JPWO2012004971A1 - 輻射暖房装置 - Google Patents

Abstract

発熱体５から発生した輻射を透過する開口６が形成され、発熱体５の前方に配置されるガード部７と、ガード部７において発熱体５との対向する面側から突出して発熱体５と接触する熱伝導部８とを備えている。上記構成により、乗員が発熱体５を直接触れることはないので、低温火傷が防止でき、かつ、発熱体５の温度を高く設定できるので、輻射温度を高めて暖房効果を高めることができる。さらに、熱伝導によりガード部７も暖められるので、室温が低くても、乗員がガード部７に触れて直接、暖をとることができるので、暖房効果がさらに向上する。

Description

本発明は、輻射暖房装置に関し、特に、例えば低燃費車、ハイブリッド自動車または電気自動車のような電気推進車両向けの省エネ暖房が可能な輻射暖房装置に関する。

上記のような電気推進車両では、冬季にカーエアコンを使用して対流式の暖房を行うと、数ｋＷの暖房負荷が必要となり、航続距離の低下が課題となっている。そのため、極力、対流式暖房の暖房負荷を軽減するために、シートヒータや輻射暖房装置等による人体への直接暖房方式が提案されている。

従来この種の輻射暖房装置は、内装部材の表面に面状の電気ヒータを配設して、前記電気ヒータの表面に高輻射率の熱放射部材を配設していた（例えば特許文献１参照）。

特開２００５−２１２５５６号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、乗員が直接輻射面に触れて低温火傷を起こす可能性があるため、輻射面の温度を、低温火傷が始まるとされる基準温度（例えば４２℃）以下に抑える必要があり、高温の輻射ができない。そのため、外気温が低い場合は、輻射暖房装置を作動させても輻射温度が低温なので暖房感が得られないといった課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、低温火傷を防止しつつ暖房感を得ることが可能な輻射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、本発明は、電気推進車両の乗員向け輻射暖房装置であって、前記電気推進車両の室内に設置される発熱体と、前記発熱体から発生した輻射を透過する開口が形成され、前記発熱体の前方に配置されるガード部と、前記ガード部において前記発熱体との対向する面側から突出して前記発熱体と接触する熱伝導部とを備えている。

上記構成により、発熱体の発熱により発生した輻射がガード部の開口を透過して乗員に照射される。それとともに、発熱体からの発熱が熱伝導部を介してガード部に伝導され、その結果、ガード部が暖められる。したがって、室温が低くても、乗員は、ガード部に直接触れることで、開口から透過する輻射熱と、熱伝導部を伝導してきた熱とにより暖をとることが可能となる。

また、ガード部により乗員が発熱体を直接触れることはないので、発熱体の温度を高く設定でき、輻射温度を高めることができるため、さらに良好に暖をとることが可能となる。

このように、乗員が発熱体を直接触れることはないので、低温火傷が防止できるとともに、発熱体の温度を高く設定できるので、輻射温度を高めて暖房効果を高めることができる。さらに、熱伝導によりガード部も暖められるので、室温が低くても、乗員がガード部に触れて直接、暖をとることができるので、暖房効果がさらに向上する。

本発明のこれらの態様と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。
本発明の実施の形態１における輻射暖房座装置を配設した電気推進車両の室内断面図 本発明の実施の形態１における輻射暖房装置の正面視（（ａ）を参照）と、同装置の側面視（（ｂ）を参照）と、同装置の上面視（（ｃ）を参照）とを示す図 本発明の実施の形態２における輻射暖房装置の正面視（（ａ）を参照）と、同装置の側面視（（ｂ）を参照）と、同装置の上面視（（ｃ）を参照）とを示す図

第１の発明は、電気推進車両の乗員向け輻射暖房装置であって、前記電気推進車両の室内に設置される発熱体と、前記発熱体から発生した輻射を透過する開口が形成され、前記発熱体の前方に配置されるガード部と、前記ガード部において前記発熱体と対向する面側から突出して前記発熱体と接触する熱伝導部とを備えたもので、発熱体の発熱により発生した輻射がガード部の開口を透過して乗員に照射される。同時に、発熱体からの発熱が熱伝導部を介してガード部に伝導され、その結果、ガード部が暖められる。したがって、外気温が低くても、乗員は、ガード部に直接触れることで、開口から透過する輻射熱と、熱伝導部を伝導してきた熱とにより暖をとることが可能となる。

