JP5252744B2 - Heating unit for vehicle heating system - Google Patents
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Description
本発明は、車両用暖房装置の加熱ユニット、詳しくは車両用空調ユニットまたは車両空気ダクト内にマイクロ波を吸収して発熱するマイクロ波吸収発熱体を設け、低消費電力で送風される空気を加熱する加熱ユニットに関する。 The present invention provides a heating unit of a vehicle heating device, more specifically, a microwave absorption heating element that generates heat by absorbing microwaves in a vehicle air conditioning unit or a vehicle air duct, and heats the air blown with low power consumption. It relates to a heating unit.
近年、車両の燃費向上を図ると共にCO2ガス排出量を低減するため、ハイブリッド車両や電気車両が各種、開発提案されている。これらの車両、特に電気車両にあっては、搭載された電池(バッテリー)の電力により電動モータを駆動して走行するため、電力消費が多く、航続距離が短くなる問題を有している。このため、搭載する電池容量を増大することにより航続距離を長くすることができるが、これに伴って車両重量が増大して電力の消費効率が、走行可能距離(航続距離)が短くなると共に充電頻度が高くなる問題を有している。 In recent years, various types of hybrid vehicles and electric vehicles have been developed and proposed in order to improve vehicle fuel efficiency and reduce CO2 gas emissions. Since these vehicles, particularly electric vehicles, travel by driving an electric motor with electric power of a battery (battery) mounted, there is a problem that power consumption is large and a cruising distance is shortened. For this reason, the cruising distance can be lengthened by increasing the battery capacity to be mounted, but with this, the vehicle weight increases and the power consumption efficiency becomes shorter as the travelable distance (cruising distance) becomes shorter. Has the problem of increasing frequency.
また、このようなハイブリッド車両や電気車両にあっては、走行や走行時の安全性を確保する電装機器以外に快適性を確保するための車両用空調装置が装備されているが、一定の走行可能距離を確保するため、車両用空調装置で消費される電力を最小限にする抑える必要がある。車両用空調装置の消費電力を低減する技術として、例えば特許文献1に示す車両用空調装置が提案されている。 In addition, such hybrid vehicles and electric vehicles are equipped with a vehicle air conditioner for ensuring comfort in addition to electrical equipment for ensuring safety during traveling and traveling. In order to secure the possible distance, it is necessary to minimize the power consumed by the vehicle air conditioner. As a technique for reducing power consumption of a vehicle air conditioner, for example, a vehicle air conditioner disclosed in Patent Document 1 has been proposed.
特許文献1に示す車両用空調装置は、車両空調ユニット内に設けられる加熱部材として多数のPTCサーミスタが配列されたPTCヒータ(Positive Temperature Coefficient)を使用し、PTCヒータに供給可能な車両の余剰電力を求める余剰電力取得手段と、PTCサーミスタの温度に応じて変化するPTCヒータの消費電力を求める消費電力取得手段を設け、余剰電力取得手段で求めた余剰電力と消費電力取得手段で求めた消費電力に基づいてPTCサーミスタを制御することにより暖房時の消費電力を低減している。 The vehicle air conditioner shown in Patent Document 1 uses a PTC heater (Positive Temperature Coefficient) in which a large number of PTC thermistors are arranged as a heating member provided in the vehicle air conditioning unit, and can supply surplus power of the vehicle that can be supplied to the PTC heater. The surplus power acquisition means for obtaining the power consumption and the power consumption acquisition means for obtaining the power consumption of the PTC heater that changes according to the temperature of the PTC thermistor are provided. The surplus power obtained by the surplus power acquisition means and the power consumption obtained by the power consumption acquisition means The power consumption during heating is reduced by controlling the PTC thermistor based on the above.
上記PTCヒータは、温度上昇に伴って消費電力が低くなる特性を有しているが、寒冷時や走行開始時等のように車両内の温度が上昇していない条件下においては、依然として消費電力が多い問題を有している。特に電気車両にあっては、車両の走行駆動エネルギーの全部を電池に依存しているため、車両用空調装置の消費電力が増大すると、車両の走行距離及び充電サイクルが短くなる問題を有している。 The PTC heater has a characteristic that the power consumption decreases as the temperature rises. However, the power consumption still remains under conditions where the temperature in the vehicle does not rise, such as when the vehicle is cold or at the start of traveling. Have many problems. In particular, in an electric vehicle, since all of the driving energy of the vehicle depends on the battery, when the power consumption of the vehicle air conditioner increases, there is a problem that the driving distance and the charging cycle of the vehicle are shortened. Yes.
また、上記PTCヒータは、それ自体に蓄熱機能がないため、車両電源スイッチをOFFした際には、短時間に温度低下するため、再度、車両電源スイッチをONした際には、室内温度を所望の温度まで加熱するのに時間がかかると共に多くの消費電力を必要としている。 Further, since the PTC heater itself does not have a heat storage function, when the vehicle power switch is turned off, the temperature drops in a short time. Therefore, when the vehicle power switch is turned on again, the indoor temperature is desired. It takes a long time to heat up to the temperature and requires a lot of power consumption.
