JP2019075332A

JP2019075332A - 加熱装置及び加熱装置の電力上限決定方法

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Publication number: JP2019075332A
Application number: JP2017202008A
Authority: JP
Inventors: 大塚　隆; Takashi Otsuka; 隆大塚; 哲也上原; Tetsuya Uehara
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2017-10-18
Filing date: 2017-10-18
Publication date: 2019-05-16

Abstract

【課題】流体の加熱を効率よく行なうこと。【解決手段】壁部に載置され、ヒータへの電力の供給をオン／オフするスイッチング素子（３４，３５）と、流体の温度を検出する流体温度検出部（３３）と、流体温度検出部（３３）が検出した流体の温度に基づいて、スイッチング素子（３４，３５）の素子の温度を推定する温度推定部（４０）と、温度推定部が推定したスイッチング素子（３４，３５）の温度に基づいて、ヒータに供給する電力の上限を決定する上限決定部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、流体を加熱する加熱装置及び電力上限決定方法に関する。

特許文献１には、供給通路からタンク内に供給された流体をヒータによって加熱して排出通路から排出する加熱装置が開示されている。加熱装置では、ヒータへの通電のオン、オフをスイッチング素子により制御する。スイッチング素子はその動作により発熱するため、タンクを流れる流体により冷却されるように構成されている。

特開２０１７−０１６８１７号公報

特許文献１の加熱装置は、タンク内の流体により半導体スイッチを冷却し、スイッチング素子に許容される上限温度を超えないように制御を行う。このために、スイッチング素子の上限温度に基づいて、ヒータが発生する熱の上限が設定される。この上限のため、流体が低温の場合に加熱に時間を要していた。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、流体の加熱を効率よく行えることを目的とする。

本発明のある態様によれば、電力が供給されることで流体を加熱するヒータを備える加熱装置であって、ヒータへの電力の供給を制御する制御装置が配設される制御装置配設部と、ヒータの周りを覆うように形成され、流体が流通する流体流通部と、制御装置配設部と流体流通部とを区画する壁部と、を備え、制御装置は、壁部に載置され、ヒータへの電力の供給をオン／オフするスイッチング素子と、流体の温度を検出する流体温度検出部と、流体温度検出部が検出した流体温度に基づいて、スイッチング素子の温度を推定する温度推定部と、温度推定部が推定したスイッチング素子の温度に基づいて、ヒータに供給する電力の上限を決定する上限決定部と、を備えることを特徴とする。

この態様では、スイッチング素子の温度を検出することができ、新たにセンサやサーミスタ等を設けることがないのでコストが増加することがない。さらに、スイッチング素子の温度を推定して、推定された温度に基づいて、ヒータの発熱を制御することができるので、例えば流体の温度が低い場合にも、効率よく加熱を行うことができる。

図１は、本発明の実施形態に係る加熱装置の分解斜視図である。図２は、本発明の実施形態に係る加熱装置のヒータユニット及びタンクの側面図であり、タンクを断面で示した図である。図３は、本発明の実施形態に係る加熱装置のヒータユニット及びタンクの正面図であり、タンクを断面で示した図である。図４Ａは、本発明の実施形態のＩＧＢＴと温水との関係を示す説明図である。図４Ｂは、本発明の実施形態のＩＧＢＴの温度と温水の温度との関係を示す説明図である。図５は、本発明の実施形態に係る加熱装置によって加熱される流体の温度変化を説明する図である。図６は、本発明の実施形態のコールドスタート時の流量の変化による温水の温度の変化を示すグラフである。図７は、本発明の実施形態の制御装置が行う制御のフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る加熱装置１００について説明する。

加熱装置１００は、ＥＶ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ：電動車両）やＨＥＶ（ＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ：ハイブリッド車両）などの車両に搭載される車両用空調装置（図示省略）に適用される。加熱装置１００は、車両用空調装置が暖房運転を実行するために、流体としての温水を加熱するものである。

