JP2015020605A - Vehicle heater - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は車両用加熱装置に関する。 The present invention relates to a vehicle heating device.
例えば特許文献1には、恒温槽のセラミック内筐の表面に、温度検出用サーミスタ材と加熱用抵抗体を焼き付けた技術が開示されている。
For example,
ところで、従来の車両用加熱装置は、金属管内に酸化マグネシウムなどの充填材を加圧充填してニクロム線などの電熱線を封入したヒータと、ヒータとの間に熱媒体が流れる流路を形成するケースとを備える。また、ヒータの温度を検出する温度センサがケースの外部から挿入されてヒータに接触される。温度センサはヒータとは別部材であることにより、温度センサを流路から防水するためのシール機構が必要であった。また、温度センサにケースの振動が伝達されてヒータと離間しないように、温度センサをヒータに押圧するための機構が必要であった。 By the way, the conventional vehicle heating device forms a flow path through which a heat medium flows between a heater in which a filler such as magnesium oxide is press-filled in a metal tube and a heating wire such as a nichrome wire is enclosed. A case. A temperature sensor for detecting the temperature of the heater is inserted from the outside of the case and is brought into contact with the heater. Since the temperature sensor is a separate member from the heater, a sealing mechanism for waterproofing the temperature sensor from the flow path is required. In addition, a mechanism for pressing the temperature sensor against the heater is necessary so that the vibration of the case is not transmitted to the temperature sensor and separated from the heater.
これに対して、上記特許文献1のヒータは、発熱部とセンサ部とをセラミック材に一体に形成可能であるため、上記シール機構及び押圧機構が不要となり、従来よりも部品点数及び組立工数の大幅な低減を図った低コストの加熱装置を実現可能である。また、セラミックは熱伝導性に優れていることが知られており、従来よりも速熱性を高めた加熱装置を提供することができる。また、上述した押圧接触による温度検出ではないため、温度検出の安定性を確保することができる。
On the other hand, since the heater of the above-mentioned
しかしながら、上記特許文献1は、あくまでも恒温槽で使用されるセラミックヒータを開示し、比較的低温の熱媒体の温度を保持する場合を想定しているため、車両に搭載される加熱装置については格別な配慮がなされていない。
詳しくは、車両用加熱装置は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車などの車両に搭載され、車両用空調装置の冷凍回路を循環する冷媒を高温(100℃程度)にするべく迅速に熱供給する。
However, since the above-mentioned
Specifically, the vehicle heating device is mounted on a vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle, for example, and quickly supplies heat to the refrigerant circulating in the refrigeration circuit of the vehicle air conditioner to a high temperature (about 100 ° C.).
ハイブリッド自動車の場合、加熱装置には、エンジンの不足する廃熱を補うようにして冷媒に熱供給する補助熱源として用いられる。具体的には、冷却液回路を循環するエチレングリコールなどの冷却液(熱媒体)がエンジンを冷却した後に流路に流入され、ヒータによりさらに加熱するべく、例えば3kW程度の加熱性能を要求される。エンジン及び加熱装置で加熱された冷却液の熱は、車両用空調装置に設けられた冷凍回路を循環する冷媒の加熱に用いられ、この加熱された冷媒によって車室内空気の冷暖房が行われる。 In the case of a hybrid vehicle, the heating device is used as an auxiliary heat source for supplying heat to the refrigerant so as to compensate for the waste heat that the engine lacks. Specifically, a coolant (heat medium) such as ethylene glycol that circulates in the coolant circuit cools the engine and then flows into the flow path, and is required to have a heating performance of, for example, about 3 kW in order to be further heated by the heater. . The heat of the coolant heated by the engine and the heating device is used to heat the refrigerant circulating in the refrigeration circuit provided in the vehicle air conditioner, and the vehicle interior air is cooled and heated by the heated refrigerant.
