JPH09286231A - 車輛用暖房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置を大型化させることなくエンジンの暖機
前において急速に運転者近傍の暖房を実行可能にする。 【解決手段】 車輛用の空調システムのベントダクト１
内には、エンジンからの冷却水の熱を利用して空気を暖
めるヒータ４と共に、車室前部に開口したフロントベン
ト部６の吹き出し口直前近傍に、誘導加熱方式の熱交換
器１０が設けられている。誘導加熱方式の熱交換器１０
は、磁性体からなるヒータと、このヒータを透過する磁
束を発生するための誘導加熱コイルとを有してなり、誘
導加熱コイルに高周波電流を通電して交番磁界を発生さ
せ、ヒータに磁束を透過させることによって、ヒータを
発熱させる。この熱交換器１０によって、エンジンの暖
機完了前においてもブロワ３により取り込んだ外気を急
速に暖めることができ、温風をフロントベント部６から
吹き出して運転者近傍の暖房を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの暖機前
に急速に車内の暖房を行う車輛用暖房装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】冬期に自動車等の運転を行う際に、エン
ジンが暖機完了するまでの時間、手元が冷えているとハ
ンドルを握るのがつらいため、手袋等を着用するとおの
ずとハンドル操作が鈍感になり、運転の機敏性が損なわ
れるおそれがある。

【０００３】そこで、車室内の快適性を高め、運転の安
全性を高めるために、ハンドルにヒータを埋め込み、ハ
ンドル近傍を暖気させる暖房手段が提案されている。

【０００４】車室内の暖房を行う場合、特に、運転者の
顔面付近への温風による暖房は、安心感と運転操作に余
裕を与えるが、一般にエンジンの始動直後では、エンジ
ン冷却水の温度が低温となっているため、冷却水温が上
昇するまでの時間は空調ヒータから十分な温風を得るこ
とができない。

【０００５】このため、特開昭６３−６８４１８号公報
等において、定常走行時にエンジンで発生される熱を潜
熱蓄熱装置に蓄えておき、冷態始動時等に、この潜熱を
利用して、車室内の暖房を行う技術が示されている。

【０００６】また、近年では、エンジンの冷却水通路に
直列に熱交換器構造の潜熱蓄熱装置を設け、走行中は、
高温となっている冷却水から蓄熱し、エンジン始動時等
に、低温となっている冷却水に放熱して冷却水の温度を
上昇させ、十分な温風を得られるようにした技術が提案
されている。

【０００７】また、熱源となる抵抗加熱ヒータを空調シ
ステムの一部に設置して、温風ヒータを構成し、エンジ
ンの暖機完了前においても暖房効果を得ることのできる
ものも提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、従来
の装置では、エンジンが暖機するまでの時間に運転者近
傍の暖房を行って快適性を高めることは容易でなかっ
た。

【０００９】暖房手段としてハンドルにヒータを埋め込
んだものでは、暖気は運転者の手先のほんの一部に限ら
れ、また加熱には時間を要するため、所望の暖房効果を
得るのは困難である。

【００１０】また、潜熱蓄熱装置を用いたものでは、外
気温等の条件によっては蓄熱量が減少してしまい、エン
ジンの暖機完了前に十分な暖房効果が得られない場合が
ある。

【００１１】また、抵抗加熱ヒータを空調システムの一
部に配設したものでは、装置が大規模になると共に、大
電力を必要とし、バッテリや発電機等の大型化を招くた
め、実現が困難であるという問題点があった。

【００１２】本発明は、これらの事情に鑑みてなされた
もので、装置を大型化させることなくエンジンの暖機完
了前において急速に運転者近傍の暖房を行うことがで
き、快適性を向上させることが可能で実用性の高い車輛
用暖房装置を提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による車輛用暖房
装置は、空調システムのベントダクト内に配設され、外
気を加熱する磁性体からなる加熱用ヒータと、前記加熱
用ヒータを透過する磁束を発生させる誘導加熱コイル
と、前記誘導加熱コイルに高周波電流を通電し、交番磁
界を発生させる制御手段と、を備えたものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１〜図５は本発明の一実施形態
に係り、図１は車輛用の空調システムの概略構成を示す
説明図、図２は車輛用暖房装置の基本構成を示すブロッ
ク図、図３は誘導加熱方式の熱交換器の構成を示す説明
図、図４は熱交換器のヒータ部の構成を示す斜視図、図
５は熱交換器をフロントベント部へ配設した配置構成例
を示す説明図である。