まず、図１から図３を参照して、加熱装置１００の全体構成について説明する。

図１に示すように、加熱装置１００は、流体（温水）が流通する流体流通部としてのタンク１０と、タンク１０内に収容されるヒータユニット２０と、各種電装部品を接続するためのバスバーモジュール３０と、ヒータユニット２０の動作を制御するための制御部としての制御基板４０と、バスバーモジュール３０及び制御基板４０を覆うカバー５０と、を備える。

タンク１０は、略直方体形状に形成される。タンク１０は、矩形の底面１３と、底面１３から立設される壁面１４と、壁面１４の端部に底面１３と対向するように開口する開口部１５と、を有する。タンク１０は、温水が供給される供給口１１と、温水が排出される排出口１２と、を有する。供給口１１と排出口１２とは、タンク１０の同じ壁面１４に上下に並んで開口する。加熱装置１００は、使用時に排出口１２が供給口１１と比較して上方に位置するように車両内に配設される。

図２及び図３に示すように、ヒータユニット２０は、ヒータ２１と、ヒータ２１の周りを覆うように形成される加熱部２２と、天面１６と加熱部２２とを連結する連結部２９と、連結部２９から突出して形成される一対の放熱部としての放熱フィン２９ａと、を有する。ヒータユニット２０では、ヒータ２１の周りに金属がダイキャスト成形されて加熱部２２が形成される。ヒータユニット２０は、ヒータユニット２０を挿入するための開口部１５を閉塞する天板部２３の天面１６に連結部２９を介して連結され、天板部２３と一体に成形される。

ヒータ２１は、車両に搭載されるバッテリーや発電機等の電源装置（図示省略）からバスバーモジュール３０を介して電力が供給される一対の端子２１ａ，２１ｂを有する。ヒータ２１は、一対の端子２１ａ，２１ｂ間に、タンク１０内に突出する螺旋状の発熱部２１ｃを有する。ヒータ２１は、螺旋状ではなく例えば加熱部２２内を往復するように形成される発熱部を有してもよい。

ヒータ２１は、通電することによって発熱部２１ｃが発熱するシーズヒータ又はＰＴＣ（ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）ヒータである。ヒータ２１は、コスト的には、シーズヒータであることが望ましい。ヒータ２１は、制御基板４０からの指令を受けて発熱し、タンク１０内を流通する温水を加熱する。温水は、水やＬＬＣ等の流体が用いられる。

加熱部２２は、発熱部２１ｃの内周と比較して小径に形成され発熱部２１ｃの中心軸に沿って内側を貫通する貫通孔２５と、発熱部２１ｃの外側に発熱部２１ｃの外周と比較して大径に形成されタンク１０の内壁１７と対峙する外壁部２６と、を有する。貫通孔２５の内面には、流体と熱交換する内側熱交換面２５ｃが形成され、外壁部２６には、流体と熱交換する外側熱交換面２６ｃが形成される。加熱部２２は、ヒータ２１と比較して融点の低い金属によって成形される。ここでは、ヒータ２１はステンレスで形成され、加熱部２２はアルミニウム合金で形成される。

貫通孔２５は、螺旋状に巻かれる発熱部２１ｃの内側に形成される。タンク１０の供給口１１は、貫通孔２５の延長線上に開口する。貫通孔２５は、供給口１１から供給される温水が流通する内周流路２７（図３参照）を形成する。これに限らず、タンク１０の排出口１２が貫通孔２５の延長線上に開口するようにしてもよい。

図３に示すように、貫通孔２５は、温水の流れ方向に沿って内周に突出する複数の内周フィン２５ａを有する。内周フィン２５ａは、内周流路２７における伝熱面積を、内周フィン２５ａが設けられない場合と比較して大きくする。複数の内周フィン２５ａは、貫通孔２５の全周にわたって等角度間隔で、内周に向けて放射状に形成される。