また、上述したセラミックヒータを高温加熱用に利用するには、セラミックが急激な温度変化や温度分布の不均一によって割れを生じ易い、いわゆる熱衝撃破壊特性を有する点について新たな措置が必要である。
また、万一、セラミックが割れた場合には、その破片が加熱装置の流路を流れる冷却液とともに冷却液回路に混入し、エンジン冷却などの熱交換システムに支障を来すおそれもある。したがって、上記従来技術は、セラミックの熱衝撃破壊特性や加熱装置が用いられる熱交換システムへの影響についても格別な配慮がなされておらず、車両用空調装置としての信頼性を高める点について依然として課題が残されていた。
Further, in order to use the above-described ceramic heater for high-temperature heating, a new measure is required for the point that the ceramic has a so-called thermal shock breakdown characteristic that is likely to crack due to abrupt temperature change or uneven temperature distribution. .
In the unlikely event that the ceramic breaks, the fragments may enter the coolant circuit together with the coolant flowing through the flow path of the heating device, which may interfere with the heat exchange system such as engine cooling. Therefore, the above-mentioned prior art does not give special consideration to the thermal shock destruction characteristics of ceramics and the influence on the heat exchange system in which the heating device is used, and still remains a problem in terms of improving the reliability as a vehicle air conditioner. Was left.
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、低コスト、速熱性、及び温度検出安定性に優れ、且つ信頼性の高い車両用加熱装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a vehicle heating device that is excellent in low cost, rapid thermal performance, temperature detection stability, and high reliability. It is in.
上記目的を達成するため、本発明の車両用加熱装置は、通電により発熱する発熱パターン、及び通電により温度を検出するセンサパターンを含むセラミック筒体を有したヒータと、ヒータとの間に熱媒体の流路を形成する筐体とを備え、ヒータは、セラミック筒体が挿入された有底状の金属筒体を具備することを特徴とする。
好ましくは、ヒータは、金属筒体とセラミック筒体との間に熱伝導性を有する充填層が介在する。
In order to achieve the above object, a vehicle heating apparatus according to the present invention includes a heater having a ceramic cylinder including a heat generation pattern that generates heat by energization and a sensor pattern that detects temperature by energization, and a heat medium between the heaters. The heater is provided with a bottomed metal cylinder into which a ceramic cylinder is inserted.
Preferably, in the heater, a filling layer having thermal conductivity is interposed between the metal cylinder and the ceramic cylinder.
好ましくは、ヒータは、セラミック筒体の内側が中空である。
別の好ましい形態として、ヒータは、セラミック筒体の内側に熱伝導性を有する充填材を充填してなる。
好ましくは、ヒータは、その一端に発熱パターン及びセンサパターンがそれぞれ電気的に接続された端子部を有し、センサパターンは、セラミック筒体において発熱パターンよりも端子部側に位置付けられる。
Preferably, the heater has a hollow inside of the ceramic cylinder.
As another preferred embodiment, the heater is formed by filling a ceramic cylinder with a filler having thermal conductivity.
Preferably, the heater has a terminal portion to which the heat generation pattern and the sensor pattern are electrically connected at one end thereof, and the sensor pattern is positioned closer to the terminal portion than the heat generation pattern in the ceramic cylinder.
本発明の車両用加熱装置によれば、ヒータは、セラミック筒体が挿入された有底状の金属筒体を具備することにより、セラミック筒体の発熱パターンから金属筒体への熱伝導が連続的に行われる。これにより、一般にセラミックよりも金属のほうが熱伝導率が高いため、急激な温度変化や温度分布の不均一によるセラミック筒体の割れ、すなわちセラミック筒体の熱衝撃破壊特性を抑制することができる。 According to the vehicle heating device of the present invention, the heater includes a bottomed metal cylinder into which the ceramic cylinder is inserted, so that heat conduction from the heat generation pattern of the ceramic cylinder to the metal cylinder is continuous. Done. Thereby, since the metal generally has a higher thermal conductivity than the ceramic, it is possible to suppress the cracking of the ceramic cylinder due to a rapid temperature change or uneven temperature distribution, that is, the thermal shock breakdown characteristics of the ceramic cylinder.