【００１５】図１に示すように、本実施形態の暖房装置
を備えた車輛用の空調システムは、自動車等の車輛に配
設されたベントダクト１を有して構成され、ベントダク
ト１内には、吸い込み口２より外気を取り込んで送風を
行うブロワ３と、ブロワ３により送られる空気を暖める
ヒータ４とが設けられている。ヒータ４には、エンジン
からの冷却水を送る配管５が接続され、暖房用の熱を発
生するようになっている。

【００１６】ブロワ３により外気が取り込まれ、ヒータ
４を通過することにより、温風となり、この温風はベン
トダクト１内を経由し、車室前部に開口したフロントベ
ント部６より吹き出される。フロントベント部６は、中
央左ベント部７ａ，中央右ベント部７ｂ，右ベント部
８，左ベント部９に分割されており、各ベント部の吹き
出し口より空気が吹き出される。

【００１７】フロントベント部６の中央左ベント部７ａ
及び中央右ベント部７ｂと、右ベント部８には、開口近
傍のベントダクト１内に誘導加熱方式の熱交換器１０が
配設されている。また、デフロスタの吹き出し口１１に
おいても、開口近傍のベントダクト１内に誘導加熱方式
の熱交換器１０が配設されている。

【００１８】エンジンの始動直後など冷却水温が低いと
きには、ヒータ４はすぐには高温とならないため、ヒー
タ４を通して十分な温風を得ることができない。エンジ
ン暖機後の冷却水からの熱と同等の熱エネルギーを電気
エネルギーから得ようとすると、多大な電気エネルギー
が必要になる。このため、少ない電力で効率良く、且
つ、応答性の良い、目的にかなった温風を得るために
は、フロントベント部近傍の空気を加熱することが最も
効率的である。加熱箇所から供給先までの距離が長く、
この間の体積が大きいと、加熱効率は悪くなり、瞬時の
加熱効果が著しく低下するばかりか相対的に大きなエネ
ルギーが必要になる。

【００１９】そこで、温風の生成を行う熱交換器をフロ
ントベント部近傍に設け、フロントベント部の吹き出し
口直前で空気を加熱することによって、小電力で暖房が
可能となると共に、加熱応答性を高めることができる。

【００２０】しかし、フロントベント部近傍にエンジン
からの冷却水の配管を伴うヒータを設置することは、コ
スト的にもスペース的にも困難であり、且つ、前述のよ
うに低温時には全く効果が得られない。また、抵抗加熱
ヒータを設置しようとした場合、ヒータの固定方法や、
電極の取付、電極からの熱を逃がす手段、ヒータ制御の
ための温度センサの設置などに問題が生じ、また、ニク
ロム線ヒータであれば必ず発生する断線や、セラミック
ヒータであれば加熱までの応答性の低下が問題となり、
装置が大型化するばかりか、メインテナンスが大変であ
る。特に、抵抗加熱ヒータは出力容量が大きくなると相
対的にヒータ容積が増大するため、抵抗加熱方式の暖房
装置は搭載スペースにより出力容量が必然的に限定され
ることになる。

【００２１】従って、限られたスペースに自由な形状で
所望の出力容量を有するヒータを設置するためには、誘
導加熱方式が最適である。本実施形態では、誘導加熱方
式の熱交換器１０をフロントベント部近傍に設け、フロ
ントベント部の吹き出し口直前で空気を加熱することに
よって、小電力で応答性の良い暖房を行うことが可能と
なる。

