JP3167509U - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】最大暖房能力を確保するとともに、空調ケースの熱による変質を防止することが可能な車両用空調装置を提供する。【解決手段】車両用空調装置１は、内部に空気流路が形成された空調ケース５と、空気流路７内に空気を送風する送風機１０と、空調ケース５内に、空気流路７に送風された空気を冷却する冷却用熱交換器２０と、該冷却用熱交換器２０の下流側に設けられ発熱素子によって空気を加熱する電気式加熱ヒータ２１とが配されて構成され、電気式加熱ヒータ２１の下流側において、該電気式加熱ヒータ２１の通風部の端面と対峙する空調ケース５の内壁面近傍の空気温度を測定する温度検知器２８が空調ケース５に設けられ、温度検知器２８の検知した空気温度に基づいて電気式加熱ヒータ２１を通過した空気温度を制御する。【選択図】図１

Description

本考案は、電気式加熱ヒータを用いた車両用空調装置において、特に、空調ケース等に用いられる樹脂部材の熱による変質を防止する車両用空調装置に関する。

電気自動車やハイブリッド自動車の車両用空調装置のヒータには、発熱素子と放熱フィンとを有する電気式加熱ヒータが用いられている。電気式加熱ヒータは、エンジンの冷却水を利用したヒータよりも熱効率が高いためヒータを通過した直後の空気温度が１５０度を超える場合もあり、熱可塑性樹脂の素材で形成された空調ケース等が熱によって変質するおそれがある。

このような樹脂素材の変質を防止する従来技術として、例えば、電気式加熱ヒータの空調ケースの取り付け面に非加熱部を配置することで、加熱部を取り付け空調ケース面から遠ざけるようにした電気式加熱器が知られている（特許文献１参照）。

特開２００４−３２２７０５号公報

しかしながら、電気式加熱ヒータは発熱素子を有する加熱部と、加熱部の熱を空気に放熱する放熱フィンとが積層するように構成されており、特許文献１に記載の電気式加熱器においては、加熱部を空調ケースから遠ざけるために設けた非加熱部が放熱フィンと放熱フィンとの間に設けられているため、発熱素子の設置面積が減少して最大暖房能力が小さくなる不都合がある。

本考案は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、最大暖房能力を確保するとともに、空調ケース等に用いられる樹脂部材の熱による変質を防止することが可能な車両用空調装置を提供することを主たる目的とする。

本考案の車両用空調装置は、内部に空気流路が形成された空調ケースと、前記空気流路に空気を送風する送風機と、前記空調ケースに、前記空気流路に送風された空気を冷却する冷却用熱交換器と、前記冷却用熱交換器の下流側に設けられ発熱素子によって前記空気を加熱する電気式加熱ヒータと、が配される車両用空調装置であって、前記電気式加熱ヒータの下流側において、該電気式加熱ヒータの通風部の端面と対峙する前記空調ケースの内壁面近傍の空気温度を測定する温度検知器を前記空調ケースに設け、前記温度検知器の検知した空気温度に基づいて前記電気式加熱ヒータを通過した空気温度を制御することを特徴としている。

前記電気式加熱ヒータの下流側において、該電気式加熱ヒータの通風部の端面と対峙する前記空調ケースの内壁面近傍の空気温度を測定する温度検知器を前記空調ケースに設けたことにより、検知した空気温度に基づいて電気式加熱ヒータを通過した空気温度を所望の温度に制御することが可能となる。

また、前記温度検知器は、前記空気温度を検知する検知部を備え、前記電気式加熱ヒータの下流側の前記空調ケースの内壁から前記空気流路にかけて前記検知部が突出して設けられ、前記検知部の前記空調ケースの内壁からの距離が、前記電気式加熱ヒータにおいて積層方向に近接する発熱素子間の距離以下であることが望ましい。

ここで、検知部と空調ケースの内壁との距離は、空調ケースの底面の最も近くに設けられた発熱素子を通過した空気温度を測ることができる距離にするとよく、発熱素子の積層方向の厚さが略５ｍｍ隣同士の発熱素子間の幅が３０ｍｍ程度である場合には３０ｍｍ以下であることが望ましい。

