JP2013126844A - 電気発熱式温水加熱装置、それを備える車両用空調装置及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、効率的に加熱ができ、小型化及び軽量化された電気発熱式温水加熱装置、それを備える車両用空調装置及び車両を提供することである。
【解決手段】本発明に係る電気発熱式温水加熱装置１００は、車両用空調装置に配置された暖房用熱交換器に、配管を介して熱媒体として温水を供給するための電気発熱式温水加熱装置において、熱媒体の流入口３１、流路４０及び流出口３２を有するケース３０と、流路４０に配置されたセラミックヒータ２００と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用空調装置に配置された暖房用熱交換器に、配管を介して熱媒体として温水を供給するための電気発熱式温水加熱装置、それを備える車両用空調装置及び車両に関する。

ハイブリッド車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ、以降、ＨＶ車ということもある。）又は電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ、以降、ＥＶ車ということもある。）は、内燃機関（以下、エンジンということもある。）の発熱量が少ない又は内燃機関自体が存在しないため、従来のガソリン車ようなエンジン冷却水からのエンジン排熱を利用した温水式ヒーターコアによる暖房システムでは十分な熱を得ることができないという問題がある。

この問題を解決するために、ＨＶ車ではエンジンの排熱を補うための補助熱源として、ＥＶ車ではエンジンに代わる代替熱源として、発熱体として電熱線ヒータを収容する伝熱ブロック（第１の筐体）と伝熱ブロックを収容し、伝熱ブロックとの間に熱媒体が流れる流路を形成する外側ケース（第２筐体）とからなる加熱装置を車両に搭載する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。

ところで、液体の直接加熱には、セラミックヒータが利用されている。このようなセラミックヒータとしては、熱衝撃による破損の発生を防止したセラミックヒータが開示されている（例えば、特許文献２を参照。）。

特開２０１１−１４３７８１号公報 特開２００６−２３６６１７号公報

特許文献１に記載の加熱装置は、鋳造品の伝熱ブロックを用いるものであり、小型化及び軽量化が難しいという問題があった。さらに、熱媒体の加熱は、伝熱ブロックを介して行われるため、早速の暖房要求に対応することができない問題があった。ところで、特許文献１は、電熱線ヒータとして、金属パイプにニクロム線などのコイル状の電熱線を挿入したシーズヒータ（ｓｈｅａｔｈｅｄ ｈｅａｔｅｒ）を使用することが開示されているが、より高いワット密度のセラミックヒータを用いることは開示されていない。また、特許文献２は、セラミックヒータの開示があるが、車両用空調装置に適したものは開示されていない。

本発明の目的は、効率的に加熱ができ、小型化及び軽量化された電気発熱式温水加熱装置、それを備える車両用空調装置及び車両を提供することである。

本発明に係る電気発熱式温水加熱装置は、車両用空調装置に配置された暖房用熱交換器に、配管を介して熱媒体として温水を供給するための電気発熱式温水加熱装置において、前記熱媒体の流入口、流路及び流出口を有するケースと、前記流路に配置されたセラミックヒータと、を備えることを特徴とする。

本発明に係る電気発熱式温水加熱装置では、前記流路が、車両の上下方向に延び、かつ、前記熱媒体の水流方向を上向きとする上向き流路を有し、前記流出口が、前記上向き流路の上端側に設けられ、前記セラミックヒータが、棒状の軸部を有し、かつ、該軸部の軸方向を前記熱媒体の水流方向と一致させた状態で配置されており、前記軸部の一部又は全部が発熱部であることが好ましい。気泡を効率的に排除して熱媒体の加熱をより効率よく行うとともに、気泡による流動音を抑制することができる。また、セラミックヒータの熱衝撃による破損を防止することができる。

本発明に係る電気発熱式温水加熱装置では、前記流路が、前記上向き流路の下端側にてつながる横向き流路を更に有し、前記セラミックヒータが、前記上向き流路に配置されていることが好ましい。省スペース化を図ることができる。

本発明に係る電気発熱式温水加熱装置では、前記セラミックヒータが、第一のセラミックヒータであり、前記流路が、車両の上下方向に延び、かつ、前記熱媒体の水流方向を下向きとする下向き流路を更に有し、該下向き流路がその下端側にて前記横向き流路とつながっており、前記下向き流路には、第二のセラミックヒータが配置され、該第二のセラミックヒータは、棒状の軸部を有し、かつ、該軸部の軸方向を前記熱媒体の水流方向と一致させた状態で配置されており、前記第二のセラミックヒータの軸部の一部又は全部が発熱部であることが好ましい。省スペース化を図りつつ、発熱量をより多くすることができる。

本発明に係る電気発熱式温水加熱装置では、前記セラミックヒータは、前記軸部の軸方向に延びる中空部と、前記軸部の上端に設けられた先端孔と、前記軸部の側面に設けられた側面孔とを有し、該側面孔は前記横向き流路側に向けて配置されていることが好ましい。気泡を効率的に排除して熱媒体の加熱をより効率よく行うとともに、気泡による流動音を抑制することができる。また、熱媒体を流すときの圧力損失を少なくすることができる。

