JP2013060098A - Heat medium heating device and vehicular air conditioner including 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。こ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、該隔壁により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、隔壁を挟んで循環室側を流通する熱媒体を加熱するようにしたものが提示されている。
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. In such a heat medium heating device,
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するとともに、更にその外面側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、特許文献1のものでは、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のは難しく、隔壁とPTC加熱素子間の接触熱抵抗が大きくなり、伝熱効率が低下するという課題があった。また、特許文献2のものでは、PTCヒータと熱媒体流通ボックスとの密着性を高め、接触熱抵抗を低減させることができるが、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、小型軽量化、低コスト化には限界があった。
However, in
そこで、扁平構造の熱交チューブを用い、該扁平熱交チューブとPTCヒータとを多層に積層した熱交エレメントをケーシング内に組み込んだ構成の熱媒体加熱装置が開発されている。かかる構成の熱交エレメントでは、扁平熱交チューブに設けられている熱媒体が流出入する入口ヘッダ部および出口ヘッダ部の連通穴同士を互いに連通させ、その連通穴の周りをシールする必要がある。このような技術として、例えば、特許文献3に示されるように、連通穴の周りにOリングを配設したもの、特許文献4に示されるように、連通部材を配設しそれをロウ付けしたもの等が知られている。
In view of this, a heat medium heating apparatus has been developed that uses a heat exchange tube having a flat structure and incorporates a heat exchange element in which the flat heat exchange tube and the PTC heater are laminated in multiple layers in a casing. In the heat exchange element having such a configuration, it is necessary to connect the communication holes of the inlet header part and the outlet header part through which the heat medium provided in the flat heat exchange tube flows in and out, and seal the periphery of the communication hole. . As such a technique, for example, as shown in
しかしながら、上記の如く、連通穴の周りをOリング等のシール材でシールする場合、以下のような課題がある。扁平熱交チューブは、通常、扁平チューブ部と入口ヘッダ部および出口ヘッダ部が一体にプレス成形されたアルミ合金材製の薄い一対の成形プレート部材を重ね合わせ、ロウ付けすることにより構成されるので、Oリング等のシール材を設置する部位の周囲に、出入口ヘッダ部同士の接触面を成形するためのプレス型設置スペースが必要となる。このため、制約された大きさの出入口ヘッダ部において、熱媒体が流通される連通穴の径が縮小される傾向があり、出入口ヘッダ部での圧損が増大し、性能が低下する等の課題があった。特に、熱媒体の全流量が通過することになる、ケーシング側の熱媒体入口路および熱媒体出口路と接続される最下層の扁平熱交チューブの出入口ヘッダ部での圧損が大きくなり易かった。 However, as described above, when sealing around the communication hole with a sealing material such as an O-ring, there are the following problems. A flat heat exchanger tube is usually configured by laminating and brazing a pair of thin molded plate members made of an aluminum alloy material in which the flat tube portion, the inlet header portion, and the outlet header portion are press-formed integrally. In addition, a press die installation space for forming a contact surface between the inlet / outlet header portions is required around a portion where a sealing material such as an O-ring is installed. For this reason, in the entrance / exit header portion of a restricted size, there is a tendency that the diameter of the communication hole through which the heat medium flows is reduced, and the pressure loss at the entrance / exit header portion is increased, and the performance is deteriorated. there were. In particular, the pressure loss at the inlet / outlet header portion of the lowermost flat heat exchanger tube connected to the casing-side heat medium inlet path and the heat medium outlet path, through which the entire flow rate of the heat medium passes, is likely to increase.
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、扁平熱交チューブとPTCヒータとを多層に積層した熱媒体加熱装置にあって、その出入口ヘッダ部での熱媒体の圧損を低減し、性能向上を図っ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 in view of such a situation, Comprising: It is a heat-medium heating apparatus which laminated | stacked the flat heat exchanger tube and the PTC heater in the multilayer, Comprising: The pressure loss of the heat medium in the inlet-and-outlet header part is carried out. An object of the present invention is to provide a heat medium heating device that reduces the performance and improves the performance, and a vehicle air conditioner including the same.
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し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、前記入口ヘッダ部および出口ヘッダ部に設けられている連通穴周りに配設され、前記扁平熱交チューブが複数枚積層されることで互いに連通される前記連通穴周りをシールするシール材と、積層される複数枚の前記扁平熱交チューブ間に組み込まれるPTCヒータと、底面に前記扁平熱交チューブの前記入口ヘッダ部および出口ヘッダ部と連通する熱媒体入口路および熱媒体出口路が設けられ、その内底面に前記扁平熱交チューブおよび前記PTCヒータが多層に積層されて組み込まれるケーシングと、を備え、前記ケーシングと最下層の前記扁平熱交チューブの前記入口ヘッダ部および出口ヘッダ部との間に配設される前記シール材の径および該シール材でシールされる前記連通穴の径が、他層のシール材の径および連通穴の径よりも大きく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 exchanger tubes that flow out from the outlet header portion after the heat medium flowing from the inlet header portion flows through the flat tube portion, and the inlet header portion and the outlet portion. A plurality of the flat heat exchanger tubes that are disposed around the communication holes provided in the header portion and that are communicated with each other by stacking a plurality of the flat heat exchange tubes; A PTC heater incorporated between the flat heat exchanger tubes, and a heat medium inlet passage and a heat medium outlet passage communicating with the inlet header portion and the outlet header portion of the flat heat exchanger tube are provided on the bottom surface. A heat exchanger tube and a casing in which the PTC heater is laminated and incorporated in multiple layers, and the inlet of the flat heat exchanger tube at the lowermost layer and the casing The diameter of the sealing material disposed between the header portion and the outlet header portion and the diameter of the communication hole sealed with the sealing material are larger than the diameter of the sealing material of the other layer and the diameter of the communication hole. It is characterized by being.