更に、特にハイブリッド車両にあっては、エンジンの冷却水をヒータコアに循環させて暖房しているが、運転開始時の冷却水温度が低下している条件下においては、冷却水温度が上昇するのを促進するため、ヒータコアに至るダンパーを閉鎖して冷却水が短時間に上昇するように制御している。従って、冷却水が所定の温度に上昇するまでに時間がかかり、運転者の快適性を損なっていた。 Furthermore, especially in a hybrid vehicle, the engine coolant is circulated through the heater core for heating. However, under conditions where the coolant temperature at the start of operation is lowered, the coolant temperature rises. In order to promote this, the damper reaching the heater core is closed and the cooling water is controlled to rise in a short time. Therefore, it takes time for the cooling water to rise to a predetermined temperature, which impairs driver comfort.
解決しようとする問題点は、車両の空調、特に暖房に必要な消費電力が多く、車両の走行可能距離を短くすると共に充電サイクルを短くする点にある。 The problem to be solved is that a large amount of power is required for air conditioning of the vehicle, particularly heating, shortening the travelable distance of the vehicle and shortening the charging cycle.
本発明の請求項1は、車両内に送風される内気及び外気の少なくともいずかの送風空気の送風流路に設けられ、送風空気を加温する車両用暖房装置において、上記送風流路内に設けられ、送風空気が流通可能な中空部を有し、送風方向上手側及び下手側の開口を送風空気が流入及び流出可能で、かつマイクロ波を電磁遮蔽可能な金属材からなる筺体と、該筺体の中空部内に設けられる坦持体と、該坦持体に対して適宜の間隔をおいて多数配置され、両端部が坦持体の送風方向上手側及び下手側にて開口した中空部を有したマイクロ波吸収発熱体と、筺体内に設けられ、それぞれのマイクロ波吸収発熱体に向かってマイクロ波を出力するマイクロ波出力手段を備え、送風空気がマイクロ波吸収発熱体の中空部内を送風方向上手側から下手側へ流通する際に、マイクロ波吸収発熱体によるマイクロ波の吸収に伴う発熱により送風空気を加熱することを最も主要な特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, in the vehicle heating apparatus that is provided in the air flow path of at least one of the inside air and the outside air blown into the vehicle and heats the air, the inside of the air flow path A housing made of a metal material that has a hollow portion through which blast air can be circulated, blast air can flow in and out through openings on the upper and lower sides of the blast direction, and electromagnetically shield microwaves; A carrier provided in the hollow part of the housing, and a plurality of hollow parts arranged at appropriate intervals with respect to the carrier, with both ends opened on the upper side and the lower side in the blowing direction of the carrier And a microwave output means for outputting a microwave toward each microwave absorption heating element, and the blown air passes through the hollow portion of the microwave absorption heating element. Flow from the upper side to the lower side When, the most important feature heating the blown air by heat generation due to absorption of the microwave by the microwave absorbing heat generating element.
本発明は、車両用暖房装置の消費電力を低減して車両の走行可能距離を長くすると共に充電サイクルを長くすることができる。 The present invention can reduce the power consumption of the vehicle heating device to increase the travelable distance of the vehicle and to increase the charging cycle.
本発明は、内気及び外気の少なくともいずれかの送風空気がマイクロ波吸収発熱体の中空部内を流通する際に、マイクロ波の吸収に伴って発熱するマイクロ波吸収発熱体により流通する送風空気を加熱することを最良の実施形態とする。 The present invention heats the blown air that is circulated by the microwave-absorbing heating element that generates heat as the microwave is absorbed when at least one of the inside air and the outside air circulates in the hollow portion of the microwave-absorbing heating element. This is the best embodiment.
以下、本発明に係る車両用暖房装置を空調ユニット内に配置した実施例を示す図に従って本発明を説明する。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings showing an embodiment in which the vehicle heating device according to the present invention is arranged in an air conditioning unit.
