JP5056726B2

JP5056726B2 - 車両用暖房装置

Info

Publication number: JP5056726B2
Application number: JP2008285143A
Authority: JP
Inventors: 克彦宇野; 弘之荻野; 啓造中島; 隆仁石井; 誠渋谷; 岳見桶田; 一昭日置; 憲生阿部; 直仁朝見
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-11-06
Filing date: 2008-11-06
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2028-11-06
Also published as: JP2010111251A

Description

本発明は、車両用の暖房座装置に関する。

車両用の床面全体に熱媒体を循環させて床暖房を行なう車両用暖房装置が特許文献１に開示されている。
特開２００８−８７７１６号公報

ところが、特許文献１の車両用暖房装置は暖房領域が床面全体に配設されているため、全投入熱量に対する人体の熱授受の割合が低く、効率的な暖房ではないといった課題があった。また、通常用いられているカーエアコンによる暖房は、車室内全体の空気を暖めるために長時間を要するため、暖房感が得られにくいという課題があった。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、寒冷感を感じ易い部位を局所的に暖房して効率のよい暖房が得られるとともに、安全にも配慮した車両用暖房装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明に係る車両用暖房装置は、乗員の両足側面及び上部を囲むように配設された面状発熱体を備え、前記面状発熱体により熱伝導か輻射の少なくとも一方の作用により足部を暖房することを特徴とする。

本発明の車両用暖房装置は、乗員の両足側面及び上部を囲むように配設された面状発熱体から発生する熱が熱伝導か輻射の少なくとも一方の作用により足部を暖房するので、人体の中で寒冷感を感じ易い足部を局所的に暖房して効率のよい車両用暖房装置を提供することができる。

第１の発明は、特に第１の発明の面状発熱体が、両足側面に対向した側面ヒータと両足の上面に対向した上面ヒータを有する構成としているので、側面ヒータによる熱伝導または輻射、上面ヒータによる輻射で人体の中で寒冷感を感じ易い乗員の足を囲むように暖房するので、省エネで効率のよい車両用暖房装置を提供することができる。
また、側面ヒータを配設した側面カバーの表面温度を、上面ヒータを配設した上面カバーの表面温度よりも低くしたもので、乗員の足が接触する可能性のある側面カバーの温度を上面カバーの表面温度より低くすることにより、長時間接触しても低温火傷の心配が無く、安全に使用できるとともに、上面カバーの表面温度を高くして、輻射によって足上面および足先を効率よく暖房する車両用暖房装置を提供することができる。

第２の発明は、特に第１の発明の面状発熱体の、側面ヒータは上面ヒータよりも電力密度を小さくしたもので、これにより側面ヒータの温度を上面ヒータの温度よりも低くすることができ、乗員の足が接触する可能性のある側面カバーの温度を上面カバーの表面温度より低くすることにより、長時間接触しても低温火傷の心配が無く、安全に使用できるとともに、上面カバーの表面温度を高くして、輻射によって足上面および足先を効率よく暖房する車両用暖房装置を提供することができる。

第３の発明は、特に第１の発明の面状発熱体の、側面カバーは上面カバーよりも熱伝導率の小さい材質で構成したもので、これにより側面ヒータの温度を上面ヒータの温度よりも低くすることができ、乗員の足が接触する可能性のある側面カバーの温度を上面カバーの表面温度より低くすることにより、長時間接触しても低温火傷の心配が無く、安全に使用できるとともに、上面カバーの表面温度を高くして、輻射によって足上面および足先を効率よく暖房する車両用暖房装置を提供することができる。

第４の発明は、特に第１から第３の発明の面状発熱体を、柔軟性を有する電気絶縁性基材と、前記電気絶縁性基材上に面状に配され主成分が樹脂組成物と導電体とからなりＰＴＣ特性を有する高分子抵抗体と、前記高分子抵抗体と電気的に接続された少なくとも１対の電極とからなる構成としたしたことを特徴とする。面状発熱体にＰＴＣ特性を有するヒータをもちいることにより、通電後の立ち上がりが早く、かつ、自己温度制御によってヒータ温度の過昇がなく安全性であると共に、面状で加熱するため効率的に加熱することができる。