さらに、前記空調ケースの底面の内壁に前記空気流路内に挿通する挿通孔を設け、前記検知部は、前記挿通孔に固定する固定部材を用いて設けられてもよいし、前記空調ケースは、複数の構成部材を嵌合することによって構成され、前記検知部は、前記構成部材の嵌合部の嵌合空間に嵌合させて設けられてもよいし、前記挿通孔は、空調ケースの底面から略垂直方向に延出して形成される側壁に設けられ、前記固定部材は、前記検知部を支持する支持部を有し、前記検知部は、前記支持部に固定されて前記挿通孔から前記空気流路にかけて突出して設けられてもよい。

さらにまた、前記制御は、前記温度検知器が検知した前記電気式加熱ヒータを通過した空気温度が所定値を超えたとき、前記電気式加熱ヒータへの通電を制限する第１の制御でもよいし、前記制御は、前記温度検知器が検知した前記電気式加熱ヒータを通過した空気温度が所定値を超えたとき、前記送風機の送風量を増大させる第２の制御でもよいし、前記制御は、前記第１の制御と、前記第２との制御との両方の制御を行う制御でもよい。

以上本考案によれば、電気式加熱ヒータの下流側において、該電気式加熱ヒータの通風部の端面と対峙する空調ケースの内壁面近傍の空気温度を測定する温度検知器を空調ケースに設けたことにより、検知した空気温度に基づいて電気式加熱ヒータを通過した空気温度を所望の温度に制御することが可能となるため、最大暖房能力を確保しつつ、空調ケース等に用いられる樹脂部材の変質を防ぐことが可能となる。

図１は、本考案の車両用空調装置の全体を示した断面図である。 図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ断面方向から電気式加熱ヒータの概略構成を示した斜視図である。（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ断面方向から車両用空調装置における電気式加熱ヒータの搭載位置周辺を示した断面図である。 図３は、固定部材を使用して空調ケースの底面に温度検知器を設置した空調ケースの断面図である。 図４は、車両用空調装置の第１の制御フローを示すフローチャート図である。 図５は、車両用空調装置の第２の制御フローを示すフローチャート図である。 図６は、車両用空調装置の第１の制御及び第２の制御を同時に行う制御フローを示すフローチャート図である。 図７は、空調ケースの底面の嵌合部に温度検知器を設置した空調ケースの断面図である。 図８は、空調ケースの側面から支持部を使用して温度検知器を設置した空調ケースの断面図である。 図９（ａ）は、支持部を使用して側壁から温度検知器を設置する場合を示した図であり、（ｂ）は、支持部に温度検知器を載せた状態を示す図である。

以下、本考案の車両用空調装置について、図面を参照して説明する。

以下、添付した図面を参照して本考案の実施例を説明する。図１に示す車両用空調装置１は、インテーク部２、熱交換部３、吹出口選択部４を有して構成され、各部２，３，４を空気が通過するための空気流路７が形成されている。インテーク部２は、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂で形成された空調ケース５内に空気を取り込む部分である。熱交換部３は、インテーク部２から取り込まれた空気を設定温度又は湿度に調整する部分である。吹出口選択部４は、熱交換部３により調整された空調空気を車室内に設けられた複数の吹出口から選択的に吹き出させるための部分である。

インテーク部２は、車室外の空気を吸入可能に開口する外気吸入口１１、車室内の空気を吸入可能に開口する内気吸入口１２、外気吸入口１１と内気吸入口１２とを適宜選択可能に稼動する内外気切替ドア１３を有し、内外気切替ドア１３によって選択導入された空気をブロワモータにより駆動される遠心多翼ファンを有する送風機１０によって空気流路７に送風するように構成されている。また、インテーク部２は、車載バッテリから駆動電流が供給されるとともに、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１５に接続されて、送風機１０と内外気切替ドア１３が制御されるように構成されている。
外気と内気の導入比率の制御は、アクチュエータ１４により駆動される内外気切替ドア１３により調整され、このアクチュエータ１４の動作はＥＣＵ１５により制御される。ＥＣＵ１５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のハードウェアと所定のプログラムソフトとの協働により、空調装置に必要な各種情報処理、構成機器への制御信号の出力等を行うものである。

熱交換部３は、冷却用熱交換器２０、電気式加熱ヒータ２１、エアミックスドア２２を有して構成されている。
冷却用熱交換器２０は、周知の冷凍サイクルにおいてコルゲートフィンを利用したもので減圧後の冷媒が流入される熱交換器であり、インテーク部２から空調ケース５内に取り込まれた空気を熱交換して冷却する。

