WO2015029862A1 - 車両用暖房装置 - Google Patents

Abstract

　ブロア（４）によって送られる空気が車室内に吹き出す吹き出し口（６）の開口直前位置に、個々に電気ヒータ（７）が配置されている。電気ヒータ（７）は、吹き出し口（６）に装填される円筒状のケース（１５）と、このケース（１５）内に配置される発熱シート（１６）と、から構成される。発熱シート（１６）は、炭素繊維を抄紙した導電性繊維シートからなり、１本の連続した細長い帯状に形成され、かつケース（１５）のピン（２２）に沿って放射状に折り返されている。空気は、発熱シート（１６）の表面に沿って流れる間に加熱される。

Description

車両用暖房装置

　この発明は、個々の吹き出し口に電気ヒータを配置した車両用暖房装置の改良に関する。

　内燃機関を動力源とする自動車の暖房装置としては、ブロアによって圧送される空気を、内燃機関の冷却水（温水）を熱源とするヒータコアによって加熱し、車室へ向かって設けられた複数の吹き出し口から吹き出すようにした構成が一般的である。

　しかし、近年の内燃機関の冷却損失の低減ならびにハイブリッド車や電動自動車の出現に伴い、特許文献１や特許文献２に見られるように、熱源として電気ヒータを用いた車両用暖房装置が注目されるに至っている。特許文献１の装置では、足下に温風を導くフットダクト内にＰＴＣヒータが配置されており、特許文献２の装置では、運転者の膝元へ温風を導くインストルメントパネル内の通路にＰＴＣヒータが配置されている。

　電気ヒータを用いた車両用暖房装置では、限られた電力でもっていかに効率よく暖房を行うかが重要である。

　特許文献１の装置では、平板状のＰＴＣセラミックを金属板からなるフィンで挟んだ構造を多数積層したＰＴＣヒータが用いられており、発熱体であるＰＴＣセラミックがフィンを加熱し、このフィンが空気を暖める構成であるので、フィンの加熱に無駄に電力が消費されてしまう。しかも、このような構造では、吹き出し口の直前位置にヒータを配置することが困難であり、ダクトや周囲の構造物に熱が奪われやすい。

　また特許文献２の装置では、インストルメントパネル内の空間全体をＰＴＣヒータで暖める構成であるため、インストルメントパネルや周囲の構造物の温度上昇に熱が使われてしまい、空気流のみを効率良く加熱することができない。

実開平６－１８０１１号公報 特開２００２－３１６５６１号公報

　この発明は、ブロアによって送られる空気が車室内に吹き出す吹き出し口に、個々に電気ヒータを配置した車両用暖房装置であって、上記電気ヒータは、通電により発熱する細長い帯状に形成した発熱シートを、表面が吹き出し口の流れ方向に沿うようにしつつ複数回折り返してケースに収容した構成となっている。

　このような構成では、ブロアによって送られる空気が吹き出し口から吹き出す直前に、発熱シートの表面に沿って流れる間に加熱される。複数回折り返してケース内に配置した発熱シート自体が発熱し、表面に触れる空気を直接に加熱するので、周囲の構造物等を不必要に加熱することなく均等な温度分布の温風が効率よく生成される。

　本発明の好ましい一つの態様では、上記ケースが、上記発熱シートの折り返し部の内側に位置する複数のピンを備えており、上記発熱シートは、このピンに沿って折り返されている。

　例えば、上記ケースの外周部に配置された複数のピンと内周部に配置された複数のピンとを有し、これらのピンに沿って上記発熱シートが放射状に折り返されている。

　このようにケースに設けたピンに沿って帯状の発熱シートを折り返すようにした構成では、可撓性を有する発熱シートを、所定のレイアウトに確実に配置することができるとともに、折り返された隣接する発熱シート同士がピンによって確実に離れるので、両者間での短絡が防止される。

　本発明の好ましい一つの態様では、上記発熱シートは、導電性繊維を抄紙した導電性繊維シートから構成される。このような発熱シートは、導電性を有し、通電することによって発熱する。このような導電性繊維シートを用いた構成では、通電開始時にＰＴＣヒータのような過大な突入電力が流れることがなく、車両の限られた電力でもって複数の吹き出し口で同時に温風の生成を行うことが可能である。

　この発明によれば、吹き出し口から車室内に供給される空気流を、限られた電力でもって効率よく加熱することができ、温水式暖房装置に補助的に追加される暖房装置として、あるいは電気自動車等でのメインの暖房装置として、利用することが可能となる。

この発明に係る暖房装置の一実施例を示す構成説明図。 側部の吹き出し口に電気ヒータを備えたインストルメントパネル要部の斜視図。 電気ヒータを示す平面図。 この電気ヒータのケースを示す斜視図。 第２の実施例の電気ヒータを示す平面図。 この電気ヒータのケースを示す平面図。