第５の発明は、特に第４の発明において、側面ヒータの電極間距離を上面ヒータの電極間距離よりも大きくしたことを特徴とする。これにより側面ヒータの温度を上面ヒータの温度よりも低くすることができ、乗員の足が接触する可能性のある側面カバーの温度を上面カバーの表面温度より低くすることにより、長時間接触しても低温火傷の心配が無く、安全に使用できるとともに、上面カバーの表面温度を高くして、輻射によって足上面および足先を効率よく暖房する車両用暖房装置を提供することができる。

（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態を図１を参照して説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態における車両用暖房装置の外観図である。同図は右ハンドル車を想定している。図中、乗員の足部に対向した車両内のセンターコンソール下部壁面１ａ、右側壁面１ｂ裏側には面状発熱体２である側面ヒータ３ａおよび３ｂ（以下、側面ヒータを総称して側面ヒータ３とする場合がある）が、また運転席足元上部壁面４裏側には上面ヒータ５が配設されている。側面ヒータ３および上面ヒータ５はそれぞれセンターコンソール下部壁面１ａ、右側壁面１ｂ、運転席足元上部壁面４裏面に配設されているので側面ヒータ３および上面ヒータ５表面が乗員に対向して露出することは無く、それぞれ側面カバー６ａ、６ｂ（以下、側面カバーを総称して側面カバー６とする場合がある）および上面カバー７としてヒータ表面を保護している。また上記面状発熱体２はアクセルペダル８、ブレーキペダル９、足置き部１０への乗員の足の動作が妨げられないように配慮して設けられている。

上記構成により、乗員（運転者）が暖房を開始すると、バッテリーから給電開始された面状発熱体２である側面ヒータ３および上面ヒータ５が発熱し、その部位の側面カバー６および上面カバー７が加熱されて、側面カバー６および上面カバー７の表面温度が上昇する。足置き部１０に置かれた左足は、側面ヒータ３ａ側の側面カバー６ａ表面からの輻射熱により温められる。左足の左側面が側面ヒータ３ａ側の側面カバー６ａ表面に接してい
る場合は、側面カバー６ａ表面からの熱伝導により靴と左足が温められる。一方、アクセルペダル８に置かれた右足は、側面ヒータ３ｂ側の側面カバー６ｂからの輻射熱により靴を介して温められる。尚、ズボンを履いている場合は、左右の足ともに、足首部はズボンの裾から露出するので、面状発熱体２からの輻射熱が照射され易く、足首を中心とした暖房感が得られる。また、両足の上面および足先は上面ヒータ５が配設された上面カバー７表面からの輻射熱により温められる。

以上のように、面状発熱体２から発生する熱が靴を介して熱伝導か輻射の少なくとも一方の作用により足部を暖房するもので、人体の中で寒冷感を感じ易い足部を局所的に暖房するので、省エネで効率のよい車両用暖房座装置を提供することができる。また、足を覆うように面状発熱体２を形成することにより、ヒータからの熱が散逸しにくいので効果的に暖房を行うことができる。

図２は本発明の第１の実施の形態における面状発熱体２の断面図である。面状発熱体２は側面に用いる場合も、上面に用いる場合も基本構成は同一で良いので、側面に用いる場合で説明する。側面カバー６には面状の側面ヒータ３が接触して設けられており、この側面ヒータ裏面には背面部材１１を有している。背面部材１１は熱伝導率が０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下、好ましくは０．０１Ｗ／ｍ・Ｋ以下（以下熱伝導率が小さい材料と表現する場合がある）であるとしてはウレタンフォーム、グラスファイバー、ポリエステル繊維の不織布などが使用可能で、特に熱伝導率の小さい材料として特殊な微粉末、グラスファイバー、微小なサイズの連続気泡の発泡体などを真空保持性のよいプラスチック／金属ラミネートフィルム内に挿入し、真空密封した真空断熱材がある。背面部材１１に熱伝導率の小さい材料を用いることで、背面部材１１への熱の伝達を抑制し、効率的に側面カバー６加熱することができるので、省エネルギーを図ることができる。上記構成において側面ヒータ３に通電すると（通電のためのリード線や電源装置は図示せず）、側面ヒータ３の温度が上昇し、側面カバー６を所定の温度に加熱する。

