WO2013168734A1 - 加熱装置 - Google Patents

Abstract

　通電により発熱する発熱部（６）を有するヒータ（２）と、発熱部が収容され、該発熱部との間に熱媒体の流路（１８）を形成する筐体（４）と、流路にて熱媒体及び発熱部の熱に基づく筐体内温度（Ｔ）を検出する温度検出手段（２６）と、温度検出手段にて検出された筐体内温度に応じてヒータへの通電をオンオフする通電制御手段（４０）とを備え、通電制御手段は、温度検出手段にて検出された筐体内温度が所定の第１閾値（ＴＳ１）以上となるとき、ヒータへの通電をオフにして通電待機状態とし、該通電待機状態において検出された筐体内温度が所定の第２閾値（ＴＳ２）以上となるとき、ヒータへの通電を継続的にオフにして通電完全停止状態とする。

Description

加熱装置

　本発明は加熱装置に関し、特にヒータの発熱部との間に熱媒体の流路を形成する筐体を備えた加熱装置に関する。

　この種の加熱装置には、通電により発熱する発熱部を有するヒータと、この発熱部が収容され、該発熱部との間に熱媒体の流路を形成する筐体と、この流路にて熱媒体の温度を検出し、この検出された熱媒体の温度に応じてヒータへの通電をオンオフする通電制御手段とを備えたものが知られている。
　そして、特許文献１には、温水装置の温度を検出する温度センサと、温度センサによる検出値に基づき、温水装置の温度が所定温度より高いか否かを判定する温度判定手段と、温度判定手段による判定結果に基づき、温水装置の温度が所定温度より高いときにスイッチをオフするオフ指令手段と、温水装置の温度が所定温度より高いときに、スイッチのオフの状態を保持するようにオフ指令手段を制御するオフ保持手段とを備える加熱保護手段を設けた電気自動車用温水装置の保護装置が開示されている。

特許第３３６９８８１号公報

　ところで、流路に熱媒体が存在する場合、通電制御手段によってヒータへの通電をオンオフすることにより熱媒体の温度が適正範囲に制御されるため、ヒータが異常に温度上昇することはない。
　一方、流路への熱媒体の未供給状態や流路からの熱媒体の漏洩等の理由により、流路に熱媒体が存在しないか、或いは非常に少ない場合、ヒータからの熱を伝達する熱媒体が存在しない、或いは熱媒体が少量の状態となるため、加熱装置が空焚き状態となってヒータ自体の温度が異常上昇してしまうという不具合が生じ得る。

　しかしながら、上記特許文献１の加熱保護手段では、流路に熱媒体が存在する場合と、流路に熱媒体が存在しないか、或いは非常に少ない場合とを判別することができないため、加熱装置の空焚きを検知できず、加熱装置の発煙発火に至るおそれがある。
　本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、空焚きを高精度に検知し、発煙発火を確実に防止することにより信頼性を高めた加熱装置を提供することにある。

　上記の目的を達成するため、本発明の加熱装置は、通電により発熱する発熱部を有するヒータと、前記発熱部が収容され、該発熱部との間に熱媒体の流路を形成する筐体と、前記流路にて前記熱媒体及び前記発熱部の熱に基づく筐体内温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段にて検出された前記筐体内温度に応じて前記ヒータへの通電をオンオフする通電制御手段とを備え、前記通電制御手段は、前記温度検出手段にて検出された前記筐体内温度が所定の第１閾値以上となるとき、前記ヒータへの通電をオフにして通電待機状態とし、該通電待機状態において検出された前記筐体内温度が所定の第２閾値以上となるとき、前記ヒータへの通電を継続的にオフにして通電完全停止状態とする。

　好ましくは、前記通電制御手段は、前記通電待機状態において検出された前記筐体内温度が所定の第３閾値以下となるとき、前記ヒータへの通電をオンにして通電復帰状態とする。

