JP2015025594A - 加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のヒータを有する加熱装置において、設置姿勢にかかわりなくヒータによる空焚きを確実に防止することができる加熱装置を提供する。【解決手段】通電により発熱するとともに導電性の外面（１６ａ）を有するヒータ（１２Ａ，１２Ｂ）と、ヒータが電気的に絶縁されて複数配列され、該複数のヒータとの間に導電性の熱媒体の流路（２８）を形成する筐体（１４）と、異なるヒータの外面間の電気抵抗を検出するセンサ（３８）とを備え、センサが検出した電気抵抗が上限閾値以上となるとき、ヒータへの通電を停止する。【選択図】図１

Description

本発明は加熱装置に関し、例えば車両用空調装置に用いられる加熱装置に関する。

例えば特許文献１には、ヒータを金属製のタンクに電気的に絶縁して取り付け、ヒータ表面とタンクとの間に電気を流したとき、その電気抵抗が一定値以上の場合にヒータへの通電を停止する電気回路によって、タンクの空焚きを防止する電気温水器が開示されている。

特許第２６０２７１８号公報

この従来技術では、タンク及びヒータに電気的に接続された一対の電極間の電気抵抗の変化に基づいて、タンク内に温水が存在するか否かを測定し、空焚きを検出する。導電率の異なる空気及び水の何れが電極間に存在するかによって、電極間の電気抵抗が変化することを利用している。
そこで、この技術を例えば車両用空調装置に用いる加熱装置に適用することが考えられる。

しかしながら、車両ごとに要求される加熱装置の搭載姿勢は車種によって異なる。したがって、加熱装置を予め想定した姿勢から傾いた状態、極端には上下逆に設置した場合には、加熱装置の筐体内におけるクーラントの液面が上述した一対の電極間に存在しなくなる場合もあり得る。これにより、同じ液量であっても一対の電極間に空間が発生して電気抵抗が大きくなり、タンクの空焚きを検出することができないおそれがあり、これでは加熱装置としての汎用性に欠ける。

また、上記従来技術では、複数のヒータを設ける場合について格別な配慮がなされていないため、複数のヒータ間にクーラントが存在するか否かを検出するには新たな措置が別途必要となる。
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、複数のヒータを有する加熱装置において、設置姿勢にかかわりなくヒータによる空焚きを確実に防止することができる加熱装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の加熱装置は、通電により発熱するとともに導電性の外面を有するヒータと、ヒータが電気的に絶縁されて複数配列され、該複数のヒータとの間に導電性の熱媒体の流路を形成する筐体と、異なるヒータの外面間の電気抵抗を検出するセンサとを備え、センサが検出した電気抵抗が上限閾値以上となるとき、ヒータへの通電を停止する。

好ましくは、センサは、複数配列されたヒータのうちの一端のヒータの外面と他端のヒータの外面との間の電気抵抗を検出する。
好ましくは、センサは、異なるヒータの外面にそれぞれ当接した一対の電極を筐体外から電気的に接続した電気回路を構成し、電極は筐体と電気的に絶縁される。
好ましくは、電極は、筐体内の流路外でヒータの外面に当接される。

本発明の加熱装置によれば、センサにより異なるヒータの外面間の電気抵抗を検出し、この電気抵抗が上限閾値以上となるとき、ヒータへの通電を停止する。これにより、筐体の設置姿勢にかかわらず、少なくとも異なるヒータ間に空間が存在することを検出し、ヒータの通電停止を行うことができる。したがって、加熱装置の設置姿勢にかかわりなく、極端には加熱装置を上下逆に設置したとしても、ヒータによる空焚きを確実に防止することができる。

また、センサは、複数配列されたヒータのうちの一端のヒータの外面と他端のヒータの外面との間の電気抵抗を検出する。これにより、加熱装置の設置姿勢にかかわりなく、複数配列されたヒータのうちの何れかのヒータ間に熱媒体が存在せず、空間が存在することを検出することができる。したがって、少なくとも１つのヒータが熱媒体に浸かっていない状態を検出可能であり、ヒータによる空焚きをより一層確実に防止することができる。