また、セラミック筒体が万一割れた場合であっても、その破片は金属筒体内に留まり、熱媒体の流路、ひいては熱媒体の循環回路に混入することが抑制され、熱媒体による熱交換システムへの弊害が阻止される。したがって、低コスト、速熱性、及び温度検出安定性を備えたセラミックヒータを用いながらにして、信頼性の高い車両用加熱装置を提供することができる。 Even if the ceramic cylinder breaks, the fragments remain in the metal cylinder and are prevented from mixing into the flow path of the heat medium and thus into the circulation circuit of the heat medium. Harm to the system is prevented. Therefore, it is possible to provide a highly reliable vehicle heating device while using a ceramic heater having low cost, rapid thermal performance, and temperature detection stability.
また、ヒータは、金属筒体とセラミック筒体との間に熱伝導性を有する充填層が介在することにより、セラミック筒体の発熱パターンから金属筒体への熱伝導を促進することができる。したがって、セラミック筒体の熱衝撃破壊特性をさらに効果的に抑制することができ、車両用加熱装置の信頼性をさらに高めることができる。
また、ヒータは、セラミック筒体の内側が中空であることにより、一般に空気は熱伝導率が低いため、セラミック筒体の発熱パターンとその内側との温度差を抑制することができる。したがって、急激な温度変化や温度分布の不均一によるセラミック筒体の割れ、ひいてはセラミック筒体の熱衝撃破壊特性をさらに効果的に抑制することができ、車両用加熱装置の信頼性をさらに高めることができる。
In addition, the heater can promote heat conduction from the heat generation pattern of the ceramic cylinder to the metal cylinder by interposing a filler layer having thermal conductivity between the metal cylinder and the ceramic cylinder. Therefore, the thermal shock destruction characteristics of the ceramic cylinder can be more effectively suppressed, and the reliability of the vehicle heating device can be further improved.
In addition, since the inside of the ceramic cylinder is hollow, the heater generally has a low thermal conductivity, so that the temperature difference between the heat generation pattern of the ceramic cylinder and the inside thereof can be suppressed. Therefore, it is possible to more effectively suppress the cracking of the ceramic cylinder due to a sudden temperature change or uneven temperature distribution, and consequently the thermal shock fracture characteristics of the ceramic cylinder, and further increase the reliability of the vehicle heating device. Can do.
一方、ヒータは、セラミック筒体の内側に熱伝導性を有する充填材を充填してなることにより、セラミック筒体の発熱パターンから、その内側の充填材への熱伝導が連続的に行われるため、セラミック筒体の熱衝撃破壊特性をさらに抑制することができる。したがって、セラミック筒体の熱衝撃破壊特性をさらに効果的に抑制することができ、車両用加熱装置の信頼性をさらに高めることができる。 On the other hand, since the heater is formed by filling the inside of the ceramic cylinder with a filler having thermal conductivity, heat conduction from the heating pattern of the ceramic cylinder to the inside filler is continuously performed. Moreover, the thermal shock fracture characteristics of the ceramic cylinder can be further suppressed. Therefore, the thermal shock destruction characteristics of the ceramic cylinder can be more effectively suppressed, and the reliability of the vehicle heating device can be further improved.
また、センサパターンは、セラミック筒体において発熱パターンよりも端子部側に位置付けられる。これにより、センサパターンにおいて、発熱パターンによる発熱の影響を極力小さくした温度検出を行うことができるとともに、温度変化を端子部側に極力迅速に伝達可能である。したがって、車両用加熱装置の信頼性をさらに高めることができる。 Further, the sensor pattern is positioned closer to the terminal portion than the heat generation pattern in the ceramic cylinder. As a result, in the sensor pattern, temperature detection can be performed while minimizing the influence of heat generation by the heat generation pattern, and a temperature change can be transmitted to the terminal portion side as quickly as possible. Therefore, the reliability of the vehicle heating device can be further increased.