本発明によれば、連通穴を有する出入口ヘッダ部を備えた扁平熱交チューブとPTCヒータとを多層に積層し、それを出入口ヘッダ部と連通する熱媒体入口路および熱媒体出口路を備えたケーシング内に組み込んだ熱媒体加熱装置にあって、ケーシングと最下層の扁平熱交チューブの入口ヘッダ部および出口ヘッダ部との間に配設されるシール材の径および該シール材でシールされる連通穴の径を、他層のシール材の径および連通穴の径よりも大きくした構成としているため、多層に積層された複数枚の扁平熱交チューブ内を流通する熱媒体の全流量が通過することになる、熱媒体入口路から扁平熱交チューブの入口ヘッダ部への流入部位および扁平熱交チューブの出口ヘッダ部から熱媒体出口路への流出部位において、連通穴の径およびシール材の径が大きくされている分だけ、それぞれの部位での流路圧損を低減することができる。これによって、複数の扁平熱交チューブ内を流通する熱媒体の圧損を低減し、PTCヒータから熱媒体への伝熱効率を向上させることができる結果、熱媒体加熱装置を高性能化し、小型化することができる。 According to the present invention, the flat heat exchanger tube having the inlet / outlet header portion having the communication hole and the PTC heater are laminated in multiple layers, and the heat medium inlet passage and the heat medium outlet passage communicating with the inlet / outlet header portion are provided. In the heat medium heating apparatus incorporated in the casing, the diameter of the sealing material disposed between the casing and the inlet header portion and the outlet header portion of the lowermost flat heat exchanger tube is sealed with the sealing material. Since the diameter of the communication hole is larger than the diameter of the sealing material of the other layer and the diameter of the communication hole, the entire flow rate of the heat medium flowing through the multiple flat heat exchange tubes stacked in multiple layers passes. The diameter and the diameter of the communication hole at the inflow portion from the heat medium inlet passage to the inlet header portion of the flat heat exchanger tube and the outlet portion from the outlet header portion of the flat heat exchanger tube to the heat medium outlet passage. Amount corresponding to the diameter of the sealing material is increased, it is possible to reduce the flow path pressure loss at each site. As a result, the pressure loss of the heat medium flowing through the plurality of flat heat exchanger tubes can be reduced, and the heat transfer efficiency from the PTC heater to the heat medium can be improved. As a result, the heat medium heating device is improved in performance and reduced in size. be able to.
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、前記扁平熱交チューブは、一端側に前記入口ヘッダ部および前記出口ヘッダ部が並設され、前記入口ヘッダ部から流入した熱媒体が前記扁平チューブ部を流通した後、他端側のUターン部で折返し、再び前記扁平チューブ部を流通した後、前記出口ヘッダ部から流出されるUターン流路を備えた扁平熱交チューブ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 the above-described heat medium heating device, wherein the flat heat exchanger tube has the inlet header portion and the outlet header portion arranged in parallel on one end side, and flows from the inlet header portion. After the heat medium has circulated through the flat tube part, the flat heat exchanger is provided with a U-turn flow path that is turned back at the U-turn part on the other end side and circulates again through the flat tube part and then flows out from the outlet header part. It is characterized by being a tube.
本発明によれば、扁平熱交チューブが、一端側に入口ヘッダ部および出口ヘッダ部が並設され、入口ヘッダ部から流入した熱媒体が他端側のUターン部で折返し、出口ヘッダ部から流出されるUターン流路を備えた扁平熱交チューブとされているため、入口ヘッダ部および出口ヘッダ部を一端側に並設することでチューブ長さを短縮できる反面、Uターン流路が形成されることで流路圧損が大きくなる扁平熱交チューブにあって、熱媒体の入口ヘッダ部への流入部位および出口ヘッダ部からの流出部位での流路圧損を低減し、扁平熱交チューブ内での流路圧損を可及的に小さくすることができる。従って、Uターン流路を備えた扁平熱交チューブの特長を最大限活かし、熱媒体加熱装置を小型化することができるとともに、熱媒体の圧損低減により、該熱媒体加熱装置を高性能化することができる。 According to the present invention, the flat heat exchanger tube has the inlet header portion and the outlet header portion arranged in parallel on one end side, and the heat medium flowing in from the inlet header portion is folded back at the U-turn portion on the other end side, and from the outlet header portion. Since it is a flat heat exchanger tube with a U-turn flow channel that flows out, the tube length can be shortened by arranging the inlet header portion and the outlet header portion on one end side, but a U-turn flow channel is formed. In the flat heat exchanger tube, the flow passage pressure loss is increased, and the flow passage pressure loss at the inlet portion of the heat medium to the inlet header portion and the outlet portion from the outlet header portion is reduced. The flow path pressure loss can be reduced as much as possible. Therefore, the heat medium heating device can be miniaturized by making the most of the features of the flat heat exchanger tube provided with the U-turn flow path, and the heat medium heating device can be improved in performance by reducing the pressure loss of the heat medium. be able to.