外壁部２６は、タンク１０の内壁１７との間に、内周流路２７と連続して温水が流通する外周流路２８を形成する。外周流路２８は、内周流路２７から流れてきた温水を排出口１２に導く。外壁部２６は、貫通孔２５と比較して伝熱面積が大きい。また、外周流路２８は、内周流路２７と比較して流路面積が大きい。

外壁部２６は、ヒータ２１の外周形状に沿って形成される外壁本体２６ａと、温水の流れ方向に沿って外壁本体２６ａから外周に突出する複数の外周フィン２６ｂと、を有する。

外壁本体２６ａは、螺旋状に巻かれる発熱部２１ｃの外側を覆うように形成される。外壁本体２６ａが設けられるので、ヒータ２１と温水とが直接接触することはない。

外周フィン２６ｂは、外周流路２８における伝熱面積を、外周フィン２６ｂが設けられない場合と比較して大きくする。外周フィン２６ｂは、タンク１０の底面１３及び天面１６と略平行に延設される。外周フィン２６ｂは、タンク１０の高さ方向の中央部と比較して天面１６に近いほど基端部２６ｄからの距離が長く形成される。また、外周フィン２６ｂは、タンク１０の高さ方向の中央部と比較して天面１６から遠ざかるほど基端部２６ｄからの距離が長く形成される。外周フィン２６ｂは、タンク１０の対向する一対の壁面１４にそれぞれ所定の間隔をあけて臨むように形成される。

隣接する一対の外周フィン２６ｂの間である基端部２６ｄにおける外壁部２６は、他の部分における外壁部２６と比較してヒータ２１の発熱部２１ｃの近傍に形成される。これにより、外周流路２８を流れる温水をヒータ２１の発熱部２１ｃに近付けることができるため、加熱部２２と温水との熱交換効率を向上させることができる。また、加熱部２２におけるすべての基端部２６ｄは、ヒータ２１からの距離が略一定となるように形成される。

外周フィン２６ｂの数は、内周フィン２５ａと比較して多い。これにより、外側熱交換面２６ｃは、内側熱交換面２５ｃと比較して伝熱面積が大きくなっている。また、外周フィン２６ｂの長さは、内周フィン２５ａと比較して長い。これにより、加熱部２２をダイキャスト成形する際の成形性を損なわずに温水を加熱する性能を確保することができる。

以上のように、ヒータユニット２０は、ヒータ２１の周りを覆うように形成される加熱部２２を有する。加熱部２２は、発熱部２１ｃの内側を貫通する貫通孔２５の内面に形成される内側熱交換面２５ｃと、発熱部２１ｃの外周の外壁部２６に形成される外側熱交換面２６ｃと、を有する。ヒータユニット２０では、加熱部２２の表面積が温水との間で熱交換を行うための伝熱面積になるので、内側熱交換面２５ｃと外側熱交換面２６ｃとの表面積の合計が伝熱面積になる。したがって、ヒータ２１と温水とを直接接触させる場合と比較して、温水と熱交換を行うための伝熱面積を大きくすることができる。

なお、外周フィン２６ｂは、外周に向けて放射状に形成してもよく、内周フィン２５ａを、タンク１０の天面１６と略平行に延設してもよい。この場合にも同様に、温水と熱交換を行うための伝熱面積を大きくすることができる。なお、複数の内周フィン２５ａは、それぞれが略平行となるように形成されればよく、タンク１０の天面１６と略平行でなくてもよい。また、内周フィン２５ａと外周フィン２６ｂとを共に放射状に形成してもよく、内周フィン２５ａと外周フィン２６ｂとを共にタンク１０の天面１６と略平行に延設してもよい。

図３に示すように、連結部２９は、加熱部２２と連結される第１連結部２９ｂが天面１６と連結される第２連結部２９ｃと比較して断面積が小さくなるように形成される。これにより、ヒータ２１の熱が天面１６を介して後述するＩＧＢＴ３４，３５などの電子部品に伝達されることが抑制される。