以下、図面に基づいて本発明の加熱装置に係る一実施形態について説明する。
図1に示すように、加熱装置1は2本のヒータ2、及びヒータ2が収容されるケース(筐体)4を備えている。
ケース4は例えばアルミニウム合金の1又は複数の鋳造体から形成され、各ヒータ2間、及び各ヒータ2とケース4の内面4aとの間には、クリアランスが確保されている。このクリアランスは後述する冷却液が流れる流路6として使用される。
Hereinafter, an embodiment according to the heating device of the present invention will be described based on the drawings.
As shown in FIG. 1, the
The case 4 is formed of, for example, one or a plurality of cast bodies of aluminum alloy, and clearances are secured between the
また、各ヒータ2の両端近傍にはそれぞれOリング8が装着されている。ケース4の内面4a、及びケース4内に突設された支持壁10には、Oリング8の該当位置にそれぞれ凹部12が凹設されている。これら凹部12に各Oリング8の一部が位置付けられ、これより各ヒータ2はケース4内で両端支持されている。また、各ヒータ2のリード線14が引き出された端子部16には、リード線14を囲むようにして配置された環状の絶縁部材18がケース4の内面4aとの間に介在されている。
Further, O-
こうして、各Oリング8により、流路6の内外が気密にシールされるとともにケース4からの各ヒータ2への振動の伝達が抑制され、また、各絶縁部材18により、端子部16側への電気的な絶縁が行われている。また、ケース4の外面4bからは、流路6に連通する入口パイプ20及び出口パイプ22が突設されている。
このように構成される加熱装置1は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車などの車両に搭載され、車両用空調装置の冷凍回路を循環する冷媒などに熱供給する。
In this way, the inside and outside of the
The
例えばハイブリッド自動車の場合には、エンジンの不足する廃熱を補うようにして冷媒に熱供給する補助熱源としてとして用いられる。具体的には、図示しない冷却液回路を循環するエチレングリコールなどの冷却液(熱媒体)がエンジンを冷却した後に流路6に入口パイプ20を介して流入され、ヒータ2によりさらに加熱される。エンジン及び加熱装置1で加熱された冷却液の熱は、車両用空調装置に設けられた冷凍回路を循環する冷媒の加熱に用いられる。
For example, in the case of a hybrid vehicle, it is used as an auxiliary heat source for supplying heat to the refrigerant so as to compensate for the waste heat that the engine lacks. Specifically, a coolant (heat medium) such as ethylene glycol circulating in a coolant circuit (not shown) cools the engine and then flows into the
この加熱された冷媒によって車室内空気の冷暖房が行われる。冷媒を加熱することによって冷却された冷却液は、流路6から出口パイプ22を介して流出されて冷却液回路に戻され、エンジンを再び冷却する。なお、加熱装置1は、電気自動車の場合には存在しないエンジンに代わって冷媒に熱供給する代替熱源として利用される。
図2に示すように、ヒータ2は、通電により発熱するセラミックヒータであり、円筒状のセラミック管(セラミック筒体)24と、セラミック管24が挿入された有底円筒状の例えばステンレス鋼から形成された金属管(金属筒体)26とを備えている。
The vehicle interior air is cooled and heated by the heated refrigerant. The coolant cooled by heating the refrigerant flows out from the
As shown in FIG. 2, the
本実施形態の場合には、セラミック管24の内側には中空部28が形成されている。また、金属管26とセラミック管24との間には、少なくとも高い熱伝導性を有し、好ましくは電気絶縁性及び耐熱性を有する、例えば酸化マグネシウムなど充填層30が介在されている。
金属管26の一端開口には前述した端子部16が形成され、端子部16はシリコンやガラスなどを鋳込みモールド成形して形成されている。端子部16からは前述したリード線14が引き出され、リード線14は外部の図示しない電源装置に電気的に接続されている。
In the present embodiment, a
The
図3に示すように、セラミック管24には、通電により発熱する発熱パターン32と、通電により温度を検出するセンサパターン34が内蔵されており、何れもリード線14を介して上記電源装置に電気的に接続され、図示しない通電回路を構成している。センサパターン34は、通電による電気抵抗の変化を温度変化として検出する抵抗温度計であり、セラミック管24において発熱パターン32よりも端子部16側に位置付けられている。なお、各パターン32,34をセラミック管24の表面に印刷しても良い。