図1乃至図3は、ハイブリッド車両用の車両用空調装置の例を示し、車両用空調装置を構成する空調ユニット1は、車内のインストルメントパネルの下方に配設され、図示しないブロアファンの回転により内外気切換ドアを介して吸い込まれた内気及び外気の少なくともいずれかの送風空気(内気及び外気の混合空気を含む。)は、空気取入口3を介して空調ユニット1内に送風される。空調ユニット1に送風された空気は、エバポレータ5を通過して冷却された後、エアミックスドアの開度に応じた割合で車両用暖房装置の加熱ユニット7を通過またはバイパスし、所定温度の空調風に生成される。この空調風は、吹出モードに応じて開閉する吹出口ドアを介して空調ユニット1から流出し、ダクトを通って車内に送風される。
1 to 3 show an example of a vehicle air conditioner for a hybrid vehicle. An air conditioner unit 1 constituting the vehicle air conditioner is disposed below an instrument panel in the vehicle and rotates a blower fan (not shown). Thus, at least one of the inside air and outside air sucked in via the inside / outside air switching door (including mixed air of inside air and outside air) is blown into the air conditioning unit 1 through the
なお、図中の符号9は、ベントモード時にベント吹出口から乗員に向けて送風するためのベント口、11は、デフロストモード時にデフ吹出口からウインドの内側に向けて送風するためのデフ口、13は、フットモード時にフット吹出口から乗員の足元に向けて送風するためのフット口である。また、上記した各口9,11,13に至る空調ユニット1内には、送風を開閉するドアがそれぞれ設けられているが、図示を省略する。
In addition, the code |
上記車両用暖房装置の加熱ユニット7の筺体15は、送風方向の両端側が開口した円筒又は角筒形状で、後述するマイクロ波を反射するステンレス、アルミ等の金属材料で形成される。そして該筺体15内の送風方向中間部には、ヒータコア17が送風方向に対して直交するように配置される。該ヒータコア17は、内部に冷却水流路19が折り返し状に形成されて冷却水が流通可能な坦持体21と、上記坦持体21の内壁及び冷却水流路19の隔壁19aにて互いに隣接するように多数配置され、送風方向に軸線を有し、かつ軸線方向両端が上記坦持体21の送風方向上手面及び下手面にて開口した中空部23aを有したパイプ状のマイクロ波吸収発熱体23とから構成される。
The
なお、ヒータコア17の内部には、エンジン冷却水が上記冷却水流路19を通って循環し、寒冷時や始動開始時には、後述するマイクロ波吸収発熱体23の加熱作用により加温されると共にエンジン冷却水の温度が上昇した際には、マイクロ波吸収発熱体23を加温して流通する送風空気を加熱させる。また、図中の符号17aは、冷却水の取入れ口、17bは、排出口である。
In the
上記坦持体21は、例えばマイクロ波帯域(2〜10GHz)のマイクロ波を透過する透磁性セラミックス、耐熱性合成樹脂等から形成される。また、マイクロ波吸収発熱体23は、マイクロ波吸収特性を有した、例えばフェライト、パーマロイ、酸化スラグ等の電磁波吸収材により形成される。マイクロ波吸収発熱体23は、坦持体21と同様の焼結材であるため、これらを一体化した状態で成形して焼成することにより製造することができる。
The
なお、マイクロ波吸収発熱体23の電磁波吸収材を酸化スラグとする場合にあっては、酸化スラグの粉末をセラミックスに混ぜて焼成することにより得られる。
In the case where the electromagnetic wave absorbing material of the microwave
そして上記筺体15の外側には、マイクロ波出力手段の一部を構成するマイクロ波発振装置25が取り付けられる。また、ヒータコア17の送風方向上手側に応じた筺体15の内部には、マイクロ波発振装置25に接続されたマイクロ波出力手段の一部を構成するアンテナ部材27が取り付けられ、マイクロ波発振装置25から発振されたマイクロ波をそれぞれのマイクロ波吸収発熱体23に向かって出力する。
A
上記マイクロ波発振装置25は、マイクロ波帯域(2〜10GHz)のマイクロ波を、例えば50〜100Wで出力するレーザダイオード及び多段増幅器から構成される半導体マイクロ波発振器により構成される。マイクロ波としては、電波法等により、工業用、科学用、医療用等の用途に割当てられた、例えば2.45GHz帯域が好適であるが、上記周波数及び出力に限定されるものではない。また、マイクロ波発振部材としては、一般にマグネトロンが知られているが、本実施例のような車両に搭載する用途にあっては、振動や熱等により真空管が破損する恐れが高いため、半導体マイクロ波発振器が適している。
The
上記筺体15における送風方向上手側端部及び下手側の開口部には、マイクロ波発振装置25から発信されるマイクロ波の1/4λより小さい大きさからなる多数の開口29a・31aを有したマイクロ波シールド部材29・31が、開口部全体を覆うように取り付けられる。該マイクロ波シールド部材29・31は、例えばステンレス、アルミ等の金属板に上記した多数の開口29a・31aをパンチング加工した構成、または金属繊維、合成樹脂糸に導電性樹脂を被覆した導電材を上記した多数の開口29a・31aを有するように編んだ網構造、導電性樹脂により上記した多数の開口29a・31aを有するように成形した導電性樹脂シート(板)等のいずれであってもよい。
A micro having a large number of
なお、上記マイクロ波発振装置25は、それぞれの吹き出し口近傍や、加熱ユニット7の送風方向下手側に設けられた温度センサー(図示せず)により検知された空気の温度によりON−OFF制御され、予め設定された温度の空気を送出するように制御される。また、上記筺体15及びマイクロ波シールド部材29・31は、電気的に接地されている。
The
次に、上記のように構成された車両用暖房装置の加熱ユニット7による送風空気の加熱作用を説明する。
寒冷時やエンジンの始動開始時にスターターがON操作されてエンジンが始動されると、車両用空調装置の作動スイッチがONされている場合には、ブロアファンを回転駆動して空調ユニット1内にて送風空気が、エバポレータ5及び加熱ユニット7内におけるヒータコア17のマイクロ波吸収発熱体23内を通過して送風させると共にマイクロ波発振装置25をON作動してアンテナ部材27からそれぞれのマイクロ波吸収発熱体23に向かってマイクロ波を出力させる。なお、マイクロ波吸収発熱体23が所定の温度に昇温するまでの間、ブロアファンの回転駆動を規制してマイクロ波吸収発熱体23の昇温を短時間化させてもよい。
Next, the heating effect | action of the ventilation air by the
When the starter is turned on and the engine is started when it is cold or when the engine starts, the blower fan is driven to rotate in the air conditioning unit 1 when the operation switch of the vehicle air conditioner is turned on. The blown air passes through the microwave
