JP2013095343A - 空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＴＣヒーターを使用する空調装置において、ヒーターを駆動するスイッチングデバイスの冷却構造を提案する。
【解決手段】送風ユニット１により送風される空気を冷却する冷却ユニット２と、冷却ユニット２の下流に設けられたＰＴＣヒーターを含む加熱ユニット４と、加熱ユニット４を通過して空調吹出口へ流れる空気量と加熱ユニット４を迂回して空調吹出口へ流れる空気量とを調節するエアミックスダンパー３と、を含んで構成され、加熱ユニット４を駆動するスイッチングデバイス６を冷却するためのヒートシンク６ｂが、冷却ユニット２により冷却された空気の通風経路に設置される、空調装置とする。
【選択図】図１

Description

車両用の空調装置に関する技術が以下に開示される。

現在一般的な車両用の空調装置は、特許文献１の図１に示されるように、ブロワファン等により外気又は内気を導入する送風ユニット（８）と、送風ユニットにより送風される空気を冷却するエバポレーター等の冷却ユニット（９）と、冷却ユニットの下流に設けられた温水式ヒーター等の加熱ユニット（１０）と、加熱ユニットを通過して空調吹出口へ流れる空気量と加熱ユニットを迂回して空調吹出口へ流れる空気量とを調節するエアミックスダンパー（１１）と、を含んだ構成とされる。

このうちの暖房用の加熱ユニットについて、近年普及してきたハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される空調装置にあっては、エンジン冷却水を熱源として使用できないことから、温水式ではなく電気式のヒーター、中でもＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient：正温度係数）ヒーターが採用されている（特許文献１の図２参照）。ＰＴＣヒーターは、例えば特許文献２にあるように、スイッチングデバイス（特許文献２では駆動トランジスタ）のＰＷＭ制御によって駆動することが可能であり、このようなスイッチングデバイスには、ＰＴＣヒーターの消費電力に耐え得るＩＧＢＴが一般的に使用される。

ＰＴＣヒーターを駆動するスイッチングデバイスは大容量で発熱量が多いので、過熱防止策を施しておく必要ある。特許文献２の場合、スイッチングデバイスの温度を検出し、過熱状態であると判定されたときに、ＰＴＣヒーターの温度を上昇させて抵抗値を上げることでスイッチングデバイスに流れる電流を抑制し、この結果としてスイッチングデバイスの温度を下げる、という制御手法が採用されている。

特開２００６−１６２０９９号公報 特開２００８−０３５６８４号公報

上述のように、スイッチングデバイスにより駆動される電気式加熱ユニットをもつ空調装置の場合、そのスイッチングデバイスの過熱を抑制することが重要である。特許文献２の場合は、スイッチングデバイスが過熱状態となってから、過熱を判定したＥＣＵによって温度を下げるための制御が実行されるので、スイッチングデバイスを過熱状態へ至らせない、つまりスイッチングデバイス自体を冷却して過熱を抑制する、という視点で改良の余地がある。
この点に鑑みて本発明は、空調装置において、加熱ユニットを駆動するスイッチングデバイスの冷却構造を提案する。

当課題に対して提案する空調装置は、
送風ユニットにより送風される空気を冷却する冷却ユニットと、
前記冷却ユニットの下流に設けられた加熱ユニットと、
前記加熱ユニットを通過して空調吹出口へ流れる空気量と前記加熱ユニットを迂回して前記空調吹出口へ流れる空気量とを調節するエアミックスダンパーと、を含んで構成され、
前記加熱ユニットを駆動するスイッチングデバイスを冷却するためのヒートシンクが、前記冷却ユニットにより冷却された空気の通風経路に設置される、空調装置である。

上記提案に係る空調装置によれば、スイッチングデバイスのヒートシンクに冷却ユニットによる冷風をあてて空冷することができ、スイッチングデバイスの過熱を抑えることができる。

空調装置の第１の実施形態を示した概略図。 スイッチングデバイスの斜視図。 空調装置の第２の実施形態を示した概略図。 空調装置の第３の実施形態を示した概略図。

空調装置の第１の実施形態を図１に示す。図示の空調装置は、内部を仕切って通風経路を形成したハウジングＨ内に、上流から下流へ、送風ユニット１、冷却ユニット２、エアミックスダンパー（又はエアミックスドア）３、加熱ユニット４を組み付けた構成である。

送風ユニット１は、外気導入口又は内気導入口から空気を取り入れ、ハウジングＨ内へ送風する。送風ユニット１から送風された空気は、エバポレーター等の冷却ユニット２で先ず冷却される。冷却ユニット２の下流には、次のようにして、暖房用に冷却後の空気を暖める加熱ユニット４が設けられる。

冷却ユニット２の下流に形成される通風経路は、加熱経路Ｈａと迂回経路Ｈｂの２つの経路に仕切られ、その加熱経路Ｈａ内に加熱ユニット４が組み入れられる。これら加熱経路Ｈａと迂回経路Ｈｂの分岐点に、エアミックスダンパー３が揺動可能に設けられ、温度設定に応じてその揺動角度が制御されることで、加熱経路Ｈａと迂回経路Ｈｂとに流れる空気量が調節される。エアミックスダンパー３により、加熱ユニット４を通過して暖められて空調吹出口（DEF,VENT,FOOT）へ流れる空気量と加熱ユニット４を迂回して冷たいまま空調吹出口へ流れる空気量とが調節される結果、例えば暖房時、室内上方に関わる空調吹出口VENTからは比較的冷たい空気が吹き出し且つ室内足元に関わる空調吹出口FOOTからは暖かい空気が吹き出すことになり、頭寒足熱に即した空調が実施される。空調吹出口は、これらVENTとFOOTの他にフロントガラス等曇り取りのためのDEF（デフロスター）があり、弁制御によりそれぞれ風量が適宜制御される。