また、ガード部により乗員が発熱体を直接触れることはないので、発熱体の温度を高く設定でき、輻射温度を高めることができるため、さらに良好に暖をとることが可能となる。

第２の発明は、特に、第１の発明の発熱体が、面状のＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）ヒータであるもので、発熱体が有するＰＴＣ特性により、暖房開始時はＰＴＣヒータが低温で抵抗値が小さいため発熱量が大きくなり、ＰＴＣヒータが早く昇温し、速暖性がある。また、昇温後はＰＴＣヒータの抵抗値が高くなるので消費電力が小さくなり、ＰＴＣヒータの温度はＰＴＣヒータの発熱と周囲への放熱がバランスするところで安定し、所謂、自己温度制御が行われるので、発熱体としての信頼性、安全性が向上する。

第３の発明は、特に、第１の発明に関し、ガード部の温度を検出する温度センサと、前記温度センサで検出した温度が予め設定された設定温度以下となるよう、前記発熱体の発熱を制御する制御手段とをさらに備えたもので、例えば、前記設定温度を低温火傷が始まる基準温度（例えば４２℃）とすることにより、ガード部の温度が前記設定温度以下に制御されるので、乗員が前記ガード部に触れても低温火傷を起こすことがない。

第４の発明は、特に、第３の発明の制御手段が、６０℃〜９０℃の範囲になるよう前記発熱体の発熱温度を制御し、前記ガード部の投影面積に対し、前記開口の投影面積が占める割合は６０％以上であり、前記熱伝導部の長さは１０ｍｍ以下であることを特徴する。

第５の発明は、特に、第１の発明に記載の輻射暖房装置を備えた電気推進車両であり、冬季の暖房の際に前記輻射暖房装置を使用して直接乗員を暖めることにより、車室内の暖房負荷を軽減でき、航続距離の低下を抑制できる。

第６の発明は、電気推進車両の乗員向け輻射暖房装置であって、前記電気推進車両内の室内に設置される発熱体と、前記発熱体から発生した輻射を透過する開口が形成され、その一方面が前記発熱体と接触するように配置されるガード部と、前記ガード部の前記一方面と反対側の他方面から突出し、前記発熱体からの発熱を伝導する熱伝導部とを備えたもので、発熱体の発熱により発生した輻射がガード部の開口を透過して乗員に照射される。それとともに、発熱体からの発熱がガード部を介して熱伝導部に伝導され、その結果、熱伝導部が暖められる。したがって、外気温が低くても、乗員は、熱伝導部に直接触れることにより、開口から透過する輻射熱と、熱伝導部を伝導してきた熱とにより暖をとることが可能となる。また、突出した熱伝導部とガード部により乗員が発熱体を直接触れることはないので、発熱体の温度を高く設定でき、輻射温度を高めることができるため、さらに良好に暖をとることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。尚、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における輻射暖房座装置を配設した電気推進車両の室内断面図を示すものである。図１に示すように、輻射暖房座装置は、例えば、インストルメントパネル下部１、ドアトリム２、天井３、前席背面４などの少なくとも１箇所に配設される。配設された輻射暖房座装置は、それぞれ、インストルメントパネル下部１は前席乗員の足元、ドアトリム２は前席及び後席乗員の体側部、天井３は乗員の頭部、前席背面４は後席乗員の足元に対し輻射暖房を行う。

図２は、本発明の実施の形態１における輻射暖房装置の正面視（（ａ）を参照）と、同装置の側面視（（ｂ）を参照）と、同装置の上面視（（ｃ）を参照）とを示す図である。図２において、輻射暖房装置は、発熱体５と、発熱体５から発生した輻射を透過する縦長の開口６が形成され、発熱体５の前方（つまり、発熱体５を基準として乗員側）に配置されるガード部７と、ガード部７において発熱体５との対向する面から突出して発熱体５と接触する複数の熱伝導部８とを備えている。ガード部７及び熱伝導部８は樹脂で成型してあり、ガード部７と熱伝導部８とを一体で樹脂成型してもよい。樹脂材料としては、自動車の内装材でよく用いられるポリプロピレンを使用し、難燃剤を添加して難燃性を付加することが望ましい。