このとき、マイクロ波吸収発熱体23は、坦持体21を透過したマイクロ波や直接、出力されたマイクロ波を、その磁界損失、電界損失により熱エネルギーへ変換して発熱し、中空部23a内を流通する送風空気を加熱させる。(図4参照)
At this time, the microwave
なお、アンテナ部材27から筺体15内に出力されるマイクロ波は、多くが筺体15内を反射しながらマイクロ波吸収発熱体23に吸収されて熱エネルギーへ変換されるが、筺体15内にてマイクロ波の一部が開口部側へ向うように反射されるが、マイクロ波は、開口部に設けられた各マイクロ波シールド部材29・31の開口部29a・31aに対して通過不能なため、外部への漏出が規制される。これにより車両に搭載された電子機器に対するマイクロ波の電波障害を防止している。また、発熱したマイクロ波吸収発熱体23は、送風空気を加熱するだけではなく、熱エネルギーの一部により冷却水流路19を流通する冷却水を加熱させる。
Note that most of the microwave output from the
そして冷却水の温度が送風空気を加温可能な温度まで上昇した際、または加熱ユニット7により加熱されて車両室内へ吹き出される送風空気が予め設定された温度に加温された際、マイクロ波発振装置25をOFF作動して加熱ユニット7による送風空気の加熱を停止させる。一方、送風される送風空気の温度が設定温度以下になった際には、マイクロ波発振装置25を再び、ON作動して加熱ユニット7により送風空気を加温させる。
When the temperature of the cooling water rises to a temperature at which the blowing air can be heated, or when the blowing air heated by the
マイクロ波発振装置25から出力されるマイクロ波によるマイクロ波吸収発熱体23の温度上昇を表1に示す。この例においては、マイクロ波発振装置の出力を100W、マイクロ波の波長を2.45GHzとする。
上記のようにマイクロ波吸収発熱体23の中空部23a内を流通する送風空気は、マイクロ波により発熱するマイクロ波吸収発熱体23により約1分間で75℃に加熱された。
As described above, the blown air flowing through the
本実施例は、送風空気を加熱する手段として低出力のマイクロ波を吸収して発熱するマイクロ波吸収発熱体23を使用して送風空気を所望の温度に加熱することができるため、暖房に必要な電気の消費量を低減することができる。
The present embodiment is necessary for heating because the blowing air can be heated to a desired temperature by using the microwave
図5及び図6は、電気車両用または空冷エンジンを搭載したハイブリッド車両に適した車両用空調装置の例を示し、加熱ユニット51のヒータコア53を以下のように構成した点においてのみ、他の構成については、実施例1と同様であるため、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
5 and 6 show an example of a vehicle air conditioner suitable for an electric vehicle or a hybrid vehicle equipped with an air-cooled engine, and the other configuration is only in that the
加熱ユニット51の筺体15には、ヒータコア53が送風方向中間部において送風方向に対して直交するように配置される。該ヒータコア53の坦持体55は、透磁性セラミックス、耐熱性合成樹脂材等で、筺体15の空間部を閉鎖可能な大きさの板状からなる。該坦持体55には、送風方向に軸線を有し、中心部に中空部57aを有した多数のマイクロ波吸収発熱体57が縦方向及び横方向へ所定の間隔をおいて設けられる。上記マイクロ波吸収発熱体57は、フェライト、パーマロイ等の電磁波吸収部材で、パイプ状に形成される。
The
なお、図示するマイクロ波吸収発熱体57は、その軸線方向端が坦持体55の送風方向上手面及び下手面に一致する構成としたが、軸線方向の各端部を坦持体55の各面から突出する構成としてもよい。
In addition, although the microwave absorption
次に、上記のように構成された車両用暖房装置の加熱ユニット53による空気の加熱作用を説明する。
寒冷時やエンジンの始動開始時にスターターがON操作されてエンジンが始動されると、車両用空調装置の作動スイッチがONされている場合には、ブロアファンを回転駆動して空調ユニット50内にて送風空気が、エバポレータ5及び加熱ユニット51内におけるヒータコア53のマイクロ波吸収発熱体57内を通過して流通するように送風させると共にマイクロ波発振装置25をON作動してアンテナ部材27からそれぞれのマイクロ波吸収発熱体57に向かってマイクロ波を出力させる。
Next, the air heating action by the
When the engine is started by turning on the starter during cold weather or when starting the engine, the blower fan is driven to rotate in the air conditioning unit 50 when the operation switch of the vehicle air conditioner is turned on. The blown air is blown so as to pass through the microwave
このとき、マイクロ波吸収発熱体57は、出力されたマイクロ波を、その磁界損失、電界損失により熱エネルギー変換して吸収することにより発熱し、中空部57a内を流通する送風空気を加熱させる。(図7参照)
At this time, the microwave
そして加熱ユニット51により加熱されて車両室内へ吹き出される送風空気が予め設定された温度に加温された際には、上記温度センサーからの信号に基づいてマイクロ波発振装置25をOFF制御して加熱ユニット51による送風空気の加熱を停止させる一方、反対に送風される送風空気の温度が設定温度以下になった際には、マイクロ波発振装置25を再び、ON作動して加熱ユニット51により送風空気を加温させる。
When the blown air heated by the
実施例1及び2の説明においては、加熱ユニットを空調ユニット内に収容する構成としたが、本発明における加熱ユニットの取り付け個所は、これに限定されるものではなく、車両内に送風空気を送風する送風ダクトの一部に設ける構成であってもよい。 In the description of the first and second embodiments, the heating unit is accommodated in the air conditioning unit. However, the mounting position of the heating unit in the present invention is not limited to this, and blown air is blown into the vehicle. The structure provided in a part of ventilation duct to perform may be sufficient.