　以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

　図１は、この発明を、内燃機関を動力源とする自動車の暖房装置に適用した一実施例の構成説明図である。この暖房装置は、ハウジング１の空気取り入れ口２から取り込まれる空気を、ハウジング１の一部となるダクト３へ送る電動式のブロア４と、このブロア４の下流側に配置されたヒータコア５と、ダクト３先端の吹き出し口６の開口直前位置に設けられた電気ヒータ７と、を備えている。上記ヒータコア５は、内燃機関の冷却水と空気との間の熱交換を行うものであり、ブロア４により送られてヒータコア５を通過した空気流は、複数の吹き出し口６へ分配される。図示した吹き出し口６は、車室に対し設けられる複数の吹き出し口６の中の一つを代表的に示しており、例えば、図２に示すように、運転席前のインストルメントパネル１１の側部（ステアリングホイール１２の側方）に位置する円形の吹き出し口６である。この吹き出し口６には、吹き出し方向を調整するルーバー８が配置されており、このルーバー８の裏側に隣接して円筒形の電気ヒータ７が配置されている。

　なお、図１は、暖房装置として必要な構成要素のみを概略的に示したものであり、空気取り入れ口２の上流には、外気と内気循環とを切り換える内外気切換ドアが設けられ、ヒータコア５の下流側には、複数のダクト３への空気導入の切換を行う吹き出し口切換ドアが設けられているが、これらは図示していない。また、実際には、多くの場合、暖房機能とともに冷房機能を有する空調装置として、特許文献１に開示されているようなエバポレータおよびエアミックスドアを含むいわゆるリヒートエアミックス形式の空調装置に構成されるが、本発明は、このような空調装置としても同様に適用が可能である。

　図３は、吹き出し口６に配置される円筒形の電気ヒータ７の一実施例を示している。この電気ヒータ７は、吹き出し口６に装填される円筒形をなすケース１５と、このケース１５の中に配置される発熱シート１６と、から構成されている。

　ケース１５は、例えば合成樹脂により一体に成形されたものであって、円筒状をなす外筒１７と同じく円筒状をなす小径の内筒１８とが同心状に配置され、かつ軸方向の一端において、略十字形をなすように放射状に設けられた連結バー１９によって互いに連結されている。上記外筒１７の一端には、外周フランジ部２０が外筒１７から内周側へ張り出しており、内筒１８の一端には、内周フランジ部２１が内筒１８から外周側へ張り出している。上記連結バー１９は、上記の外周フランジ部２０と内周フランジ部２１との間に設けられている。そして、これらの外周フランジ部２０および内周フランジ部２１には、外筒１７および内筒１８の軸方向と平行に突出する複数のピン２２が一体に形成されている。これらのピン２２は、細い円柱状をなしており、円筒状ケース１５の周方向に等間隔（例えば１５°毎）に並んで配置されている。詳しくは、周方向に見て、外周側の隣接する２本のピン２２の間に、内周側の１本のピン２２が位置するように、各ピン２２が配置されている。外筒１７の周方向の一箇所には、後述するターミナルの位置となる一対のスリット２４が設けられている。

　上記ケース１５の中に配置される発熱シート１６は、炭素繊維の短繊維を抄紙した導電性繊維シートからなる。なお、抵抗値の調整などのために炭素繊維以外の他の繊維を含んでいてもよい。この導電性繊維シートは、導電性を有し、通電することにより発熱する特性を有している。この実施例では、導電性繊維シートは、細長い１本の連続した帯状に構成されており、外筒１７と内筒１８との間の半径方向の距離にほぼ相当する間隔でもって、交互に反対方向に折り返されている。つまり、いわゆるプリーツ折りとなっている。そして、個々の折り返し部の内側にピン２２が位置するようにして、外筒１７と内筒１８との間の円環状の空間に発熱シート１６が収容されている。換言すれば、ピン２２が折り返し部の内側となるように帯状の発熱シート１６が折り返され、外筒１７と内筒１８との間で、全体として放射状をなすように、発熱シート１６が配置されている。従って、発熱シート１６の表面は、空気の流れの方向に沿ったものとなる。

　帯状の発熱シート１６の両端には、それぞれ外部との接続を行うための導電性金属からなるターミナル２５が設けられている。このターミナル２５を備えた発熱シート１６の両端部は、スリット２４を通して外周側へ引き出されており、外筒１７の外周面にターミナル２５が配置されている。なお、この電気ヒータ７が装着される吹き出し口６側に上記ターミナル２５と接触する端子片を設けておき、電気ヒータ７を吹き出し口６に装填するだけで電気的接続が行えるように構成することも可能である。

　上記のように構成された電気ヒータ７は、図示せぬコントローラを介して、例えば、温水での暖房が不十分である冷間時の始動直後などに通電され、運転者に対し局部的ではあるが素早い暖房を提供することができる。例えば、図示例では、ステアリングホイール１２を操作する運転者の手を素早く温めることができる。

　ブロア４によって送られる空気流は、吹き出し口６から吹き出す直前に電気ヒータ７を通過し、放射状に配置された発熱シート１６により狭い通路に仕切られたケース１５内の各区画を空気が流れる間に、効果的に空気が加熱される。導電性繊維シートからなる発熱シート１６は、通電によりそれ自体が発熱し、しかも、ケース１５の通路断面積に比較して発熱シート１６の面積を十分に大きく確保することができるので、発熱シート１６の温度を過度に高くせずに空気流の加熱が可能である。従って、周囲の構造物等に熱を奪われることなく、少ない電力で効率よく局所的な暖房を行うことができる。