放熱フィン２９ａは、外周フィン２６ｂと同様に、タンク１０の底面１３及び天面１６と略平行に延設される。放熱フィン２９ａが設けられることによって、加熱部２２から第１連結部２９ｂを介して伝達された熱が外周流路２８内の温水に放熱されるので、ヒータ２１の熱が天面１６を介して後述するＩＧＢＴ３４，３５などの電子部品に伝達されることがさらに抑制される。

図２に示すように、天板部２３は、タンク１０の開口部１５と比較してヒータユニット２０の軸方向に長く形成される。天板部２３におけるタンク１０からはみ出た部分には、車両に搭載される電源装置や上位のコントローラ（図示省略）と加熱装置１００とを接続するためのコネクタ（図示省略）が設けられる。

天板部２３は、ヒータユニット２０がタンク１０内に挿入された状態で、開口部１５の外周縁と溶接される。天板部２３は、タンク１０の天面１６を形成する。天面１６は、タンク１０の底面１３と略平行に対向する。

図１に示すように、天板部２３には、温度スイッチとしてのバイメタルスイッチ３１を取り付けるための凹部２４ａと、ヒータ温度センサ３２を取り付けるための凹部２４ｂと、水温センサ３３を取り付けるための凹部２４ｃと、が形成される。

バイメタルスイッチ３１は、ヒータユニット２０の温度を検出し、検出した温度に応じて切り換わる。具体的には、バイメタルスイッチ３１は、ヒータユニット２０の温度が第１の設定温度よりも上昇した場合にヒータユニット２０への電力の供給を遮断する。ヒータユニット２０の温度が第１の設定温度と比較して低い第２の設定温度よりも下降した場合に、バイメタルスイッチ３１が再び切り換わってヒータユニット２０への電力の供給を再開するようにしてもよい。

ヒータ温度センサ３２は、ヒータユニット２０におけるヒータ２１の温度を検出する。ヒータ温度センサ３２は、検出したヒータ２１の温度に応じた電気信号を制御基板４０に送る。制御基板４０は、ヒータ温度センサ３２が検出したヒータ２１の温度が設定温度よりも高い場合に、ヒータ２１への電力の供給を停止させる。

水温センサ３３は、タンク１０の排出口１２近傍における温水の温度を検出する。即ち、水温センサ３３は、タンク１０から排出される加熱後の温水の温度を検出する。水温センサ３３は、天板部２３からタンク１０内部に突出する突出部２３ａ（図２及び図３参照）の内部に設けられる。水温センサ３３は、検出した温水の温度に応じた電気信号を制御基板４０に送る。制御基板４０は、水温センサ３３が検出した温水の温度が所望の温度になるように、ヒータ２１への電力の供給を制御する。

図２に示すように、天板部２３の上面には、スイッチング素子としての一対のＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）３４，３５が載置される。

ＩＧＢＴ３４，３５は、バスバーモジュール３０を介して車両の電源装置に接続される。ＩＧＢＴ３４，３５は、制御基板４０に接続され、制御基板４０からの指令信号に応じてスイッチング動作する。ＩＧＢＴ３４，３５は、スイッチング動作によってヒータユニット２０への電力の供給を制御する。これにより、ヒータユニット２０は所望の温度に調整され、排出口１２から排出される温水は所望の温度に調整される。

ＩＧＢＴ３４，３５は、スイッチング動作を繰り返すことによって発熱する。ＩＧＢＴ３４，３５が動作可能な温度の最大値は、タンク１０内を流れる温水の温度と比較して高い。よって、ＩＧＢＴ３４，３５は、タンク１０内を流れる温水により、天面１６を介して冷却される。ＩＧＢＴ３４，３５と天板部２３との間には、ＩＧＢＴ３４，３５と天板部２３との間を密着させて熱伝導率を向上させる目的で、伝熱シート１３０が備えられる。ＩＧＢＴ３４，３５は、伝熱シート１３０及び天板部２３を介して、タンク１０内を流れる温水との間で熱交換が行われることで冷却される。