上記説明において、坦持体21、55を透磁性セラミックス材または耐熱性合成樹脂材として説明したが、本発明の坦持体としては、ステンレス材、アルミ材で板状の金属材であってもよい。坦持体を金属板で構成する場合にあっては、坦持体に各マイクロ波吸収発熱体がそれぞれ挿嵌される取付け孔を設けて各マイクロ波吸収発熱体の端部を固定し、その大部分をマイクロ波出力手段側へ突出させる。
In the above description, the
これによりマイクロ波吸収発熱体は、直接出力されるマイクロ波や筺体内や坦持体により反射したマイクロ波を吸収して発熱し、中空部内を流通する送風空気を加熱させる。 Thereby, the microwave absorption heating element absorbs the microwave output directly and the microwave reflected by the housing or the carrier, generates heat, and heats the blown air flowing through the hollow portion.
また、金属製の坦持体に対し、マイクロ波吸収発熱体を、各端部が送風方向上手側及び下手側へそれぞれ突出するように取り付ける場合、すなわち坦持体の取付け孔に対してマイクロ波吸収発熱体の軸線方向中間部を挿嵌して各端部が送風方向の上手側及び下手側へ突出するように取付ける構成としてもよい。この場合にあっては、坦持体の送風方向上手側及び下手側の両側にマイクロ波出力手段を設け、それぞれの側へ突出したマイクロ波吸収発熱体にマイクロ波を吸収させて中空部内を流通する送風空気を加熱すればよい。 In addition, when attaching the microwave absorption heating element to the metal carrier so that each end protrudes toward the upper side and the lower side in the blowing direction, that is, to the attachment hole of the carrier, It is good also as a structure attached so that the axial direction intermediate part of an absorption heat generating body may be inserted and each edge part may protrude to the upper side and lower side of a ventilation direction. In this case, microwave output means are provided on both the upper and lower sides of the carrying body in the blowing direction, and microwaves are absorbed by the microwave-absorbing heating elements protruding to the respective sides to circulate in the hollow part. What is necessary is just to heat the air to blow.
上記説明の加熱ユニットは、主にハイブリッド車両及び電気車両の暖房装置に使用するものとして説明したが、それ以外のエンジンを搭載した車両にあっても、エンジンの冷却水を熱源とするヒータコアの送風方向上手側または下手側に本発明に係る加熱ユニットを配置し、冷却水温度が上昇するまでの間に送風空気を加熱する補助加熱ユニットとしても使用することができる。 Although the heating unit described above has been described mainly as being used in a heating device for hybrid vehicles and electric vehicles, even in vehicles equipped with other engines, the heater core blows with engine coolant as a heat source. The heating unit according to the present invention is arranged on the upper side or the lower side in the direction, and can also be used as an auxiliary heating unit that heats the blown air until the cooling water temperature rises.
図8及び図9に示すように、車両用暖房装置の加熱ユニット81は、実施例1と同様に車両用空調装置を構成する空調ユニット1内に取り付けられ、加熱ユニット81の筺体83は、送風方向の両端側が開口した円筒又は角筒形状で、後述するマイクロ波を反射するステンレス、アルミ等の金属材料で形成される。
As shown in FIGS. 8 and 9, the
該筺体83内の送風方向中間部には、ヒータコア85が送風方向に対して直交するように配置される。該ヒータコア85は、送風方向上手側及び下手側が大きく開口したコアケース87内にエンジン冷却水が流通し、外周に放熱板89aに金属製細管89が折り返し状に設けた構造からなる。なお、図中の符号91は、金属製細管89内にエンジン冷却水を導入させるための供給口部、93は、金属製細管89内を流通したエンジン冷却水を排出するための排出口部である。なお、ヒータコア85は、従来公知の構造のものを使用すればよい。
A
コアケース87の図示する左右端部及び中央部には、例えばマイクロ波帯域(2〜10GHz)のマイクロ波吸収効率に優れたマイクロ波吸収発熱体95が、コアケース87における該当箇所の金属製細管89及び放熱板89aの表面に対して直接接触するように取り付けられる。該マイクロ波吸収発熱体95は、マイクロ波吸収特性を有した、例えばフェライト、パーマロイ、酸化スラグ等の電磁波吸収材により形成される。なお、マイクロ波吸収発熱体95の電磁波吸収材を酸化スラグとする場合にあっては、酸化スラグの微粉末をセラミックスに混ぜて焼成することにより得られる。
At the left and right end portions and the center portion of the