図３は側面ヒータ３の断面を示したものである。側面ヒータ３は、電気絶縁性基材１２と一対の線条電極１３と高分子抵抗体１４とからなる。線条電極１３は、電気絶縁性基材１２上に、左右対称になるように配置され、糸１５で部分的に縫製されている。高分子抵抗体１４は線条電極１３が配置された電気絶縁性基材１２上に、例えばＴダイ押し出し法によりフィルム状に押し出して形成されている。これにより高分子抵抗体１４が線条電極１３と電気絶縁性基材１２とに熱融着している。

高分子抵抗体１４はＰＴＣ特性を有し、温度が上昇すると抵抗値が上昇して、所定の温度になるように自己温度調節機能を有する。すなわち、高分子抵抗体１４は面状発熱体２に安全性が高く温度コントロールを不要とする機能を付与する。

またＰＴＣ特性のない発熱体に比べて、ＰＴＣ特性を有する面状発熱体２は速熱性と省エネルギー性とを発揮することができる。ＰＴＣ特性のない発熱体は、温度制御器を必要し、温度制御器はオン−オフ（ＯＮ−ＯＦＦ）制御で通電を制御して発熱温度を制御している。特に、線条発熱線を用いたＰＴＣ特性のない発熱体の場合、線条発熱線間の低温部を回避するため、ＯＮ時の発熱体温度を側面カバー６の目標温度よりかなり高温まで上昇させており、側面カバー６の温度を均一にするために均熱部材が別途必要となる。これに対し面状発熱体２では、高分子抵抗体１４が均一に加熱され発熱体温度が自己制御される。そのため、面状発熱体２は発熱体温度が低く、速熱性と外部への放熱ロスを低減できため省エネルギー性を実現できる。

電気絶縁性基材１２は、例えばポリエステル繊維で作製されたニードルパンチタイプの不織布が用いられる。これ以外にポリエステル織布を用いてもよい。これらの電気絶縁性
基材１２は、面状発熱体２に柔軟性を付与し、側面カバー６が平面形状でない場合でも側面カバー６の形状に合わせて成形可能である。

線条電極１３は、金属導線と金属編組導線の少なくとも１種で構成される。これらの材料は、電気絶縁性基材１２への縫製加工が容易であり、生産性が高い。線条電極１３としては、銅、錫メッキを施した銅、銅−銀合金の単線、撚り線、編組線が使用可能である。特に、機械的強度の点では引っ張り強度の高い銅−銀のそれらを用いることが好ましい。

高分子抵抗体１４は、ＰＴＣ特性の経時変化を抑制し、安定したＰＴＣ特性を再現するために、ＰＴＣを発現する被反応樹脂としてカルボキシル基を有する変性ポリエチレンと被反応樹脂と反応する反応性樹脂としてエポキシ基を有する変性ポリエチレンとを混成したものがよい。これは、被反応性樹脂の持つカルボニル基が反応性樹脂の持つエポキシ基の酸素と反応して化学結合し、架橋された構造を有することに起因している。この架橋反応により、被反応性樹脂単独の場合に比べ、熱的安定性を高めることができ、その結果、樹脂組成物３３中での導電体の導電パスの形成、切断する温度が安定する。

この架橋反応は、酸素以外に窒素を介しても起こり得るものである。酸素と窒素の少なくともいずれかを含む官能基を有する反応性樹脂と、これら官能基と反応が可能な官能基を有する被反応性樹脂の組合せであれば架橋反応が起こることになり、反応性樹脂の反応性官能基と被反応樹脂の官能基との組み合わせとしては、上述のエポキシ基とカルボニル基以外に以下のものがある。

エポキシ基は、上述のカルボン酸のカルボニル基以外に無水マレイン酸基などのカルボニル基、エステル基、水酸基、アミノ基、ビニル基と反応して付加重合する。これらの官能基を有する被反応樹脂を用いればよい。また、反応性樹脂の官能基としてはエポキシ基以外にオキサゾリン基や無水マレイン酸基を有する反応性樹脂を用いることもできる。