　ここで、上記の導電性繊維シートからなる発熱シート１６は、初期にＰＴＣヒータのような過大な突入電流が流れることがないので、限られたバッテリ容量ないし発電容量の下で、複数箇所の吹き出し口６で同時に電気ヒータ７を使用することが可能である。

　また、上記実施例の構成では、合成樹脂製ケース１５の一部をなす外周側および内周側の複数のピン２２に沿って帯状の発熱シート１６が折り返されているので、可撓性を有する発熱シート１６を、所定のレイアウトに確実に配置することができる。そして、折り返された隣接する発熱シート１６同士がピン２２によって確実に離れ、両者間での短絡が防止される。しかも、折り返し部にピン２２が存在することで、ピン２２に近い外周部および内周部においても、発熱シート１６表面に空気が確実に接触するようになり、発熱シート１６の全面を空気の加熱に有効に利用することができる。

　なお、上記実施例の電気ヒータ７においては、ピン２２を介した発熱シート１６の折り曲げ回数（換言すれば、帯状の発熱シート１６の全長）および発熱シート１６の幅（ケース１５の軸方向に沿った寸法）を変更することにより、発熱シート１６の発熱量ならびに表面積を可変的に設定することが可能である。例えば、同じ径の吹き出し口６に対し、加熱容量が大小異なる電気ヒータ７を容易に設定することができる。

　次に、図５および図６は、発熱シート１６のレイアウトを変更した電気ヒータ７の第２の実施例を示している。この実施例では、合成樹脂製ケース１５は、やはり同心状に配置された外筒１７と内筒１８とを有しているが、外筒１７の一端と内筒１８の一端とが、複数の放射状の連結バー１９によって互いに連結されている。図示例では、１５°毎に比較的細い連結バー１９が設けられており、これら連結バー１９は、円環状のリム１９ａによって周方向に互いに連結されている。発熱シート１６の折り返し部の内側に配置される多数のピン２２は、この連結バー１９の上に支持されており、特に、この実施例では、４つの同心円に沿ってピン２２が配置されている。

　具体的には、最外周の円に沿って配置されたピン２２は、複数の連結バー１９の１つおきに設けられており、これらに挟まれた中間の連結バー１９には、リム１９ａよりも僅かに大径な円に沿って位置するピン２２が配置されている。また、リム１９ａよりも僅かに小径な円に沿って６個のピン２２が配置され、隣接する２つのピン２２の間に、最も小径な円に沿って６個のピン２２が配置されている。

　そして、図５に示すように、これらのピン２２を利用して、リム１９ａよりも外周側で放射状ないし星型に発熱シート１６が配置されているとともに、リム１９ａよりも内周側で星型に発熱シート１６が配置されている。つまり、１本の連続した帯状の発熱シート１６がプリーツ折りされ、かつ内外２重に配置されている。

　このように、本発明においては、帯状の発熱シート１６をどのようにレイアウトするかは任意であり、ケース１５の断面積（つまり吹き出し口６の断面積）の中で必要な表面積が得られるように、適当にレイアウトすればよい。

　以上、この発明の一実施例を図面に基づいて説明したが、本発明は上記実施例のような円筒形の吹き出し口に限定されず、種々の形状および種々の位置の吹き出し口に適用することが可能である。さらに、上記実施例のように補助的な暖房装置ではなく、電気ヒータのみで車室内の暖房を行う場合にも同様に適用することができる。

Claims (6)

1. 　ブロアによって送られる空気が車室内に吹き出す吹き出し口に、個々に電気ヒータを配置した車両用暖房装置であって、
   　上記電気ヒータは、通電により発熱する細長い帯状に形成した発熱シートを、表面が吹き出し口の流れ方向に沿うようにしつつ複数回折り返してケースに収容してなる、車両用暖房装置。
2. 　上記ケースは、上記発熱シートの折り返し部の内側に位置する複数のピンを備えており、上記発熱シートは、このピンに沿って折り返されている、請求項１に記載の車両用暖房装置。
3. 　上記ケースの外周部に配置された複数のピンと内周部に配置された複数のピンとを有し、これらのピンに沿って上記発熱シートが放射状に折り返されている、請求項２に記載の車両用暖房装置。
4. 　上記発熱シートは、導電性繊維を抄紙した導電性繊維シートからなる、請求項１～３のいずれかに記載の車両用暖房装置。
5. 　上記吹き出し口にルーバーを備えており、上記電気ヒータは、このルーバーの裏側に隣接して配置されている、請求項１～４のいずれかに記載の車両用暖房装置。
6. 　上記ブロアの下流側にヒータコアが配置されており、このヒータコアを通過した空気流が分配される複数の吹き出し口の各々に、上記電気ヒータが設けられている、請求項１～５のいずれかに記載の車両用暖房装置。

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