発熱体５の裏面には不要な方向への放熱を防止するため断熱材９を配設している。尚、発熱体５とガード部７との周縁部に生じる隙間部からの放熱を防ぐため、前記隙間部を覆うようにさらに断熱材９を配設してもよい。また、発熱体５のガード部側表面にアルミ板などの金属板を配設して発熱体５の均熱化と強度保持を行う構成にしてもよい。

発熱体５としては面状のＰＴＣヒータを採用している。ＰＴＣヒータ５は、例えば、樹脂とカーボン粉末とを混練して抵抗体を作成し、ロール加工により抵抗体を基材と張り合わせた後、電極形成と保護フィルムによるラミネート加工を行って成型したものを用いる。なお、本実施の形態では、発熱体としてＰＴＣヒータを採用する場合を例として説明するが、発熱体としては、ＰＴＣヒータ以外のヒータを採用しても良い。

ここで、発熱体５の温度範囲としては、本実施の形態では、下限値の目安として６０℃、上限値の目安を９０℃としている。この理由として、実験的に常温で暖房感を得られる輻射温度としては少なくとも５０℃が必要であり、ガード部７の温度が４０℃位まで上昇することと、後述するガード部７の開口率との関係から、下限値の目安として６０℃を導出している。また、発熱体５を配設する車室内の内装部材はほとんどが樹脂材料を使用しており、樹脂の軟化点や信頼性を考慮して上限値の目安を９０℃としている。

ＰＴＣヒータ５の常温での飽和温度は、カーボン粉末等の材料組成を調節することにより任意に設定可能である。但し、輻射温度を高温にしようとするとカーボン粉末を多く配合する必要があるが、カーボン粉末が多いと加工性が悪くなるため、本実施の形態では、飽和温度を７０℃〜８０℃の範囲内となるよう設定している。

尚、上記の輻射温度の定義に関して、本実施の形態では、本装置から所定の距離をおいて、本装置の輻射面（上記構成ではガード部７表面）に向けて輻射温度計で測定した測定値を輻射温度としている。この輻射温度は、ＰＴＣヒータ５の表面温度と後述する開口率とを掛けたものと、ガード部７の表面温度と後述する非開口率とを掛けたものとを加算して試算可能である。

ガード部７と熱伝導部８は樹脂で一体成型している。ここで、開口６の幅は、開口６を通して乗員が直接発熱体５に触れ難くできるような幅に設定することが望ましく、本実施の形態では、例えば幼児の指先が差し込まれないよう４ｍｍ以下としている。

また、ガード部７の投影面積（発熱体５への投影面積）に対し、開口６の投影面積（発熱体５への投影面積）が占める割合（以下、開口率とする）は６０％以上となるよう、開口６と熱伝導部８の幅を設定している（尚、ガード部７の投影面積に対し、非開口部の投影面積が占める割合を非開口率とする。）。開口率を６０％以上とする理由は、開口率が６０％を下回ると上述した輻射温度が低くなり、乗員が暖房感を感じにくくなるためである。

また、熱伝導部８の奥行き方向の長さは４ｍｍ〜１０ｍｍとしている。これは、熱伝導部８の長さが１０ｍｍを超えると、上述した輻射温度の目安である５０℃以上を確保することが困難になること、及び、熱伝導部８の長さが４ｍｍを下回ると、ＰＴＣヒータ５の発生熱が必要以上にガード部７に伝導してガード部７の表面温度が、低温火傷防止の上限温度である４２℃以上になることが実験的に判ったためである。

上記構成による作用を以下に説明する。

ＰＴＣヒータ５に通電を開始すると、ＰＴＣヒータ５が発熱を始め、ＰＴＣヒータ５の温度が上昇し、輻射熱が発生する。また、ＰＴＣヒータ５の発生熱は熱伝導により熱伝導部８を介してガード部７を暖める。そして、ＰＴＣヒータ５からガード部７の開口６を透過してくる輻射と、ガード部７自体の温度により発生する輻射とが合わさって乗員に対して照射される。