本発明に係る電気発熱式温水加熱装置では、前記第一のセラミックヒータ及び前記第二のセラミックヒータは、それぞれ前記軸部の軸方向に延びる中空部と、前記軸部の上端に設けられた先端孔と、前記軸部の側面に設けられた側面孔とを有し、該側面孔はいずれも前記横向き流路側に向けて配置されていることが好ましい。熱媒体をより効率的に加熱することができる。また、熱媒体を流すときの圧力損失を少なくすることができる。

本発明に係る電気発熱式温水加熱装置では、発熱要求量が所定より少ないときは、前記第一のセラミックヒータだけを発熱させ、発熱要求量が所定より多いときは、前記第一のセラミックヒータ及び前記第二のセラミックヒータを発熱させることが好ましい。発熱要求量に応じて発熱量を容易に切り替えることができる。

本発明に係る電気発熱式温水加熱装置では、発熱要求量が多いときに前記熱媒体の流量を多くする制御を行う流量制御手段を更に備えることが好ましい。セラミックヒータの熱衝撃による破損を防止することができる。また、熱媒体の温度の均一化を図ることができ、ケースの流入口と流出口とで熱媒体の温度を近づけることができる。

本発明に係る電気発熱式温水加熱装置では、前記流路が、車両の上下方向に延び、かつ、前記熱媒体の水流方向を上向きとする上向き流路を有し、前記ケースの内壁が、前記上向き流路の上端側に、上側に向かうにつれて内径を漸次縮径するテーパー部を有することが好ましい。気泡を効率的に排除して熱媒体の加熱をより効率よく行うとともに、気泡による流動音を抑制することができる。

本発明に係る電気発熱式温水加熱装置では、前記セラミックヒータ又は／及び前記第二のセラミックヒータは、側面に耐振部材を備えることが好ましい。セラミックヒータの振動による破損を防止することができる。

本発明に係る電気発熱式温水加熱装置では、前記ケースの内壁が、らせん状のガイドを有することが好ましい。熱媒体の流れを乱して、熱媒体をより効率的に加熱することができる。また、セラミックヒータの熱衝撃による破損を防止することができる。

本発明に係る車両用空調装置は、本発明に係る電気発熱式温水加熱装置を備えることを特徴とする。

本発明に係る車両用空調装置では、前記車両が、エンジンと暖房用熱交換器との間で熱媒体としてエンジン冷却水を循環する暖房用回路を備えるハイブリッド車であり、該暖房用回路上に、前記電気発熱式温水加熱装置と、前記エンジンを迂回し、かつ、前記電気発熱式温水加熱装置と前記暖房用熱交換器との間で温水を循環するバイパス回路と、を設け、前記エンジン冷却水の温度が所定より低いときは、前記バイパス回路を開通するバイパス制御手段を備えることが好ましい。熱媒体をより効率的に温めることができ、早速の暖房が可能となる。

本発明に係る車両は、本発明に係る電気発熱式温水加熱装置を備えることを特徴とする。

本発明は、効率的に加熱ができ、小型化及び軽量化された電気発熱式温水加熱装置、それを備える車両用空調装置及び車両を提供することができる。

第一実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置を示す縦の破断面図である。 第二実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置を示す縦の破断面図である。 第三実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置を示す縦の破断面図である。 第四実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置を示す縦の破断面図である。 第五実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置を示す縦の破断面図である。 車両用空調装置の暖房用回路の第一例を示す概略図であり、車両がＨＶ車である形態を示す。 車両用空調装置の暖房用回路の第二例を示す概略図であり、車両がＥＶ車である形態を示す。 ＨＶ車両用空調装置の暖房用回路を示す概略図であり、エンジン冷却水の温度が所定より低いときを説明するための図である。

以下、添付の図面を参照して本発明の一態様を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。本発明の効果を奏する限り、種々の形態変更をしてもよい。

図１は、第一実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置を示す縦の破断面図である。図中の上下は車両の上下方向を示す。本実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１００は、熱媒体の流入口３１、流路４０及び流出口３２を有するケース３０と、流路４０に配置されたセラミックヒータ２００と、を備える。

ケース３０は、内部空間として熱媒体の流路４０を有し、熱媒体を流入口３１から流路４０へ流入させ、流路４０を通過させて、流出口３２から流出させる。ケース３０は、例えば、６，６‐ナイロンなどの耐熱性樹脂からなる。流路４０の横断面形状は、例えば、円形、楕円形、長方形、正方形、三角形、多角形である。この中で、円形であることがより好ましい。

流路４０は、車両の上下方向に延び、かつ、熱媒体の水流方向Ｌ１を上向きとする上向き流路４１を有することが好ましい。上向き流路４１を設けることで、気泡を効率的に排除することができる。ここで、水流方向Ｌ１が上向きとは、車両に搭載した時に、上流側が下流側よりも相対的に低いことをいい、図１に示すような熱媒体の水流方向Ｌ１が車両の上下方向に対して完全に一致する形態のほか、熱媒体の水流方向Ｌ１が車両の上下方向に対して傾斜する形態を包含する。なお、車両の上下方向は、地面の傾斜によって鉛直方向とは一致しない場合がある。

上向き流路４１では、ケース３０の内壁を上側に向かうにつれて内径を漸次縮径するテーパー部３４とすることが好ましい。テーパー部３４は、ケース３０の内壁の角を取って、気泡が角に溜まるのを防止する。テーパー部３４の形状は、図１に示すような逆碗状の他、例えば、円錐状、ラッパ状である。