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、前記熱媒体入口路および前記熱媒体出口路は、前記ケーシングの底面に沿って水平方向に延長されており、前記扁平熱交チューブの前記入口ヘッダ部および前記出口ヘッダ部に対して上方に向って連通されていることを特徴とする。 Furthermore, the heat medium heating device of the present invention is any one of the above-described heat medium heating devices, wherein the heat medium inlet path and the heat medium outlet path are extended in a horizontal direction along the bottom surface of the casing, It is characterized by communicating upward with respect to the inlet header portion and the outlet header portion of the flat heat exchanger tube.
本発明によれば、熱媒体入口路および熱媒体出口路が、ケーシングの底面から水平方向に延長されており、扁平熱交チューブの入口ヘッダ部および出口ヘッダ部に対して上方に向って連通されているため、熱媒体入口路から扁平熱交チューブの入口ヘッダ部への熱媒体の流入部位および扁平熱交チューブの出口ヘッダ部から熱媒体出口路への熱媒体の流出部位が湾曲された流路となり、熱媒体の流れが偏った流れとなるが、該部位の連通穴径およびシール材の径が大きくされていることから、該部での流路圧損を効果的に低減することができる。従って、熱媒体入口路および熱媒体出口路を水平配置とし、熱媒体加熱装置を小型化することができるとともに、流路圧損の低減により、該熱媒体加熱装置を高性能化することができる。 According to the present invention, the heat medium inlet passage and the heat medium outlet passage are extended in the horizontal direction from the bottom surface of the casing, and communicated upward with respect to the inlet header portion and the outlet header portion of the flat heat exchanger tube. Therefore, the flow of the heat medium flowing from the heat medium inlet passage to the inlet header portion of the flat heat exchanger tube and the heat medium outlet portion from the outlet header portion of the flat heat exchanger tube to the heat medium outlet passage are curved. Although the flow of the heat medium becomes an uneven flow, the communication hole diameter of the part and the diameter of the sealing material are increased, so that the flow path pressure loss at the part can be effectively reduced. . Therefore, the heat medium inlet channel and the heat medium outlet channel are horizontally arranged to reduce the size of the heat medium heating device and to improve the performance of the heat medium heating device by reducing the flow path pressure loss.
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、前記熱媒体入口路および前記熱媒体出口路は、前記ケーシングから同一方向に延長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 characterized in that, in any one of the heat medium heating devices described above, the heat medium inlet path and the heat medium outlet path are extended from the casing in the same direction. .
本発明によれば、熱媒体入口路および熱媒体出口路が、ケーシングから同一方向に延長されているため、熱媒体加熱装置に対して同一方向から熱媒体の循環回路を接続することができる。従って、熱媒体の循環回路の引き回しを簡素化、容易化し、熱媒体加熱装置の車両への搭載性を向上することができる。 According to the present invention, since the heat medium inlet path and the heat medium outlet path are extended from the casing in the same direction, the heat medium circulation circuit can be connected to the heat medium heating apparatus from the same direction. Therefore, it is possible to simplify and facilitate the routing of the circulation circuit of the heat medium, and to improve the mountability of the heat medium heating device on the vehicle.
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へと循環される熱媒体を、その圧損を低減してPTCヒータから熱媒体への伝熱効率を高めることにより、小型・高性能化を図った熱媒体加熱装置により加熱し、循環させることができる。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, the heat medium circulated to the radiator disposed in the air flow path is reduced in size and height by reducing the pressure loss and increasing the heat transfer efficiency from the PTC heater to the heat medium. It can be heated and circulated by a heat medium heating device with improved 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、多層に積層された複数枚の扁平熱交チューブ内を流通する熱媒体の全流量が通過することになる、熱媒体入口路から扁平熱交チューブの入口ヘッダ部への流入部位および扁平熱交チューブの出口ヘッダ部から熱媒体出口路への流出部位において、連通穴の径およびシール材の径が大きくされている分だけ、それぞれの部位での流路圧損を低減することができるため、複数枚の扁平熱交チューブ内を流通する熱媒体の圧損を低減し、PTCヒータから熱媒体への伝熱効率を向上させることができる結果、熱媒体加熱装置を高性能化、小型化することができる。 According to the heat medium heating device of the present invention, the entire flow rate of the heat medium flowing through the plurality of flat heat exchange tubes stacked in multiple layers passes from the heat medium inlet path to the inlet header of the flat heat exchange tube. The flow path pressure loss at each part of the inlet part and the outlet part of the flat heat exchanger tube from the outlet header part to the heat medium outlet passage is increased by the diameter of the communication hole and the seal material. As a result, the pressure loss of the heat medium flowing through the plurality of flat heat exchanger tubes can be reduced, and the heat transfer efficiency from the PTC heater to the heat medium can be improved. Performance and size 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へと循環される熱媒体を、小型・高性能化された熱媒体加熱装置により加熱し、循環させ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 circulated to the radiator disposed in the air flow path is heated and circulated by the heat medium heating apparatus having a small size and high performance. Therefore, it is possible to improve the air conditioning performance of the vehicle air conditioner, particularly the heating performance, and to improve the mountability of the air conditioner on the vehicle.
