JP2020038809A - ヒータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】突入電流の抑制で生じた熱を有効利用可能なヒータ装置を提供する。【解決手段】ヒータ装置は、熱を提供するメインヒータ３１と、メインヒータ３１と直列に接続され、メインヒータ３１とともに熱を提供するサブヒータ３２とを備えている。ヒータ装置は、メインヒータ３１とサブヒータ３２とに通電するための直列回路２１と、サブヒータ３２を介さずにメインヒータ３１に通電するためのバイパス回路２６とバイパス回路２６に通電するか否かを切り替える回路切り替え装置２７とを備えている。ヒータ装置は、通電開始時にメインヒータ３１とサブヒータ３２とに通電し、その後にサブヒータ３２を介さずにメインヒータ３１への通電を行うように回路切り替え装置２７を制御するヒータ制御装置を備えている。このため、突入電流の抑制で生じた熱を有効利用可能なヒータ装置を得ることができる。【選択図】図２

Description

この明細書における開示は、ヒータ装置に関する。

特許文献１は、パワーサーミスタ等の突入電流抑制素子を用いた突入電流防止回路を開示している。開閉器が閉じられた瞬間における突入電流を突入電流抑制素子によって抑制するとともに、開閉器が閉じられてから所定の時間が経過した後に、突入電流抑制素子の両端を短絡させる短絡手段を備えている。これにより、突入電流を抑制するとともに、定常状態においては、突入電流抑制素子による損失をなくして、無駄な発熱を防止している。従来技術として挙げられた先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。

特開２００１−２２４５３号公報

従来技術の構成では、パワーサーミスタ等の突入電流抑制素子を用いて突入電流を抑制している。このため、パワーサーミスタに流れた電流は、パワーサーミスタを発熱させるエネルギーとして処理され、少なくともパワーサーミスタに電流が流れている間においては、無駄な発熱が発生していた。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、ヒータ装置にはさらなる改良が求められている。

開示される１つの目的は、突入電流の抑制で生じた熱を有効利用可能なヒータ装置を提供することにある。

ここに開示されたヒータ装置は、熱を提供するメインヒータ（３１）と、メインヒータと直列に接続され、メインヒータとともに熱を提供するサブヒータ（３２）と、メインヒータとサブヒータとに通電するための直列回路（２１）と、サブヒータを介さずにメインヒータに通電するためのバイパス回路（２６）と、バイパス回路に通電するか否かを切り替える回路切り替え装置（２７）と、通電開始時にメインヒータとサブヒータとに通電し、その後にサブヒータを介さずにメインヒータへの通電を行うように回路切り替え装置を制御するヒータ制御装置（５０）とを備えている。

開示されたヒータ装置は、メインヒータと直列に接続され、メインヒータとともに熱を提供するサブヒータを備えている。さらに、ヒータ装置は、通電開始時にメインヒータとサブヒータとに通電し、その後にサブヒータを介さずにメインヒータへの通電を行うように回路切り替え装置を制御するヒータ制御装置を備えている。このため、直列に並んでいるメインヒータとサブヒータとを合成した大きな抵抗値を用いることで、過大な突入電流が発生することを抑制することができる。したがって、過大な突入電流による不具合の発生を抑制するとともに、突入電流を抑制する際に生じた熱をメインヒータ及びサブヒータの出力とすることができる。言い換えると、突入電流の抑制で生じた熱を捨てるのではなく、対象への加熱に有効利用可能なヒータ装置を提供できる。

この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。

ヒータ装置を示す車両の断面図である。 ヒータ装置の回路図である。 ヒータユニットの分解斜視図である。 ヒータユニットの平面図である。 ヒータ装置の制御システムの構成を示すブロック図である。 ヒータ制御装置が実行する処理を示すフローチャートである。 第２実施形態におけるヒータユニットの平面図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における断面図である。 第３実施形態におけるヒータ制御装置が実行する処理を示すフローチャートである。

図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に対応する部分および／または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および／または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。

第１実施形態
図１において、ヒータ装置１は、輻射される熱を利用して対象を暖める加熱装置である。ヒータ装置１は、道路走行車両、船舶、航空機などの移動体の室内に設置されている。ヒータ装置１は、住宅、事業所などの室内に設けてもよい。ヒータ装置１は、室内を少なくとも暖房する空調装置１０の一部を構成している。ヒータ装置１は、移動体に搭載された電池、発電機などの電源から給電されて発熱する電気的な加熱装置である。ヒータ装置１は、熱源として機能するヒータユニット３０を備えている。ヒータユニット３０は、薄い板状に形成されている。ヒータユニット３０は、電力が供給されると発熱する。ヒータユニット３０は、その表面と垂直な方向に位置付けられた対象物を暖めるために、主としてその表面と垂直な方向へ向けて輻射熱Ｒを放射する。ただし、ヒータユニット３０の熱は、輻射熱Ｒ以外にも流体である空気を熱媒体として周囲に伝達される。