As shown in FIG. 3, the
また、センサパターン34の外端から引き出された2本のリード線14は、図示しないインバータに電気的に接続されている。インバータは、上述した電源装置及び通電回路を介し、センサパターン34が検出する温度変化に応じて、発熱パターン32への通電をオンオフする通電制御を行う。
図4に示すように、この通電制御では、先ず発熱パターン32への通電がオンの状態において、センサパターン34にて検出された温度Tが所定の第1閾値TS1以上となるか否かを判定する。
The two
As shown in FIG. 4, in this energization control, first, it is determined whether or not the temperature T detected by the
T≧TS1の関係式が成立する場合には、ヒータ2の温度が異常に温度上昇していると判定し、発熱パターン32の通電をオフにして通電待機状態(ウェイト状態)とする。
次に、発熱パターン32への通電がオフの状態において、センサパターン34にて検出された温度Tが所定の第2閾値TS2以上となるか否かを判定する。なお、第2閾値TS2は第1閾値TS1よりも小さい値である。そして、T≦TS2の関係式が成立する場合には、ヒータ2の温度が適正範囲になったと判定し、発熱パターン32の通電をオンにして通電復帰状態とする。
When the relational expression of T ≧ TS1 is satisfied, it is determined that the temperature of the
Next, it is determined whether or not the temperature T detected by the
このように、流路6に規定量の冷却液が存在する場合、冷却液の温度がTS2以上TS2以下の適正範囲に制御されるため、ヒータ2、ひいては流路6の冷却液が異常に温度上昇することはない。
一方、発熱パターン32の通電をオフにした通電待機状態にもかかわらず、センサパターン34にて検出された温度Tが第2閾値TS2に低下するどころかさらに上昇することがある。この場合には、温度Tが第1閾値TS1よりも大きな所定の第3閾値TS3以上となるか否かを判定する。
As described above, when a predetermined amount of coolant is present in the
On the other hand, in spite of the energization standby state in which the energization of the
T≧TS3の関係式が成立する場合には、冷却液回路への冷却液の未供給状態により流路6に冷却液が存在しない、或いは、冷却液回路からの冷却液の漏洩等の理由により、流路6の冷却液が規定量よりも少ない、いわゆる空焚き状態であると判定する。
この場合には、ヒータ2自体の温度が異常上昇しており、加熱装置1の発煙発火に至るおそれがあるため、加熱装置1の高温異常処理を行う。この異常処理では、発熱パターン32の通電を継続的にオフすることにより通電完全停止状態(スリープ状態)とし、以降の通電復帰は自動では行わない。
When the relational expression of T ≧ TS3 is established, there is no cooling liquid in the
In this case, the temperature of the
以上のように本実施形態では、ヒータ2は、セラミック管24が挿入された有底状の金属管26を具備することにより、セラミック管24の発熱パターン32から金属管26への熱伝導が連続的に行われる。これにより、一般にセラミックよりも金属にほうが熱伝導率が高いため、急激な温度変化や温度分布の不均一によるセラミック管24の割れ、すなわちセラミック管24の熱衝撃破壊特性を抑制することができる。
As described above, in the present embodiment, the
また、セラミック管24が万一割れた場合であっても、その破片が金属管26内に留まり、冷却液の流路6、ひいては冷却液回路に混入することが抑制され、冷却液によるエンジン冷却システム(熱交換システム)への弊害が阻止される。したがって、低コスト、速熱性、及び温度検出安定性を備えたセラミックヒータを用いながらにして、信頼性の高い加熱装置1を提供することができる。
Even if the
また、ヒータ2は、金属管26とセラミック管24との間に熱伝導性を有する充填層30が介在することにより、セラミック管24の発熱パターン32から金属管26への熱伝導を促進することができる。したがって、セラミック管24の熱衝撃破壊特性をさらに効果的に抑制することができ、加熱装置1の信頼性をさらに高めることができる。
また、ヒータ2は、セラミック管24の内側を中空とした中空部28を有することにより、一般に空気は熱伝導率が低いため、セラミック管24の発熱パターン32とその内側との温度差を抑制することができる。したがって、セラミック管24の熱衝撃破壊特性をさらに効果的に抑制することができ、車両用加熱装置1の信頼性をさらに高めることができる。