電気式加熱ヒータ２１は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、冷却用熱交換器２０を通過した空気を加熱する電気式の電気式加熱ヒータであり、発熱素子４０と、発熱素子４０の積層方向の上下に配設される放熱フィン４１と、発熱素子４０の積層方向の一方の面と放熱フィン４１との間に配される電極板（図示せず）とで一つのユニット４３を構成し、このユニット４３が順次積層されて構成されている。そして、ユニット４３（発熱素子４０）の長手方向両側から空調ケース５を嵌めることで保持させている。

発熱素子４０は、耐熱性を有する樹脂材料（例えば、６６ナイロンやポリブタジエンテレフタレート、フェノール樹脂など）で成形した樹脂枠の中に、複数個のＰＴＣ素子（正特性サーミスタ）を嵌め込んだり、一体成形したりして構成したものである。

また、電気式加熱ヒータ２１は、複数の発熱素子４０のそれぞれの一端をアンプ４２を介してＥＣＵ１５に接続し、他端をアースに接続することで、それぞれの発熱素子４０の通電と発熱温度がアンプ４２のスイッチによって制御される。

電気式加熱ヒータ２１を通過する空気量は、アクチュエータ２３により駆動されるエアミックスドア２２により調整され、この調整により、設定された温度の空調空気が生成される。このアクチュエータ２３はＥＣＵ１５により動作が制御される。

また、図２（ｂ）に示すように、吹出口選択部４において空調ケース５の内壁には電気式加熱ヒータ２１を通過した空気温度を測定するために温度検知器２８が設けられている。

温度検知器２８は、例えば、サーミスタ等の温度に応じて電気抵抗の変化を利用したもので、検知部２８ａにハーネス２８ｂを介して電気式加熱ヒータ２１を通過した空気温度が常にＥＣＵ１５に入力されるように接続され、入力された温度に基づいてそれぞれの発熱素子４０の加熱温度を制御可能に構成されている。

また、温度検知器２８は、電気式加熱ヒータ２１を通過した直後の空気温度を測定可能にするため電気式加熱ヒータ２１に近接して設けられるとともに、電気式加熱ヒータ２１の通風部分の出口側端面と対峙する空調ケース５の内壁面の近傍であって、電気式加熱ヒータ２１を通過した空気が直接的または間接的に接触する位置に設けられている。

具体的には、図３に示すように、電気式加熱ヒータ２１から下流側に向かって正面に位置する空調ケース５の底面５０に、検知部２８ａと底面５０との距離Ｌを有して空気流路７に突出するように設けられている。また、温度検知器２８には、底面５０に形成された挿通孔５３と嵌合可能に形成された弾性部材等で形成される固定部材２９が外周面に取り付けられ、この固定部材２９を挿通孔５３に嵌合させることで固定されている。

距離Ｌは、電気式加熱ヒータ２１における各々の発熱素子４０の配置間隔によって決定される。例えば、図２（ｂ）に示されるように、３つの発熱素子４０の動作状態が底面５０に最も近い発熱素子４０と底面から最も離れた発熱素子４０がＯＮ、これらの間に設けられた発熱素子４０がＯＦＦである場合に、距離Ｌが長すぎると間に挟まれたＯＦＦ状態の発熱素子４０の影響が大きくなるため検知部２８ａの感熱精度が低下するとともに、壁面温度からずれた温度を測定することになる。
そこで、感熱精度の低下の防止及び壁面付近の空気温度を測定可能にするため、空調ケース５の内壁に最も近い発熱素子４０（図中においては最下面に設けられた発熱素子４０）を通過した空気温度を測定可能とし、且つ、底面５０により近くなるように距離Ｌを設定するとよい。

具体的には、発熱素子４０の縦方向（積層方向）の巾Ｓが５〜６ｍｍ程度で、最も近接する発熱素子４０間の設置巾Ｈが３０ｍｍ程度の場合には、距離Ｌは３０ｍｍ以下にするとよい。
距離Ｌをこのように設定することで、１つのユニット４３の積層方向の長さと同等か又はそれ以下の距離となり、底面５０に最も近くに配される発熱素子４０によって加熱された放熱フィン４１を通過した空気の温度を測定することができる。