移動体の室内には、乗員１２が着座するための座席１１が設置されている。ヒータユニット３０は、乗員１２の足元に輻射熱Ｒを放射するように室内に設置されている。ヒータユニット３０は、空調装置１０の起動直後において、乗員１２に対して即効的に暖かさを提供するための加熱装置として利用することができる。ヒータユニット３０は、室内の壁面に設置されている。ヒータ装置１は、想定される通常の姿勢の乗員１２に対向するように設置されている。例えば、道路走行車両は、ハンドル１４を支持するためのステアリングコラム１３を有している。ヒータユニット３０は、ステアリングコラム１３の下面に設置することができる。

ヒータユニット３０は、その表面が室内に向けて露出するように設置されている。ヒータユニット３０は、乗員１２がヒータユニット３０の表面に直接に触れることを阻止するためのカバー部材を有することなく、実質的に室内に露出している。ヒータ装置１は、金網などのプロテクタ、または内装材料としての布地を、室内側に有して乗員１２がヒータユニット３０の表面に直接触れることができないように構成されていてもよい。

ヒータユニット３０は、ヒータ制御装置（ＥＣＵ）５０によって制御される。ヒータ制御装置５０は、ヒータユニット３０への通電の有無、および通電中における電力量を制御する。

図２において、ヒータ装置１は、ヒータ電源２２とメインヒータ３１とサブヒータ３２とを備えている。ヒータ装置１は、ヒータ電源２２とメインヒータ３１とサブヒータ３２とを接続しているヒータ回路２０を備えている。ヒータ回路２０は、ヒータ電源２２に対してメインヒータ３１とサブヒータ３２とを直列に接続する直列回路２１を備えている。サブヒータ３２の抵抗値は、メインヒータ３１の抵抗値よりも小さい。このため、直列回路２１に電流が流れている状態においては、サブヒータ３２による出力がメインヒータ３１による出力よりも小さな出力となる。

ヒータ回路２０は、サブヒータ３２に電流を流さないようにバイパスするバイパス回路２６を備えている。バイパス回路２６は、回路切り替え装置２７を備えている。回路切り替え装置２７は、バイパス回路２６の短絡と開放とを切り替えることで、バイパス回路２６に電流を流すか否かを切り替えるスイッチ装置である。

図２において、回路切り替え装置２７は、開放されている。回路切り替え装置２７が開放された状態は、バイパス回路２６に電流が流れないバイパス回路２６のオフ状態である。バイパス回路２６のオフ状態においては、直列に並んだメインヒータ３１とサブヒータ３２との両方に電流が流れることとなる。すなわち、メインヒータ３１の抵抗値とサブヒータ３２の抵抗値との合計値がヒータユニット３０全体の抵抗値となる。

一方、回路切り替え装置２７が短絡した状態は、バイパス回路２６に電流が流れるバイパス回路２６のオン状態である。バイパス回路２６のオン状態においては、メインヒータ３１のみに電流が流れ、サブヒータ３２には電流が流れないこととなる。すなわち、メインヒータ３１の抵抗値がヒータユニット３０全体の抵抗値となる。このため、バイパス回路２６のオン状態においては、ヒータユニット３０における抵抗値がバイパス回路２６のオフ状態に比べて小さく、ヒータ回路２０を流れる電流がバイパス回路２６のオフ状態に比べて大きい状態である。

図３において、メインヒータ３１とサブヒータ３２と伝熱板３５とは、１つのヒータユニット３０を構成している。ヒータユニット３０は、メインヒータ３１とサブヒータ３２との２つの熱源を用いて加熱を行う加熱装置である。ヒータユニット３０は、温度の上昇する部分が面状に構成されている面状ヒータである。ヒータユニット３０は、熱伝導率の高い金属製の伝熱板３５に対してメインヒータ３１とサブヒータ３２とが貼り付けられて構成されている。伝熱板３５は、メインヒータ３１とサブヒータ３２とを支持するための支持部材である。伝熱板３５は、例えばアルミニウム製の矩形板である。伝熱板３５は、伝熱部材を提供する。ただし、伝熱部材は、剛性の高い板部材でなくてもよく、アルミニウム箔のような容易に変形可能なシート状の部材を用いてもよい。