【００２２】誘導加熱方式は、直接電力を熱交換器に供
給するのではなく、熱交換器へ誘導電流により間接的に
電力を供給するため、熱交換器の自由な形状設定が可能
で、給電のための電極が不要になる。よって、限られた
スペースに設置された熱交換器に大電力を集中させるこ
とが可能になる。また、熱交換器本体を断熱構造にする
ことが比較的容易なため、設置される周囲の熱害を考慮
しなくても良くなる。すなわち、設置の自由度が高く、
設置に伴う障害も少ないため、任意の箇所に容易に配設
することができる。

【００２３】また、熱交換器に電力を供給する際に、供
給するパワーが大きくなると、電源からの配線が大がか
りになるばかりか、バッテリや発電機の容量を増大させ
る原因になる。よって、短時間に大きなパワーを供給す
るために、通常運転時に余剰電力を電気二重層コンデン
サに充電しておき、暖房の動作時にはバッテリからの電
力供給を停止し、電気二重層コンデンサから熱交換器に
電力を供給することにより、配線の大規模化を防ぎ、バ
ッテリや発電機への負担を軽減することができる。

【００２４】右ハンドル車の場合、特に運転者に直接効
果のある温風は、中央のベント部と右ベント部である。
よって、本実施形態では熱交換器１０を中央左ベント部
７ａ及び中央右ベント部７ｂの近傍と、右ベント部８の
近傍に設けている。

【００２５】また、熱交換器１０をデフロスタの吹き出
し口１１の近傍にも設けることにより、エンジンの暖機
完了前においてもフロントガラスに温風を吹き出すこと
ができ、冬期にフロントガラスの解氷などが小電力で可
能となる。

【００２６】次に、本実施形態の車輛用暖房装置の構成
及び作用をより詳細に説明する。

【００２７】図２に示すように、熱交換器１０は、熱交
換器１０に内蔵された誘導加熱コイル１２に誘導加熱制
御装置１４が接続されている。この誘導加熱制御装置１
４には、加熱スイッチ１５を経由して、電気二重層コン
デンサ１６が接続されると共に、抵抗１７を介し発電機
１８及びバッテリ１９が接続されている。

【００２８】前記熱交換器１０は、図３に示すように、
誘導加熱コイル１２と、磁性体のステンレススチール
（ＳＵＳ）からなるヒータ２１とから構成される。ヒー
タ２１は、効率良く空気に熱を伝達させるために、空気
と接触するヒータの表面積を広くとる必要があるため、
多数のＳＵＳ細線を網状に編んで形成している。またこ
の網目形状は、空気の流れを妨げないような形状として
いる。そして、ヒータ２１は、図４に示すように、フロ
ントベント部のダクト形状に合わせて円柱状に形成され
ており、円筒状のヒータ２１の外枠２２に誘導加熱コイ
ル１２が巻回されている。

【００２９】熱交換器１０の誘導加熱コイル１２には、
誘導加熱制御装置１４より高周波電流が供給されるよう
になっている。誘導加熱コイル１２に高周波電流を供給
すると、コイルの周辺に交番磁界が発生し、磁性体から
なるヒータ２１に渦電流損失及びヒステリシス損失（た
だし、ヒステリシス損失は極く小さいため無視できる）
が発生する。その結果、主としてヒータ２１のＳＵＳ細
線表面付近に誘導された渦電流がヒータ２１を形成する
ＳＵＳ自身の内部抵抗によってジュール熱に変換され、
ヒータ２１が発熱する。

【００３０】このとき、誘導加熱コイル１２からヒータ
２１のＳＵＳ細線には非接触で電気的エネルギーが供給
されることになるため、ヒータ２１には電力供給用の端
子は不要である。誘導加熱コイル１２とヒータ２１との
間の外枠２２は、耐熱性が高く、非透磁率ができるだけ
小さく、かつ非電導性の材質であるセラミック等で構成
されている。

【００３１】ブロワ３により供給される空気は、ヒータ
２１のＳＵＳ細線表面と接触し、ヒータ２１で発生した
熱を奪い、温風となってフロントベント部６から吹き出
される。

