JP7341011B2

JP7341011B2 - 車両用熱媒体加熱装置及び車両用空調装置

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Publication number: JP7341011B2
Application number: JP2019176904A
Authority: JP
Inventors: 徹也石関; 耕二坂原; 大典荒木; 健二安本
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2023-09-08
Anticipated expiration: 2039-09-27
Also published as: DE112020004573T5; WO2021060171A1; JP2021054144A; CN113939414B; CN113939414A

Description

本発明は、車両用の熱媒体加熱装置及びこれを備えた車両用空気調和装置（空調装置）に関するものである。

車両用の空気調和装置は、エンジン車、ＥＶ車、ハイブリッド車等に拘わらず、空調用熱交換器（ヒーターコア）を経由して循環する熱媒体を加熱する熱媒体加熱装置を備えている。

従来の熱媒体加熱装置は、熱媒体の流入口と流出口を有して内部に熱媒体の流通路が形成されたヒーターケースを備え、ヒーターケース内には、前述した熱媒体の流通路に沿ってヒーター（発熱体）が配置されている。また、ヒーターケース上には、ヒーターに供給される電力を制御する電子部品が実装された基板等が配備されている。

特開２０１１－７９３４４号公報

車両用の電気機器において、フェールセーフという設計思想は不可欠であり、故障・誤操作・誤動作による障害が発生した場合に、最悪の事態が起きるのを避けるための対策が求められている。このような観点で、車両用の熱媒体加熱装置において起こりうる障害を想定してみると、起こる確率は極めて低いものの、車両事故などで制御系やセンサ（サーモ）が故障した場合などに起こりうるヒーターの暴走を想定しておく必要がある。

ヒーターが暴走すると、熱媒体が異常高温になるので、熱媒体の流通路を形成しているヒータカバーの熱損や変形によって、熱媒体の密封性が確保できなくなることが想定される。このような場合に、最悪の事態は、液体である熱媒体がヒーターの給電系統に接触することであるが、ヒーターの給電系統が防水シールされていることを前提にすると、熱媒体の車両内漏洩を避ける又は制限する対策が必要になる。

熱媒体の漏洩は、車両内の電子機器への悪影響が懸念されるが、熱媒体がクーラントの場合には、エンジンの冷却ができなくなるので、車両の走行に悪影響が及ぶことになる。このため、仮にヒーターが暴走するなどして、熱媒体が異常高温になった場合であっても、熱媒体の漏洩を抑止する或いは制限することが求められている。

本発明は、このような事情に対処することを課題としており、フェールセーフの観点で、より安全性の高い車両用熱媒体加熱装置を提供すること、などを課題としている。

このような課題を解決するために、本発明の車両用熱媒体加熱装置は、ヒーターと、前記ヒーターを収容して内部で熱媒体を加熱するヒーターケースと、前記ヒーターに電力供給を行うヒーター電力供給部とを備え、前記ヒーターケースには、前記ヒーター電力供給部のシール構造が設けられると共に、当該ヒーターケースを保護するヒーターケース保護部が設けられ、前記ヒーターケース保護部は、前記ヒーターケースよりも耐熱温度の高い部材で構成され、前記ヒーターケースとの間にシール構造が形成されている。

また好適には、前述した車両用熱媒体加熱装置において、前記ヒーター電力供給部のシール構造が前記ヒーターケースの上側に配備され、前記ヒーターケース保護部は、前記ヒーターケースの下側に配備されている。

また好適には、前述した車両用熱媒体加熱装置において、前記ヒーターケース保護部は、前記ヒーターケースから流出した熱媒体を貯留する容器である。

また好適には、前述した車両用熱媒体加熱装置において、前記ヒーターケース保護部の容積が、熱媒体の循環経路に設けられる一時貯留タンクの容量より小さい。

また好適には、前述した車両用熱媒体加熱装置において、前記ヒーターケース保護部の容積は、前記一時貯留タンクの最低水量から熱媒体の循環経路に空気が入る状態になる前記一貯留タンクの水量までの差分容量より小さい。

また好適には、前述した車両用熱媒体加熱装置において、前記ヒーターケース保護部は、貯留された熱媒体を特定された方向に排出する排出孔を有している。

また好適には、前述した車両用熱媒体加熱装置において、前記ヒーター電力供給部のシール構造は、前記ヒーター電力供給部を囲む電力供給部カバーを備え、前記電力供給部カバーと前記ヒーターケースの周縁部にシール部が形成されている。