メインヒータ３１とサブヒータ３２とは、通電によって発熱する材料によって作られている。メインヒータ３１とサブヒータ３２とは、金属材料によって作ることができる。メインヒータ３１とサブヒータ３２とは、錫合金によって作ることができる。メインヒータ３１とサブヒータ３２とは、銅、銀、錫を含む合金によっても作ることができる。また、メインヒータ３１とサブヒータ３２とは、ステンレス合金、ニッケル−クロム合金、アルミニウム合金などの電熱線材料によっても作ることができる。

メインヒータ３１とサブヒータ３２とは、金属製の電熱線の周囲に電気的に絶縁を行うための絶縁被膜を施したヒータ線である。ただし、絶縁被膜を施さずに電熱線を露出させる構成としてもよい。メインヒータ３１とサブヒータ３２とに絶縁被膜を用いない場合には、メインヒータ３１とサブヒータ３２とが接触しないように絶縁する絶縁層を別途設けることが好ましい。絶縁層としては、伝熱板３５に互いに離間して貼り付けられたメインヒータ３１とサブヒータ３２とを外側からゴムシートで覆うような構成が採用可能である。また、伝熱板３５についても、メインヒータ３１及びサブヒータ３２と接触して通電しないように、電気絶縁性の高い材料を選択することが好ましい。

図４において、メインヒータ３１とサブヒータ３２とは、矩形状の伝熱板３５の同一表面上に設けられている。メインヒータ３１とサブヒータ３２とは、伝熱板３５の全体を加熱できるように、連続するヒータ線が複数回折り返されて櫛状をなすように設けられている。言い換えると、メインヒータ３１は、Ｕ字状のターン部３１ａを複数備えている。さらに、サブヒータ３２は、Ｕ字状のターン部３２ａを複数備えている。サブヒータ３２のターン部３２ａは、メインヒータ３１のターン部３１ａの間に設けられている。すなわち、サブヒータ３２は、メインヒータ３１に並んだ状態で設けられている。

メインヒータ３１のターン部３１ａの幅Ｌｍ１は、メインヒータ３１の隣り合うターン部３１ａ間の距離Ｌｍ２と等しい長さである。すなわち、メインヒータ３１においては、ヒータ線が等間隔に折り返されてターン部３１ａが形成されている。このため、メインヒータ３１は、メインヒータ３１単独で伝熱板３５の全体を略均一に加熱できるように設けられている。

サブヒータ３２のターン部３２ａの幅Ｌｓ１は、サブヒータ３２の隣り合うターン部３２ａ間の距離Ｌｓ２よりも短い長さである。サブヒータ３２においては、メインヒータ３１のターン部３１ａよりも幅の小さなターン部３２ａがターン部３２ａの幅Ｌｓ１よりも大きな間隔で複数並んで形成されている。ただし、メインヒータ３１とサブヒータ３２との配置は、上述した位置関係に限定されず、ヒータ装置１の用途や使用環境などに応じて自由に設計可能である。

伝熱板３５において、メインヒータ３１とサブヒータ３２とが配されている面は、ステアリングコラム１３の下面と対向している。一方、伝熱板３５において、メインヒータ３１とサブヒータ３２とが配されていない面は、乗員１２と対向している。すなわち、乗員１２によって視認されるヒータユニット３０の表面は、メインヒータ３１とサブヒータ３２とが配されていない平坦な面である。メインヒータ３１とサブヒータ３２とは、乗員１２に対して輻射熱Ｒを直接的に放射するのではなく、伝熱板３５を加熱することで、伝熱板３５から乗員１２に対して輻射熱Ｒを放射することとなる。

図５は、ヒータ装置１の制御システムを示す。制御システムにおいて、ヒータ制御装置５０を構成している制御装置（ＥＣＵ）は、電子制御装置（Electronic Control Unit）である。制御装置は、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって提供される。記憶媒体は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムを非一時的に格納する非遷移的実体的記憶媒体である。記憶媒体は、半導体メモリまたは磁気ディスクなどによって提供されうる。制御装置は、１つのコンピュータ、またはデータ通信装置によってリンクされた一組のコンピュータ資源によって提供されうる。プログラムは、制御装置によって実行されることによって、制御装置をこの明細書に記載される制御装置として機能させ、この明細書に記載される方法を実行するように制御装置を機能させる。

制御システムが提供する手段および／または機能は、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェアおよびそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、制御装置がハードウェアである電子回路によって提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路によって提供することができる。

制御システムは、制御装置に入力される情報を示す信号を供給する複数の信号源を入力装置として有する。制御システムは、制御装置が情報をメモリ装置に格納することにより、情報を取得する。制御システムは、制御装置によって挙動が制御される複数の制御対象物を出力装置として有する。制御システムは、メモリ装置に格納された情報を信号に変換して制御対象物に供給することにより制御対象物の挙動を制御する。