吹出口選択部４は、ベント連通口２５、フット連通口２６、デフロスト連通口２７、ベントドア３０、フットドア３１、デフロストドア３２を有して構成されている。ベント連通口２５は、車室内において乗員の上半身へ向けて送風されるように設けられたベント吹出口にダクトを介して連通する開口部であり、ベントドア３０によりその開閉又は開度の調整がなされる。フット連通口２６は、車室内において乗員の足元に向けて送風されるように設けられたフット吹出口にダクトを介して連通する開口部であり、フットドア３１によりその開閉又は開度の調整がなされる。デフロスト連通口２７は、車室内においてフロントガラスに向けて送風されるように設けられたデフロスト吹出口にダクトを介して連通する開口部であり、デフロストドア３２によりその開閉又は開度の調整がなされる。ベントドア３０、フットドア３１、デフロストドア３２は、それぞれアクチュエータ３５，３６，３７により駆動される。これらのアクチュエータ３５，３６，３７はＥＣＵ１５により制御される。上記各ドア３０，３１，３２により、空調空気は所望の吹出口から吹き出される。尚、上記した各連通口２５，２６，２７の形成位置、各ドア３０，３１，３２の構造等は一例であり、他にも様々な構成が採用できる。

以上で説明した車両用空調装置１は、次のように空調を制御する。
即ち、図４に示すように、空調装置を作動させるＯＮ信号を受信すると（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、通常運転を開始する（Ｓ１０２）。温度検知器２８によって空気流路７を流れる空気温度が常に測定され、空気温度が予め定めた所定値を超えると（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、アンプ４２のスイッチによって発熱素子４０の電源を遮断する（第１の制御）が行われる（Ｓ１０４）。この処理は、空気温度が所定値以下になるまで繰り返し行われる（Ｓ１０５；Ｎｏ）。空気温度が所定値以下になり、空調装置を停止させるＯＦＦ信号を受信しない場合には（Ｓ１０６：Ｎｏ）、通常運転を再開し（Ｓ１０２）、ＯＦＦ信号を受信した場合には（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、運転を停止する（Ｓ１０７）。

なお、ステップＳ１０３、Ｓ１０５において判断した空気温度の所定値は、エンジンの冷却水を用いたヒータと同等の８０〜９０℃に設定することが好ましいが、所定値を高温に設定する場合においても樹脂部材の融点よりも低く設定することが好ましい。

また、空気温度が所定値を超えた場合には、上記ステップＳ１０４の第１の制御の処理に代えて、図５に示すように、送風機１０の回転を上げて送風量を増大する（第２の制御）（Ｓ２０４）する処理にしても良いし、図６に示すように、第１の制御及び第２の制御の両方を実行する（Ｓ３０４）処理にしても良い。送風量を増大させることによって、空気温度を下げることができる。

以上で、本車両用空調装置１は、電気式加熱ヒータ２１の下流側において、該電気式加熱ヒータ２１の通風部の端面と対峙する空調ケース５の内壁面近傍の空気温度を測定する温度検知器２８を空調ケースに設けたことにより、検知した空気温度に基づいて電気式加熱ヒータ２１を通過した空気温度を所望の温度に制御することが可能となるため、最大暖房能力を確保しつつ、空調ケース５等に用いられる樹脂部材の変質を防ぐことが可能となる。
また、検知部２８ａの空調ケース５の内壁からの距離が、電気式加熱ヒータ２１において積層方向に近接する発熱素子４０間の距離以下であるため、底面５０に最も近くに配される発熱素子４０によって加熱された放熱フィン４１を通過した空気の温度を測定することができる。
さらに、電気式加熱ヒータ２１を通過した空気温度が所定値を超えたとき、第１の制御及び第２の制御を実行するため、樹脂部材の変質を防止すると共に乗員の安全性を向上させることが可能となる。

以上で説明した車両用空調装置１では、底面５０に形成された挿通孔５３に固定部材２９を介して温度検知器２８を設けたが、空調ケース５が複数の構成部材を嵌合することで形成される場合には、前記構成部材の嵌合部に温度検知器２８を挟み込むように設けてもよい。

具体的には、図７に示すように、空調ケース５は構成部材５６を嵌合部５４でつなぎ合わせることで形成されている。
嵌合部５４には嵌合空間５５を有しており、この嵌合空間５５に温度検知器２８の外周部に設けられた固定部材２９を嵌め込むことで温度検知器２８が設けられている。
なお、この車両用空調装置の構成について、前記車両用空調装置と同一の部分は同一符号を付して説明を省略する。
このような構成によれば、実施例１と同様の作用効果を得られる他に、温度検知器２８の固定を空調ケース５の構成部材５６の嵌合部５４にすることで、挿通孔５３を設けることなく固定することが可能になるため、構成部材５６の製造工程を減らすことが可能となる。