また、センサは、異なるヒータの外面にそれぞれ当接した一対の電極を筐体外から電気的に接続した電気回路を構成し、電極は筐体と電気的に絶縁される。これにより、電気回路からの筐体への漏電が確実に防止されるため、センサによる電気抵抗検出の精度を確保することができ、ヒータによる空焚きをより一層確実に防止することができる。
また、電極が筐体内の流路外でヒータの外面に当接されることにより、電気回路からの熱媒体への漏電が確実に防止されるため、センサによる電気抵抗検出の精度を確保することができ、ヒータによる空焚きをより一層確実に防止することができる。

本発明の一実施形態に係る加熱装置が組み込まれたクーラントの加熱システムの概略を示した構成図である。 図１の加熱装置の縦断面図である。 図２の加熱装置においてクーラントが少ない状態を示した図である。 図３の加熱装置を上下逆に設置した場合を示した図である。

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に示す車両用空調装置の加熱システム１は、加熱装置２、ヒータコア４、リザーバタンク６、及びポンプ８などからクーラント回路１０を構成している。
加熱装置２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、車両用空調装置のヒータコア４を介して熱供給する。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補助熱源として、電気自動車の場合には、存在しないエンジンの代替熱源として用いられる。

ハイブリッド自動車の場合には、クーラント回路１０を循環するエチレングリコールなどの導電性を有するクーラント（熱媒体）が加熱装置２に流入されて加熱される。加熱装置２で加熱されたクーラントは、ヒータコア４に流入されて図示しない送風機によって送風される空気と熱交換を行うことにより、車室内へ送風される空気を加熱し、車室内空気の暖房が可能となる。車室内へ送風される空気の加熱に伴い冷却されたクーラントは、クーラント回路１０において、リザーバタンク６に貯液された後、ポンプ８で送出され、加熱装置２に戻される。

図２に示すように、加熱装置２は２本のヒータ１２Ａ，１２Ｂ、及びヒータ１２Ａ，１２Ｂが上から順に配列して収容されるケース（筐体）１４を備えている。ケース１４は例えばアルミニウム合金から形成されている。ヒータ１２Ａ，１２Ｂは、通電により発熱する電熱線ヒータであり、有底円筒状の導電性を有する例えばステンレス鋼から形成された金属パイプ１６を有している。金属パイプ１６内にニクロム線などのコイル状の図示しない電熱線を挿入し、金属パイプ１６内に高い電気絶縁性及び熱伝導性を有する酸化マグネシウムなどの図示しない耐熱絶縁材を加圧充填して電熱線を封入することでヒータ１２Ａ，１２Ｂが形成されている。

各ヒータ１２Ａ，１２Ｂの金属パイプ１６の一端開口には、シリコンやガラスなどを鋳込んでモールド成形した端子部１８が設けられている。各端子部１８からは電熱線に接続された２本のリード線２０がそれぞれ引き出されている。各リード線２０は電源装置２２に電気的に接続され、電熱線に通電するための通電回路２４を構成している。
一方、ケース１４は１又は複数の鋳造体から構成され、ヒータ１２Ａ，１２Ｂ間には、ケース１４の長手方向に位置する内面１４ａから、ヒータ１２Ａ，１２Ｂの両端近傍に至る支持壁２６が突設されている。ケース１４の内面１４ａと金属パイプ１６の外面１６ａとの間、及び隣り合う金属パイプ１６の外面１６ａ間にはクリアランスが確保され、このクリアランスはクーラント回路１０を循環するクーラントが流れる流路２８として使用される。

また、ヒータ１２Ａ，１２Ｂの両端近傍にはそれぞれＯリング３０が装着されている。各Ｏリング３０の一部は、ケース１４の上下部に位置する各内面１４ａと、各支持壁２６の上面２６ａ及び下面２６ｂとにそれぞれ凹設された凹部３２に位置付けられている。また、ケース１４の長手方向に位置する内面１４ａと、ヒータ１２Ａ，１２Ｂの端子部１８との間には、それぞれの端子部１８から引き出されるリード線２０を囲むようにして環状の絶縁部材３３が配置されている。

こうして、各Ｏリング３０により、流路２８の内外が気密にシールされるとともにケース１４からのヒータ１２Ａ，１２Ｂへの振動の伝達が抑制され、また、各絶縁部材３３により、端子部１８側への電気的な絶縁が行われている。また、ケース１４の上部に位置する外面１４ｂからは、クーラントの入口パイプ３４と出口パイプ３６とが流路２８に連通するように突設されている。