図１に示すように、バスバーモジュール３０は、天板部２３の上部に積層される。バスバーモジュール３０は、天板部２３と比較して小さな矩形に形成される。バスバーモジュール３０は、電力や電気信号を送給可能な金属板によって形成される導電性の接続部材である。

制御基板４０は、バスバーモジュール３０の上部に積層される。制御基板４０は、天板部２３と比較して小さな矩形に形成される。制御基板４０は、バスバーモジュール３０及びＩＧＢＴ３４，３５と電気的に接続される。制御基板４０は、上位のコントローラの指令に基づいてＩＧＢＴ３４，３５のオン／オフを制御することでヒータ２１に流通する電力を制御して、ヒータ２１を加熱する「制御装置」として機能する。なお、以降は、「制御装置」が、ＩＧＢＴ３４，３５を制御することでヒータ２１に流通する電力を制御してヒータ２１の加熱を行うものとして記載する。

カバー５０は、制御基板４０の上部に設けられる。カバー５０は、天板部２３と略同一の外周形状に形成される。カバー５０は、天板部２３の外周縁と溶接される。カバー５０は天板部２３との間の内部空間を密閉する。したがって、カバー５０の内面と天板部２３により画成された区画である制御装置配設部５０ａに、制御基板４０（制御装置）が配設される。また、天板部２３は、タンク１０と天板部上に載置されるＩＧＢＴ３４，３５及び制御基板４０等の電気部品を区画する壁部として構成される。

次に、このように構成された加熱装置１００の作用について説明する。

ＩＧＢＴ３４，３５は、オン／オフ制御されることで電流が流れることにより発熱する。ＩＧＢＴ３４，３５が流す電流（電力）が大きいほど、発熱は大きくなる。ＩＧＢＴ３４，３５の発熱は、タンク１０内を流通する温水によって冷却される。

図４Ａ及び図４Ｂは、ＩＧＢＴ３４，３５と温水との関係を示す説明図である。

図４Ａに示すように、ＩＧＢＴ３４，３５は、伝熱シート１３０を介して天面１６の上面（タンク１０の外側）に載置される。天面１６の裏面（タンク１０の内側）には温水が矢印方向に流れる。

図４Ｂに示すように、ＩＧＢＴ３４，３５の素子で発生する熱は、ＩＧＢＴ３４，３５のセラミック又は樹脂からなるケース３５ａ、伝熱シート１３０及び天面１６を介して温水に伝達される。したがって、ＩＧＢＴ３４，３５の素子において発生する熱は、これら各構成部品の熱抵抗による影響を差し引いた分が温水に伝達される。

したがって、ＩＧＢＴ３４，３５の下流側に備えた水温センサ３３により計測された温度（温度Ｔａ）は、これら各構成部品による熱抵抗による影響が含まれている。

さらに、天面１６において、ＩＧＢＴ３４，３５の裏面を流れるタンク１０内の温水の温度（温度Ｔｂ）は、温水の流量や、ヒータ２１から発生する熱による影響を受け、その下流にある水温センサ３３が検出する温度Ｔａとの間に差が生じる。

そこで、これらの影響を差し引くことで、ＩＧＢＴ３４，３５の双方の素子において発生する熱を推定することができる。なお、これら各構成部品の熱抵抗は、各構成部品の材質や厚さ等に基づいて予め算出して記憶しておく。また、温水の流量及びヒータ２１の加熱は、制御装置において現在の水温及びヒータ２１に流通させる電力に基づき、求めることができる。

このように、水温センサ３３が検出した温水の温度から、ＩＧＢＴ３４，３５の双方で発生する熱を推定することができる。

次に、ＩＧＢＴ３４，３５のそれぞれの発熱の推定について説明する。

制御装置は、ＩＧＢＴ３４，３５によりヒータ２１に流通させる電流を検出して、ＩＧＢＴ３４，３５の発熱を推定する。

制御装置は、制御基板４０に搭載されるＣＰＵ，ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成される。制御装置は、上位のコントローラ等から温水の目標温度の通知を受けて、温水が目標温度となるようにヒータ２１の発熱を制御するため、ＩＧＢＴ３４，３５をそれぞれオン、オフするＰＷＭ制御を行う。この制御において、制御装置は、ＩＧＢＴ３４，３５それぞれが流通させる電力（電流）の大きさに基づいて、ＩＧＢＴ３４，３５それぞれのスイッチング素子温度を推定する。