このような特徴を有する車両用熱媒体加熱装置によると、熱媒体が異常高温になった場合であっても、熱媒体の漏洩を抑止する或いは制限することができるので、フェールセーフの観点で、より安全性の高い車両用熱媒体加熱装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る車両用熱媒体加熱装置を示した分解斜視図。本発明の実施形態に係る車両用熱媒体加熱装置を示した断面図。図２におけるＡ－Ａ断面図。シール構造部の拡大断面図。本発明の他の実施形態に係る車両用熱媒体加熱装置を示した斜視図。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。図に示したＸ－Ｙ－Ｚの方向は、Ｘ－Ｙ方向が平面方向を示し、Ｚ方向が鉛直方向を示している。

ここで示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するために例示するものであって、本発明を限定するものではない。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者などにより考え得る実施可能な他の形態、実施例及び運用技術などは全て本発明の範囲、要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

更に、本明細書に添付する図面は、図示の理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺、縦横の寸法比、形状などについて、実物から変更し模式的に表現された場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。

本発明の実施形態に係る熱媒体加熱装置１は、車両用空調装置における空調用熱交換器（ヒーターコア）を経由して循環する熱媒体を加熱するものであり、車両としては、エンジン車、ＥＶ車、ハイブリッド車などの何れであっても良い。この熱媒体加熱装置１は、エンジン車のように他に熱源を有する車両では、補助的な熱源として利用することができ、ＥＶ車のように熱源を持たない車両では、冷暖房における温度制御用の熱源として用いることができる。熱媒体加熱装置１が加熱する熱媒体は、クーラントに限らず、水、オイルなどが対象になる。

図１～図３に示すように、熱媒体加熱装置１は、ヒーター２０と、ヒーター２０を収容して内部で熱媒体を加熱するヒーターケース１０と、ヒーター２０に電力供給を行うヒーター電力供給部３０と、ヒーターケース１０を保護するヒーターケース保護部４０とを備えている。

図示の例では、ヒーター２０は、一対の円筒状をなす第１発熱体２１と第２発熱体２２を備えており、ヒーターケース１０は、第１収容凹部１１ａを有する上側ケース１１と、第２収容凹部１２ａを有する下側ケース１２とを備えおり、第１収容凹部１１ａと第２収容凹部１２ａとを合わせて形成された空間内に、第１発熱体２１と第２発熱体２２が収容されている。

また、図示の例では、ヒーターケース１０に流入部１３と流出部１４が設けられている。流入部１３は、ヒーターケース１０内に熱媒体を流入させる流入口１３ａを有しており、流出部１４は、ヒーターケース１０内で加熱された熱媒体を流出する流出口１４ａを有している。

ヒーター２０が収容されるヒーターケース１０の内部には、ヒーター支持部１６が設けられており、このヒーター支持部１６に支持されたヒーター２０（第１発熱体２１，第２発熱体２２）の外周面と、ヒーターケース１０の内面との間の間隙が、熱媒体が流れる熱媒体流路１５になっている。熱媒体流路１５は、図示の例では、第１発熱体２１の周囲に第１流通路１５Ａが形成され、第２発熱体２２の周囲に第２流通路１５Ｂが形成されていて、第１流通路１５Ａと第２流通路１５Ｂは、流入部１３と流出部１４が設けられているヒーターケース１０の端部とは逆側の端部で連通している。

ヒーター電力供給部３０は、ヒーター２０の給電系を構成するものであり、電子部品３１などが接続される基板３３などを備えている。基板３３には、給電端子３５の配線が接続されると共に、ヒーター２０への給電線などが接続されている。図示の例では、ヒーター電力供給部３０における基板３３は、ヒーターケース１０上に配備されており、ヒーターケース１０における上側ケース１１は、基板３３を支持する基板支持部１７を備えている。また、図示の例では、ヒーターケース１０の上側ケース１１上には、電子部品３１を冷却するヒートシンク３２が設けられている。

そして、ヒーターケース１０には、ヒーター電力供給部３０のシール構造が設けられている。図示の例では、上側ケース１１の上にシール構造が形成されており、このシール構造は、上側ケース１１の上に、ヒーター電力供給部３０を囲む電力供給部カバー３４を備えている。