また、ＰＴＣ特性を発現させるための導電体としては、粒状導電体のカーボンブラック、繊維状導電体であれば酸化チタンに錫メッキしてアンチモンドープした導電性セラミック繊維、チタン酸カリウム系の導電性セラミックウィスカ、銅やアルミニウムなどの金属繊維、表面に導電層が形成された金属メッキガラス繊維、カーボン繊維、カーボンナノチューブ、さらにはポリアニリンなどからなる繊維状の導電性ポリマーが挙げられる。また繊維状導電体の代わりにフレーク状導電体を用いてもよい。フレーク状導電体としては、表面に導電層が形成されたマイカフレークなどのセラミックフレーク、銅やアルミニウムなどの金属フレーク、さらには鱗片状黒鉛が挙げられる。

上述の導電体は、単独でも２種以上の混合でも用いることが可能で目標とするＰＴＣ特性に応じて適宜選択可能である。

以上、面状発熱体２の構成をＰＴＣ特性を有するヒータで説明したが、例えば、不織布に電気ヒータ線を蛇行配線して成形したものでもよい。また、上記説明では側面ヒータ３について説明したが、上面ヒータ５でも基本構成は同一である。ただし、上面ヒータ５は上面カバー７に乗員の足が接触せず、輻射のみで暖房されるのに対し、側面ヒータ３は乗員の足が側面カバー６に接触して熱伝導で暖房する場合と、側面カバー６から足を離して輻射で暖房する場合がある。したがって、乗員が接触する可能性のある側面カバー６の温度は上面カバー７の温度よりも低く設定して、低温火傷などが起こらないように配慮している。すなわち、人が接触して暖房する側面カバー６の表面温度は４０℃〜５０℃、輻射で暖房する上面カバー７の表面温度は５０℃〜６０℃に加熱している。

これを実現するために本発明では以下の方法を単独もしくは組み合わせで実施している
。
１．側面ヒータは上面ヒータよりも電力密度を小さくする。
２．側面カバーは、上面カバーよりも熱伝導率の小さい材質で構成する。
３．側面ヒータの電極間距離を上面ヒータの電極間距離よりも大きくする。

ＰＴＣ抵抗体でヒータを構成する場合は、電力密度を変える場合は抵抗体を構成する樹脂や導電体の組成や混合比率を変えることで実現する。また電気ヒータ線を蛇行配線したものでは蛇行配線間の間隔を変えることで実現する。

熱伝導率は、上面カバーに熱伝導性樹脂など約１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率の大きい材料を用い側面カバーに０．１〜０．４Ｗ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導率の小さい材料を用いることにより、側面カバーの温度を上面カバーの温度より低く設定することができる。熱伝導率の大きい材料としては、樹脂に金属やカーボン、セラミックなどの熱伝導性材料の微粒子を混入させた樹脂や金属、セラミックスなどが使用可能である。熱伝導率の小さな材料としては一般に用いられる樹脂が使用可能である。起毛加工、植毛加工、シボ加工、エンボス加工した表面材を用いることもできる。

また、ＰＴＣ抵抗体でヒータを構成する場合は、電極間距離を変えることによってヒータ温度を変えることができる。側面ヒータの電極間距離を上面ヒータの電極間距離よりも大きくすることにより側面ヒータの抵抗値を大きくして加熱される側面カバーの温度を上面カバーの温度よりも低くすることができる。

図４は上面ヒータ５の配置状態を示したものである。上面ヒータ５は運転席足元上部壁面４全面に設けることが望ましいが、実際にはアクセルペダル８のシャフト１６やブレーキペダルのシャフト１７があるために、全面に排泄することは難しい。実際には運転席足元上部壁面４に切り欠き部１８ａ、１８ｂを設け、シャフト１６、シャフト１７を逃がして上面ヒータ５ａ、５ｂを設けることになる。しかし、通常運転中は右足はアクセルペダル８上に置かれ、左足は足置き部１０に置かれるので両足に対向する上方に上面ヒータを５ａ、５ｂを設けることができるので、十分な暖房効果を得ることができる。

