing the cost.
さらに、本発明の熱媒体加熱装置は、上述のいずれかの熱媒体加熱装置において、前記扁平熱交チューブおよび前記PTCヒータは、互いに積層された状態で前記入口ヘッダ部および前記出口ヘッダ部に連通される熱媒体入口路および熱媒体出口路を備えている前記ケーシングの内底面に対し、前記熱交押え部材を介して締め付け固定されていることを特徴とする。 Furthermore, the heat medium heating device of the present invention is the heat medium heating device according to any one of the above, wherein the flat heat exchanger tube and the PTC heater communicate with the inlet header portion and the outlet header portion in a state of being stacked on each other. It is characterized by being clamped and fixed to the inner bottom surface of the casing provided with the heat medium inlet passage and the heat medium outlet passage, via the heat exchanger pressing member.
本発明によれば、複数枚の扁平熱交チューブおよびPTCヒータが、互いに積層された状態で入口ヘッダ部および出口ヘッダ部に連通される熱媒体入口路および熱媒体出口路を備えているケーシングの内底面に対し、熱交押え部材を介して締め付け固定される構成とされているため、互いに積層された複数枚の扁平熱交チューブおよびPTCヒータを、ケーシングの内底面に熱交押え部材を介して締め付け固定することによって、互いに密着させて固定することが可能となる。従って、扁平熱交チューブおよびPTCヒータをその組み立て過程で、容易かつ確実に密着性を高めて組み立てることができ、扁平熱交チューブとPTCヒータ間の接触熱抵抗を低減して伝熱性能を高めることができるとともに、その組み立て性を向上することができる。また、ケーシングを必ずしも耐熱性や伝熱性を有するアルミ合金材製等とする必要はなく、樹脂材製として軽量化、低コスト化を図ることも可能となる。 According to the present invention, a casing having a heat medium inlet path and a heat medium outlet path in which a plurality of flat heat exchange tubes and a PTC heater communicate with the inlet header portion and the outlet header portion in a stacked state. Since it is configured to be fastened and fixed to the inner bottom surface via a heat exchanger pressing member, a plurality of flat heat exchanger tubes and PTC heaters stacked on each other are attached to the inner bottom surface of the casing via the heat exchanger pressing member. By tightening and fixing, it is possible to fix them in close contact with each other. Therefore, the flat heat exchanger tube and the PTC heater can be easily and reliably assembled in the assembly process, and the contact heat resistance between the flat heat exchanger tube and the PTC heater is reduced to improve the heat transfer performance. In addition, the assembling property can be improved. In addition, the casing does not necessarily need to be made of an aluminum alloy material having heat resistance or heat conductivity, and the weight can be reduced and the cost can be reduced by using a resin material.
さらに、本発明にかかる車両用空調装置は、空気流路中に配設されている放熱器に対して、熱媒体加熱装置で加熱された熱媒体が循環可能に構成されている車両用空調装置において、前記熱媒体加熱装置が、上述のいずれかの熱媒体加熱装置とされていることを特徴とする。 Furthermore, the vehicle air conditioner according to the present invention is configured such that the heat medium heated by the heat medium heating device can be circulated with respect to the radiator disposed in the air flow path. The heat medium heating device is any one of the above-described heat medium heating devices.
本発明によれば、空気流路中に配設されている放熱器に対して、上述のいずれかの熱媒体加熱装置により加熱された熱媒体が循環可能な構成とされているため、空気流路中に配設されている放熱器に対して供給される熱媒体を、小型軽量でかつ高性能化された上述の熱媒体加熱装置により加熱して供給することができる。従って、車両用空調装置における空調性能、特に暖房性能の向上を図ることができるとともに、車両に対する空調装置の搭載性を向上することができる。 According to the present invention, since the heat medium heated by any one of the above-described heat medium heating devices can be circulated with respect to the radiator disposed in the air flow path, The heat medium supplied to the radiator disposed in the path can be heated and supplied by the above-described heat medium heating device that is small and light and has high performance. Therefore, it is possible to improve the air conditioning performance, particularly the heating performance, in the vehicle air conditioner, and to improve the mountability of the air conditioner on the vehicle.