流路４０は、上向き流路４１の下端側にてつながる横向き流路４２を更に有することが好ましい。流路４０がＬ字形となり、省スペース化を図ることができる。また、流入口３１が横向き流路４２に設けられることとなり、ケース３０の下端にセラミックヒータ２００の挿入口３３を設けることができるため、メンテナンスが容易になる。ここで、横向きとは、熱媒体の水流方向Ｌ２が横向きとなることをいう。水流方向Ｌ２が横向きとは、横向き流路４２の水流方向Ｌ２が上向き流路４１の水流方向Ｌ１に対して角度をもった状態で交わることをいい、より好ましくは図１に示すように垂直に交わる。

流出口３２は、上向き流路４１の上端側に設けられることが好ましい。より好ましくは、流出口３２は、図１に示すように上向き流路４１の上端に設けられる。流出口３２を上向き流路４１の上端側に設けることで、気泡を効率的に排除して熱媒体の加熱をより効率よく行うとともに、気泡による流動音を抑制することができる。また、セラミックヒータ２００の熱衝撃による破損を防止することができる。ここで、熱衝撃によるセラミックヒータ２００の破損について説明する。熱媒体がセラミックヒータ２００で加熱されると、溶存酸素などが気泡となって発生し、この気泡がセラミックヒータ２００の表面に付着する。このとき、セラミックヒータ２００の表面に存在するポアの近傍で気泡が大きく成長すると、この大きな気泡が付着した部分では、セラミックヒータ２００の表面に熱媒体が接触しないため、セラミックヒータ２００の表面の温度が過度に上昇する場合がある。その結果、セラミックヒータ２００の表面と熱媒体との間の温度差が大きくなり、大きな気泡がセラミックヒータ２００の表面から離脱する時に、低温の熱媒体が高温のセラミックヒータ２００の表面に瞬間的に接触して熱衝撃が発生してセラミックヒータ２００が破損する。

セラミックヒータ２００は、軸部２１０と、軸部２１０の一端側に設けられた端子部２１３と、端子部２１３に接合されたリード線２１４とを備える。

軸部２１０は、支持体２１１と支持体の２１１の側面に埋設された発熱体２１２とを有する。支持体２１１は、セラミックスからなる。セラミックスは、例えば、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、炭化珪素である。支持体２１１は棒状であることが好ましい。棒状とは、部材の幅が長さに対して狭く細長の形状をいい、例えば、柱状、帯状、筒状である。その横断面形状は、例えば、円形、楕円形、長方形、正方形、三角形、多角形である。この中で、円柱状又は円筒状であることがより好ましい。図１には、支持体２１１が円柱状の形態を示す。発熱体２１２は、例えば、タングステン、モリブデン、レニウムなどの高融点金属を主成分とする。発熱体２１２は、線状であり、通電によって発熱する。軸部２１０のうち、発熱体２１２が配置された部分が発熱部となる。発熱体２１２は、軸部２１０の軸方向Ｏ１の一部又は全部にわたって配置される。発熱体２１２は、熱媒体と接する部分の全体にわたって配置することがより好ましい。

引出線２１６は、発熱体２１２と端子部２１３との間を電気的に接続するものである。引出線２１６は、支持体の２１１の側面に埋設されて、一端側が発熱体２１２に接続される。引出線２１６の他端側は、軸部２１０の外表面に出て、軸部２１０の外表面に設けられた端子部２１３に接続される。これによって、端子部２１３と発熱体２１２とが電気的に接続される。リード線２１４は、端子部２１３に、例えばロウ付けで接合される。このリード線２１４に通電することで、発熱体２１２が発熱する。

セラミックヒータ２００は、側面に耐振部材９０１を備えることが好ましい。耐振部材９０１は、端子部２１３を設けた側とは反対の端部側の側面に設けることがより好ましい。耐振部材９０１は、車両走行時のセラミックヒータ２００への振動の伝達を抑制して、セラミックヒータ２００の耐振性を向上させる。耐振部材９０１の材質は、例えば、金属、ゴムである。耐振部材９０１は、例えば、セラミックヒータ２００の外周面にリング状の金属を嵌めて焼成することでセラミックヒータ２００と一体に形成するか、又はセラミックヒータ２００とは別体としてもよい。また、ケース３０の内壁の一部を、耐振部材９０１に接するように加工してもよい。

セラミックヒータ２００は、軸部２１０の軸方向Ｏ１を熱媒体の水流方向Ｌ１と一致させた状態で、流路４０内に配置されることが好ましい。セラミックヒータ２００は、流路４０のうち、上向き流路４１に配置されていることがより好ましい。ここで、軸部２１０の軸方向Ｏ１を熱媒体の水流方向Ｌ１と一致させた状態とは、図１に示すような軸方向Ｏ１と水流方向Ｌ１とを完全に一致させた形態のほか、セラミックヒータ２００をケース３０の内壁に接触しない程度に水流方向Ｌ１に対して傾斜した状態で配置してもよい。また、セラミックヒータ２００は、発熱部の全体が浸漬した状態で配置されることが好ましい。熱媒体をセラミックヒータ２００で直接加熱することで、セラミックヒータ２００の熱を効率的に熱媒体に伝達し、早速に暖房することができる。さらに、構造が簡素であるため、小型化及び軽量化が可能である。また、セラミックヒータ２００は、高いワット密度を有するため、少ない本数であっても高い発熱量を得ることができ、部品点数の削減及び更なる小型化が可能である。