このように構成される加熱装置２では、上述したように、クーラントがクーラント回路１０から流路２８に入口パイプ３４を介して矢印方向に流入される。このクーラントは、ヒータ１２Ａ，１２Ｂによりさらに加熱された後、流路２８から出口パイプ３６を介して矢印方向に流出され、ヒータコア４で車室内へ送風される空気との熱交換により冷却された後、加熱装置２で再び加熱される。

ここで、加熱装置２は、ヒータ１２Ａ，１２Ｂのそれぞれの金属パイプ１６の外面１６ａ間の電気抵抗を検出するセンサ３８を備えている。センサ３８は、いわゆる導通テスタであって、微弱電流を流すことにより微弱な電気抵抗値の変化を検出可能に構成されている。また、ヒータ１２Ａ，１２Ｂの外面１６ａにはケース１４の外部からそれぞれ陽極、負極をなす一対の電極４０が当接され、各電極４０をセンサ３８に電気的に接続した電気回路４１が構成されている。なお、電極４０は銅線などから形成されている。

詳しくは、ケース１４の上下部には、それぞれ端子部１８近傍にヒータ１２Ａ，１２Ｂの長手方向と垂直をなした貫通孔４２が穿孔されている。
貫通孔４２は、ヒータ１２Ａ，１２Ｂに装着されるＯリング３０の当接位置よりも端子部１８側に位置付けられ、各電極４０はケース１４内の流路２８の外側でヒータ１２Ａ，１２Ｂの外面１６ａに当接されている。各電極４０は、それぞれ貫通孔４２に絶縁部材４４を介して挿入され、これら絶縁部材４４によって各電極４０がケース１４と電気的に絶縁されるとともに、ケース１４の内外が気密にシールされる。

センサ３８が検出した電気抵抗は制御装置４６に入力される。制御装置４６は、センサ３８、電源装置２２ひいては通電回路２４と電気的に接続された制御回路４８を構成している。制御装置４６は、センサ３８が検出した電気抵抗が上限閾値以上となるか否かを判定する。
具体的には、図３に示すように、制御装置４６は、センサ３８が検出した電気抵抗が上限閾値以上となるとき、少なくともヒータ１２Ａが流路２８においてクーラントに浸からずに露出しており、ヒータ１２Ａ，１２Ｂ間の流路２８にクーラントの液面が位置することを検出する。

換言すると、ヒータ１２Ａ，１２Ｂ間の流路２８に空間５０が存在し、空間５０によってヒータ１２Ａ，１２Ｂ間において電気的な導通（破線矢印で示す）が空気により阻害されていることが検出される。クーラントの電気抵抗値は空気の電気抵抗値の１／１０程度となることがあるため、上限閾値を少なくともクーラントの平均的な電気抵抗値を考慮してより大きく設定すれば、十分に流路２８の空間５０を検出可能である。

そして、制御装置４６は、センサ３８が検出した電気抵抗が上限閾値以上となるとき、ヒータ１２Ａ，１２Ｂへの通電を停止する指令を電源装置２２に出力し、通電回路２４を介してヒータ１２Ａ，１２Ｂへの通電を停止する。
以上のように本実施形態では、センサ３８により異なるヒータ１２Ａ，１２Ｂの外面１６ａ間の電気抵抗を検出し、この電気抵抗が上限閾値以上となるとき、ヒータ１２Ａ，１２Ｂへの通電を停止する。これにより、加熱装置２の設置姿勢にかかわらず、ヒータ１２Ａ，１２Ｂ間に空間５０が存在することを検出し、ヒータ１２Ａ，１２Ｂの通電停止を行うことができる。

具体的には、図４に示すように、加熱装置２を図３の場合と上下逆に設置した場合であっても、図３の場合と同様に、センサ３８が検出した電気抵抗が上限閾値以上となるとき、ヒータ１２Ａ，１２Ｂ間の流路２８に空間５０が存在し、ヒータ１２Ａ，１２Ｂ間における電気的な導通（破線矢印で示す）が阻害されていることを検出可能である。
また、図示しないが、流路２８のクーラントが少ない場合のみならず、流路２８にクーラントが全く存在せず、ヒータ１２Ａ，１２Ｂの双方が流路２８においてクーラントに浸からずに露出している場合も同様に検出可能である。この場合であっても、何からの理由で流路２８からクーラントの減少が始まり、リザーバタンク６に貯液されたクーラントも徐々に枯渇していく過程において、流路２８のクーラントがすべて漏洩してしまう前、すなわちクーラントが少なくなった段階で流路２８からクーラントの漏洩を早期に検出することができる。