そして、制御装置は、水温センサ３３が検出した温水の温度から推定したＩＧＢＴ３４，３５の双方での発熱と、ヒータ２１の流通させる電力の大きさに基づいて推定したＩＧＢＴ３４，３５のそれぞれの発熱とに基づき、ＩＧＢＴ３４，３５それぞれの素子の発熱を推定する。したがって、制御装置（制御基板４０）がＩＧＢＴ３４，３５の素子の温度を推定することにより、温度推定部が構成される。

このようにして推定されたＩＧＢＴ３４，３５の発熱に基づいて、制御装置は、次のような制御により、ヒータ２１の発熱を制御する。

図５は、ＩＧＢＴ３４，３５がヒータ２１に通電可能な電力と、温水の水温との関係を示す。

図５に示すように、温水の温度が低いほど、ＩＧＢＴ３４，３５の発熱の許容量が大きくなり、ヒータ２１により多くの電力を供給して、ヒータ２１の温度を上昇させることができる。

例えば冬期のコールドスタート時など、温水の温度が低い場合であって、より速く温水の温度を上昇させたい場合には、ＩＧＢＴ３４，３５の発熱の許容量が大きい。このことを利用して、ＩＧＢＴ３４，３５により多くの電流を流通させるように制御することにより、温水の温度が低い場合に、温度の上昇を促進させることができる。

なお、コールドスタート時には、加熱装置１００に温水を流入させるポンプを起動してから、温水が安定的に流通するようになるまで、加熱装置１００のタンク１０内に流通する温水の温度が変動する。

図６は、コールドスタート時の流量の変化による温水の温度の変化を示すグラフである。

コールドスタート時、温水を流通させるポンプを駆動させ、加熱装置１００による加熱を開始する。このとき、加熱装置１００に流通する温水は、一旦はタンク１０内の温水が加熱されて温度が上昇する（タイミングｔ１１から１２）が、途中の経路等に存在する低温の温水が流入することで一旦温度が下がる（タイミングｔ１２からｔ１３）。

その後、経路全体の温水が加熱装置１００に流入することで温度が徐々に上昇傾向となり、再び温水の温度が上昇する。この時点で、加熱装置１００を含む経路全体の温水がヒータ２１による加熱が行われるようになる。

そこで、ヒータ２１により温水が安定的に加熱された後に水温センサ３３による温水の温度の計測を行うことで、ＩＧＢＴ３４，３５による温度上昇をより正確に検出することができる。

次に、制御装置によるヒータ２１の発熱の制御を説明する。

図７は、本発明の実施形態の制御装置が行うヒータ２１の加熱の制御のフローチャートである。

制御装置は、上位のコントローラから加熱装置１００の動作開始の指示を受けた場合、加熱装置１００の動作を開始する（ステップＳ１０）。具体的には、制御装置は、ポンプの駆動を開始して加熱装置１００内の温水を流通させる。そして、上位のコントローラから指示された目標温度に基づいて、ヒータ２１に流通させる電力の目標値を決定し、ヒータ２１がこの電力の目標値となるように、ＩＧＢＴ３４，３５のオンオフを制御する。

次に、制御装置は、タンク１０の温水の流量及び水温センサ３３の温度を取得する（ステップＳ２０）。このとき、コールドスタートである場合は、前述の図６に示す温度変化に基づいて、タイミングｔ１３以降に温度の検出を開始する。