ここで、仮に熱伝導部８がない場合、ガード部７はＰＴＣヒータ５からの輻射熱を受けて多少は暖められるが、例えば、外気温が低い時に暖房を開始して室温も低い場合、室温の影響を受けてガード部７の温度が上昇しないため、ガード部７からは冷輻射が発生する状況となり、本装置トータルとしての輻射温度が低下し、暖房感が不足する。また、乗員がガード部７に手を触れて暖をとろうとすると、ガード部７が冷たく感じるので、不快になるといった状況が発生する。

一方、本実施の形態では、ＰＴＣヒータ５と接して熱伝導部８があるのでＰＴＣヒータ５の発生熱が熱伝導部８を介して熱伝導によりガード部７に伝わってガード部７を暖める。そして、ＰＴＣヒータ５からガード部７の開口６を透過してくる輻射と、ガード部７から発生する輻射とが合わさって乗員に対して照射されるので、室温が低くても十分な暖房感が得られる。

また、室温が低い時に乗員がガード部７に直接触れても、熱伝導部８を伝導してきた熱でガード部７が暖かくなっているので、不快感がない。また、開口６から透過する輻射熱と、熱伝導部８を伝導してきた熱とにより暖をとることが可能となる。

また、ガード部７により乗員が発熱体５を直接触れることはないので、発熱体５の温度を高く設定でき、輻射温度を高めることができるため、さらに良好に暖をとることが可能となる。

このように、乗員が発熱体５を直接触れることはないので、低温火傷が防止できるとともに、発熱体５の温度を高く設定できるので、輻射温度を高めて暖房効果を高めることができる。さらに、熱伝導によりガード部７も暖められるので、室温が低くても、乗員がガード部７に触れて直接、暖をとることができるので、暖房効果がさらに向上する。

また、発熱体５として面状のＰＴＣヒータを用いており、発熱体５が有するＰＴＣ特性により、暖房開始時はＰＴＣヒータ５が低温で抵抗値が小さいため発熱量が大きくなり、ＰＴＣヒータ５が早く昇温し、速暖性がある。また、昇温後はＰＴＣヒータ５の抵抗値が高くなるので消費電力が小さくなり、ＰＴＣヒータ５の温度はＰＴＣヒータ５の発熱と周囲への放熱がバランスするところで安定し、所謂、自己温度制御が行われるので、発熱体としての信頼性、安全性が向上する。

尚、本実施の形態の構成において、ガード部７に、ガード部７の温度を検出する温度センサを配設して、温度センサで検出した温度が予め設定された設定温度以下となるよう、発熱体５の発熱を制御する制御手段をさらに備えた構成としてもよい。例えば、前記設定温度を低温火傷が始まる基準温度（例えば４２℃）とすることにより、ガード部７の温度が前記設定温度以下に制御されるので、乗員が前記ガード部７に触れても低温火傷を起こすことがない。

また、本実施の形態では、発熱手段として面状のＰＴＣヒータ４を使用したが、面状の発熱体であれば、他の方式の発熱体を用いてもよい。例えば、不織布シートに線状の電気ヒータ線を蛇行配設して、シートの両面をアルミ蒸着シートでラミネートして成型した発熱体を用い、サーモスタットを発熱体に配設して発熱体の温度をオン・オフ制御する構成とする。サーモスタットはオン温度を８０℃、オフ温度を９０℃に設定する。この構成によれば、ヒータ線を用いているので、ＰＴＣヒータよりもさらに高温側で使用でき、輻射温度を高くすることが可能で、暖房感を向上することができる。