セラミックヒータ２００のケース３０への取付けは、例えば、端子部２１３側の外周にフランジ２１５を取付け、ケース３０に設けた挿入口３３から流路４０内に挿入して、Ｏリングなどのシール部材（不図示）を介在させてフランジ２１５と挿入口３３の内周面とを当接させ、ネジ、クランプなどの固定部材（不図示）で固定することで行うことができる。

図２は、第二実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置を示す縦の破断面図である。第二実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１０１では、ケース５０の内壁が、らせん状のガイド５４を有することが好ましい。第二実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１０１は、その基本的な構成を第一実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１００と同じくするため、ここでは、共通する点についての説明を省略し、相違する点について説明する。

らせん状のガイド５４は、ケース５０の内壁のうち、セラミックヒータ２００を配置した流路４０の内壁に設けることがより好ましい。らせん状ガイド５４は、熱媒体の流れを乱して、熱媒体の熱を効率的に拡散させて、セラミックヒータ２００からの距離にかかわらず熱媒体の温度をより均一にすることができる。らせん状のガイド５４は、ケース５０と一体に形成するか、又はケース５０とは別体としてもよい。ここで、らせん状とは、ケース５０の内壁に配置された凸部分が、ケース５０の内壁の周方向に沿って回転しながら、ケース５０の軸方向の上方又は下方へ向う空間曲線を形成する状態をいう。本実施形態では、熱媒体の流れを乱すことができる限りにおいて、らせん状の一部に不連続部分があっても差し支えない。

図３は、第三実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置を示す縦の破断面図である。第三実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１０２では、セラミックヒータ３００は、軸部３１０の軸方向Ｏ１に延びる中空部３１７と、軸部３１０の上端に設けられた先端孔３１８と、軸部３１０の側面に設けられた側面孔３１９とを有し、側面孔３１９は横向き流路４２側に向けて配置されていることが好ましい。第三実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１０２は、その基本的な構成を第一実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１００と同じくするため、ここでは、共通する点についての説明を省略し、相違する点について説明する。

セラミックヒータ３００は、軸部３１０が中空部３１７と先端孔３１８と側面孔３１９とを有する筒状である点以外は、基本的な構成をセラミックヒータ２００と同じくする。軸部３１０は、有底筒状であることが好ましい。軸部３１０を有底筒状とする方法としては、例えば、セラミックス、耐熱性樹脂などからなる充填部材を用いて底部３２０を形成する方法がある。また、セラミックヒータ３００では、発熱体３１２及び引出線３１６は、側面孔３１９を迂回して支持体３１１の側面に埋設されており、図中右側（側面孔３１９を設けた側）の発熱体３１２は引出線３１６と電気的に接続されている。

中空部３１７は、熱媒体の流路となる。中空部３１７の横断面形状は、例えば、円形、楕円形、長方形、正方形、三角形、多角形である。この中で、円形であることがより好ましい。先端孔３１８は、軸部３１０の上端に設けられ、中空部３１７に通じる貫通孔である。先端孔３１８は、ケース３０の流出口３２に対して同一直線上に配置することが好ましい。側面孔３１９は、軸部３１０の側面に設けられ、中空部３１７に通じる貫通孔である。側面孔３１９は、例えば、軸部３１０の側面の一部をくりぬいた状態で焼成することで形成する。側面孔３１９は横向き流路４２側に向けて配置されていることが好ましい。より好ましくは、側面孔３１９は横向き流路４２と対向して配置される。側面孔３１９を横向き流路４２側に向けて配置することで、熱媒体を流すときの圧力損失を少なくすることができる。

第三実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１０２では、熱媒体の一部は、側面孔３１９から中空部３１７を通過して先端孔３１８から流出し、残りは、ケース３０の内壁とセラミックヒータ３００との間を通過する。このように、熱媒体が軸部３１０の外周面だけでなく、内周面にも接することとなり、熱媒体をより効率的に温めることができる。

図４は、第四実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置を示す縦の破断面図である。第一実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１００は、セラミックヒータを１本設ける形態であるが、更に大きな発熱量を必要とするときは、１本目のセラミックヒータ（第一のセラミックヒータ）２００に、更に２本目のセラミックヒータ（第二のセラミックヒータ）２００ａを追加してもよい。セラミックヒータを２本有する形態例として、第四実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１０３について、図４を参照しながら説明する。

第四実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１０３は、第一実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１００と同一の構造部分（図４の左側の部分である。）を含み、第一実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１００と同一の構造部分の横に、第二のセラミックヒータ２００ａを配置するための追加ユニット１００ａ（図４の右側の部分である。）を増設した構造を有する。したがって、図４では、便宜上、第一実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１００と共通する構造部分では、第一実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１００と共通の符号を付した。