以下に、本発明の一実施形態について、図1ないし図6を参照して説明する。
図1には、本発明の一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。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a vehicle air conditioner including a heat medium heating device according to an embodiment of the present invention.
The
このケーシング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することにより、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、図示省略された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り、そこを通過する空気を冷却するものである。また、放熱器6は、タンク8、ポンプ9および熱媒体加熱装置10とともに熱媒体循環回路10Aを構成し、熱媒体加熱装置10で高温に加熱された熱媒体(例えば、不凍液、温水等)がポンプ9を介して循環されることにより、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
図2には、図1に示された熱媒体加熱装置10の組み立て手順を説明するための分解斜視図が示され、図3には、該熱媒体加熱装置10の熱媒体入口路に沿った縦断面図、図4には、該熱媒体加熱装置10の熱媒体出口路に沿った縦断面図が示されている。
熱媒体加熱装置10は、図2に示されるように、制御基板13と、複数枚の電極板14(図3,図4参照)と、制御基板13上に配設されたIGBT等の複数個の半導体スイッチング素子12(図3参照)と、熱交押え部材16と、複数枚(例えば、3枚)の扁平熱交チューブ17と、複数組のPTC素子18a(図3,図4参照)と、これらの制御基板13、電極板14、半導体スイッチング素子12、扁平熱交チューブ17、熱交押え部材16、PTC素子18a等を収容するケーシング11とを備えている。
FIG. 2 is an exploded perspective view for explaining an assembly procedure of the heat
As shown in FIG. 2, the heat
なお、上記電極板14、PTC素子18aおよび絶縁部材(図示せず)等によってPTCヒータ18が構成されている。
ケーシング11は、上半部と下半部とに2分割されており、上半部を構成するアッパケース(図示省略)と、下半部を構成するロアケース11aとを備えている。このアッパケースおよびロアケース11aの内部には、ロアケース11aの上方からロアケース11aの開口部11bにアッパケースを載置することによって、上記制御基板13、半導体スイッチング素子12、電極板14、熱交押え部材16、複数枚の扁平熱交チューブ17および複数組のPTCヒータ18等を収容する空間が形成されている。
A
The
ロアケース11aの底面には、積層された3枚の扁平熱交チューブ17に導入される熱媒体を導くための熱媒体入口路11cおよび扁平熱交チューブ17内を流通した熱媒体を導出するための熱媒体出口路11dが一体に形成されている。この熱媒体入口路11cおよび熱媒体出口路11dは、ロアケース11aの底面から同一の水平方向に互いに平行に延長され、ロアケース11aの一端から側方に突出されている。なお、アッパケースおよびロアケース11aは、その内部空間に収容される扁平熱交チューブ17を構成しているアルミ合金材と線膨張が近い樹脂材料(例えば、PPS)により成形されている。このように、ケーシング11を樹脂材料で構成することにより、軽量化を図ることができる。
On the bottom surface of the
また、ロアケース11aの下面には、電源ハーネス27およびLVハーネス28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(いずれも図示省略)が開口されている。電源ハーネス27は、制御基板13および半導体スイッチング素子12を介してPTCヒータ18に電力を供給するものであり、先端部が2又状に分岐され、制御基板13に設けられている2つの電源ハーネス用端子台13cに電極ハーネス接続用ネジ13bを介してネジ止め可能とされている。また、LVハーネス28は、制御基板13に制御用の信号を送信するものであり、その先端部は、制御基板13にコネクタ接続可能とされている。
In addition, a power harness hole and an LV harness hole (both not shown) for opening through the front ends of the
半導体スイッチング素子12および制御基板13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18に対する通電制御を行う制御系を構成するものであり、IGBT等の複数個の半導体スイッチング素子12を介して複数組のPTCヒータ18に対する通電状態が切替え可能な構成とされている。そして、この複数組のPTCヒータ18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17が積層されるようになっている。
The
扁平熱交チューブ17は、アルミ合金材製のチューブであり、図2ないし図4に示されるように、3枚の扁平熱交チューブ17が互いに平行になるように、下段、中段および上段の扁平熱交チューブ17c、17b、17aの順に積層されるようになっている。これらの扁平熱交チューブ17は、図2ないし図4に示されるように、扁平チューブ部20の一端部に入口ヘッダ部21および出口ヘッダ部22が並設され、他端部に熱媒体流れをUターンさせるUターン部23が形成されているとともに、扁平チューブ部20に入口ヘッダ部21からUターン部23を経て出口ヘッダ部22に至るUターン流路24が形成された構成とされている。
The flat