制御システムに含まれる制御装置と信号源と制御対象物とは、多様な要素を提供する。それらの要素の少なくとも一部は、機能を実行するためのブロックと呼ぶことができる。別の観点では、それらの要素の少なくとも一部は、構成として解釈されるモジュール、またはセクションと呼ぶことができる。さらに、制御システムに含まれる要素は、意図的な場合にのみ、その機能を実現する手段とも呼ぶことができる。

図５において、ヒータ制御装置５０は、タイマ４１と電流センサ４２とヒータ温度センサ４３と接続されている。タイマ４１は、ヒータ電源２２の通電開始などのタイミングで計測を開始して、計測開始からの経過時間を計測する装置である。電流センサ４２は、ヒータ回路２０に流れる電流の大きさを計測する装置である。ヒータ温度センサ４３は、ヒータユニット３０などの温度を計測するセンサである。

ヒータ制御装置５０は、ヒータ電源２２と回路切り替え装置２７と接続されている。ヒータ制御装置５０は、ヒータ電源２２から出力される電圧の有無や電圧の大きさを制御する。ヒータ制御装置５０は、回路切り替え装置２７の開放状態と短絡状態とを切り替えてバイパス回路２６に電流を流すか否かを制御する。

図６を用いて、ヒータ装置１の制御フローについて以下に説明を行う。乗員１２によってヒータ装置１の運転を開始する操作がされるなどして、ヒータ装置１の運転を開始する場合、ステップＳ１０１では、バイパス回路２６をオフ状態とする。すなわち、回路切り替え装置２７を開放状態にして、バイパス回路２６に電流が流れない状態とする。バイパス回路２６をオフ状態にした後、ステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、ヒータ電源２２をオン状態として電圧を印加する。この時、バイパス回路２６はオフ状態であるため、バイパス回路２６には電流が流れず、直列回路２１に電流が流れる。したがって、直列に並んだメインヒータ３１とサブヒータ３２の両方に電流が流れることとなる。メインヒータ３１とサブヒータ３２とは、直列に接続されているため、メインヒータ３１とサブヒータ３２とによる合成された抵抗値は、メインヒータ３１のみの抵抗値よりも大きい値となる。よって、メインヒータ３１とサブヒータ３２とに流れる電流の大きさは、サブヒータ３２がバイパスされてメインヒータ３１のみに流れる電流の大きさに比べて小さくなる。

ヒータ電源２２をオフ状態からオン状態に切り替えた直後には、定常電流よりも大きな電流である突入電流が流れることとなる。仮に、バイパス回路２６がオン状態であって、サブヒータ３２に電流が流れない場合には、通電を開始した瞬間にメインヒータ３１を抵抗とするヒータ回路２０に突入電流である大電流が流れてしまい、ヒータ装置１に不具合が発生する恐れがある。しかし、バイパス回路２６がオフ状態であれば、突入電流の発生時において、メインヒータ３１の抵抗分に突入電流抑制素子として機能するサブヒータ３２の抵抗分が加算され、ヒータ回路２０に流れる電流値を小さくできる。このため、突入電流の値が大きくなり過ぎることを抑制可能である。これによれば、メインヒータ３１に通電された瞬間に発生する大きな突入電流によって引き起こされるヒータ装置１の不具合を軽減することができる。

ステップＳ１１１では、タイマ４１を用いてヒータ電源２２をオン状態としてからの経過時間を取得する。ここで、経過時間は、サブヒータ３２に電流が流れている時間である。経過時間の取得後、ステップＳ１１２に進む。

ステップＳ１１２では、取得した経過時間が切り替え時間Ｔｓを超えているか否かを判断する。ここで、切り替え時間Ｔｓとは、ヒータ装置１に流れる電流が突入電流から定常電流に変化してしばらく定常電流が流れ続けるために必要な時間である。また、切り替え時間Ｔｓは、サブヒータ３２に電流が流れて発熱を開始してからサブヒータ３２の温度が十分に上昇して温度が安定するために必要な時間である。

切り替え時間Ｔｓは、通電開始から定常電流が流れるまでに要する時間である過渡時間Ｔｓ１と、定常電流が流れている時間である定常時間Ｔｓ２とを備えている。ここで、定常電流とは、電流の大きさの時間変化がない状態、もしくは電流の大きさの時間変化が無視できるほど小さい状態の電流を示す。過渡時間Ｔｓ１は、ヒータ装置１に流れる電流に突入電流の影響が出ている時間のことである。定常時間Ｔｓ２は、ヒータ装置１に流れる電流に突入電流の影響が出ていない時間、もしくは突入電流の影響が無視できるほど小さい時間のことである。