追加ユニット１００ａは、省スペース化の点で、図４に示すように第一実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１００と同一の構造部分の横に並列に配置することが好ましい。このとき、追加ユニット１００ａでは、流路４０は、下向き流路４３である。ここで、水流方向Ｌ３が下向きとは、車両に搭載した時に、上流側が下流側よりも相対的に高いことをいい、熱媒体の水流方向Ｌ３が車両の上下方向に対して完全に一致する形態のほか、熱媒体の水流方向Ｌ３が車両の上下方向に対して傾斜する形態を包含する。第四実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１０３では、流入口６１は下向き流路４３の上端側に設けられる。熱媒体は、流入口６１から流入して下向き流路４３を通過し、横向き流路４２、上向き流路４１の順に流れ、上向き流路４１の上端側に設けられた流出口３２から流出する。

下向き流路４３には、第二のセラミックヒータ２００ａが配置されている。第二のセラミックヒータ２００ａは、第一のセラミックヒータ２００と同一の構造を有する。第二のセラミックヒータ２００ａは、軸部２１０ａの軸方向Ｏ２を熱媒体の水流方向Ｌ３と一致させた状態で配置されている。第一のセラミックヒータ２００と第二のセラミックヒータ２００ａとは、発熱量を同一とするか、又は発熱量を異なるものとしてもよい。

第四実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１０３では、流路４０がＵ字形であるため、省スペース化を図りつつ、流路４０を長くすることができる。さらに、２本のセラミックヒータを有するため、発熱量をより多くすることができる。

図５は、第五実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置を示す縦の破断面図である。セラミックヒータを２本有する別の形態例として、第五実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１０４について、図５を参照しながら説明する。第五実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１０４は、第三実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１０２と同一の構造部分（図５の左側の部分である。）を含み、第三実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１０２と同一の構造部分の横に、第二のセラミックヒータ３００ａを配置するための追加ユニット１０２ａ（図５の右側の部分である。）を増設した構造を有する。なお、図５では、便宜上、第三実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１０２と共通する構造部分では、第三実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１０２と共通の符号を付した。第五実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１０４は、第一のセラミックヒータ３００及び第二のセラミックヒータ３００ａが筒状の軸部３１０，３１０ａを有する以外は、第四実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１０４と共通の構造を有する。

第二のセラミックヒータ３００ａは、第一のセラミックヒータ３００と同一の構造を有する。第一のセラミックヒータ３００及び第二のセラミックヒータ３００ａは、側面孔３１９，３１９ａをいずれも横向き流路側４２に向けて配置されていることが好ましい。より好ましくは、側面孔３１９，３１９ａは横向き流路４２と対向して配置される。側面孔３１９，３１９ａを横向き流路４２側に向けて配置することで、熱媒体を流すときの圧力損失を少なくすることができる。第一のセラミックヒータ３００と第二のセラミックヒータ３００ａとは、発熱量を同一とするか、又は発熱量を異なるものとしてもよい。

第五実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１０４では、流路４０がＵ字形に配置されているため、省スペース化を図りつつ、流路４０を長くすることができる。さらに、２本のセラミックヒータを有し、これらが筒状であるため、より効率的に大きな発熱量を得ることができる。

図４及び図５では、第一のセラミックヒータ２００，３００と第二のセラミックヒータ２００ａ，３００ａとが同じ種類のものである形態を示したが、第一のセラミックヒータ２００，３００と第二のセラミックヒータ２１０，３００ａとが異なる種類ものである変形形態としてもよい。このような変形形態例としては、（１）第一のセラミックヒータとして柱状のセラミックヒータを用い、第二のセラミックヒータとして筒状のセラミックヒータを用いる形態、（２）第一のセラミックヒータとして筒状のセラミックヒータを用い、第二のセラミックヒータとして柱状のセラミックヒータを用いる形態である。

次に、図５を参照して、２本のセラミックヒータの切替機構を説明する。第五実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１０４では、発熱要求量が所定より少ないときは、第一のセラミックヒータ３００だけを発熱させ、発熱要求量が所定より多いときは、第一のセラミックヒータ３００及び第二のセラミックヒータ３００ａを発熱させることが好ましい。なお、ここでは、第五実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１０４を例にとって説明するが、第四実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１０３についても同様に適用できる。

切替機構１２０は、例えば、リレーを用いた制御機構である。リレーを用いることで、簡易な機構で切り替えを容易に行うことができる。切替機構１２０は、例えば、第一のリレー１２１及び第二のリレー１２２と、これらのリレーを制御するコントロールユニット１２３とを有する。

第一のリレー１２１及び第二のリレー１２２は、それぞれ励磁コイル１２１ａ，１２２ａと、励磁コイル１２１ａ，１２２ａへの通電によって閉じる接点１２１ｂ，１２２ｂとを有する。各励磁コイル１２１ａ，１２２ａは、一端が電源１２４に接続され、他端がコントロールユニット１２３に接続されている。コントロールユニット１２３は、各励磁コイル１２１ａ，１２２ａへの通電又は非通電を制御する。

第一のリレー１２１及び第二のリレー１２２は、電源１２４に対して並列に設けられており、第１のリレー１２１の接点１２１ｂは、第１のセラミックヒータ３００と直列に接続されている。接点１２１ｂが励磁コイル１２１ａの通電によって閉じられると、第１のセラミックヒータ３００への通電が開始される。また、第２のリレー１２２の接点１２２ｂは、第２のセラミックヒータ３００ａと直列に接続されている。接点１２２ｂが励磁コイル１２２ａの通電によって閉じられると、第２のセラミックヒータ３００ａへの通電が開始される。