また、図示しないが、加熱装置２を図１の状態から傾斜した状態で設置したり、或いは、図１の状態から水平方向に倒した状態で設置した場合であっても、流路２８にクーラントが全く存在せず、ヒータ１２Ａ，１２Ｂの双方が流路２８においてクーラントに浸からずに露出している場合には、これを検出可能である。したがって、加熱装置２の設置姿勢にかかわりなく、ヒータ１２Ａ，１２Ｂによる空焚きを確実に防止することができる。

また、センサ３８はヒータ１２Ａ，１２Ｂの外面１６ａにそれぞれ当接した一対の電極４０をケース１４の外部から電気的に接続した電気回路４１を構成し、電極４０はケース１４と絶縁部材４４により電気的に絶縁される。これにより、電気回路４１からのケース１４への漏電が確実に防止され、センサ３８による電気抵抗検出の精度を確保することができ、ヒータ１２Ａ，１２Ｂによる空焚きをより一層確実に防止することができる。

また、電極４０がケース１４内の流路２８の外部でヒータ１２Ａ，１２Ｂの外面１６ａに当接されることにより、電気回路４１からのクーラントへの漏電が確実に防止され、センサ３８による電気抵抗検出の精度を確保することができ、ヒータ１２Ａ，１２Ｂによる空焚きをより一層確実に防止することができる。
本発明は、上記実施形態の加熱装置２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、２本のヒータ１２Ａ，１２Ｂを収容する加熱装置２について説明したが、ヒータを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。 具体的には、複数配列されたヒータのうちの異なるヒータの外面１６ａにそれぞれ電極４０を当接することにより、少なくとも異なるヒータ間に空間５０が存在することを検出することができる。したがって、加熱装置２の設置姿勢にかかわりなく、ヒータによる空焚きを確実に防止することができる。

また、ヒータを３本以上設けた場合に、複数配列されたヒータのうちの上端（一端）のヒータの外面１６ａと下端（他端）のヒータの外面１６ａとにそれぞれ電極４０を当接し、電気抵抗を検出することにより、複数配列されたヒータのうちの何れかのヒータ間に空間５０が存在することを検出することができる。また、流路２８のクーラントが少ない場合のみならず、流路２８にクーラントが全く存在せず、すべてのヒータが流路２８においてクーラントに浸からずに露出している場合も同様に検出可能である。したがって、少なくとも１つのヒータがクーラントに浸かっていない状態を検出可能であり、ヒータによる空焚きをより一層確実に防止することができる。

また、ヒータ１２Ａ，１２Ｂの外面１６ａは、金属パイプ１６に限らず導電性のある部材に形成されれば良く、クーラントもエチレングリコールなどに限らず種々の導電性熱媒体が適用可能である。
また、本発明の加熱装置は、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、他の用途の熱源としても利用可能であるのは勿論である。

２ 加熱装置
１２Ａ ヒータ
１２Ｂ ヒータ
１４ ケース（筐体）
１６ａ 外面
２８ 流路
３８ センサ
４０ 電極
４１ 電気回路

Claims (4)

1. 通電により発熱するとともに導電性の外面を有するヒータと、
   前記ヒータが電気的に絶縁されて複数配列され、該複数のヒータとの間に導電性の熱媒体の流路を形成する筐体と、
   前記異なるヒータの外面間の電気抵抗を検出するセンサと
   を備え、
   前記センサが検出した電気抵抗が上限閾値以上となるとき、前記ヒータへの通電を停止することを特徴とする加熱装置。
2. 前記センサは、前記複数配列されたヒータのうちの一端の前記ヒータの前記外面と他端の前記ヒータの前記外面との間の電気抵抗を検出することを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
3. 前記センサは、異なるヒータの外面にそれぞれ当接した一対の電極を前記筐体外から電気的に接続した電気回路を構成し、
   前記電極は前記筐体と電気的に絶縁されることを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱装置。
4. 前記電極は、前記筐体内の前記流路外で前記ヒータの前記外面に当接されることを特徴とする請求項３に記載の加熱装置。

Images