【００３２】運転者が冷態始動時に急速暖房を必要とし
たとき、加熱スイッチ１５をオンすると、誘導加熱制御
装置１４が作動し、誘導加熱に必要な高周波電流が熱交
換器１０に内蔵された誘導加熱コイル１２に供給され
る。このとき、誘導加熱用の高周波電流を発生させるた
めの電力は、電気二重層コンデンサ１６から供給を受け
る。

【００３３】誘導加熱コイル１２に高周波電流が供給さ
れると、前述したように熱交換器１０のヒータ２１が加
熱され、熱交換器１０を通過する空気が加熱される。熱
交換器１０は、フロントベント部６の吹き出し口付近に
設置されているため、吹き出される空気は効率良く温風
に変換される。

【００３４】このとき、熱交換器１０のヒータ２１の温
度は誘導加熱コイル１２の共振周波数を監視することに
よって検知することができる。ヒータ２１のＳＵＳ等の
磁性体は温度が低いほど透磁率が大きく、高いほど小さ
くなるという性質があり、誘導加熱コイル１２の共振周
波数は磁性体で構成されたヒータ２１の透磁率によって
変化するため、ヒータ２１の温度は誘導加熱コイル１２
の共振周波数と相関がある。このため、加熱スイッチ１
５投入時のヒータ２１の温度は、誘導加熱コイル１２の
共振周波数を検出することで検知することが可能であ
る。

【００３５】誘導加熱制御装置１４は、誘導加熱コイル
１２の共振周波数を監視し、加熱スイッチ１５投入時の
ヒータ２１の温度が所定の値以上である場合は熱交換器
１０への電力供給を停止する。また、加熱時において
も、引き続き誘導加熱コイル１２の共振周波数を検出し
てヒータ２１の温度を検知することにより、温度制御を
行う。これにより、加熱スイッチ１５を投入しても、無
条件に熱交換器１０へ電力が供給されることはなく、ヒ
ータ２１の温度が上昇した分、電力供給が制限され、空
気の温度を常に所定の値に保つことができる。

【００３６】このように、誘導加熱方式の熱交換器１０
では、ヒータ２１の温度は誘導加熱コイル１２の共振周
波数を監視することによって常に一定に制御することが
できるため、温度センサが不要になる。

【００３７】外気の温度が低く、急速暖房を必要とする
場合には、大きな熱エネルギーが短時間に必要となる。
この場合、初期加熱において大きな電力を供給する必要
があるが、バッテリや発電機から電力を供給しようとす
ると、バッテリや発電機の出力電圧は低いため、バッテ
リの放電電流が増大して電圧の低下を招き、繰り返しの
使用によりバッテリ上がりが懸念されたり、発電機の出
力を増加させるためにバッテリの大型化を招くなどの問
題点がある。また、供給する電力が大きくなると大きな
電流が流れるため、配線径を太くする必要が生じ、誘導
加熱制御装置までの配線の引き回しとか、安全のための
フューズ等にコストがかかる問題点も生じる。

【００３８】そこで、本実施形態では、瞬時に熱交換器
１０の誘導加熱コイル１２に大電力を供給するために、
充電用の抵抗１７と直列に電気二重層コンデンサ１６を
接続し、ヒータ２１を加熱する際には電気二重層コンデ
ンサ１６から熱交換器１０の誘導加熱コイル１２に誘導
加熱用の電力を供給する。そして、消費された電力は、
通常のエンジン作動時に発電機１８またはバッテリ１９
から抵抗１７を介して電気二重層コンデンサ１６へ供給
し、低電流で充電する。

【００３９】このように加熱用の電源として電気二重層
コンデンサ１６を用い、さらに電気二重層コンデンサ１
６を誘導加熱制御装置１４及びヒータ２１の近傍に配置
することにより、充電電流を小さくして発電機１８及び
バッテリ１９の負担を軽減すると共に、車体の任意の箇
所で急速な大電力供給の制御が可能となる。