コントロールユニット１２３は、中央演算処理装置としてのＣＰＵを含むＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。コントロールユニット１２３は、乗員が行う操作パネル（不図示）からの設定温度の信号又は水温センサ１２５、外気温度センサ、車室内温度センサ若しくは日射量センサなどの各種センサからのセンサ信号を入力し、予め与えられた所定のプログラムにしたがってこの信号を演算処理し、励磁コイル１２１ａ，１２２ａの通電を制御する。水温センサ１２５は、電気発熱式温水加熱装置１０４に流入及び／又は流出する熱媒体の温度を検出する。

発熱要求量が所定より少ないときは、第一のセラミックヒータ３００だけを発熱させる。発熱要求量が所定より少ないときとは、例えば、乗員が早速の暖房を要求していない時であって、車室内の温度と空調の目標吹出温度とが近いとき又は熱媒体の温度が所定の温度以上であって、流入口３１と流出口６２とで熱媒体の温度差が小さいときである。このとき、コントロールユニット１２３は、第１のリレー１２１の励磁コイル１２１ａを通電、第２のリレー１２２の励磁コイル１２２ａを非通電とし、第１のセラミックヒータ３００だけを発熱させる。

発熱要求量が所定より多いときは、第一のセラミックヒータ３００及び第二のセラミックヒータ３００ａを発熱させる。発熱要求量が所定より多いときとは、例えば、車室内の温度が低く、乗員が早速の暖房を要求しているときであって、熱媒体の温度が低いときである。このとき、コントロールユニット１２３は、第１のリレー１２１の励磁コイル１２１ａ及び第２のリレー１２２の励磁コイル１２２ａをともに通電し、第１のセラミックヒータ３００及び第二のセラミックヒータ３００ａを発熱させる。

また、ＨＶ車においてエンジン６の排熱で熱媒体が温められて所定の温度以上であり、電気発熱式温水加熱装置１０４による加熱が不要なときには、コントロールユニット１２３は、第１のリレー１２１の励磁コイル１２１ａ及び第２のリレー１２２の励磁コイル１２２ａをともに非通電とし、エンジンの排熱だけを利用することが好ましい。

次に、本実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１を備える車両について説明する。図６は、車両用空調装置の暖房用回路の第一例を示す概略図であり、車両がＨＶ車である形態を示す。図７は、車両用空調装置の暖房用回路の第二例を示す概略図であり、車両がＥＶ車である形態を示す。本実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１は、車両用空調装置１５，１６に配置された暖房用熱交換器（以降、ヒーターコアという。）３に、配管５を介して熱媒体として温水を供給するものである。

車両用空調装置１５，１６は、ＨＶＡＣ（Ｈｅａｔｉｎｇ，Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ，ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）ユニット２４と、冷凍サイクル（不図示）と、暖房用回路１０ａ，１０ｂとを有する。

ＨＶＡＣユニット２４は、通常、ブロワ（不図示）と、エバポレータ（不図示）と、ヒーターコア３とを有し、車室２２内に空調した空気を送風する。ヒーターコア３は、内部を流通する温水と外部を通過する冷たい空気とを熱交換して温風を作る。ＨＶＡＣユニット２４は、通常、車室２２内に配置される。車室２２は、エンジンルーム２１と壁（例えば、ファイヤウォール又はトーボード）２３で隔てられている。

冷凍サイクル（不図示）は、ＨＶＡＣユニット２４内のエバポレータ（不図示）に低温の冷媒を供給する。冷凍サイクル（不図示）は、通常、エンジンルーム２１内に配置される。

暖房用回路１０ａ，１０ｂは、ＨＶＡＣユニット２４内のヒーターコア３に熱媒体として温水を供給する。図６に示すように車両がＨＶ車であり、エンジン６を有する場合には、暖房用回路１０ａは、ウォーターポンプ１３と、エンジン６と、電気発熱式温水加熱装置１と、ウォーターバルブ２と、ヒーターコア３とを有する。ウォーターポンプ１３は、熱媒体としてのエンジン冷却水を暖房用回路１０ａ及びエンジン冷却回路２０に循環させる。エンジン６は、内部で燃料を燃焼させて動力を作る機関である。電気発熱式温水加熱装置１は、例えば、電気発熱式温水加熱装置１００，１０１，１０２，１０３，１０４である。ウォーターバルブ２は、ヒーターコア３に流入する熱媒体の流量を制御する。

図６に示す暖房用回路１０ａでは、熱媒体はエンジン冷却水である。エンジン冷却水は、ウォーターポンプ１３の駆動によって、エンジン６から電気発熱式温水加熱装置１に送られる。エンジン冷却水は、エンジン６の排熱又は／及び電気発熱式温水加熱装置１で加熱される。この加熱されたエンジン冷却水は、ウォーターバルブ２で流量調整されてヒーターコア３に流入し、ヒーターコア３を通過する冷たい空気と熱交換した後、エンジン６に戻る。