（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態を図５を参照して説明する。

図５は本発明の第２の実施の形態における車両用暖房装置の外観図である。図５において１９は乗員の両足側面及び上部を囲むように配設されたドーム上の面状発熱体であり、左右に側面ヒータ３ａ、３ｂ、上面に上面ヒータ５を有する。この面状発熱体１９はアクセルペダル８、ブレーキペダル９、足置き部１０への乗員の足の動作が妨げられないように配慮して設けられている。ヒータ構成は実施の形態１と同じである。面状発熱体１９は車両内装部品に固定し、バッテリーから給電する構成でも、車両内装部品に着脱自在に取り付け、冬季だけの簡易暖房として設置し、シガーライターから給電する構成でも良い。

（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態を図６を参照して説明する。

図６は本発明の第３の実施の形態における車両用暖房装置の外観図である。図５の実施例では面状発熱体１９は側面ヒータ３ａ、３ｂ、上面ヒータ５に３分割したものであるが、図６に示すように一体的に形成することもできる。具体的な構成について図７〜図９で説明する。

図７は第３の実施の形態の車両用暖房装置の展開図である。面状発熱体１９は電気絶縁
性基材１２上に一対の線条電極１３が設けられ、その線条電極１３に側面ヒータ３に対応する部分に電力密度の小さい高分子抵抗体１４ａを、上面ヒータ５に対応する位置に電力密度の大きい高分子抵抗体１４ｂを設定している。カバー２４は同一材質で一体的に形成される。

図８は第３の実施の形態の別の実施例の車両用暖房装置の展開図である。面状発熱体１９は電気絶縁性基材１２上に一対の線条電極１３が設けられるが、側面ヒータ３に対応する部分の電極間距離を上面ヒータ５に対応する部分の電極間距離よりも大きくしている。高分子抵抗体１４は側面ヒータ３、上面ヒータ５とも同一の材質を用いているカバー２４は同一材質で一体的に形成される。

図９は第３の実施の形態の別の実施例の車両用暖房装置の展開図である。面状発熱体１９は電気絶縁性基材１２上に一対の線条電極１３が設けられ、その線条電極１３に高分子抵抗体１４が設定されている。カバー２４は熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率の高い材質で構成され、更に側面ヒータ３に対応する位置に熱伝導率がカバー２４より低いカバー２５が設定されている。

以上の構成により、側面ヒータ３の表面温度を上面ヒータ５の表面温度よりも低く設定することができるとともに、一体的に構成することができるので製造工程や、取り付け作業等を簡素化することができる。なお、図７〜図９の構成はそれぞれを組み合わせた構成でも実施することができる。

尚、上記実施の形態では、運転席を対象として説明したが、本発明を助手席や後部座席に適用してもよく、効率的な暖房が可能となる。

また、足部以外の他の場所に、さらに、面状発熱体を配設して、人体の寒冷感を感じ易い部位を局所的に暖房する構成としてもよい。この構成を図６を参照して説明する。図６は本発明の他の実施の形態における車両用暖房装置の外観図である。図中、足部を暖房する面状発熱体２の他に、天井に配設した天井用発熱体２０、ドアフレーム上部に配設したドアフレーム用発熱体２１、ステアリングホイール用発熱体２２、膝〜すねに対向したインパネ部に配設した足元用発熱体２３を配設している。そして、寒冷感を感じ易い部位としての頭部を天井用発熱体２０とドアフレーム用発熱体２１が輻射により加熱し、特に、氷点下以下の室温状態での冷輻射をカットする効果がある。また、手部は運転を行なう際に最も寒冷感を感じ易い部位であるが、ステアリングホイール用発熱体２２が手部を直接加熱して、寒冷感を除去する。さらに、足元用発熱体１４は輻射熱により膝〜すねを暖房する。

上記の各発熱体をトータルに制御するものとして、制御手段を備えてもよい。また、制御手段により室温に応じて各発熱体への発熱量を調節する構成としてもよい。例えば、室温が所定温度以上になれば、天井用発熱体２０とドアフレーム用発熱体２１をオフして頭部を不要に温めないようにする。