そして、制御装置は、水温センサ３３が取得した水温に基づいてＩＧＢＴ３４，３５の温度を推定する。また、制御装置は、ＩＧＢＴ３４，３５のオン、オフ制御における各素子への電力の流通量を検出して、ＩＧＢＴ３４，３５の素子の発熱量を推定する（ステップＳ３０）。

そして、制御装置は、推定したＩＧＢＴ３４，３５の素子の発熱量と、図５に示す温水の温度との関係に基づいて、ＩＧＢＴ３４，３５の発熱量が制限値を超えないように、ＩＧＢＴ３４，３５のオン、オフを制御する（ステップＳ４０）。

以降、制御装置は、加熱装置１００の動作停止の指示があるか否かを判定して、動作停止の指示があるまで、上記のステップを繰り返す（ステップＳ５０）。動作停止の指示があった場合は、本フローチャートによる制御を終了する。

図５に示すように、ＩＧＢＴ３４，３５の発熱量の上限値は、温水の温度に依存する。すなわち、温水の温度が高ければＩＧＢＴ３４，３５が冷却され難くなり、発熱量の許容量が小さくなるので、ＩＧＢＴ３４，３５によりヒータ２１に通電させる電力の量が制限される。

一方で、温水の温度が低ければ、ＩＧＢＴ３４，３５は冷却され易くなるため、ＩＧＢＴ３４，３５の発熱量の許容量、すなわち、素子の温度の上限が大きくなるので、ＩＧＢＴ３４，３５によりヒータ２１により多くの電流を流すことができる。

したがって、冬期など特に温水の温度が低い場合には、ＩＧＢＴ３４，３５によりヒータ２１に流通させる電力の許容値が大きくなるので、ヒータ２１により多くの電力を供給することができるようになる。これにより、温水の温度が低い場合にも、より迅速に温水の温度を上昇させることができる。

なお、このように、制御装置（制御基板４０）がＩＧＢＴ３４，３５によりヒータ２１に流通させる電力の上限を決定することにより、上限決定部が構成される。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

本発明の実施形態では、電力が供給されることで流体を加熱するヒータ２１を備える加熱装置１００として構成される。加熱装置１００は、ヒータ２１への電力の供給を制御する制御装置（制御基板４０）が配設される制御装置配設部５０ａと、ヒータ２１の周りを覆うように形成され、流体が流通する流体流通部と、制御装置配設部５０ａと前記流体流通部とを区画する壁部としての天面１６と、を備える。制御装置は、天面１６に載置され、ヒータ２１への電力の供給をオン／オフするスイッチング素子としてのＩＧＢＴ３４，３５と、流体の温度を検出する流体温度検出部としての水温センサ３３と、水温センサ３３が検出した流体の温度に基づいて、ＩＧＢＴ３４，３５の素子の温度を推定する温度推定部と、温度推定部が推定したＩＧＢＴ３４，３５の素子の温度に基づいて、ヒータ２１に供給する電力の上限を決定する上限決定部と、を備える。

本発明の実施形態は、このように構成することによって、水温を検出する既存の水温センサ３３を用いて、ＩＧＢＴ３４，３５の素子の温度を推定することができるので、新たにセンサやサーミスタ等を設けることがないのでコストを増加することがない。さらに、ＩＧＢＴ３４，３５の素子の温度を推定して、推定された温度に基づいて、ヒータ２１の発熱を制御することができるので、例えば温水の温度が低い冬期やコールドスタート時にも、水温を適切に素早く上昇させることができる。

また、本発明の実施形態では、ＩＧＢＴ３４，３５が流通させる電力と、ＩＧＢＴ３４，３５と流体流通部との間の熱抵抗と、天面１６においてＩＧＢＴ３４，３５の裏面を流れる流体流通部内の温水の温度と、に基づいてＩＧＢＴ３４，３５の素子の温度を推定するので、新たにセンサやサーミスタ等を設けることがないのでコストを増加することがなく、ＩＧＢＴ３４，３５素子の温度を推定できる。