切り替え時間Ｔｓは、メインヒータ３１及びサブヒータ３２における抵抗値の大きさや、ヒータ電源２２による印加電圧の大きさなどによって設定すべき時間が変わる。切り替え時間Ｔｓを構成する過渡時間Ｔｓ１と定常時間Ｔｓ２とにおいて、定常時間Ｔｓ２の方が過渡時間Ｔｓ１よりも長い時間である。過渡時間Ｔｓ１が例えば５秒である場合、定常時間Ｔｓ２を例えば２５秒に設定して、切り替え時間Ｔｓ全体としては３０秒とすることができる。ただし、過渡時間Ｔｓ１に対して、定常時間Ｔｓ２をどの程度長い時間とするかについては、ヒータ装置１の用途や想定される使用環境などに応じて任意に設定可能である。

取得した経過時間が切り替え時間Ｔｓを超えている場合には、ステップＳ１２１に進む。一方、経過時間が切り替え時間Ｔｓに満たない場合には、ステップＳ１１１に戻って、切り替え時間Ｔｓが経過するまでの間、メインヒータ３１とサブヒータ３２との両方の抵抗への通電を継続する。

ステップＳ１２１では、バイパス回路２６をオン状態としてバイパス回路２６に電流を流す。言い換えると、サブヒータ３２をバイパスさせてメインヒータ３１のみに電流を流す。切り替え時間Ｔｓの経過後であるため、突入電流ではなく定常電流がメインヒータ３１に流れることとなる。ここで、バイパス回路２６がオフ状態であった場合に比べて、サブヒータ３２での抵抗値が減少する分、電源電圧が一定のもとでは、メインヒータ３１に流れる電流が増加している。したがって、バイパス回路２６がオフ状態であった場合に比べて、メインヒータ３１での発熱量が増加している。

通常、バイパス回路２６をオフ状態としている時間は、バイパス回路２６をオン状態としている時間よりも短い。すなわち、メインヒータ３１とサブヒータ３２との両方に電流を流している時間は、メインヒータ３１のみに電流を流している時間よりも短い。ただし、ヒータ装置１の出力を落として運転を行う低出力モードなどを備えている場合など、突入電流を抑制する目的とは異なる目的でメインヒータ３１とサブヒータ３２との両方に電流を流すようにしてもよい。

上述の通り、取得した経過時間が切り替え時間Ｔｓに満たない間は、メインヒータ３１とサブヒータ３２とを用いてヒータ回路２０の抵抗を大きくすることで、突入電流によってメインヒータ３１に過大な電流が流れることを抑制できる。さらに、突入電流をメインヒータ３１及びサブヒータ３２に流すことで、メインヒータ３１及びサブヒータ３２の両方で電力を熱に変換してヒータ装置１の熱として出力することができる。言い換えると、突入電流を抑制する際の電流のエネルギーの一部を突入電流抑制素子の廃熱として捨てるのではなく、ヒータ装置１の加熱として利用することができる。特に、突入電流は定常電流よりも大きな電流であるため、突入電流をヒータ装置１の加熱に利用することは有用である。

上述した実施形態によると、ヒータ制御装置５０は、通電開始時にはメインヒータ３１とサブヒータ３２とに通電し、その後に回路切り替え装置２７を切り替えてサブヒータ３２を介さない状態でメインヒータ３１への通電を行っている。このため、サブヒータ３２を用いない場合に比べて、ヒータ装置１に発生する突入電流の大きさを低減できる。したがって、突入電流によって引き起こされるヒータ装置１の不具合を軽減できる。さらに、サブヒータ３２に流れた電気エネルギーは、熱エネルギーとして乗員１２に提供される。このため、サブヒータ３２を用いていなければ突入電流抑制素子などで廃熱として処理されてしまうエネルギーをヒータ装置１による暖房運転に利用できる。したがって、ヒータ装置１における突入電流抑制時のエネルギー損失を低減することができる。特に、電気自動車の暖房装置としてヒータ装置１を用いる場合には、電気エネルギーをヒータ装置１の駆動だけでなく、走行駆動用モータなどにも用いている。このため、ヒータ装置１でのエネルギー損失を低減することは、電気自動車の走行距離を長く確保するために非常に有用である。

また、突入電流の大きさを小さくできるため、サブヒータ３２のような突入電流抑制素子を用いない場合に比べて、メインヒータ３１などに用いるヒータ線が断線しにくい。したがって、ヒータ線を細径化して高密度にヒータ線を配置しやすい。よって、ヒータユニット３０を小型化しやすい。ヒータ装置１を車両に搭載する場合など、限られた空間内にヒータ装置１を配置する必要のある場合において、小型なヒータユニット３０は非常に有用である。