ところで、エンジン冷却水は、エンジン冷却回路２０にも循環する。図６にエンジン冷却回路２０の一例を示す。このエンジン冷却回路２０は、ウォーターポンプ１３と、エンジン６と、サーモスタット１１と、ラジエータ１２とを有する。エンジン冷却回路２０では、エンジン冷却水の温度が所定の温度以上（例えば８０℃以上）のときは、サーモスタット１１が開き、エンジン冷却水は、ラジエータ１２に流入し、ラジエータ１２を通過する空気と熱交換した後、エンジン６に戻る。また、エンジン冷却水の温度が所定の温度より低いときは、サーモスタット１１が閉じ、エンジン冷却水は、ラジエータ１２を迂回する通路１４を通過してエンジン６に戻る。

図７に示すように車両がＥＶ車であり、エンジンを有さない場合には、暖房用回路１０ｂは、電気発熱式温水加熱装置１と、ウォーターバルブ２と、ヒーターコア３とを有する。この暖房用回路１０ｂでは、熱媒体は、例えば、水、不凍液である。熱媒体は、図７に示すように、電気発熱式温水加熱装置１で加熱されて流出し、次いでウォーターバルブ２で流量調整されてヒーターコア３に流入し、ヒーターコア３を通過する冷たい空気と熱交換した後、電気発熱式温水加熱装置１に戻る。

電気発熱式温水加熱装置１は、安全性の点で、エンジンルーム２１内に配置されることが好ましい。配管５は、エンジンルーム２１内に配置された電気発熱式温水加熱装置１と車室２２内に配置されたヒーターコア３とを直接又は間接に接続する。電気発熱式温水加熱装置１は、ＨＶＡＣユニット２４とは別ユニットであり、分離して配置することができるため、ＨＶＡＣユニット２４として従来のものを採用できる。

本実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１では、発熱要求量が多いときに熱媒体の流量を多くする制御を行う流量制御手段４を更に備えることが好ましい。発熱要求量が多いときとは、例えば、車室内の温度が低く、乗員が早速の暖房を要求してときであって、熱媒体の温度が低いときである。流量制御手段４は、例えば、ウォーターバルブである。第四実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１０３又は第五実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１０４のようにセラミックヒータを２本有する形態では、流量制御手段４は、切替機構１２０が第一のセラミックヒータ２００，３００及び第二のセラミックヒータ２００ａ，３００ａを発熱させる時に同期して流速を多くする制御を行うことが好ましい。

図８は、ＨＶ車両用空調装置の暖房用回路を示す概略図であり、エンジン冷却水の温度が所定より低いときを説明するための図である。本実施形態に係る車両用空調装置では、車両が、エンジン６とヒーターコア３との間で熱媒体としてエンジン冷却水を循環する暖房用回路１０ａを備えるハイブリッド車であり、暖房用回路１０ａ上に、本実施形態に係る電気発熱式温水加熱装置１と、エンジン６を迂回し、かつ、電気発熱式温水加熱装置１とヒーターコア３との間で温水を循環するバイパス回路７０と、を設け、エンジン冷却水の温度が所定より低いときは、バイパス回路７０を開通するバイパス制御手段９を備えることが好ましい。

バイパス回路７０は、エンジン６を迂回するエンジン迂回路７を設け、電気発熱式温水加熱装置１とヒーターコア３との間で温水を循環する。バイパス制御手段９は、例えば、三方バルブである。バイパス制御手段９は、エンジン冷却水の温度に応じて、熱媒体の通路をエンジン迂回路７又はエンジン６に通じる通路８のいずれかに切り換える。バイパス制御手段９は、エンジン冷却水の温度が所定より低いときは、エンジン迂回路７を開とし、エンジン６に通じる通路８を閉として、バイパス回路７０を開通する。このとき、熱媒体は、熱源として電気発熱式温水加熱装置１による熱だけで温められる。そして、バイパス回路７０を循環する熱媒体の量は、エンジン６を通過する暖房用回路１０ａを循環する熱媒体の量よりも少ないので熱媒体をより効率的に温めることができ、早速の暖房が可能となる。

エンジン冷却水の温度が所定以上のときは、図６に示すように、エンジン迂回路７を閉とし、エンジン６に通じる通路８を開として、暖房用回路１０ａを開通する。このとき、熱媒体は、主熱源としてエンジン排熱で温められ、電気発熱式温水加熱装置１による熱は補助熱源として利用される。

１ 電気発熱式温水加熱装置
２ ウォーターバルブ
３ 暖房用熱交換器（ヒーターコア）
４ 流量制御手段
５ 配管
６ エンジン
７ エンジン迂回路
８ エンジンに通じる通路
９ バイパス制御手段
１０ａ，１０ｂ 暖房用回路
１１ サーモスタット
１２ ラジエータ
１３ ウォーターポンプ
１４ 通路
１５，１６ 車両用空調装置
２０ エンジン冷却回路
２１ エンジンルーム
２２ 車室
２３ 壁
２４ ＨＶＡＣユニット
３０，５０ケース
３１ 流入口
３２ 流出口
３３ 挿入口
３４ テーパー部
４０ 流路
４１ 上向き流路
４２ 横向き流路
４３ 下向き流路
５４ らせん状のガイド
７０ バイパス回路
１００，１０１，１０２，１０３，１０４ 電気発熱式温水加熱装置
１００ａ，１０２ａ 追加ユニット
１２０ 切替制御手段
１２１ 第一のリレー
１２２ 第二のリレー
１２１ａ，１２２ａ 励磁コイル
１２１ｂ，１２２ｂ 接点
１２３ コントロールユニット
１２４ 電源
１２５ 水温センサ
２００ セラミックヒータ（第一のセラミックヒータ）
２００ａ 第二のセラミックヒータ
２１０，２１０ａ 軸部
２１１，２１１ａ 支持体
２１２，２１２ａ ヒータ部
２１３，２１３ａ 端子部
２１４，２１４ａ リード線
２１５，２１５ａ フランジ
２１６，２１６ａ 引出線
３００ セラミックヒータ（第一のセラミックヒータ）
３００ａ 第二のセラミックヒータ
３１０，３１０ａ 軸部
３１１，３１１ａ 支持体
３１２，３１２ａ ヒータ部
３１３，３１３ａ 端子部
３１４，３１４ａ リード線
３１５，３１５ａ フランジ
３１６，３１６ａ 引出線
３１７，３１７ａ 中空部
３１８，３１８ａ 先端孔
３１９，３１９ａ 側面孔
３２０，３２０ａ 底部
９０１ 耐振部材
Ｌ１ 上向き流路の水流方向
Ｌ２ 横向き流路の水流方向
Ｌ３ 下向き流路の水流方向
Ｏ１，Ｏ２ 軸部の軸方向