本発明の熱媒体加熱装置によると、複数枚の扁平熱交チューブ間にそれぞれPTCヒータを挟み込んで積層配置とし、それを熱交押え部材で押圧することにより、それぞれを互いに密着させて組み込むことができるため、扁平熱交チューブとPTCヒータとの間の接触熱抵抗を低減して伝熱効率を向上し、熱媒体加熱装置を高性能化することができるとともに、扁平熱交チューブおよびPTCヒータを多層に積層配置することにより、その平面面積を小さくし熱交換モジュール、ひいては熱媒体加熱装置をコンパクト化することができる。また、制御基板が扁平熱交チューブの一面を押圧する熱交押え部材上に配設されているため、該制御基板に実装されている発熱性電気部品を、熱交押え部材をヒートシンクに熱貫通部を介して効率よく冷却でき、これによって、制御基板の組み付けの容易性や熱に対する信頼性を確保することができるとともに、専用の基板収容ボックスや大型の熱媒体流通ボックス等を省き、熱媒体加熱装置を小型軽量化、低コスト化することができる。 According to the heat medium heating device of the present invention, a PTC heater is sandwiched between a plurality of flat heat exchanger tubes, respectively, and they are assembled by pressing them with a heat exchanger pressing member so that they are brought into close contact with each other. Therefore, it is possible to improve the heat transfer efficiency by reducing the contact heat resistance between the flat heat exchanger tube and the PTC heater, and to improve the performance of the heat medium heating device. In addition, the flat heat exchanger tube and the PTC heater are multi-layered. By laminating and arranging them, the plane area can be reduced, and the heat exchange module and thus the heat medium heating device can be made compact. In addition, since the control board is arranged on the heat exchanger pressing member that presses one side of the flat heat exchanger tube, heat-generating electrical components mounted on the control board are passed through the heat exchanger pressing member as a heat sink. Can be efficiently cooled via the unit, thereby ensuring the ease of assembly of the control board and the reliability of heat, and eliminating the dedicated board storage box and large heat medium distribution box, etc. The heating device can be reduced in size and weight, and the cost can be reduced.
また、本発明の車両用空調装置によると、空気流路中に配設されている放熱器に対して供給される熱媒体を、小型軽量でかつ高性能化された上述の熱媒体加熱装置により加熱して供給することができるため、車両用空調装置における空調性能、特に暖房性能の向上を図ることができるとともに、車両に対する空調装置の搭載性を向上することができる。 In addition, according to the vehicle air conditioner of the present invention, the heat medium supplied to the radiator disposed in the air flow path is reduced by the above-described heat medium heating apparatus that is small, light, and high in performance. Since it can heat and supply, while improving the air-conditioning performance in a vehicle air conditioner, especially heating performance, the mounting property of the air-conditioner with respect to a vehicle can be improved.