ヒータ制御装置５０は、通電開始から切り替え時間Ｔｓの経過後にサブヒータ３２への通電を停止した状態、すなわちサブヒータ３２を介さない状態でメインヒータ３１への通電を行うように回路切り替え装置２７を切り替える。このため、ヒータ温度センサ４３などを用いてヒータ装置１が所定温度以上であることを検知して回路切り替え装置２７を切り替える構成などに比べて、簡単な構成で回路切り替え装置２７を切り替えることができる。

切り替え時間Ｔｓを構成する定常時間Ｔｓ２は、過渡時間Ｔｓ１よりも長い時間である。このため、サブヒータ３２に通電する時間を長く確保できる。したがって、回路切り替え装置２７を切り替えてサブヒータ３２への通電を停止した際に、サブヒータ３２の余熱を利用してしばらくの間、ヒータユニット３０全体が加熱され、徐々にサブヒータ３２の温度が低下することとなる。よって、回路切り替え装置２７による切り替えの前後でヒータユニット３０の温度変化に基づいて乗員１２が感じる違和感を低減できる。言い換えると、ヒータ装置１が故障していると乗員１２が誤認することを抑制しやすい。

メインヒータ３１で発生した熱とサブヒータ３２で発生した熱とが伝熱される伝熱板３５を備えている。このため、メインヒータ３１で発生した熱とサブヒータ３２で発生した熱とを同一の伝熱板３５の加熱に用いることができる。したがって、伝熱板３５に熱を集めて伝熱板３５の温度を上昇させやすい。また、サブヒータ３２への通電が停止された後も、伝熱板３５はメインヒータ３１による加熱が継続される。このため、サブヒータ３２の通電の有無による温度変化に基づいて乗員１２が感じる違和感を低減できる。

サブヒータ３２は、伝熱板３５においてメインヒータ３１が配されている面と同じ側の面に配されている。このため、伝熱板３５の片面をメインヒータ３１やサブヒータ３２の設けられていない平坦面とすることができる。したがって、ヒータユニット３０の両面のうち、メインヒータ３１とサブヒータ３２とが設けられていない側を乗員１２側に向け、メインヒータ３１とサブヒータ３２とが設けられている側を車両側の設置面とすることで、ヒータユニット３０の美観を高めやすい。言い換えると、乗員１２がヒータユニット３０においてメインヒータ３１とサブヒータ３２とによる凹凸が表れてしまう面を見ることがないため、ヒータユニット３０が車室空間の美観を損ねてしまうことを抑制しやすい。

また、メインヒータ３１とサブヒータ３２とが設けられている側を乗員１２側に向けてもよい。この場合には、加熱対象である乗員１２と加熱源であるメインヒータ３１及びサブヒータ３２との距離を近づけることができる。したがって、メインヒータ３１及びサブヒータ３２で発生した熱をより直接的に乗員１２に提供できる。よって、メインヒータ３１とサブヒータ３２とが設けられてない側を乗員１２側に向ける場合に比べて、暖房効果を高めることができる。

サブヒータ３２の抵抗値は、メインヒータ３１の抵抗値に比べて小さい。このため、サブヒータ３２の抵抗値をメインヒータ３１の抵抗値よりも大きくした場合に比べて、直列回路２１に定常電流が流れている状態と、バイパス回路２６に定常電流が流れている状態とにおけるヒータ装置１の出力の差を小さくしやすい。このため、回路切り替え装置２７の切り替えの前後での出力差が大き過ぎることによって生じる暖房効果の差を低減して、乗員１２が感じる違和感を低減しやすい。

ステップＳ１１１において、タイマ４１を用いて取得する経過時間としては、ヒータ電源２２をオン状態としてからの経過時間に限られない。例えば、電流センサ４２とタイマ４１とを用いて、突入電流による電流値のピークを迎えてからの経過時間であるピーク経過時間を取得してもよい。あるいは、タイマ４１と電流センサ４２とを用いて、突入電流から定常電流に変化してからの経過時間である定常経過時間を取得してもよい。この場合、ヒータ装置１への突入電流の影響がないことを確認してから、回路切り替え装置２７を切り替えやすい。すなわち、突入電流によるヒータ装置１の不具合の発生を抑制しやすい。

切り替え時間Ｔｓは、過渡時間Ｔｓ１と定常時間Ｔｓ２とをあらかじめ設定していなくてもよい。例えば、タイマ４１と電流センサ４２とを用いて、過渡時間Ｔｓ１を計測し、定常時間Ｔｓ２を計測された過渡時間Ｔｓ１の５倍に設定するなどしてもよい。これによると、過渡時間Ｔｓ１の長さに応じて定常時間Ｔｓ２の長さが設定される。このため、切り替え時間Ｔｓが短く設定され過ぎたために大きな突入電流が流れてしまうといった事態を防止できる。