扁平熱交チューブ17は、扁平チューブ部20と入口ヘッダ部21および出口ヘッダ部22が一体成形されたアルミ合金材製の薄い一対の成形プレート部材25a,25bを重ね合わせ、ロウ付け接合したものである。入口ヘッダ部21および出口ヘッダ部22の厚さ方向寸法は、Uターン流路24を形成している扁平チューブ部20の厚さ方向寸法よりも厚くされており、3枚の扁平熱交チューブ17a、17b、17cを積層したとき、扁平チューブ部20間に所定寸法の隙間が形成されるようになっている。この隙間に、上下両面を電極板14および図示省略の絶縁体等によってサンドイッチされたPTCヒータ18が挟み込まれることにより、3枚の扁平熱交チューブ17と2組のPTCヒータ18が多層に積層されるようになっている。
The flat
また、各扁平熱交チューブ17は、積層されたとき、図3,4に示されるように、入口ヘッダ部21および出口ヘッダ部22同士が互いに密着され、入口ヘッダ部21および出口ヘッダ部22に設けられている連通穴21a,22a同士が互いに連通されるようになっている。この際、各連通穴21a,22aは、その周りに配設されるOリング、ガスケット、液状ガスケット等のシール材26(本例では、Oリングを用いられている。)によってシールされるようになっている。
Moreover, when each flat
シール材(Oリング)26は、扁平熱交チューブ17aと扁平熱交チューブ17bの出入口ヘッダ部21,22間、扁平熱交チューブ17bと扁平熱交チューブ17cの出入口ヘッダ部21,22間、および扁平熱交チューブ17cの出入口ヘッダ部21,22とロアケース11aの内底面間において、扁平熱交チューブ17b,17cを構成する成形プレート部材25b側の連通穴21a,22a周り、およびロアケース11aの内底面に形成されているシール材26の配設部位に設置されるようになっている。
The sealing material (O-ring) 26 is formed between the inlet /
このシール材(Oリング)26のうち、扁平熱交チューブ17b,17cの出入口ヘッダ部21,22の連通穴21a,22a周りに設けられるシール材26a,26bは、出入口ヘッダ部21、22のシール材26の配設部位の周囲に、出入口ヘッダ部21,22同士の接触面を成形するためのプレス型設置スペースが必要なことから、制約された大きさの出入口ヘッダ部21,22において、接触面よりも小さい径d1のシール材(Oリング)26a,26bとする必要がある。また、連通穴21a,22aの穴径d2は、そのシール材26a,26bの径d1よりも更に小さく(d2<d1)されることになる。
Of the sealing material (O-ring) 26, the sealing
一方、最下層の扁平熱交チューブ17cの出入口ヘッダ部21,22とロアケース11aとの間に配設されるシール材(Oリング)26cは、その配設部位がロアケース11a側に設けられていることから、上記のような制約を受けることがなく、シール材26cの径D1および連通穴21a,22aの穴径D2を可及的に大きくし、それぞれを、d1<D1、d2<D2とすることができる。また、シール材(Oリング)26cのうち、出口ヘッダ部22側のシール材(Oリング)26cexは、図5,6に示されるように、ロアケース11aに設けられた熱媒体出口路11dの開口部11eに形成されるエッジ11fを滑らかな湾曲面となす舌部26dが一体に設けられた構成とされている。なお、上記エッジ11fは、ロアケース11aの成形時、湾曲面に成形することは困難である。
On the other hand, the sealing material (O-ring) 26c disposed between the inlet /
さらに、上記3枚の扁平熱交チューブ17の扁平チューブ部20間には、そのチューブ間の隙間に対して、複数組のPTCヒータ18が、電極板14および図示省略の絶縁シート等を介して以下に記載の如く組み込まれるようになっている。
電極板14は、図3,4に示されるように、PTC素子18aに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の板材とされている。この電極板14は、PTC素子18aを挟んでその両面に、PTC素子18aの上面に接するように一枚、PTC素子18aの下面に接するように一枚それぞれ積層されている。これら2枚の電極板14によって、PTC素子18aの上面と、下面とが上下から挟み込まれるようになっている。
Further, between the
As shown in FIGS. 3 and 4, the
そして、PTC素子18aの上面側に配置される電極板14は、その上面が絶縁部材を介して扁平熱交チューブ17の下面に接するように配置され、PTC素子18aの下面側に配置される電極板14は、その下面が絶縁部材を介して扁平熱交チューブ17の上面に接するように配置される。本実施形態において、電極板14は、下段の扁平熱交チューブ17cと中段の扁平熱交チューブ17bとの間、および中段の扁平熱交チューブ17bと上段の扁平熱交チューブ17aとの間に各々2枚、合計4枚が配置され、これらの電極板14で挟まれた状態でPTCヒータ18が、3枚の扁平熱交チューブ17の扁平チューブ部20間にそれぞれ積層配設されるようになっている。
And the
4枚の各電極板14は、各扁平熱交チューブ17の扁平チューブ部20と略同形とされている。各電極板14には、その長辺側に端子14a(図2参照)が設けられ、この端子14aは、各電極板14を積層したとき、互いに重ならないように、電極板14の長辺方向に沿って配置されている。つまり、各電極板14に設けられている端子14aは、その長辺方向に少しずつ位置をずらして設けられ、各電極板14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14aは、上方に突出するように設けられ、制御基板13に設けられている端子台13aに端子接続用ネジ14bを介して接続されるようになっている。
Each of the four
基板サブアッセンブリ15は、制御基板13と熱交押え部材16とを絶縁シート等を挟み込み、例えば4本の基板サブアッセンブリ接続用ネジ15aを介して締結することにより一体化したものである。なお、制御基板13上に設けられているIGBT等の半導体スイッチング素子12は、発熱部品であり、その発熱は、半導体スイッチング素子12の設置部に対応して制御基板13に設けられている熱貫通部を経て熱交押え部材16側に放熱され、扁平熱交チューブ17内を流通する熱媒体により冷却されるようになっている。
The