Claims (14)

1. 車両用空調装置に配置された暖房用熱交換器に、配管を介して熱媒体として温水を供給するための電気発熱式温水加熱装置において、
   前記熱媒体の流入口、流路及び流出口を有するケースと、
   前記流路に配置されたセラミックヒータと、を備えることを特徴とする電気発熱式温水加熱装置。
2. 前記流路が、車両の上下方向に延び、かつ、前記熱媒体の水流方向を上向きとする上向き流路を有し、
   前記流出口が、前記上向き流路の上端側に設けられ、
   前記セラミックヒータが、棒状の軸部を有し、かつ、該軸部の軸方向を前記熱媒体の水流方向と一致させた状態で配置されており、
   前記軸部の一部又は全部が発熱部であることを特徴とする請求項１に記載の電気発熱式温水加熱装置。
3. 前記流路が、前記上向き流路の下端側にてつながる横向き流路を更に有し、
   前記セラミックヒータが、前記上向き流路に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の電気発熱式温水加熱装置。
4. 前記セラミックヒータが、第一のセラミックヒータであり、
   前記流路が、車両の上下方向に延び、かつ、前記熱媒体の水流方向を下向きとする下向き流路を更に有し、
   該下向き流路がその下端側にて前記横向き流路とつながっており、
   前記下向き流路には、第二のセラミックヒータが配置され、
   該第二のセラミックヒータは、棒状の軸部を有し、かつ、該軸部の軸方向を前記熱媒体の水流方向と一致させた状態で配置されており、
   前記第二のセラミックヒータの軸部の一部又は全部が発熱部であることを特徴とする請求項３に記載の電気発熱式温水加熱装置。
5. 前記セラミックヒータは、前記軸部の軸方向に延びる中空部と、前記軸部の上端に設けられた先端孔と、前記軸部の側面に設けられた側面孔とを有し、
   該側面孔は前記横向き流路側に向けて配置されていることを特徴とする請求項３に記載の電気発熱式温水加熱装置。
6. 前記第一のセラミックヒータ及び前記第二のセラミックヒータは、それぞれ前記軸部の軸方向に延びる中空部と、前記軸部の上端に設けられた先端孔と、前記軸部の側面に設けられた側面孔とを有し、
   該側面孔はいずれも前記横向き流路側に向けて配置されていることを特徴とする請求項４に記載の電気発熱式温水加熱装置。
7. 発熱要求量が所定より少ないときは、前記第一のセラミックヒータだけを発熱させ、
   発熱要求量が所定より多いときは、前記第一のセラミックヒータ及び前記第二のセラミックヒータを発熱させることを特徴とする請求項４又は６に記載の電気発熱式温水加熱装置。
8. 発熱要求量が多いときに前記熱媒体の流量を多くする制御を行う流量制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の電気発熱式温水加熱装置。
9. 前記流路が、車両の上下方向に延び、かつ、前記熱媒体の水流方向を上向きとする上向き流路を有し、
   前記ケースの内壁が、前記上向き流路の上端側に、上側に向かうにつれて内径を漸次縮径するテーパー部を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の電気発熱式温水加熱装置。
10. 前記セラミックヒータ又は／及び前記第二のセラミックヒータは、側面に耐振部材を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の電気発熱式温水加熱装置。
11. 前記ケースの内壁が、らせん状のガイドを有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の電気発熱式温水加熱装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか一つに記載の電気発熱式温水加熱装置を備えることを特徴とする車両用空調装置。
13. 前記車両が、エンジンと暖房用熱交換器との間で熱媒体としてエンジン冷却水を循環する暖房用回路を備えるハイブリッド車であり、
    該暖房用回路上に、前記電気発熱式温水加熱装置と、前記エンジンを迂回し、かつ、前記電気発熱式温水加熱装置と前記暖房用熱交換器との間で温水を循環するバイパス回路と、を設け、
    前記エンジン冷却水の温度が所定より低いときは、前記バイパス回路を開通するバイパス制御手段を備えることを特徴とする請求項１２に記載の車両用空調装置。
14. 請求項１〜１１のいずれか一つに記載の電気発熱式温水加熱装置を備えることを特徴とする車両。

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