なお、ヒーター電力供給部３０のシール構造は、このような例に限定されるものではない。他の例としては、上側ケース１１とヒーター電力供給部３０との間に、他のシール部材（Ｏリングや液ガスなど）を介在させたものや、ヒーター電力供給部３０自体がシール材でモードされているようなものであっても構わない。

ヒーターケース保護部４０は、熱媒体の異常高温時に熱損したヒーターケース１０やヒーターケース１０から流れ出た熱媒体を捕捉するためのものであり、図示の例では、保護カバー４１によって構成されている。保護カバー４１（ヒーターケース保護部４０）は、ヒーターケース１０よりも耐熱温度の高い部材で構成されている。具体的には、ヒーターケース１０が樹脂材で形成されている場合には、保護カバー４１は、金属材（板金）などで形成される。

また、保護カバー４１は、通常使用時は、ヒーターケース１０の一部を覆って２重構造を形成することで、断熱層として機能させることができる。このような機能を積極的に得るためには、保護カバー４１は、耐熱性が高く且つ断熱性の高い材料（例えば、セラミック材など）を用いることが好ましい。このように、保護カバー４１を断熱層として機能させることで、通常使用時の熱媒体加熱装置１の加熱性能を高めることができる。

そして、電力供給部カバー３４とヒーターケース保護部４０の保護カバー４１は、ヒーターケース１０との間にシール構造を形成している。この際、図示の例では、ヒーター電力供給部３０のシール構造である電力供給部カバー３４は、ヒーターケース１０の上側に配備され、ヒーターケース保護部４０の保護カバー４１は、ヒーターケース１０の下側に配備されている。

図４は、電力供給部カバー３４と保護カバー４１のシール部Ｔを示した拡大断面図である。シール部Ｔは、電力供給部カバー３４と上側ケース１１の周縁部に形成されていると共に、保護カバー４１と下側ケース１２の周縁部に形成されている。ヒーターケース１０は、上側ケース１１の周縁部１１Ｔと下側ケース１２の周縁部１２Ｔをシール接合することで形成されているが、上側ケース１１の周縁部１１Ｔに対して、電力供給部カバー３４の周縁部３４Ｔをシール接合することで、ヒーター電力供給部３０のシール構造が形成されている。また、下側ケース１２の周縁部１２Ｔに対して、保護カバー４１の周縁部４１Ｔをシール接合することで、ヒーターケース保護部４０のシール構造が形成されている。

ヒーターケース保護部４０の保護カバー４１は、熱媒体の異常高温時にヒーターケース１０から流出した熱媒体を貯留する容器になっている。この容器に流出した熱媒体が貯留されることで、車両内への熱媒体の漏洩を抑止することができる。

この際、熱媒体を貯留する容器として機能する保護カバー４１の容積（保護カバー４１とヒーターケース１０とで形成される密封空間内の容積）は、車両のエンジン冷却を含めた熱媒体の循環経路に設けられる一時貯留タンク（リザーバータンク）の容量より小さくすることが好ましい。

保護カバー４１の容積を大きくし過ぎると、前述した一時貯留タンク内の熱媒体（クーラント）が空になるまで熱媒体を貯め込んでしまうため、熱媒体の循環経路に空気が溜まるリスクが生じる。このリスクを避けるには、保護カバー４１の容積は、一時貯留タンクの最低水量から実際に熱媒体の循環経路に空気が入る状態になる一貯留タンクの水量までの差分容量より小さいことが好ましい。

図５には、熱媒体加熱装置１の他の実施形態を示している。図５に示した例では、ヒーターケース保護部４０の保護カバー４１が、貯留された熱媒体を特定された方向に排出する排出孔４２を有している。この例では、熱媒体の異常高温時にヒーターケース１０から流出した熱媒体が、保護カバー４１をオーバーフローして無制限に拡散されるのを抑止しており、排出孔４２から特定の方向に熱媒体を排出することで、車両内における濡れ被害を限定的に抑えることができる。この場合、車両内の部品レイアウトとしては、熱媒体の排水方向に対して、熱媒体との接触が問題になる部品が排除されていることが好ましい。