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図1ないし図6を用いて説明する。
図1には、本発明の第1実施形態に係る熱媒体加熱装置を備えた車両用空調装置の概略構成図が示されている。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た後、それを車室内へと導くための空気流通路2を形成するケーシング3を備えている。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a vehicle air conditioner including a heat medium heating device according to the first embodiment of the present invention. The
ケーシング3の内部には、空気流通路2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ブロア4と、該ブロア4により圧送される空気を冷却する冷却器5と、冷却器5を通過して冷却された空気を加熱する放熱器6と、放熱器6を通過する空気量と放熱器6をバイパスする空気量との流量割合を調整し、その下流側でエアミックスさせることによって、温調風の温度を調節するエアミックスダンパ7と、が設置されている。
Inside the
ケーシング3の下流側は、図示しない吹き出しモード切替えダンパおよびダクト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に接続されている。
冷却器5は、図示省略された圧縮機、凝縮器、膨張弁等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って、そこを通過する空気を冷却するものである。放熱器6は、タンク8、ポンプ9および熱媒体加熱装置10と共に熱媒体循環回路10Aを構成しており、熱媒体加熱装置10で加熱された高温の熱媒体(例えば、不凍液等)がポンプ9を介して循環されることによって、そこを通過する空気を加温するものである。
The downstream side of the
The cooler 5 constitutes a refrigerant circuit together with a compressor, a condenser, an expansion valve, etc., not shown, and cools the air passing therethrough by evaporating the refrigerant adiabatically expanded by the expansion valve. . The
図2には、図1に示された熱媒体加熱装置10の分解斜視図が示され、図3には、その熱媒体加熱装置10のアッパケースを外した状態の平面図、図4には、図3のA−A断面相当図が示されている。
熱媒体加熱装置10は、図2に示されるように、箱状のケーシング11(但し、ケーシング11を構成するロアケース11Aのみが示され、その上半部を構成するアッパケースは、図示省略されている。)と、複数枚(例えば、3枚)の扁平熱交チューブ12と複数組のPTCヒータ13とが交互に積層されている熱交換モジュール14と、該熱交換モジュール14をケーシング11のロアケース11Aの内底面に押圧して固定するための熱交押え部材15と、該熱交押え部材15上に一対のスペーサ部材16を介して配設されるPTCヒータ13を制御する制御基板17とから構成されている。
2 is an exploded perspective view of the heat
As shown in FIG. 2, the heat
ケーシング11は、上半部と下半部とに2分割された箱状構成とされており、下半部に位置されるロアケース11Aに対して、上半部に位置されるアッパケース(図示省略)がネジ止め固定されることにより、一体化される構成とされている。このケーシング11の内部空間に対して、上記した扁平熱交チューブ12およびPTCヒータ13からなる熱交換モジュール14、熱交押え部材15、一対のスペーサ部材16および制御基板17等が収容設置されるようになっている。
The
ロアケース11Aの下面には、積層された3枚の扁平熱交チューブ12に導入される熱媒体を導くための熱媒体入口路11Bおよび扁平熱交チューブ12内を流通した熱媒体を導出するための熱媒体出口路11Cが、下方に突出されるように一体形成されているとともに、熱交押え部材15を締め付け固定するためのボス部11D(4箇所)が、上方に突出されるように一体的に形成されている。このロアケース11Aは、その内部空間に収容設置される扁平熱交チューブ12を形成するアルミ合金材と線膨張率が近似している樹脂材料(例えば、PPS)により成形されている。なお、アッパケースも、ロアケース11Aと同様の樹脂材料により成形されることが望ましい。
On the lower surface of the