金属製細管89及び放熱板89aに対するマイクロ波吸収発熱体95の接触を確保して熱伝効率を高めるには、両者間に熱伝セメント等の熱伝材96を介在させて一体化する方法が適している。該熱伝材96は、微粉末炭素粒子、微粉末セラミックス粒子、ケイ酸ソーダ等の無機材を主成分とする接着剤(セメント)で、熱伝導率が高く、また高温まで使用することができる。また、金属繊維不織布を熱伝材とし、金属製細管89及び放熱板89aとマイクロ波吸収発熱体95の間に金属繊維不織布を介在させてマイクロ波吸収発熱体95からの熱を金属製細管89及び放熱板89aへ効率的に伝導できるようにしてもよい。
In order to increase the heat transfer efficiency by ensuring the contact of the microwave
そして上記筺体83の外側には、マイクロ波出力手段の一部を構成するマイクロ波発振装置97が取り付けられる。また、ヒータコア85の送風方向上手側及び下手側に応じた筺体83内には、マイクロ波発振装置97に接続されたマイクロ波出力手段の一部を構成するアンテナ部材99が取り付けられ、マイクロ波発振装置97から発振されるマイクロ波を筺体83内へ出力してマイクロ波吸収発熱体95によるマイクロ波吸収を可能にさせる。
A
上記マイクロ波発振装置97は、マイクロ波帯域(2〜10GHz)のマイクロ波を、例えば50〜100Wで出力するレーザダイオード及び多段増幅器から構成される半導体マイクロ波発振器が適している。マイクロ波としては、電波法等により、工業用、科学用、医療用等の用途に割当てられた、例えば2.45GHz帯域が好適であるが、上記周波数及び出力に限定されるものではない。また、マイクロ波発振部材としては、一般にマグネトロンが知られているが、本実施例のような車両に搭載する用途にあっては、振動や熱等によりマグネトロンが破損する恐れが高いため、半導体マイクロ波発振器が適している。
As the
上記筺体83における送風方向上手側端部及び下手側の開口部には、マイクロ波発振装置97から発振されるマイクロ波の1/4波長より小さい大きさからなる多数の開口101a・103aを有したマイクロ波シールド部材101・103が、開口部全体を覆うように取り付けられる。該マイクロ波シールド部材101・103は、例えばステンレス、アルミ等の金属板に上記した多数の開口101a・103aをパンチング加工した構成、または金属繊維、合成樹脂糸に導電性樹脂を被覆した導電材を上記した多数の開口101a・103aを有するように編んだメッシュ構造、導電性樹脂により上記した多数の開口101a・103aを有するように成形した導電性樹脂シート(板)等のいずれであってもよい。
The
なお、上記マイクロ波発振装置97は、それぞれの吹き出し口近傍や、加熱ユニット81の送風方向下手側に設けられた温度センサー(図示せず)により検知された空気の温度によりON−OFF制御され、送出される空気が予め設定された所望の温度になるように制御される。また、上記筺体83及びマイクロ波シールド部材101・103は、電気的に接地されている。
The
次に、上記のように構成された車両用暖房装置の加熱ユニット81による送風空気の加熱作用を説明する。
寒冷時やエンジンの始動開始時にスターターがON操作されてエンジンが始動されると、車両用空調装置の作動スイッチがONされている場合には、回転駆動されるブロアファン(図示せず)により送風空気が空調ユニット1内における加熱ユニット81のヒータコア85を通過させられると共にON作動されるマイクロ波発振装置97により発振されるマイクロ波をアンテナ部材99から筺体83内に出力させる。
Next, the heating effect | action of the ventilation air by the
When the engine is started by turning on the starter during cold weather or at the start of engine startup, air is blown by a blower fan (not shown) that is rotationally driven when the operation switch of the vehicle air conditioner is turned on. Air is allowed to pass through the
このとき、ヒータコア85の一部に固着されたマイクロ波吸収発熱体95は、出力されたマイクロ波を、その磁界損失、電界損失により熱エネルギーへ変換するマイクロ波吸収作用により発熱して金属製細管89及び放熱板89aを加熱させることにより金属製細管89内を流通するエンジン冷却水を加熱させる。(図10参照)
At this time, the microwave
なお、アンテナ部材99から筺体83内に出力されるマイクロ波は、多くが筺体83内を反射しながらマイクロ波吸収発熱体95に吸収されて熱エネルギーへ変換されるが、一部のマイクロ波が開口部側へ出力されたり、反射されたりするが、開口側へ向かうマイクロ波は、開口部に設けられた各マイクロ波シールド部材101・103の開口部101a・103aに対して通過不能で、筺体83内へ向かうように反射されるため、筺体83外部への漏出が規制される。これにより車両に搭載された電子機器に対するマイクロ波の電波障害を防止している。
Note that most of the microwave output from the
これにより金属製細管89内を流通するエンジン冷却水が加熱されて金属製細管89及び放熱板85aから放射される熱エネルギーにより金属製細管89及び放熱板85a間を通過する送風空気を加熱させる。
As a result, the engine coolant flowing through the metal
そして送風空気が予め設定された所定の温度に加温された際に、マイクロ波発振装置97をOFF作動してマイクロ波吸収発熱体95によるエンジン冷却水の加熱を中断させる。なお、一方、送風される送風空気の温度が上記の設定温度以下になった際には、マイクロ波発振装置97を、再びON作動してマイクロ波吸収発熱体95によりエンジン冷却水を加熱して送風空気を昇温させる。
When the blown air is heated to a predetermined temperature set in advance, the
マイクロ波発振装置97から出力されるマイクロ波によるマイクロ波吸収発熱体95による送風空気の温度上昇を表2に示す。この例においては、マイクロ波発振装置の出力を100W、マイクロ波の波長を2.45GHz、送風温度の測定点をヒータコア面から100mm、送風風量を2.7平方メートル/秒、熱媒を水+エチレングリコールとする。