また、基板サブアッセンブリ15を構成している制御基板13には、各電極板14に直列に配列されている4つの端子14aに対応して、その一辺に直列に4つの端子台13aが配列されている。また、4つの端子台13aと両端側に直列に並ぶように、電源ハーネス27の2分岐されている先端部と接続される2つの電源ハーネス用端子台13cが設けられている。これらの端子台13aおよび電源ハーネス用端子台13cは、制御基板13から下方(または上方)に突出するように設けられている。また、各端子台13aおよび電源ハーネス用端子台13cは、積層された扁平熱交チューブ17a、17b、17cの長辺に沿って直列に配設されている。
Further, on the
さらに、制御基板13に設けられている各端子台13aおよび電源ハーネス用端子台13cは、ロアケース11aの開口部11bよりも少し上方に位置されるように設けられている。これによって、各端子台13aおよび電源ハーネス用端子台13cに接続される電極板14の端子14aや電源ハーネス27の先端部が固定し易い構成とされている。
Furthermore, each
一方、基板サブアッセンブリ15を構成している熱交押え部材16は、平面視において扁平状のアルミ合金製板材とされている。熱交押え部材16の上面には、上記したように制御基板13が配置されている。熱交押え部材16は、各扁平熱交チューブ17の扁平チューブ部20および出入口ヘッダ部21,22の上面を覆うことができる大きさとされており、その4コーナー部には、熱交押え部材16をロアケース11aのボス部に固定する基板サブアッセンブリ固定用ネジ15bを通す貫通孔が設けられている。
On the other hand, the heat
基板サブアッセンブリ15は、積層された上段の扁平熱交チューブ17aの上面に載せられ、熱交押え部材16の下面が、上段の扁平熱交チューブ17aの扁平チューブ部20および出入口ヘッダ部21,22の上面に接するようにして配設されている。この基板サブアッセンブリ15は、熱交押え部材16を上記の如くロアケース11a側にネジ止め固定することにより、熱交押え部材16の下面とロアケース11aの内底面との間で、積層された扁平熱交チューブ17a、17b、17cの扁平チューブ部20と、その間に挟まれている各2枚のPTCヒータ18とを押圧して互いに密着させるとともに、各扁平熱交チューブ17の出入口ヘッダ部21,22に設けられている連通穴21a,22aの周りに配設されているシール材(本例では、Oリング)26を密着させて締め付け固定できる構成とされている。
The
これによって、熱媒体入口路11cから流入された熱媒体は、各扁平熱交チューブ17の入口ヘッダ部21から扁平チューブ部20内へと導入され、扁平チューブ部20のUターン流路24内を流通する間に、PTCヒータ18により加熱、昇温されて出口ヘッダ部22に至り、出口ヘッダ部22から熱媒体出口路11dを経て外部に流出される流路内を流通されるようになっている。熱媒体加熱装置10から流出された熱媒体は、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構成されている。
As a result, the heat medium flowing in from the heat
また、基板サブアッセンブリ15を構成している熱交押え部材16は、熱伝導性が良好なアルミ合金材製とされ、その下面が最上段の扁平熱交チューブ17aの上面と接触されるように構成されている。これにより、熱交押え部材16は、上記の如く、扁平熱交チューブ17内を流れる熱媒体を冷熱源とし、制御基板13上に設置されているIGBT等の半導体スイッチング素子12を冷却するためのヒートシンクとしても機能されるようになっている。
Further, the heat
上記の熱媒体加熱装置10は、3枚の扁平熱交チューブ17a、17b、17cと上下2組のPTCヒータ18を、以下のようにしてロアケース11a内に組み込むことができる。まず、ロアケース11aの内底面に開口している熱媒体入口路11cおよび熱媒体出口路11dの開口部周りにシール材26cを配置し、その上に最下層の扁平熱交チューブ17cを載せ、この扁平熱交チューブ17cの上面にPTCヒータ18とシール材26bを配置し、それらの上に中段の扁平熱交チューブ17bを重ね、更に中段の扁平熱交チューブ17bの上面にPTCヒータ18とシール材26aを配置し、その上に上段の扁平熱交チューブ17aを重ねることにより、3枚の扁平熱交チューブ17a、17b、17cと上下2組のPTCヒータ18を、出入口ヘッダ21,22の連通穴21a,22a周りにシール材26a,26b,26cを介装し、多層に積層して組み込むことができる。
In the heat
こうして3枚の扁平熱交チューブ17と上下2組のPTCヒータ18をロアケース11a内底面の所定位置に組み込んだ後、最上端の扁平熱交チューブ17aの上面に基板サブアッセンブリ15を載せ、基板サブアッセンブリ15の熱交押え部材16を4本の固定用ネジ15bを介してロアケース11a側のボス部にネジ止め固定することにより、3枚の扁平熱交チューブ17a、17b、17cの扁平チューブ部20と各PTCヒータ18および出入口ヘッダ21,22の連通穴21a,22a周りに配設された3個のシール材26a,26b,26cを、熱交押え部材16の押圧力により互いに密着させた状態でロアケース11a内に組み込むことができる。
After the three flat
その後、熱交押え部材16の上面に設けられている制御基板13の端子台13a,13cに対して、電源ハーネス27の端子および電極板14の端子14aをネジ13b,14bを介してネジ止め固定するとともに、LVハーネス28をコネクタ接続することによって電気系統の結線を行い、最後にその上部覆うように、図示省略のアッパケースをロアケース11aに対してネジ止め固定することにより、熱媒体加熱装置10を組み立てることができる。
Thereafter, the terminal of the
この熱媒体加熱装置10は、熱媒体入口路11cを経て入口ヘッダ部21に流入された熱媒体を3枚の扁平熱交チューブ17に対し入口ヘッダ部21で分流して流通させ、PTCヒータ18によって加熱した後、出口ヘッダ部22から熱媒体出口路11dを介して流出させることにより、車両用空調装置1の熱媒体循環回路10A内を循環される熱媒体の加熱に供することができる。
In the heat
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。