さらに、ロアケース11Aの下面には、電源ハーネス18およびLVハーネス19の先端部を貫通するための電源ハーネス用孔およびLVハーネス用孔(共に図示省略)が開口されている。電源ハーネス18は、制御基板17を介してPTCヒータ13に電力を供給するためのものであり、先端部が2又状に分岐され、制御基板17に設けられている2つの電源ハーネス用端子台17Aにネジ等を介してネジ止め可能とされている。また、LVハーネス19は、制御基板17に対して制御用の信号を送信するためのものであり、その先端部は、制御基板17にコネクタ接続可能とされている。
Further, a power harness hole and an LV harness hole (both not shown) are formed in the lower surface of the
制御基板17は、上位制御装置(ECU)からの指令に基づいて複数組のPTCヒータ13に対する通電制御を行うものであり、FETやIGBT等からなる複数のパワートランジスタ(発熱性電気部品)20を含む制御回路21が表面実装され、その制御回路21を介して複数組のPTCヒータ13に対する通電状態が切替え可能に構成されているものである。この制御基板17は、少なくとも発熱性電気部品である複数のパワートランジスタ20が実装される部位に対応して、基板両面に貫通されるように、銅やアルミ等の高熱伝導性材からなる熱貫通部22(図4参照)が設けられた構成とされている。
The
そして、上記複数組のPTCヒータ13をその両面側から挟み込むように複数枚の扁平熱交チューブ12が積層され、熱交換モジュール14が構成されている。この扁平熱交チューブ12は、アルミ合金製薄板をプレス成形したチューブ材を重ね合わせて構成されたものであり、図4ないし図6に示されるように、例えば3枚の扁平熱交チューブ12を互いに平行になるように積層することによって、その扁平熱交チューブ12間にそれぞれPTCヒータ13を積層し、1組の熱交換モジュール14を構成している。
Then, a plurality of flat
各扁平熱交チューブ12は、厚さが数ミリ程度の扁平断面形状とされた扁平チューブ部12Aと、その両端部分に形成された熱媒体が流入する入口ヘッダ部12Bおよび熱媒体が流出する出口ヘッダ部12Cとを備えた構成とされており、扁平チューブ部12Aの内部には、波板状のインナーフィン(図示省略)が挿入され、チューブ内に複数の熱媒体流通路が形成されるようになっている。
Each flat
3枚の扁平熱交チューブ12は、下段、中段、上段の順に順次積層され、その両端の入口ヘッダ部12Bおよび出口ヘッダ部12C同士が互いにOリング等のシール材を介して密接され、入口ヘッダ部12Bおよび出口ヘッダ部12Cに設けられている図示省略の連通穴が互いに連通されるようになっている。この3枚の扁平熱交チューブ12は、積層された状態または順次積層されながらロアケース11Aの内底面に組み込まれ、後述するようにロアケース11Aのボス部11D(4箇所)に締め付け固定される熱交押え部材15を介して、ロアケース11Aの内底面に向け押圧固定されるようになっている。
The three flat
また、上記3枚の扁平熱交チューブ12間には、それぞれPTCヒータ13が挟み込まれることにより、1組の熱交換モジュール14が構成されている。この複数組(2組)のPTCヒータ13は、公知の如く、PTC素子(Positive Temperature Coefficient)23の上下両面に、それぞれ電極板24を接触させて配置したものであり、絶縁シート等を介して3枚の扁平熱交チューブ12間に積層配置されている。なお、PTCヒータ13は、3枚の扁平熱交チューブ12と共に積層された状態または順次積層されながらロアケース11Aの内底面に組み込まれ、上記の如く熱交押え部材15を介してロアケース11Aの内底面に押圧固定されるようになっている。
Further, a pair of
電極板24は、PTC素子23に対して電力を供給するためのものであり、平面視において、矩形状を呈するアルミ合金製板材により構成されている。この電極板24は、PTC素子23を挟んでその両面に、PTC素子23の上面に接するように一枚、PTC素子23の下面に接するように一枚それぞれ積層配置されており、これら2枚の電極板24によって、PTC素子23が上下両面から挟み込まれるようになっている。
The
さらに、PTC素子23の上面側に配置される電極板24は、その上面が扁平熱交チューブ12の下面に接するように配設され、PTC素子23の下面側に配置される電極板24は、その下面が扁平熱交チューブ12の上面に接するように配設されるように構成されている。本実施形態においては、電極板24は、下段の扁平熱交チューブ12と中段の扁平熱交チューブ12との間、中段の扁平熱交チューブ12と上段の扁平熱交チューブ12との間に各々2枚、合計4枚が配置されている。
Furthermore, the