送風ユニット１、冷却ユニット２、エアミックスダンパー３、加熱ユニット４は、制御ユニット５によって、設定温度、外気温、室内温度、日照等に応じて制御される。本実施形態の加熱ユニット４は、前述したような電気式ヒーターであるＰＴＣヒーターを利用したものであり、ＩＧＢＴ等のスイッチングデバイス６によって駆動される。制御ユニット５は、スイッチングデバイス６を単純にオン／オフ制御したり、あるいはＰＷＭ制御することにより、加熱ユニット４の発熱制御を実行する。

スイッチングデバイス６は、図２に外観を示すように、フランジ付の箱形ケース６ａに収容されており、デバイスにロウ付け等で固定されたフィン形のヒートシンク６ｂがケース６ａの上方に突出している。そのケース６ａのフランジをハウジングＨの外側面に固定することでスイッチングデバイス６がハウジングＨの外側に取り付けられ、そして、ハウジングＨに設けた開口を通してヒートシンク６ｂがハウジングＨ内の通風経路に突出するように設置されて、冷風に露出することになる。

図１に示す第１の実施形態において、デバイスを冷却するためのヒートシンク６ｂは、冷却ユニット２により冷却された空気の通風経路のうち、エアミックスダンパー３と加熱ユニット４との間の加熱経路Ｈａに設置される。これにより、冷却ユニット２で冷却された冷風が直接当たってヒートシンク６ｂが空冷されるので、スイッチングデバイス６の過熱を抑えることができる。加えて、冷風による強制空冷が実現されるので、ヒートシンク６ｂの表面積を小さくすることが可能となり、デバイスの小型化、省スペース、コストダウンに貢献する。

ヒートシンク６ｂは、冷却ユニット２による冷風が通る迂回経路Ｈｂに設置することも可能である。しかし、この場合は、ヒートシンク６ｂの熱が迂回経路Ｈｂを通る空気を暖めてしまうことになるので、ヒートシンク６ｂは加熱経路Ｈａに設置する方が好ましい。エアミックスダンパー３より下流で且つ加熱ユニット４より上流の加熱経路Ｈａにヒートシンク６ｂを設置することにより、暖房時、ヒートシンク６ｂの熱を補助熱として加えることができる。この設置位置では、冷房時にエアミックスダンパー３が加熱経路Ｈａを閉じてしまうと、冷風がヒートシンク６ｂへ流れなくなるが、冷房時に加熱ユニット４を駆動する必要はなく、このときにはスイッチングデバイス６が動作せず、発熱しないので問題ない。

図３に、空調装置の第２の実施形態を示す。第２の実施形態では、エアミックスダンパー３と加熱ユニット４との間の加熱経路Ｈａにおいて、ハウジングＨの側壁に、スイッチングデバイス６を取り付けるための膨出部Ｈｃが形成されている。スイッチングデバイス６は、その底面を膨出部Ｈｃの内側面に固定することで、上面のヒートシンク６ｂがエアミックスダンパー３と加熱ユニット４との間に位置するよう設置される。これ以外は第１の実施形態と同じである。第２の実施形態の場合、スイッチングデバイス６全体が冷風により冷却されることになる。

図４は、空調装置の第３の実施形態を示し、当実施形態は、ハウジングＨにおいて、送風ユニット１から空調吹出口へ至る空気の通風経路を折り返して形成し、コンパクト化を図った空調装置である。すなわち、冷却ユニット２から先の加熱経路Ｈａ及び迂回経路Ｈｂを、送風ユニット１のある方へ折り返すように形成してあり、第１及び第２実施形態の空調装置に比べて、全長をコンパクト化してある。このように通風経路を折り返してある場合でも、図示のように、エアミックスダンパー３と加熱ユニット４との間にスペースをとってヒートシンク６ｂを設置することができる。スイッチングデバイス６は、第１の実施形態のようにケース６ａを使用して、あるいは、第２の実施形態のように膨出部ＨｃをハウジングＨに形成して、取り付けることができる。

１ 送風ユニット
２ 冷却ユニット
３ エアミックスダンパー
４ 加熱ユニット
５ 制御ユニット
６ スイッチングデバイス
６ｂ ヒートシンク

Claims (2)

1. 送風ユニットにより送風される空気を冷却する冷却ユニットと、
   前記冷却ユニットの下流に設けられた加熱ユニットと、
   前記加熱ユニットを通過して空調吹出口へ流れる空気量と前記加熱ユニットを迂回して前記空調吹出口へ流れる空気量とを調節するエアミックスダンパーと、
   を含んで構成され、
   前記加熱ユニットを駆動するスイッチングデバイスを冷却するためのヒートシンクが、前記冷却ユニットにより冷却された空気の通風経路に設置される、空調装置。
2. 前記ヒートシンクは、前記エアミックスダンパーと前記加熱ユニットとの間に設置される、請求項１記載の空調装置。

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