Further, the
In addition, since the
また、センサパターン34は、セラミック管24において発熱パターン32よりも端子部16側に位置付けられる。これにより、センサパターン34において、発熱パターン32による発熱の影響を極力小さくした温度検出を行うことができるとともに、温度変化を端子部16側にリード線14を介して接続されたインバータに極力迅速に伝達可能である。したがって、加熱装置1の信頼性をさらに高めることができる。
Further, the
本発明は、上記実施形態の加熱装置1に制約されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば上記実施形態では、ヒータ2に中空部28が形成されるが、これに限らず、セラミック管24の内側に熱伝導性を有する、充填層30を形成する充填材と同様の図示しない充填材(酸化マグネシウムなど)を充填してヒータを形成しても良い。この場合であっても、セラミック管24の発熱パターン32から、その内側の充填材への熱伝導が連続的に行われるため、セラミック管24の熱衝撃破壊特性を効果的に抑制することができ、加熱装置1の信頼性をさらに高めることができる。
The present invention is not limited to the
For example, in the above-described embodiment, the
また、上記実施形態ではヒータ2に充填層30を有する場合について説明したが、充填層30を有さず、金属管26にセラミック管24をそのまま挿入する場合であっても本発明の本質的な作用効果を十分に得ることができる。
また、上記実施形態では、2本のヒータ2を収容する加熱装置1について説明したが、ヒータを1本設けた場合、或いは3本以上設けた場合であっても本発明を適用することができる。
Further, in the above embodiment, the case where the
Moreover, although the
また、流路6を流れる冷却液は、エチレングリコールなどに限らず種々の熱媒体が適用可能である。
また、本発明の車両用加熱装置は、ハイブリッド自動車や電気自動車の車両用空調装置に組み込むのみならず、他のタイプの車両の他の用途の車両用熱源としても利用可能であるのは勿論である。
The coolant flowing through the
In addition, the vehicle heating device of the present invention can be used not only as a vehicle air conditioner for hybrid vehicles and electric vehicles, but also as a vehicle heat source for other uses of other types of vehicles. is there.
1 車両用加熱装置
2 ヒータ
4 筐体
6 流路
16 端子部
24 セラミック管(セラミック筒体)
26 金属管(金属筒体)
30 充填層
32 発熱パターン
34 センサパターン
DESCRIPTION OF
26 Metal tube (metal cylinder)
30
Claims (5)
前記ヒータとの間に熱媒体の流路を形成する筐体と
を備え、
前記ヒータは、前記セラミック筒体が挿入された有底状の金属筒体を具備することを特徴とする車両用加熱装置。 A heater having a ceramic cylinder including a heat generation pattern that generates heat by energization and a sensor pattern that detects temperature by energization;
A housing that forms a flow path of a heat medium between the heater and
The heater includes a bottomed metal cylinder into which the ceramic cylinder is inserted.
前記センサパターンは、前記セラミック筒体において前記発熱パターンよりも前記端子部側に位置付けられることを特徴とする請求項1から4の何れか一項に記載の車両用加熱装置。 The heater has, at one end thereof, a terminal portion to which the heat generation pattern and the sensor pattern are electrically connected,
5. The vehicle heating device according to claim 1, wherein the sensor pattern is positioned closer to the terminal portion than the heat generation pattern in the ceramic cylinder. 6.
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