これら4枚の電極板24は、各扁平熱交チューブ12の扁平チューブ部12Aと略同一形状とされており、それぞれの長辺側に1つの端子24Aが一体に設けられている。この端子24Aは、各電極板24を積層させたとき、重ならないように、電極板24の長辺に沿って配置されている。つまり、各電極板24に設けられている端子24Aは、その長辺に沿って少しずつ位置がずらされて設けられ、各電極板24が積層された場合に直列に配列されるように設けられている。各端子24Aは、上方に突出するように設けられ、制御基板17の表面側の一辺に並設されている複数組(4組)の端子台17Bにネジ等を介して接続されるようになっている。
These four
3枚の扁平熱交チューブ12および2組のPTCヒータ13は、上記の如く積層された状態または順次積層されながらロアケース11Aの内底面上に組み込まれ、その最上段の扁平熱交チューブ12の上面が、ロアケース11Aのボス部11D(4箇所)に4個のネジ25により締め付け固定される熱交押え部材15を介して、ロアケース11Aの内底面方向に押圧されることにより、各扁平熱交チューブ12の入口ヘッダ部12Bおよび出口ヘッダ部12Cの上下面同士、並びに各扁平熱交チューブ12の扁平チューブ部12AとPTCヒータ13の上下面同士がそれぞれ密着状態とされるようになっている。
The three flat
これによって、ケーシング11内部に熱交換モジュール14が組み込まれ、ロアケース11Aの熱媒体入口路11Bから導入された熱媒体は、各扁平熱交チューブ12の入口ヘッダ部12Bから扁平チューブ部12A内へと導かれ、この扁平チューブ部12A内を流通する過程において、PTCヒータ13により加熱昇温されて各出口ヘッダ部12Cに流出し、そこからロアケース11Aの熱媒体出口路11Cを経て熱媒体加熱装置10の外部へと導出されるようになる。そして、熱媒体加熱装置10から導出された熱媒体は、熱媒体循環回路10A(図1参照)を介して放熱器6に供給されるようになっている。
As a result, the
熱交押え部材15は、制御基板17に表面実装されている複数の発熱性電気部品20を銅やアルミ等の高熱伝導性材からなる熱貫通部22を介して冷却するヒートシンクとしての機能を兼ね備えたものであり、アルミ合金製の板材により構成されている。この熱交押え部材15は、扁平熱交チューブ12の上面を覆う大きさとされたものであり、長手方向寸法が制御基板17よりも長くされ、扁平熱交チューブ12およびPTCヒータ13からなる熱交換モジュール14を押圧固定する際、入口ヘッダ部12Bおよび出口ヘッダ部12Cの周囲におけるシール性を確保するため、その中心線を通る位置でネジ25によりケーシング11のボス部11Dに締め付け固定されるように構成されている。
The heat
一対のスペーサ部材16は、熱交押え部材15を止めるネジ25の位置が上記位置に制約されたとき、熱交押え部材15の上面側に配設される制御基板17との干渉を避けるために介装されるものである。この一対のスペーサ部材16のうち、少なくとも制御基板17上に実装されている発熱性電気部品20と対応する位置側に配設され、熱貫通部22と接触される側のスペーサ部材16は、例えばアルミ合金製板材等の高熱伝導性材により構成されている。なお、他のスペーサ部材16は、樹脂材等としてもよい、また、熱交押え部材15の一対のスペーサ部材16と対応する位置には、スペーサ部材16との接触を確実ならしめるため、図5に示されるように、上方への凸状面部15Aを形成してもよい。
The pair of
制御基板17は、熱交押え部材15の上面側に一対のスペーサ部材16を介して複数個のネジ26によりネジ止め固定され、その熱貫通部22が高熱伝導性材とされたスペーサ部材16と接触されるように配設されている。そして、この制御基板17の端子台17Aに、2又状に分岐された電源ハーネス18が接続されるとともに、LVハーネス19がコネクタ接続され、更に端子台17Bに、PTCヒータ13の電極板24から延長されている端子24Aが直接接続されることによって、制御基板17が熱交押え部材15上に組み込まれ、ケーシング11内に収容設置されるようになっている。
The
なお、制御基板17上に表面実装されるパワートランジスタ等の複数の発熱性電気部品20は、ケーシング11内に収容設置された状態でロアケース11Aに設けられている熱媒体入口路11Bに近い側、すなわち熱交換モジュール14を構成している複数枚の扁平熱交チューブ12の入口ヘッダ部12B側に対応して配設されており、制御基板17の両面に貫通されている熱貫通部22が、入口ヘッダ部12Bに流入される加熱前の比較的温度の低い熱媒体により冷却される熱交押え部材15および高熱伝導性材とされたスペーサ部材16を介して冷却されるようになっている。
A plurality of exothermic
また、上記熱媒体加熱装置10は、ケーシング11のロアケース11Aの内底面に3枚の扁平熱交チューブ12と2組のPTCヒータ13とを、PTCヒータ13の両面を絶縁シート(図示せず)で挟みながら、それらを順次1枚ずつ積層して組み込み、熱交換モジュール14が組み込まれた段階で、熱交押え部材15によりその上面を押圧してロアケース11Aに対して締め付け固定するか、もしくは熱交換モジュール14をサブアッセンブリした後、ロアケース11A内に組み込み、その上面を熱交押え部材15で押圧して締め付け固定することによって、各扁平熱交チューブ12および各PTCヒータ13をそれぞれ互いに密着状態にして組み付けることができる。