また、本発明の実施形態では、水温センサ３３は、流体流通部においてＩＧＢＴ３４，３５が載置される箇所よりも流体の流れ方向の下流に備えられ、水温センサ３３が検出した温水の温度と、流体流通部における流体の流量と、ヒータ２１に供給される電力と、に基づいて、ＩＧＢＴ３４，３５が載置される箇所を流れる流体流通部内の温水の温度を推定するので、新たにセンサやサーミスタ等を設けることがないのでコストを増加することなく、ＩＧＢＴ３４，３５素子の温度を推定できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では、供給口１１から供給された温水が内周流路２７を流れた後に、外周流路２８を流れて排出口１２から排出される。これに限らず、供給口１１から供給された温水が外周流路２８を流れた後に、内周流路２７を流れて排出口１２から排出されるようにしてもよい。この場合は、ＩＧＢＴ３４，３５の下流側に水温センサ３３が設けられるように構成することができる。

１０タンク（流体流通部）
１６天面（壁部）
２０ヒータユニット
２１ヒータ
２２加熱部
２３天板部
３０バスバーモジュール
３１バイメタルスイッチ
３２ヒータ温度センサ
３３水温センサ（流体温度検出部）
３４，３５ＩＧＢＴ（スイッチング素子）
４０制御基板（制御装置）
５０カバー
５０ａ制御装置配設部
１００加熱装置
１３０伝熱シート

Claims

電力が供給されることで流体を加熱するヒータを備える加熱装置であって、
前記ヒータへの電力の供給を制御する制御装置が配設される制御装置配設部と、
前記ヒータの周りを覆うように形成され、前記流体が流通する流体流通部と、
前記制御装置配設部と前記流体流通部とを区画する壁部と、
を備え、
前記制御装置は、
前記壁部に載置され、前記ヒータへの電力の供給をオン／オフするスイッチング素子と、
前記流体の温度を検出する流体温度検出部と、
前記流体温度検出部が検出した流体温度に基づいて、前記スイッチング素子の温度を推定する温度推定部と、
前記温度推定部が推定した前記スイッチング素子の温度に基づいて、前記ヒータに供給する電力の上限を決定する上限決定部と、を備える
ことを特徴とする加熱装置。
請求項１に記載の加熱装置であって、
前記温度推定部は、前記スイッチング素子が前記ヒータに流通させる電力と、前記スイッチング素子と前記流体流通部との間の熱抵抗と、前記壁部において前記スイッチング素子の裏面を流れる前記流体流通部内の前記流体の温度と、に基づいて前記スイッチング素子の温度を推定する
ことを特徴とする加熱装置。
請求項１又は２に記載の加熱装置であって、
前記流体温度検出部は、前記流体流通部において、前記スイッチング素子が載置される箇所よりも前記流体の流れ方向の下流に備えられ、
前記温度推定部は、前記流体温度検出部が検出した前記流体温度と、前記流体流通部における前記流体の流量と、前記ヒータに供給される電力と、に基づいて、前記スイッチング素子が載置される箇所を流れる前記流体流通部内の前記流体の温度を推定する
ことを特徴とする加熱装置。
電力が供給されることで流体を加熱するヒータを備える加熱装置において前記ヒータに供給する電力の上限を決定する加熱装置の電力上限決定方法であって、
前記加熱装置は、
前記ヒータへの電力の供給を制御する制御装置が配設される制御装置配設部と、
前記ヒータの周りを覆うように形成され、前記流体が流通する流体流通部と、
前記制御装置配設部と前記流体流通部とを区画する壁部と、
前記壁部に載置され、前記ヒータへの電力の供給をオン／オフするスイッチング素子と、
前記流体の温度を検出する流体温度検出部と、
を備え、
前記流体温度検出部が検出した流体温度に基づいて、前記スイッチング素子の温度を推定し、
推定された前記スイッチング素子の温度に基づいて、前記ヒータに供給する電力の上限を決定する
ことを特徴とする加熱装置の電力上限決定方法。