また、本実施の形態の輻射暖房装置を電気推進車両に備えることにより、冬季の暖房の際に前記輻射暖房装置を使用して直接乗員を暖めるので、車室内の暖房負荷を軽減でき、航続距離の低下を抑制できる。具体的には、ＰＴＣヒータ５の消費電力は、例えば、足元用の面積が約４５０ｃｍ^２程度のヒータだと、安定時は２０〜３０Ｗと低消費電力であり、カーエアコンの対流式暖房の暖房能力が数ｋＷであることと比較すると、大幅な省エネ暖房が可能となり、航続距離の低下に寄与できる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における輻射暖房装置の正面視（（ａ）を参照）と、同装置の側面視（（ｂ）を参照）と、同装置の上面視（（ｃ）を参照）とを示す図である。図３において、輻射暖房装置は、電気推進車両内の室内に設置される発熱体１０と、発熱体１０から発生した輻射を透過する開口１１が形成され、その一方面が発熱体１０と接触するように配置されるガード部１２と、ガード部１２の前記一方面と反対側の他方面から突出し、発熱体１０からの発熱を伝導する熱伝導部１３と、発熱体１０の裏面側に断熱材１４を備えたものである。尚、開口率や開口１１の幅（熱伝導部の幅）、熱伝導部の奥行き方向の長さは、実施の形態１と同様である。また、発熱体１０は実施の形態１と同様のＰＴＣヒータを用いている。

上記構成により、発熱体１０の発熱により発生した輻射がガード部１２の開口１１を透過して乗員に照射される。それとともに、発熱体１０からの発熱がガード部１２を介して熱伝導部１３に伝導され、その結果、熱伝導部１３が暖められる。したがって、外気温が低くても、乗員は、熱伝導部１３に直接触れることにより、開口１１から透過する輻射熱と、熱伝導部１３を伝導してきた熱とにより暖をとることが可能となる。

また、突出した熱伝導部１３とガード部１２により乗員が発熱体１０を直接触れることはないので、発熱体１０の温度を高く設定でき、輻射温度を高めることができるため、さらに良好に暖をとることが可能となる。

尚、上記実施の形態１、２では、開口６、１１と熱伝導部８、１３を縦長形状としたが、開口率が同じであれば、開口６、１１と熱伝導部８、１３の形状は他の形状でもよい。たとえば、開口６、１１を直径４ｍｍ以下の丸穴や蜂の巣状の穴にしてもよいし、熱伝導部８、１３を円柱形状にしてもよい。

なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

２０１０年７月５日に出願された日本国特許出願Ｎｏ．２０１０−１５２６３１号の明細書、図面、及び特許請求の範囲の開示内容は、全体として参照されて本明細書の中に取り入れられるものである。

本発明にかかる輻射暖房装置は、輻射熱と伝導熱による双方の暖房が可能であり、電気推進車両内の室内暖房の他に、低燃費ガソリン車やハイブリッド車、ディーゼル車などの省エネ暖房にも適用可能である。また、家庭内やオフィスでのパーソナル暖房装置等の用途にも適用できる。

Claims (6)

1. 電気推進車両の乗員向け輻射暖房装置であって、
   前記電気推進車両の室内に設置される発熱体と、
   前記発熱体から発生した輻射を透過する開口が形成され、前記発熱体の前方に配置されるガード部と、
   前記ガード部において前記発熱体と対向する面側から突出して前記発熱体と接触する熱伝導部とを備えた、輻射暖房装置。
2. 前記発熱体は、面状のＰＴＣヒータである、請求項１に記載の輻射暖房装置。
3. 前記ガード部の温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサで検出した温度が予め設定された設定温度以下となるよう、前記発熱体の発熱を制御する制御手段とをさらに備えた、請求項１に記載の輻射暖房装置。
4. 前記制御手段は、６０℃〜９０℃の範囲になるよう前記発熱体の発熱温度を制御し、前記ガード部の投影面積に対し、前記開口の投影面積が占める割合は６０％以上であり、前記熱伝導部の長さは１０ｍｍ以下である、請求項３に記載の輻射暖房装置。
5. 請求項１に記載の輻射暖房装置を備えた電気推進車両。
6. 電気推進車両の乗員向け輻射暖房装置であって、
   前記電気推進車両内の室内に設置される発熱体と、
   前記発熱体から発生した輻射を透過する開口が形成され、その一方面が前記発熱体と接触するように配置されるガード部と、
   前記ガード部の前記一方面と反対側の他方面から突出し、前記発熱体からの発熱を伝導する熱伝導部とを備えた、輻射暖房装置。

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