　本発明によれば、第１閾値から第２閾値の温度範囲を空焚き判定範囲とすることにより、ヒータの通電待機状態から加熱装置の空焚き状態をヒータによる通常の温度制御と区別して判別し、ヒータの通常の通電制御を行いながら、空焚きを高精度且つ迅速に検知し、発煙発火を確実に防止することにより信頼性を高めた加熱装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る加熱装置の縦断面図である。 図１の加熱装置をＡ－Ａ方向から見た要部断面図である。 図１のインバータで実行されるヒータの通電制御の制御ルーチンを示したフローチャートである。 図１のインバータで実行されるヒータの通常の通電制御においてヒータへの通電状態及び温度センサにて検出された温度Ｔの関係を時系列的に示した図である。 図１のインバータで実行されるヒータの高温異常処理においてヒータへの通電状態及び温度センサにて検出された温度Ｔの関係を時系列的に示した図である。

　以下、図面に基づいて本発明の加熱装置に係る一実施形態について説明する。
　図１に概略的に示されるように、加熱装置１はヒータ２、及びヒータ２が収容されるケース（筐体）４を備えている。
　図２に概略的に示されるように、ヒータ２は、通電により発熱する電熱線ヒータであり、有底円筒状の金属パイプ（発熱部）６内にニクロム線などのコイル状の電熱線８を挿入し、金属パイプ６内に高い電気絶縁性及び熱伝導性を有する酸化マグネシウムなどの耐熱絶縁材１０を加圧充填して電熱線８を封入することで形成されている。

　金属パイプ６の一端開口部には、シリコンやガラスなどを鋳込みモールド成形した端子部１２が設けられ、端子部１２からは電熱線８に接続されたリード線１４が引き出されている。リード線１４は外部の電源装置１５に電気的に接続され、電熱線８に通電するための図示しない通電回路を構成している。なお、図１ではヒータ２は１本しか示されていないが、ヒータ２を複数本設けても良い。

　一方、ケース４は、１又は複数の鋳造体から構成され、ケース４内には金属パイプ６の両端近傍を環状のＯリング１６を介して気密に囲繞することでヒータ２が収容されている。ケース４の内面４ａと金属パイプ６の外周面６ａとの間にはクリアランスが確保され、このクリアランスはエチレングリコールなどのＬＬＣ（冷却水、不凍液）としての熱媒体が流れる流路１８として使用される。また、ケース４の外面４ｂの適宜位置には、熱媒体の入口パイプ２０と出口パイプ２２とが流路に連通するように突設されている。

　このように概略構成される加熱装置１は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車などの車両に搭載され、ハイブリッド自動車の場合には、エンジンの不足する廃熱を補うようにして熱供給する補助熱源として、電気自動車の場合には、存在しないエンジンに代わって熱供給する代替熱源として、車両用空調装置の冷凍回路を循環する冷媒などの加熱に用いられる。

　例えばハイブリッド自動車の場合には、エンジン冷却用の図示しない冷却水回路を循環するＬＬＣが流路１８に入口パイプ２０を介して流入され、ヒータ２により加熱される。エンジン及び加熱装置１で加熱されたＬＬＣの熱は、車両用空調装置に設けられた冷凍回路を循環する冷媒の加熱に用いられ、この加熱された冷媒によって車室内空気の冷暖房が行われる。冷媒の加熱に供したＬＬＣは、流路１８から出口パイプ２２を介して流出されて冷却水回路に戻され、エンジンを再び冷却する。

　ここで、本実施形態では、ケース４のヒータ２の長手方向と垂直方向に貫通孔２４が穿孔され、貫通孔２４には流路１８を流れるＬＬＣの温度を検出する温度センサ（温度検出手段）２６が挿入されている。温度センサ２６は、略円柱形状の外観を有するサーミスタであって、その温度測定端部２８が先端面３０においてヒータ２の金属パイプ６の外周面６ａに接触されている。これより温度センサ２６はＬＬＣの温度のみならずヒータ２の発熱部である金属パイプ６の表面温度をも検出可能である。