【００４０】図５に熱交換器１０のフロントベント部６
への配置構成例を示す。フロントベント部６の開口部近
傍に配置された熱交換器１０は、磁性体で構成されたヒ
ータ２１の外周に、ヒータ外枠と一体構造で成形した誘
導加熱コイル１２が設けられて構成されている。このよ
うな構造によって、ダクトの開口部を共用し、簡単な構
造で発生した熱エネルギーの損失を必要最小限に抑える
ことができる。

【００４１】誘導加熱コイル１２の外周には、内部抵抗
の大きい材質であるケイソ鋼板等ならなるシールド部材
２３が配設されている。このようにシールド部材２３を
設けることにより、誘導加熱コイル１２により発生する
交番磁束を効率良くヒータ２１に供給させることができ
ると共に、外部に電磁的な悪影響を拡散させないように
することができる。

【００４２】以上説明したように、本実施形態では、誘
導加熱方式の熱交換器を空調システムの吹き出し口近傍
に設け、エンジンの冷却水からの熱エネルギーの供給が
できない暖機完了前に、前記熱交換器によって小電力で
急速に冷たい空気を加熱し、運転者の手元から顔面付近
にかけて温風を供給することにより、運転の快適性を高
めることができる。

【００４３】誘導加熱方式の熱交換器では、小電力で容
易に急速加熱が可能であるため、速効性があり実用性の
高い暖房装置を構成することが可能である。また、設置
箇所の自由度が高いため、暖房装置が大型化することな
く、効率の良い暖房が可能となる。さらに、フロントベ
ント部付近に配置することにより、運転者の手先だけで
なく、上半身を広く暖房できるため、より快適性を向上
できる。

【００４４】また、加熱用電力の供給用に電気二重層コ
ンデンサを設け、通常運転時に電気二重層コンデンサに
充電した電力を電気二重層コンデンサから熱交換器に供
給する構造であるため、バッテリの大型化を防止すると
共に、発電機の負荷を軽減できる。このため、装置コス
トを低減することができ、経済性も良好である。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、装
置を大型化させることなくエンジンの暖機完了前におい
て急速に運転者近傍の暖房を行うことができ、快適性を
向上させることが可能で実用性の高い車輛用暖房装置を
提供できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る車輛用の空調システム
の概略構成を示す説明図

【図２】本実施形態に係る車輛用暖房装置の基本構成を
示すブロック図

【図３】誘導加熱方式の熱交換器の構成を示す説明図

【図４】熱交換器のヒータ部の構成を示す斜視図

【図５】熱交換器をフロントベント部へ配設した配置構
成例を示す説明図

【符号の説明】

１…ベントダクト ３…ブロワ ６…フロントベント部 １０…熱交換器 １２…誘導加熱コイル １４…誘導加熱制御装置 １５…加熱スイッチ １６…電気二重層コンデンサ ２１…ヒータ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空調システムのベントダクト内に配設さ
   れ、外気を加熱する磁性体からなる加熱用ヒータと、 前記加熱用ヒータを透過する磁束を発生させる誘導加熱
   コイルと、 前記誘導加熱コイルに高周波電流を通電し、交番磁界を
   発生させる制御手段と、 を備えたことを特徴とする車輛用暖房装置。
2. 【請求項２】 前記加熱用ヒータ及び誘導加熱コイルを
   前記空調システムにおける運転席前方周辺の吹き出し口
   直前近傍に配置したことを特徴とする請求項１に記載の
   車輛用暖房装置。
3. 【請求項３】 前記加熱用ヒータ及び誘導加熱コイルを
   前記空調システムにおけるフロントガラス下部のデフロ
   スタの吹き出し口直前近傍に配置したことを特徴とする
   請求項１に記載の車輛用暖房装置。
4. 【請求項４】 前記誘導加熱コイルに供給する電力を蓄
   積する電気二重層コンデンサを設けたことを特徴とする
   請求項１に記載の車輛用暖房装置。