第２実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、サブヒータ３２が、伝熱板３５においてメインヒータ３１の配されている面とは反対の面に配されている。

図７及び図８において、ヒータユニット２３０を構成しているサブヒータ２３２は、伝熱板３５においてメインヒータ３１の配されている面とは反対の面に配されている。言い換えると、伝熱板３５の一方の面にはメインヒータ３１が配され、他方の面にはサブヒータ２３２が配されている。メインヒータ３１とサブヒータ２３２とは、互いに同一の形状であって、伝熱板３５の表裏においてメインヒータ３１とサブヒータ２３２とが重なる位置に設けられている。

伝熱板３５においてメインヒータ３１が配されている面は、乗員１２と対向する面である。一方、伝熱板３５においてサブヒータ２３２が配されている面は、ステアリングコラム１３の下面と対向する面である。言い換えると、伝熱板３５においてサブヒータ２３２が配されている面は、ヒータユニット２３０における設置面として機能している。

メインヒータ３１のターン部３１ａとサブヒータ２３２のターン部２３２ａとは、同一形状である。また、メインヒータ３１とサブヒータ２３２とは、伝熱板３５の表裏において互いに重なる位置に配置されている。言い換えると、伝熱板３５においてメインヒータ３１が配されている面にサブヒータ２３２の位置を投影した場合に、サブヒータ２３２の投影位置とメインヒータ３１の位置とが等しい位置となる。

バイパス回路２６のオフ状態においては、メインヒータ３１とサブヒータ２３２とによって伝熱板３５が両面から加熱される。一方、バイパス回路２６のオン状態においては、メインヒータ３１によって伝熱板３５が片面から加熱される。このため、サブヒータ２３２を伝熱板３５において乗員１２から遠い側に配することで、回路切り替え装置２７による切り替えの前後でサブヒータ２３２の出力の有無に基づいて乗員１２が感じる温度の違和感を低減できる。

上述した実施形態によると、サブヒータ２３２は、伝熱板３５においてメインヒータ３１が配されている面とは反対の面に配されている。このため、メインヒータ３１とサブヒータ２３２を用いて伝熱板３５を両面から加熱することができる。したがって、伝熱板３５を素早く目標温度まで加熱して、乗員１２に快適な暖房運転を提供しやすい。

メインヒータ３１とサブヒータ２３２とを、伝熱板３５の表裏において互いに全体が重なる位置に配置しなくてもよい。すなわち、サブヒータ２３２の投影位置がメインヒータ３１の一部分と重なるように配置してもよい。あるいは、サブヒータ２３２の投影位置がメインヒータ３１と一切重ならないように配置してもよい。

メインヒータ３１とサブヒータ２３２とを同一形状としなくてもよい。例えば、メインヒータ３１を伝熱板３５の中心よりも外周縁に近い位置に環状に配置し、サブヒータ２３２を伝熱板３５の外周縁よりも中心に近い位置に波状に配置するなどしてもよい。

第３実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、ヒータユニット３０の温度が切り替え温度以上である場合に、バイパス回路２６に電流が流れるように回路切り替え装置２７を切り替える。

図９を用いて、ヒータ装置１の制御フローについて説明を行う。ステップＳ１０１及びステップＳ１０２を経て、直列回路２１に電流が流れている状態において、ステップＳ３１１として、ヒータ温度センサ４３を用いてヒータユニット３０の温度を取得する。この時、ヒータ温度センサ４３は、サブヒータ３２に近い位置に設けることで、ヒータユニット３０のうち、サブヒータ３２からの発熱の影響を大きく受ける部分の温度を計測することが好ましい。ただし、ヒータ温度センサ４３が温度を計測する部分は上述の部分に限られない。例えば、ヒータユニット３０における最も温度の上昇しにくい部分の温度を計測するようにしてもよい。ヒータユニット３０の温度を取得した後、ステップＳ３１２に進む。

ステップＳ３１２では、ヒータユニット３０の温度が切り替え温度以上であるか否かを判断する。ここで、切り替え温度とは、ヒータ装置１に流れる電流が突入電流から定常電流に変化してしばらく定常電流が流れ続けた結果として到達する温度である。切り替え温度は、例えば、メインヒータ３１とサブヒータ３２との両方に電流が流れ続けている状態におけるヒータユニット３０の最高到達温度の９０％に相当する温度に設定することができる。ただし、切り替え温度の設定方法は、上述した方法に限定されない。例えば、乗員１２が切り替え温度を設定するなどしてもよい。

ヒータユニット３０の温度が切り替え温度以上である場合には、ステップＳ１２１に進んでバイパス回路２６に電流を流すように回路切り替え装置２７を切り替える。一方、ヒータユニット３０の温度が切り替え温度未満である場合には、ステップＳ３１１に戻って、切り替え温度を超えるまで、メインヒータ３１及びサブヒータ３２への通電を継続する。