また、上述の実施例において温度検知器２８を空調ケース５の底面５０から突出させて設置した例を示したが、電気式加熱ヒータ２１に対峙する空調ケース５の正面又は側面に位置する側壁５１の近傍から空気流路７に突出させて温度検知器２８を設置してもよい。

具体的には、図８及び図９に示すように、温度検知器２８は、側壁５１と直交方向に延設された固定部材６５の支持部６８に検知部２８ａが固定され、側壁５１に設けられた挿通孔８０に支持部６８を挿入し、固定部材６５のボルト挿通孔６６を介して側壁５１のボルト孔８１にボルト６９を締結して固定されている。

支持部６８と検知部２８ａとは、図９（ｂ）に示すように、支持部６８に設けられた凹部７０に検知部２８ａを両面テープ等によって固定され、支持部６８の先端から空気流路７の温度を測定可能に検知部２８ａが突出されている。
また、本実施例においては、ハーネス２８ｂが空気流路７中に晒されることになるので、少なくとも２００℃以上の耐熱性を有する素材で覆うことが望ましい。
なお、この車両用空調装置の構成について、上記実施例と同一の部分は同一符号を付して説明を省略する。
このような構成によれば、実施例１と同様の作用効果を得られる他に、側壁５１に設けられた挿通孔８０から温度検知器２８を突設しているので、空調ケース５の底面５０側に設置スペースの制限等により配線が困難な場合においても温度検知器２８を設けることができる。

１ 車両用空調装置
５ 空調ケース
７ 空気流路
１０ 送風機
１５ ＥＣＵ
２０ 冷却用熱交換器
２１ 電気式加熱ヒータ
２８ 温度検知器
２８ａ 検知部
４０ 発熱素子
４１ 放熱フィン

Claims (8)

1. 内部に空気流路が形成された空調ケースと、前記空気流路に空気を送風する送風機と、前記空調ケースに、前記空気流路に送風された空気を冷却する冷却用熱交換器と、前記冷却用熱交換器の下流側に設けられ発熱素子によって前記空気を加熱する電気式加熱ヒータと、が配される車両用空調装置であって、
   前記電気式加熱ヒータの下流側において、該電気式加熱ヒータの通風部の端面と対峙する前記空調ケースの内壁面近傍の空気温度を測定する温度検知器を前記空調ケースに設け、
   前記温度検知器の検知した空気温度に基づいて前記電気式加熱ヒータを通過した空気温度を制御することを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記温度検知器は、前記空気温度を検知する検知部を備え、前記電気式加熱ヒータの下流側の前記空調ケースの内壁から前記空気流路にかけて前記検知部が突出して設けられ、
   前記検知部の前記空調ケースの内壁からの距離が、前記電気式加熱ヒータにおいて積層方向に近接する発熱素子間の距離以下であること特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
3. 前記空調ケースの底面の内壁に前記空気流路内に挿通する挿通孔を設け、
   前記検知部は、前記挿通孔に固定する固定部材を用いて設けられたことを特徴とする請求項２に記載の車両用空調装置。
4. 前記空調ケースは、複数の構成部材を嵌合することによって構成され、
   前記検知部は、前記構成部材の嵌合部の嵌合空間に嵌合させて設けられたことを特徴とする請求項２に記載の車両用空調装置。
5. 前記挿通孔は、空調ケースの底面から略垂直方向に延出して形成される側壁に設けられ、
   前記固定部材は、前記検知部を支持する支持部を有し、
   前記検知部は、前記支持部に固定されて前記挿通孔から前記空気流路にかけて突出して設けられていることを特徴とする請求項２に記載の車両用空調装置。
6. 前記制御は、前記温度検知器が検知した前記電気式加熱ヒータを通過した空気温度が所定値を超えたとき、前記電気式加熱ヒータへの通電を制限する第１の制御であることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用空調装置。
7. 前記制御は、前記温度検知器が検知した前記電気式加熱ヒータを通過した空気温度が所定値を超えたとき、前記送風機の送風量を増大させる第２の制御であることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用空調装置。
8. 前記制御は、前記第１の制御と、前記第２との制御との両方の制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用空調装置。
   

Images