　また、温度センサ２６の側面２６ａには２つの環状溝３２が形成され、各環状溝３２にはそれぞれＯリング３４が装着されており、温度センサ２６は各Ｏリング３４を介して貫通孔２４に気密に接続固定されている。
　温度センサ２６は、その外端部３６から引き出されたリード線３８によってインバータ４０に電気的に接続され、インバータ４０は、上述した電源装置１５及び通電回路を介し、温度センサ２６にて検出されるＬＬＣの温度及び／又は金属パイプ６の表面温度に応じて、ヒータ２への通電をオンオフする通電制御を行う（通電制御手段）。

　この通電制御では、流路１８にＬＬＣが存在する場合、温度センサ２６によってＬＬＣの温度が適正範囲に制御されるため、ヒータ２が異常に温度上昇することはない。
　一方、従来において、冷却水回路へのＬＬＣの未供給状態や冷却水回路からのＬＬＣの漏洩等の理由により、流路１８にＬＬＣが存在しないか或いは非常に少ない場合、ヒータ２からの熱を伝達する熱媒体が存在しない、或いは熱媒体が少量の状態となるため、加熱装置１が空焚き状態となってヒータ２自体の温度が異常上昇してしまうという不具合が生じ得る。このような空焚き状態が生じても、温度センサ２６が金属パイプ６に非接触であってＬＬＣの温度のみを検出する位置に配置されている従来の場合には、温度センサ２６の周囲に存在する空気による断熱効果によって温度センサ２６の応答性が悪化し、空焚き検知が遅延した結果、流路１８内の温度が上昇し続け、ひいては加熱装置１の発煙発火に至るおそれがある。

　これに対し本実施形態では、温度センサ２６をヒータ２の発熱部である金属パイプ６の外周面６ａに直接接触させ、且つＬＬＣが流れる流路１８に配置することにより、液体であるＬＬＣと空気である気体との伝熱性の差異に着目し、流路１８にＬＬＣが存在するときにはＬＬＣの温度が支配的になる一方、流路１８にＬＬＣが存在しない、或いは少量であるときにはヒータ２自体の温度が支配的になることを利用した通電制御が行われる。

　以下、図３のフローチャート、図４及び図５のヒータ２への通電状態及び温度センサ２６にて検出された温度Ｔの関係を時系列的に示した図を参照して、インバータ４０で実行される通電制御について説明する。
　ヒータ２への通電がオンされ、本通電制御の制御ルーチンが開始されると、先ず、温度センサ２６にて検出された、流路１８におけるＬＬＣの温度及び金属パイプ６の表面温度に基づいた温度（筐体内温度）Ｔが所定の第１閾値ＴＳ１以上となるか否かが判定される＜ステップＳ１＞。

　ステップＳ１の判定結果が真（ＹＥＳ）であるとき、すなわち、Ｔ≧ＴＳ１の関係式が成立すると判定された場合には、図４及び図５に示されるように、ヒータ２への通電をオフにして通電待機状態（ウェイト状態）とする＜ステップＳ２＞。
　一方、ステップＳ１の判定結果が偽（ＮＯ）であるとき、すなわち、Ｔ≧ＴＳ１の関係式が成立しないと判定された場合には、図４及び図５に示されるように、ヒータ２への通電をオンのまま再びステップＳ１に移行する。

　次に、ステップＳ２のウェイト状態において、温度センサ２６にて検出された温度Ｔが所定の第２閾値ＴＳ２以上となるか否かが判定される＜ステップＳ３＞。
　ステップＳ３の判定結果が真（ＹＥＳ）であるとき、すなわち、Ｔ≧ＴＳ２の関係式が成立すると判定された場合には、ＬＬＣが流路１８に存在しない、或いは存在しても正常よりも少ない、いわゆる空焚き状態と判定し、図５に示されるように、加熱装置１の高温異常処理としてヒータ２への通電を継続的にオフする通電完全停止状態（スリープ状態）とし、以降の通電復帰は自動では行わない＜ステップＳ４＞。