The heating
その後、熱交押え部材15上に、スペーサ部材16を介装して制御基板17をネジ止め固定し、電気系統の結線を行い、その上部覆うように、図示省略されているアッパケースをロアケース11Aにネジ止め固定することによって、熱媒体加熱装置10を組み立てることができる。そして、この熱媒体加熱装置10は、熱媒体入口路11Bを経て入口ヘッダ部12Bに流入された熱媒体を複数枚の扁平熱交チューブ12内に流通させ、PTCヒータ13によって加熱した後、出口ヘッダ部12Cから熱媒体出口路11Cを介して流出させることにより、熱媒体循環回路10A内を循環される熱媒体の加熱に供される。
After that, the
斯くして、本実施形態の熱媒体加熱装置10および車両用空調装置1によれば、以下の作用効果を奏する。
複数枚の扁平熱交チューブ12が積層され、その扁平チューブ部12A間にPTCヒータ13が挟み込まれた状態で、各扁平熱交チューブ12およびPTCヒータ13が、熱交押え部材15によりロアケース11Aに対して押圧されて締め付け固定される構成とされている。このため、複数枚の扁平熱交チューブ12と複数組のPTCヒータ13を、それぞれ互いに密着させて組み込むことができる。
Thus, according to the heat
A plurality of flat
従って、扁平熱交チューブ12とPTCヒータ13との間の接触熱抵抗を低減して伝熱効率を向上し、熱媒体加熱装置10を高性能化することができるとともに、扁平熱交チューブ12およびPTCヒータ13を多層に積層配置することによって、その平面面積を小さくし、熱交換モジュール14、ひいては熱媒体加熱装置10をコンパクト化することができる。
Therefore, the contact heat resistance between the flat
また、熱交押え部材15上に、PTCヒータ13を制御するパワートランジスタ等の発熱性電気部品20を含む制御回路21が表面実装されている制御基板17が配設されるとともに、その制御基板17に、発熱性電気部品20の実装位置に対応して両面に貫通されている高熱伝導性材からなる熱貫通部22が設けられ、発熱性電気部品20が、熱交押え部材15をヒートシンクとし、熱貫通部22を介して冷却可能に実装されている。このため、制御基板17上に表面実装されている発熱性電気部品20を、熱交押え部材15をヒートシンクに熱貫通部22を介して効率よく冷却することができる。
従って、制御基板17の組み付けの容易性や熱に対する信頼性を確保することができるとともに、専用の基板収容ボックスや大型の熱媒体流通ボックス等を省き、熱媒体加熱装置10を小型軽量化、低コスト化することができる。
Further, a
Therefore, it is possible to ensure the ease of assembly of the
また、熱交押え部材15が、アルミ合金製の板材とされているため、制御基板17上の発熱性電気部品20からの熱を、熱貫通部22を通して熱伝導性が良好でかつ軽量なアルミ合金製板材とされている熱交押え部材15に伝熱し、扁平熱交チューブ12を冷却源とする熱交押え部材15に放熱することによって、発熱性電気部品20を冷却することができる。従って、熱交押え部材15をヒートシンクに、制御基板17に表面実装されている発熱性電気部品20の冷却性能を高めることができ、熱に対する信頼性を向上することができるとともに、軽量化を維持することができる。
Further, since the heat
また、本実施形態では、熱交押え部材15と制御基板17の熱貫通部22との間に、高熱伝導性材からなる所定厚さのスペーサ部材16が介装されているため、熱交押え部材15上に制御基板17を配設するに当たり、その間に一定の隙間を確保する必要が生じた場合でも、例えばアルミ合金製板材等の高熱伝導性材からなる所定厚さのスペーサ部材16を介装することにより、熱交押え部材15をヒートシンクとして機能させ、制御基板17に表面実装されている発熱性電気部品20を確実に冷却することができる。従って、このような場合においても、制御基板17に対する冷却性能を高めて、熱に対する信頼性を確保することができるとともに、軽量化を維持することができる。
In the present embodiment, since the
特に、制御基板17上において、発熱性電気部品20が、熱媒体加熱装置10の熱媒体の流入側である扁平熱交チューブ12の入口ヘッダ部12B側に配設され、熱交押え部材15および高熱伝導性材とされたスペーサ部材16をヒートシンクとし、加熱前の比較的温度の低い熱媒体によって冷却されるように構成されているため、発熱性電気部品20を効果的に冷却し、その冷却性能を向上することができる。
In particular, on the