本実施例は、従来公知のヒータコア85にマイクロ波吸収発熱体95を取り付け、該マイクロ波吸収発熱体95にマイクロ波を出力することにより金属製細管89内を循環するエンジン冷却水を短時間に加熱して送風空気を昇温させることができる。また、従来のPTCヒータの比べて少ない消費電力で送風空気を短時間に昇温させることができ、運転者の快適性を確保することができる。
In this embodiment, a microwave
図11及び図12に示すように、車両用暖房装置の加熱ユニット111は、実施例1と同様に車両用空調装置を構成する空調ユニット1内に取り付けられ、加熱ユニット111の筺体113内に設けられるヒータコア115は、送風方向上手側及び下手側が大きく開口したコアケース117内に配置された放熱板119aに金属製細管119が折り返し状で、無端状に取り付けた構造からなる。該金属製細管119内には、不凍液や不燃油等で熱容量が高い熱媒が充填封入されている。金属製細管119内に封入された熱媒は、自然対流で管内を循環させてもよいが、金属製細管119の流入口及び吐出口間に接続される戻し管121に循環部材としての循環ポンプ123を設け、金属製細管119内にて熱媒を強制循環させる構成が適している。なお、符号124は、ヒータコア115に熱媒を注入する熱媒注入口部である。
As shown in FIGS. 11 and 12, the
コアケース117の図示する左右端部及び中央部には、例えばマイクロ波帯域(2〜10GHz)の電磁波吸収効率に優れたマイクロ波吸収発熱体125が、コアケース117における該当箇所の金属製細管119及び放熱板119aに対して直接接触するように取り付けられる。該マイクロ波吸収発熱体125は、マイクロ波吸収特性を有した、例えばフェライト、パーマロイ、酸化スラグ等の電磁波吸収材により形成される。なお、マイクロ波吸収発熱体125の電磁波吸収材を酸化スラグとする場合にあっては、酸化スラグの微粉末をセラミックスに混ぜて焼成することにより得られる。
At the left and right end portions and the center portion of the
金属製細管119及び放熱板119aに対するマイクロ波吸収発熱体125の接触を確保して熱伝効率を高めるには、両者間に熱伝セメント等の熱伝材127を介在させて固着する方法が適している。該熱伝材127は、微粉末炭素粒子、微粉末セラミックス粒子、ケイ酸ソーダ等の無機材を主成分とする接着剤(セメント)で、熱伝導率が高く、また高温まで使用することができる。
In order to increase the heat transfer efficiency by ensuring the contact of the microwave
また、熱伝材127として金属繊維不織布を使用し、金属製細管119及び放熱板119aとマイクロ波吸収発熱体125の間に金属繊維不織布を介在させてマイクロ波吸収発熱体125からの熱を金属製細管119及び放熱板119aへ効率的に伝導できるようにしてもよい。なお、実施例3と同一の部材に付いては、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
In addition, a metal fiber nonwoven fabric is used as the
次に、上記のように構成された車両用暖房装置の加熱ユニット111による送風空気の加熱作用を説明する。
車両用空調装置の作動スイッチがONされると、回転駆動されるブロアファン(図示せず)により送風空気が空調ユニット1内における加熱ユニット111のヒータコア115を通過させられる。その際、ON作動されるマイクロ波発振装置97により発振されるマイクロ波をアンテナ部材99から筺体113内へ出力させる。
なお、送風空気の温度が低い場合には、マイクロ波発振装置97によるマイクロ波の発振駆動を継続する一方、送風空気が所要の温度に上昇するまで、ブロアファンの駆動を中断して送風空気の温度上昇を促進させてもよい。
Next, the heating effect | action of the ventilation air by the
When the operation switch of the vehicle air conditioner is turned on, blown air is passed through the
If the temperature of the blown air is low, the microwave oscillation drive by the
このとき、ヒータコア115の一部に固着されたマイクロ波吸収発熱体125は、出力されたマイクロ波を、その磁界損失、電界損失により熱エネルギーへ変換するマイクロ波吸収作用により発熱して金属製細管119及び放熱板119aを加熱し、金属製細管119内に充填された熱媒を加熱させる。(実施例4の作用は、実質的に実施例の作用と同一であるため、図12参照)
At this time, the microwave
なお、アンテナ部材99から筺体113内に出力されるマイクロ波は、多くが筺体113内を反射しながらマイクロ波吸収発熱体125に吸収されて熱エネルギーへ変換されるが、一部のマイクロ波が開口部側へ出力されたり、反射されたりするが、開口側へ向かうマイクロ波は、開口部に設けられた各マイクロ波シールド部材101・103の開口部101a・103aに対して通過不能で、筺体113内へ向かうように反射されるため、筺体113の外部へ漏出するのが規制される。これにより車両に搭載された電子機器に対するマイクロ波の電波障害を防止している。
Note that most of the microwave output from the
これにより金属製細管119内を自然対流あるいは強制対流する熱媒が加熱されて金属製細管119及び放熱板119aから放射される熱エネルギーにより金属製細管119及び放熱板119a間を通過する送風空気を加熱させる。
As a result, the heat medium that naturally convects or forcibly convections inside the metal
そして送風空気が予め設定された所定の温度に加温された際に、マイクロ波発振装置97をOFF作動してマイクロ波吸収発熱体125による熱媒の加熱を中断させる。なお、一方、送風される送風空気の温度が上記の設定温度以下になった際には、マイクロ波発振装置97を、再びON作動してマイクロ波吸収発熱体125により熱媒を加熱して送風空気を昇温させる。
When the blown air is heated to a predetermined temperature set in advance, the
マイクロ波発振装置97から出力されるマイクロ波によるマイクロ波吸収発熱体125による送風空気の温度上昇を表3に示す。この例においては、マイクロ波発振装置の出力を100W、マイクロ波の波長を2.45GHz、送風温度の測定点をヒータコア面から100mm、送風風量を2.7平方メートル/秒、熱媒をエチレングリコールとする。