本実施形態では、連通穴21a,22aを有する出入口ヘッダ21,22部を備えた複数枚の扁平熱交チューブ17と複数組のPTCヒータ18とを多層に積層配設し、それを出入口ヘッダ部21,22と連通する熱媒体入口路11cおよび熱媒体出口路11dを備えたケーシング11内に組み込んだ熱媒体加熱装置10にあって、ケーシング11(ロアケース11a)と最下層の扁平熱交チューブ11cの入口ヘッダ部21および出口ヘッダ部22との間に配設されるシール材(Oリング)26cの径D1、および該シール材26cでシールされる連通穴21a,22aの径D2を、他層のシール材26a,26bの径d1および連通穴21a,22aの径d2よりも大きくしている。
Thus, according to the heat
In the present embodiment, a plurality of flat
このため、多層に積層された複数枚の扁平熱交チューブ17a、17b、17c内を流通する熱媒体の全流量が通過することになる、熱媒体入口路11cから扁平熱交チューブ17cの入口ヘッダ部21への流入部位および扁平熱交チューブ17cの出口ヘッダ部22から熱媒体出口路11dへの流出部位において、連通穴21a,22aの径D2およびシール材26cの径D1が大きくされている分だけ、それぞれの部位での流路圧損を低減することができる。これによって、各扁平熱交チューブ17内を流通する熱媒体の圧損を低減し、PTCヒータ18から熱媒体への伝熱効率を高めることができる結果、熱媒体加熱装置10を高性能化し、小型化することができる。
Therefore, the inlet header of the flat
また、上記した各扁平熱交チューブ17が、一端側に入口ヘッダ部21および出口ヘッダ部22が並設され、入口ヘッダ部21から流入した熱媒体が他端側のUターン部23で折返し、出口ヘッダ部22から流出されるUターン流路24を備えた扁平熱交チューブ17とされている。このため、扁平熱交チューブの両端に入口ヘッダ部と出口ヘッダ部とを設けた両端タンク構造の扁平熱交チューブを用いたものに比べ、扁平熱交チューブ17のチューブ長さを短くすることができ、熱媒体加熱装置10の小型化、低コスト化を図ることができる。
In addition, each of the flat
さらに、入口ヘッダ部21および出口ヘッダ部22を一端側に並設することで、上記の如くチューブ長さを短縮できる反面、Uターン流路24が形成されることにより流路圧損が大きくなるが、熱媒体の入口ヘッダ部21への流入部位および出口ヘッダ部22からの流出部位での流路圧損を低減し、扁平熱交チューブ17内での流路圧損を可及的に小さくすることができる。このため、Uターン流路24を備えた扁平熱交チューブ17の特長を最大限活かし、熱媒体加熱装置10を小型化することができるとともに、熱媒体の圧損低減により、該熱媒体加熱装置10を高性能化することができる。
Furthermore, by arranging the
また、本実施形態では、熱媒体入口路11cおよび熱媒体出口路11dが、ケーシング11の底面から水平方向に延長されており、各扁平熱交チューブ17の入口ヘッダ部21および出口ヘッダ部22に対して上方に向って連通されている。このため、熱媒体入口路11cから扁平熱交チューブ17cの入口ヘッダ部21への熱媒体の流入部位および扁平熱交チューブ17cの出口ヘッダ部22から熱媒体出口路11dへの熱媒体の流出部位が湾曲された流路となり、熱媒体の流れが偏った流れとなるが、該部位の連通穴21a,22aの径D2およびシール材26cの径D1が大きくされていることから、該部での流路圧損を効果的に低減することができる。従って、熱媒体入口路11cおよび熱媒体出口路11dを水平配置とし、熱媒体加熱装置10を小型化することができるとともに、流路圧損の低減により、熱媒体加熱装置10を高性能化することができる。
Further, in the present embodiment, the heat
また、扁平熱交チューブ17の出口ヘッダ部22から熱媒体出口路11dへの熱媒体の流出部位が湾曲された流路となり、その湾曲部のケーシングの成形上、エッジ部11fが形成されるが、該エッジ部11fをその開口部に配設されるシール材(Oリング)26cexに設けられた舌部26dにより滑らかな曲面とすることができる。このため、エッジ部11fでの熱媒体の流れの剥離を防止し、圧損を低減することができ、これによっても熱媒体加熱装置10の性能を向上することができる。
In addition, the outflow portion of the heat medium from the
また、上記熱媒体入口路11cおよび熱媒体出口路11dが、ケーシング11から同一方向に延長された構成とされているため、熱媒体加熱装置10に対して同一方向から熱媒体の循環回路10Aを接続することができる。従って、熱媒体の循環回路10Aの引き回しを簡素化、容易化し、熱媒体加熱装置10の車両への搭載性を向上することができる。
Further, since the heat
さらに、本実施形態の車両用空調装置1によれば、空気流路2中に配設されている放熱器6へと循環される熱媒体を、圧損を低減してPTCヒータ18から熱媒体への伝熱効率を高めることにより、小型・高性能化された熱媒体加熱装置10により加熱し、循環させることができる。このため、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1の搭載性を向上することができる。
Furthermore, according to the
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17を3層に積層し、各々の間にPTCヒータ18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17およびPTCヒータ18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、ケーシング11を樹脂成形品とした例について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、アルミ合金等の金属製としてもよ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
11c 熱媒体入口路
11d 熱媒体出口路
17,17a,17b,17c 扁平熱交チューブ
18 PTCヒータ
21 入口ヘッダ部
21a 連通穴
22 出口ヘッダ部
22a 連通穴
23 Uターン部
24 Uターン流路
26,26a,26b,26c シール材