さらに、本実施形態においては、制御基板17の表面側の一辺に複数の端子台17Bが並設され、該端子台17Bに対してPTCヒータ13の両面に設けられている電極板24の一端から延長されている複数の端子24Aが直接接続可能とされているため、PTCヒータ13を制御する制御回路21が表面実装されている制御基板17と、PTCヒータ13の両面に設けられている電極板24とを、制御基板17の表面側の一辺に並設されている端子台17Bに対し、電極板24の一端から延長されている端子24Aを制御基板17の表面側で直接接続して電気的に結線することができる。従って、制御基板17と電極板24間の結線作業を容易化し、組み立て性を向上することができるとともに、ハーネスレス化により部品点数を削減し、構成の簡素化、低コスト化を図ることができる。
Further, in the present embodiment, a plurality of
また、複数枚の扁平熱交チューブ12および2組のPTCヒータ13が、互いに積層された状態で入口ヘッダ部12Bおよび出口ヘッダ部12Cに連通される熱媒体入口路11Bおよび熱媒体出口路11Cを備えているケーシング11(ロアケース11A)の内底面に対し、熱交押え部材15を介して締め付け固定される構成とされているため、互いに積層された複数枚の扁平熱交チューブ12およびPTCヒータ13を、ケーシング11の内底面に熱交押え部材15を介して締め付け固定することによって、互いに密着させて固定することが可能となる。
In addition, a plurality of flat
従って、扁平熱交チューブ12およびPTCヒータ13をその組み立て過程で、容易かつ確実に密着性を高めて組み立てることができ、扁平熱交チューブ12とPTCヒータ13間の接触熱抵抗を低減して伝熱性能を高めることができるとともに、その組み立て性を向上することができる。また、ケーシング11を必ずしも耐熱性や伝熱性を有するアルミ合金材製等とする必要はなく、樹脂材製とすることにより軽量化、低コスト化を図ることも可能となる。
Therefore, the flat
特に、熱媒体の導入を行う熱媒体入口路11Bおよび熱媒体の導出を行う熱媒体出口路11Cをロアケース11Aに一体に形成しているため、熱媒体を熱媒体加熱装置10に供給する際に、積層された扁平熱交チューブ12にかかる応力を分散し、扁平熱交チューブ12に係る荷重を低減することができる。
In particular, since the heat
また、上述の如く小型軽量でかつ高性能化された熱媒体加熱装置10によって加熱された熱媒体を空気流路2中に配設されている放熱器6に供給することができるため、車両用空調装置1における空調性能、特に暖房性能の向上を図ることができるとともに、車両に対する空調装置の搭載性を向上することができる。
In addition, since the heat medium heated by the heat
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について、図7および図8を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第1実施形態に対して、スペーサ部材16が省略されている点が異なる。その他の点については、第1実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態においては、熱交押え部材15をロアケース11Aのボス部11Dに締め付け固定するネジ25が制御基板17と干渉することがなく、熱交押え部材15の上面に直接制御基板17を配設した構成としている。また、熱交押え部材15の制御基板17側設けられている熱貫通部22と対応する位置には、熱貫通部22との接触を確実ならしめるため、上方への凸状面部15Aを形成することが望ましい。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
This embodiment is different from the first embodiment described above in that the
In the present embodiment, the
上記のように、制御基板17を熱交押え部材15上に配設する際、熱交押え部材15を締め付け固定するネジ25が制御基板17と干渉する心配がない場合、一対のスペーサ部材16を省略し、制御基板17を熱交押え部材15上に直接ネジ26を介してネジ止めしてもよく、この場合においても、制御基板17側の熱貫通部22を熱交押え部材15の凸状面部15Aに接触させ、熱交押え部材15をヒートシンクとして発熱性電気部品20を効率よく冷却することができる。
従って、本実施形態においても、上述した第1実施形態に同様の作用効果を得ることができる。
As described above, when the
Therefore, also in this embodiment, the same effect as the first embodiment described above can be obtained.
なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記した実施形態では、扁平熱交チューブ12を3層に積層し、各々の間にPTCヒータ13を組み込んだ構成としているが、これに限らず、扁平熱交チューブ12およびPTCヒータ13の積層枚数を増減してもよいことはもちろんである。また、上記実施形態では、ケーシング11を樹脂材料製としているが、本発明は、これに限定されるものでないことは云うまでもない。
In addition, this invention is not limited to the invention concerning the said embodiment, In the range which does not deviate from the summary, it can change suitably. For example, in the above-described embodiment, the flat
1 車両用空調装置
6 放熱器
10 熱媒体加熱装置
10A 熱媒体循環回路
11 ケーシング
11A ロアケース
11B 熱媒体入口路
11C 熱媒体出口路
12 扁平熱交チューブ
12A 扁平チューブ部
12B 入口ヘッダ部
12C 出口ヘッダ部
13 PTCヒータ
15 熱交押え部材
16 スペーサ部材
17 制御基板
17B 端子台
20 発熱性電気部品(パワートランジスタ)
21 制御回路
22 熱貫通部
24 電極板
24A 端子
DESCRIPTION OF
21
Claims (6)
互いに積層される複数枚の前記扁平熱交チューブの前記扁平チューブ部間に組み込まれるPTCヒータと、
互いに積層された複数枚の前記扁平熱交チューブおよび前記PTCヒータを前記扁平熱交チューブの一面側からケーシング内面側に押圧して密着させる熱交押え部材と、
前記熱交押え部材上に配設され、前記PTCヒータを制御する発熱性の電気部品を含む制御回路が表面実装されている制御基板と、を備え、
前記制御基板には、前記発熱性電気部品の実装位置に対応して両面に貫通されている高熱伝導性材からなる熱貫通部が設けられ、前記発熱性電気部品は、前記熱交押え部材をヒートシンクとし、前記熱貫通部を介して冷却可能に実装されていることを特徴とする熱媒体加熱装置。 A plurality of flat heat exchanger tubes that flow out from the outlet header part after the heat medium flowing in from the inlet header part flows through the flat tube part,
A PTC heater incorporated between the flat tube portions of the plurality of flat heat exchanger tubes stacked on each other;
A heat exchanger presser member that presses the flat heat exchanger tubes and the PTC heaters stacked on each other from the one surface side of the flat heat exchanger tube toward the inner surface of the casing;
A control board disposed on the heat exchanger pressing member and surface-mounted with a control circuit including a heat-generating electrical component that controls the PTC heater, and
The control board is provided with a heat-penetrating portion made of a highly heat-conductive material that is penetrated on both sides corresponding to the mounting position of the heat-generating electrical component, and the heat-generating electrical component is provided with the heat exchanger pressing member. A heat medium heating device, wherein the heat medium is mounted as a heat sink so as to be cooled through the heat penetration portion.
前記熱媒体加熱装置が、請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の熱媒体加熱装置とされていることを特徴とする車両用空調装置。
In the vehicle air conditioner configured to circulate the heat medium heated by the heat medium heating device with respect to the radiator disposed in the air flow path,
The vehicle air conditioner, wherein the heat medium heating device is the heat medium heating device according to any one of claims 1 to 5.
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