本実施例は、従来公知のヒータコア115にマイクロ波吸収発熱体125を取り付け、該マイクロ波吸収発熱体125にマイクロ波を出力して吸収させることにより金属製細管119を加熱して封入された熱媒を加熱して送風空気を昇温させることができる。また、金属製細管119内に封入された熱媒を加熱するため、マイクロ波の出力を中断した際においても、金属製細管119の温度低下割合を低減して送風空気の加熱効率を高めることができる。更に、従来のPTCヒータの比べて少ない消費電力で送風空気を短時間に昇温させることができ、運転者の快適性を確保することができる。
In this embodiment, a microwave
上記した実施例3及び4におけるマイクロ波吸収発熱体95・125にあっては、図13(図13は、実施例3に係るヒータコアを例として示すが、実施例4のヒータコアにあっても、同様である。)に示すように一部に空間部141を形成し、該空間部141における表裏面側の開口部にマイクロ波を透過するセラミック板、ガラス板等の閉鎖板143を取り付け、内部にマイクロ波で加熱可能な水、不燃油等の熱媒145を充填して封入する。
In the microwave
空間部内に充填された熱媒145は、出力されるマイクロ波の吸収作用及びマイクロ波の吸収により加熱されたマイクロ波吸収発熱体95・125が伝導される熱により加熱される。マイクロ波の発振停止時においては、熱媒145に蓄積された熱量によりマイクロ波吸収発熱体95・125の温度低下度を低くし、マイクロ波が出力された際にマイクロ波吸収発熱体95・125を短時間に所要の温度まで上昇させることができ、送風空気を効率的に加熱させることができる。
The
1 空調ユニット
3 空気取入口
5 エバポレータ
7 加熱ユニット
9 ベント口
11 デフ口
13 フット口
15 筺体
17 ヒータコア
17a 取入れ口
17b 排出口
19 冷却水流路
19a 隔壁
21 坦持体
23 マイクロ波吸収発熱体
23a 中空部
25 マイクロ波出力手段の一部を構成するマイクロ波発振器
27 マイクロ波出力手段の一部を構成するアンテナ部材
29・31 マイクロ波シールド部材
29a・31a 開口
51 加熱ユニット
53 ヒータコア
55 坦持体
57 マイクロ波吸収発熱体
57a 中空部
81 加熱ユニット
83 筺体
85 ヒータコア
87 コアケース
89 金属製細管
89a 放熱板
91 供給口部
93 排出口部
95 マイクロ波吸収発熱体
96 熱伝材
97 マイクロ波出力手段の一部を構成するマイクロ波発振装置
99 マイクロ波出力手段の一部を構成するアンテナ部材
101・103 マイクロ波シールド部材
101a・103a 開口
111 加熱ユニット
113 筺体
115 ヒータコア
117 コアケース
119 金属製細管
119a 放熱板
121 戻し管
123 循環部材としての循環ポンプ
124 熱媒注入口部
125 マイクロ波吸収発熱体
127 熱伝材
14 空間部
143 閉鎖板
145 熱媒
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (13)
上記送風流路内に設けられ、送風空気が流通可能な中空部を有し、送風方向上手側及び下手側の開口を送風空気が流入及び流出可能で、かつマイクロ波を電磁遮蔽可能な金属材からなる筺体と、
該筺体の中空部内に設けられる坦持体と、
該坦持体に対して適宜の間隔をおいて多数配置され、両端部が坦持体の送風方向上手側及び下手側にて開口した中空部を有したマイクロ波吸収発熱体と、
筺体内に設けられ、それぞれのマイクロ波吸収発熱体に向かってマイクロ波を出力するマイクロ波出力手段と、
を備え、送風空気がマイクロ波吸収発熱体の中空部内を送風方向上手側から下手側へ流通する際に、マイクロ波吸収発熱体によるマイクロ波の吸収に伴う発熱により送風空気を加熱する加熱ユニット。 In a vehicle heating apparatus that is provided in a blowing passage of at least one of the inside air and the outside air that is blown into the vehicle and that heats the blowing air,
A metal material that is provided in the air flow path and has a hollow portion through which air can flow, allows air to flow in and out through openings on the upper side and lower side in the air blowing direction, and electromagnetically shields microwaves A housing consisting of
A carrier provided in the hollow portion of the housing;
A microwave-absorbing heating element having a hollow portion that is arranged in a large number at appropriate intervals with respect to the carrier, and that has both ends opened on the upper side and the lower side in the blowing direction of the carrier,
Microwave output means provided in the housing and outputting a microwave toward each microwave absorption heating element;
A heating unit that heats the blown air by heat generated by absorption of the microwave by the microwave absorbing heating element when the blowing air circulates in the hollow portion of the microwave absorbing heating element from the upper side to the lower side in the blowing direction.
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