上述した実施形態によると、ヒータユニット３０の温度が切り替え温度以上であるか否かを判断して、回路切り替え装置２７の切り替えを行う。このため、メインヒータ３１の抵抗値の温度依存性によって突入電流の大きさが変化している場合において、ヒータ装置１に大きな突入電流が発生するか否かを温度から判断して、回路切り替え装置２７の切り替えを行うことができる。したがって、メインヒータ３１の予熱が完了しているなどの大きな突入電流が発生しない場合において、所定時間の経過を待つことなくサブヒータ３２をバイパスするように回路切り替え装置２７を切り替えることができる。よって、ヒータ装置１の出力が大きい状態に素早く移行することができる。言い換えると、乗員１２を即座に暖めることができる。

他の実施形態
伝熱板３５の内部に空気が流通可能な空隙を備えていてもよい。これによると、メインヒータ３１やサブヒータ３２によって伝熱板３５の空隙に位置している空気を加熱できる。このため、加熱されて温度の上昇した空気を対流などの作用によって伝熱板３５の空隙の外部に取り出して車室内に循環させることで、車室内の広い範囲を暖房しやすい。

ヒータ装置１に、乗員１２がヒータ装置１のヒータユニット３０に接触していることを検知する接触検知機能を持たせてもよい。これによると、ヒータユニット３０への接触を検知してヒータ装置１の出力を低下させることができる。ヒータ装置１の出力を低下させる方法としては、回路切り替え装置２７をオフ状態にしてサブヒータ３２を直列に接続することで抵抗値を上げ、流れる電流の大きさを小さくする方法などが採用可能である。接触検知機能は、伝熱板３５において、メインヒータ３１が配されている面とは反対側の面に搭載することが好ましい。

この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、１つの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。

１ ヒータ装置、 ２０ ヒータ回路、 ２１ 直列回路、 ２２ ヒータ電源、 ２６ バイパス回路、 ２７ 回路切り替え装置、 ３０ ヒータユニット、 ３１ メインヒータ、 ３１ａ ターン部、 ３２ サブヒータ、 ３２ ターン部、 ３５ 伝熱板（伝熱部材）、 ４１ タイマ、 ４２ 電流センサ、 ４３ ヒータ温度センサ、 ５０ ヒータ制御装置、 ２３０ ヒータユニット、 ２３２ サブヒータ、 ２３２ａ ターン部、 Ｔｓ 切り替え時間、 Ｔｓ１ 過渡時間、 Ｔｓ２ 定常時間

Claims (7)

1. 熱を提供するメインヒータ（３１）と、
   前記メインヒータと直列に接続され、前記メインヒータとともに熱を提供するサブヒータ（３２）と、
   前記メインヒータと前記サブヒータとに通電するための直列回路（２１）と、
   前記サブヒータを介さずに前記メインヒータに通電するためのバイパス回路（２６）と、
   前記バイパス回路に通電するか否かを切り替える回路切り替え装置（２７）と、
   通電開始時に前記メインヒータと前記サブヒータとに通電し、その後に前記サブヒータを介さずに前記メインヒータへの通電を行うように前記回路切り替え装置を制御するヒータ制御装置（５０）とを備えているヒータ装置。
2. 前記ヒータ制御装置は、通電開始から切り替え時間（Ｔｓ）の経過後に前記サブヒータを介さずに前記メインヒータに通電するように前記回路切り替え装置を切り替える請求項１に記載のヒータ装置。
3. 前記切り替え時間は、通電開始から定常電流が流れるまでに要する時間である過渡時間（Ｔｓ１）と、定常電流が流れている時間である定常時間（Ｔｓ２）とを備え、
   前記定常時間は、前記過渡時間よりも長い時間である請求項２に記載のヒータ装置。
4. 前記メインヒータで発生した熱と前記サブヒータで発生した熱とが伝熱される伝熱部材（３５）を備えている請求項１から請求項３のいずれかに記載のヒータ装置。
5. 前記伝熱部材は、板状の伝熱板（３５）であって、
   前記サブヒータは、前記伝熱板において前記メインヒータが配されている面と同じ面に配されている請求項４に記載のヒータ装置。
6. 前記伝熱部材は、板状の伝熱板（３５）であって、
   前記サブヒータは、前記伝熱板において前記メインヒータが配されている面とは反対の面に配されている請求項４に記載のヒータ装置。
7. 前記サブヒータの抵抗値は、前記メインヒータの抵抗値に比べて小さい請求項１から請求項６のいずれかに記載のヒータ装置。

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