また、カーエアコンと併用する構成としてもよい。この場合、さらに、バッテリーからの給電の上限値を決めて、その範囲内の電力で、各発熱体に電力を適宜、配分する制御を行なうとさらに省エネ効果がある。具体的には、例えば、室温が所定温度以下（例えば、０℃以下）の場合は、暖房開始直後からエンジンが暖機運転中は天井用発熱体２１とドアフレーム用発熱体２１、ステアリングホイール用発熱体２２に通電を行って頭部と手部を温めて、寒冷感を感じやすい部位をいち早く温め、暖機後は、天井用発熱体２０とドアフレーム用発熱体２１、ステアリングホイール用発熱体２２への投入熱量の一部を面状発熱体２と足元用発熱体２３に使用して、輻射熱により足部、膝部〜スネを温めて、全身の暖
房感をさらに向上させる。一方、カーエアコンは温風のみの暖房の際よりも設定温度を低くして暖房が可能となり、カーエアコンで使用するエンジン排熱温度をより低く抑えられるので、燃費が向上する。

また、例えば、室温が１０℃〜２０℃の範囲の場合は、カーエアコンをオフしてステアリングホイール用発熱体２２と面状発熱体２と足元用発熱体２３とで暖房する構成にしてもよく、エンジン排熱を使用せずに暖房可能となるので、カーエアコンを使用する場合に比して燃費が向上する。

また、上記の各発熱体による暖房に併用して座席に配設したシートヒータによる暖房を組み合わせて熱伝導により人体を直接暖房する構成としてもよく、さらに暖房感が向上する。尚、この場合も、上述したようにバッテリーからの給電の上限値を決めて、その範囲内の電力で、各発熱体とシートヒータに電力を適宜、配分する制御を行なうとさらに省エネ効果がある。

尚、上記実施の形態では、暖房について述べたが、本実施の形態を夏場の車室内冷房時の冷え性対策として使用してもよい。

以上のように、本発明にかかる車両用暖房装置は、車室内のみならず、航空機や劇場等のさまざまな座席での多様な暖房に展開が可能である。

本発明の第１の実施の形態における車両用暖房装置の外観図本発明の第１の実施の形態における面状発熱体の断面図本発明の第１の実施の形態における側面ヒータの断面図同実施の形態の車両用暖房装置の外観図本発明の第２の実施の形態における車両用暖房装置の外観図本発明の第３の実施の形態における車両用暖房装置の外観図本発明の第３の実施の形態における車両用暖房装置の展開図本発明の第３の実施の形態における車両用暖房装置の他の実施例の展開図本発明の第３の実施の形態における車両用暖房装置の他の実施例の展開図本発明の他の実施の形態における車両用暖房装置の外観図

符号の説明

２、１９面状発熱体
３ａ、３ｂ側面ヒータ
５上面ヒータ
６ａ、６ｂ側面カバー
７上面カバー
１２電気絶縁性基材
１３線条電極
１４高分子抵抗体

Claims

乗員の両足側面及び上部を囲むように配設された面状発熱体を備え、前記面状発熱体は、両足側面に対向した側面ヒータと両足の上面に対向した上面ヒータを有し、前記側面ヒータを配設した側面カバーの表面温度を、前記上面ヒータを配設した上面カバーの表面温度よりも低くした車両用暖房装置。
側面ヒータは上面ヒータよりも電力密度を小さくした請求項１記載の車両用暖房装置。
側面カバーは、上面カバーよりも熱伝導率の小さい材質で構成した請求項１記載の車両用暖房装置。
側面ヒータと上面ヒータを構成する面状発熱体は、柔軟性を有する電気絶縁性基材と、前記電気絶縁性基材上に面状に配され主成分が樹脂組成物と導電体とからなりＰＴＣ特性を有する高分子抵抗体と、前記高分子抵抗体と電気的に接続された少なくとも１対の電極とからなる請求項１から３のいずれか１項記載の車両用暖房装置。
側面ヒータの電極間距離を上面ヒータの電極間距離よりも大きくした請求項４記載の車両用暖房装置。