　一方、ステップＳ３の判定結果が偽（ＮＯ）であるとき、すなわち、Ｔ≧ＴＳ２の関係式が成立しないと判定された場合には、上記ウェイト状態において温度センサ２６にて検出された温度Ｔが所定の第３閾値ＴＳ３以下となるか否かが判定される＜ステップＳ５＞。
　ステップＳ５の判定結果が真（ＹＥＳ）であるとき、すなわち、Ｔ≦ＴＳ３の関係式が成立すると判定された場合には、正常な量のＬＬＣが流路１８に存在していると判定し、通常の通電制御を行うべく、図４に示されるように、ヒータ２への通電をオンにして通電復帰状態とする＜ステップＳ６＞。

　一方、ステップＳ５の判定結果が偽（ＮＯ）であるとき、すなわち、Ｔ≦ＴＳ３の関係式が成立しないと判定された場合には、図４に示されるように、ヒータ２への通電をオフのまま再びステップＳ３に移行する。
　以上のように本実施形態では、第１閾値ＴＳ１から第２閾値ＴＳ２の温度範囲を空焚き判定範囲とすることにより、ヒータ２の通電待機状態（ウェイト状態）から加熱装置１の空焚き状態をヒータ２による通常の温度制御と区別して判別し、空焚き状態と判定された場合にはヒータ２への通電を継続的にオフする通電完全停止状態（スリープ状態）とし、以降の通電復帰は自動では行わないようにすることができる。

　また、温度Ｔが第３閾値ＴＳ３以下となったときにはヒータ２の通電待機状態から通電オンの復帰状態に戻すことができる。このような通電制御を行うことにより、流路１８にＬＬＣが存在するときには加熱装置１を不要に保護停止せずに通常の通電制御を行え、一方、流路１８にＬＬＣが存在しない、或いは少量であるときには異常処理を行うことで加熱装置１を迅速に保護停止することができる。従って、温度センサ２６によるヒータ２の通常の通電制御を行いながら、空焚きを高精度且つ迅速に検知し、発煙発火を確実に防止することにより信頼性を高めた加熱装置１を提供することができる。

　本発明は、上記実施形態の加熱装置１に制約されるものではなく、種々の変形が可能である。
　例えば、本発明の加熱装置１は、ハイブリッド自動車や電気自動車の車両用空調装置に組み込むのみならず、他の用途の熱源としても利用可能であるのは勿論である。

　　１　　加熱装置
　　２　　ヒータ
　　４　　ケース（筐体）
　　６　　金属パイプ（発熱部）
　１８　　流路
　２６　　温度センサ（温度検出手段）
　４０　　インバータ（通電制御手段）

Claims (2)

1. 　通電により発熱する発熱部を有するヒータと、
   　前記発熱部が収容され、該発熱部との間に熱媒体の流路を形成する筐体と、
   　前記流路にて前記熱媒体及び前記発熱部の熱に基づく筐体内温度を検出する温度検出手段と、
   　前記温度検出手段にて検出された前記筐体内温度に応じて前記ヒータへの通電をオンオフする通電制御手段と
   を備え、
   　前記通電制御手段は、前記温度検出手段にて検出された前記筐体内温度が所定の第１閾値以上となるとき、前記ヒータへの通電をオフにして通電待機状態とし、該通電待機状態において検出された前記筐体内温度が所定の第２閾値以上となるとき、前記ヒータへの通電を継続的にオフにして通電完全停止状態とすることを特徴とする加熱装置。
2. 　前記通電制御手段は、前記通電待機状態において検出された前記筐体内温度が所定の第３閾値以下となるとき、前記ヒータへの通電をオンにして通電復帰状態とすることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。

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