D1 ケーシングと最下層の扁平熱交チューブ間のシール材の径
D2 最下層の扁平熱交チューブの連通穴の径
d1 他層の扁平熱交チューブ間のシール材の径
d2 他層の扁平熱交チューブの連通穴の径
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記入口ヘッダ部および出口ヘッダ部に設けられている連通穴周りに配設され、前記扁平熱交チューブが複数枚積層されることで互いに連通される前記連通穴周りをシールするシール材と、
積層される複数枚の前記扁平熱交チューブ間に組み込まれるPTCヒータと、
底面に前記扁平熱交チューブの前記入口ヘッダ部および出口ヘッダ部と連通する熱媒体入口路および熱媒体出口路が設けられ、その内底面に前記扁平熱交チューブおよび前記PTCヒータが多層に積層されて組み込まれるケーシングと、を備え、
前記ケーシングと最下層の前記扁平熱交チューブの前記入口ヘッダ部および出口ヘッダ部との間に配設される前記シール材の径および該シール材でシールされる前記連通穴の径が、他層のシール材の径および連通穴の径よりも大きく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 of the outlet header after the heat medium flowing in from the inlet header flows through the flat tube,
A sealing material that is disposed around the communication holes provided in the inlet header part and the outlet header part, and seals around the communication holes communicated with each other by laminating a plurality of the flat heat exchanger tubes;
A PTC heater incorporated between a plurality of the flat heat exchanger tubes to be laminated;
A heat medium inlet passage and a heat medium outlet passage communicating with the inlet header portion and the outlet header portion of the flat heat exchanger tube are provided on the bottom surface, and the flat heat exchanger tube and the PTC heater are laminated in multiple layers on the inner bottom surface thereof. And a casing to be incorporated,
The diameter of the sealing material disposed between the casing and the inlet header portion and the outlet header portion of the flattened heat exchanger tube at the lowermost layer and the diameter of the communication hole sealed by the sealing material are different layers. A heating medium heating device characterized in that it is larger than the diameter of the sealing material and the diameter of the communication hole.
前記熱媒体加熱装置が、請求項1ないし4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 4.
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JP2011199494A JP2013060098A (en) | 2011-09-13 | 2011-09-13 | Heat medium heating device and vehicular air conditioner including the same |
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Cited By (1)
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WO2015040978A1 (en) * | 2013-09-20 | 2015-03-26 | 三菱重工オートモーティブサーマルシステムズ株式会社 | Vehicle air-conditioning device, vehicle air-conditioning heater, and vehicle air-conditioning method |
-
2011
- 2011-09-13 JP JP2011199494A patent/JP2013060098A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2015040978A1 (en) * | 2013-09-20 | 2015-03-26 | 三菱重工オートモーティブサーマルシステムズ株式会社 | Vehicle air-conditioning device, vehicle air-conditioning heater, and vehicle air-conditioning method |
CN105358350A (en) * | 2013-09-20 | 2016-02-24 | 三菱重工汽车空调系统株式会社 | Vehicle air-conditioning device, vehicle air-conditioning heater, and vehicle air-conditioning method |
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