以上説明したように、本発明の実施形態にかかる熱媒体加熱装置１は、熱媒体の異常高温時に、熱媒体がヒーター２０の給電系に接触する事態を避けるシール構造を備えると共に、車両内への熱媒体の漏洩を抑止又は制限することができるので、フェールセーフの観点からより安全性を高めることができる。そして、このような熱媒体加熱装置１は、車内への空気流路に配備される空調用熱交換器（ヒーターコア）に熱媒体を循環させる車両用空調装置の熱源（あるいは補助熱源）として高い安全性で採用することができる。

なお、前述した実施形態において、ヒーター２０は、第１発熱体２１と第２発熱体２２の一対とし、ヒーター収容部には、第１発熱体２１に対応する第１収容空間と、第２発熱体２２に対応する第２収容空間が設けられる構成を説明したが、ヒーター２０の数は特に限定されず、１つ以上であれば良い。よって、ヒーター収容部を構成する収容凹部の形成数や、収容凹部によって形成される収容空間の数は、ヒーター収容部内に収容される発熱体の数によって決定され、ヒーターケース１０内の熱媒体流通路の形態も、個々の熱媒体に対応して形成される。

また、前述した実施形態において、流入部１３と流出部１４は、ヒーターケース１０の一端側に並設した形態で説明したが、これに限定されない。流入部１３の設置箇所は、流入される熱媒体がヒーター２０の外周面に向かって流入可能な位置にあれば良く、流出部１４の設置箇所は、流出される熱媒体がヒーター２０の外周面から外方に向かって流出可能な位置にあれば良い。

１：熱媒体加熱装置，１０：ヒーターケース，
１１：上側ケース，１１ａ：第１収容凹部，
１２：下側ケース，１２ａ：第２収容凹部，
１３：流入部，１３ａ：流入口，
１４：流出部，１４ａ：流出部，
１５：熱媒体流通路，１５Ａ：第１流通路，１５Ｂ：第２流通路，
１６：ヒーター支持部，１７：基板支持部，
２０：ヒーター，２１：第１発熱体，２２：第２発熱体，
３０：ヒーター電力供給部，
３１：電子部品，３２：ヒートシンク，３３：基板，３４：電力供給部カバー，
３５：給電端子，４０：ヒーターケース保護部，
４１：保護カバー，４２：排出孔，
Ｔ：シール部，１１Ｔ，１２Ｔ，３４Ｔ，４１Ｔ：周縁部

Claims

ヒーターと、前記ヒーターを収容して内部で熱媒体を加熱するヒーターケースと、前記ヒーターに電力供給を行うヒーター電力供給部とを備え、
前記ヒーターケースには、前記ヒーター電力供給部のシール構造が設けられると共に、当該ヒーターケースを保護するヒーターケース保護部が設けられ、
前記ヒーターケース保護部は、前記ヒーターケースから流出した熱媒体を貯留する容器であり、前記ヒーターケースよりも耐熱温度の高い部材で構成され、前記ヒーターケースとの間にシール構造が形成されていることを特徴とする車両用熱媒体加熱装置。
前記ヒーター電力供給部のシール構造が前記ヒーターケースの上側に配備され、前記ヒーターケース保護部は、前記ヒーターケースの下側に配備されていることを特徴とする請求項１記載の車両用熱媒体加熱装置。
前記ヒーターケース保護部の容積が、熱媒体の循環経路に設けられる一時貯留タンクの容量より小さいことを特徴とする請求項１又は２記載の車両用熱媒体加熱装置。
前記ヒーターケース保護部の容積は、前記一時貯留タンクの最低水量から熱媒体の循環経路に空気が入る状態になる前記一時貯留タンクの水量までの差分容量より小さいことを特徴とする請求項３記載の車両用熱媒体加熱装置。
前記ヒーターケース保護部は、貯留された熱媒体を特定された方向に排出する排出孔を有することを特徴とする請求項１又は２記載の車両用熱媒体加熱装置。
前記ヒーター電力供給部のシール構造は、前記ヒーター電力供給部を囲む電力供給部カバーを備え、
前記電力供給部カバーと前記ヒーターケースの周縁部にシール部が形成されていることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項記載の車両用熱媒体加熱装置。
請求項１～６のいずれか１項記載の車両用熱媒体加熱装置によって加熱された熱媒体が循環する空調用熱交換器を備えた車両用空調装置。
請求項７に記載された車両用空調装置を備えた車両であって、
熱媒体の排水方向には、熱媒体との接触が問題になる部品が排除されていることを特徴とする車両。