(57)【要約】【課題】冷却効果を向上するとともに、コントローラ単品での交換を容易に行なえる補助ヒータにおける半導体素子の取付け構造を提供すること。【解決手段】ヒータコア６に並設して配置するＰＴＣヒータ２０は、ＰＴＣヒータ本体部２１とコントローラ２５とを備えている。ＰＴＣヒータ本体部２１には加熱されるフィン部２２との側面に配置される電機コネクタ部２３を備え、コントローラ２５は、複数のパワートランジスタ２７を組み込んだプリント基板２４を備えている。プリント基板２４の一端に配置するコネクタ２６を、ＰＴＣヒータ本体部２１の電気コネクタ部２３に対向するように装着して、プリント基板２４の他端に配置する複数のパワートランジスタ２７をヒータコア６の側面部に対向するように装着する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調ユニット内にヒータコアと補助ヒータとが並設して配置され、前記補助ヒータには、半導体素子が組み込まれたコントローラが配置され、前記空調ユニット内に導入された内気又は外気が前記補助ヒータを通過することによって、内気又は外気が瞬時加熱して送風されるとともに、瞬時加熱後に前記半導体素子を冷却する補助ヒータにおける半導体素子の取付け構造であって、前記半導体素子が、前記補助ヒータと離れた位置に配置されて前記補助ヒータに電子回路手段で接続されていることを特徴とする補助ヒータにおける半導体素子の取付け構造。
【請求項２】
前記電子回路手段が、絶縁層を有して構成されたプリント配線板であることを特徴とする請求項１記載の補助ヒータにおける半導体素子の取付け構造。
【請求項３】
前記半導体素子が前記電子回路手段の一端に配置されて前記ヒータコアの一部に装着されるとともに、前記電子回路手段の他端が前記補助ヒータに装着されることを特徴とする請求項１又は２記載の補助ヒータにおける半導体素子の取付け構造。
【請求項４】
運転開始時における瞬時暖房の効率を向上するために配置される補助ヒータにおける半導体素子の取付け構造であって、
前記半導体素子が、前記補助ヒータに装着されて絶縁層を有する電子回路板に前記補助ヒータから離れた位置に配置されることを特徴とする補助ヒータにおける半導体素子の取付け構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、瞬時暖房を可能にするために、特に、空調ユニット内に配置された補助ヒータの半導体素子の取付け構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、車両の空調装置には、エバポレータとヒータコアが配置され、空調ユニット内に導入された内気又は外気がエバポレータ又はヒータコアを通過することによって、熱交換されて設定された温度で車室内に送風される。この際、ヒータコアは水冷式エンジンの冷却水を導入して循環していることから、外気温度が低くて冷却水温度が低いと、エンジンを始動してヒータコアを起動する際に、立ち上がり時においては、暖房能力が不足して車室内を設定温度にするまでに時間がかかり暖気運転時間を長く取らなければならなかった。この暖気運転時間を短縮することが強く望まれていたことから、従来における温水式暖房装置では、特許文献１あるいは特許文献２に示すように、ヒータコアの他に加熱フィン部を備える補助ヒータを配置するようにしていた。例えば、図３に示すように、上記特許文献１、２に示されている補助ヒータ３６を、空調ユニット内のヒータコア３５と並設して配置する場合、エンジンの始動と同時に手動又は自動で補助ヒータ３６を起動すれば、補助ヒータ３６は瞬時に加熱され、ヒータコア３５の上流側から流れてくる空気がヒータコア３５及び補助ヒータ３６を通過することによって、ヒータコア３５ではまだ加熱されない空気が補助ヒータ３６を通過することによって加熱されて昇温された空気を車室内に送風することができる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２０８２５１号公報（４〜７頁、図２）
【特許文献２】
特開２０００−１０８６４５公報（２〜３頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、補助ヒータ３６には、補助ヒータ本体部３７における一方の側部にコントローラ３８が配置されて、コントローラ３８に、例えば、電流を流して加熱フィン部３９を加熱させるパワートランジスタ等の複数の半導体素子４０が一体的に組み込まれている。半導体素子４０は、補助ヒータ本体３７の加熱で熱伝導されることによって耐久性を低下させる虞れがある。補助ヒータ３６は、通常、ヒータコア３５が設定された温度に昇温されると起動を停止して、その後、自然冷却によって冷却される。従って、冷却効率が悪く、また電流確保のためにパワートランジスタ等の半導体素子４０にＭＯＳ−ＦＥＴを複数使用することとなっていたことからコスト高になっていた。さらに、半導体素子４０を組み込んだコントローラ３８は補助ヒータ本体３７と一体的に構成されていることから、コントローラ３８を取替える場合に、コントローラ３８単品での交換が不可能となっていた。
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するものであり、半導体素子を組み込んだコントローラの冷却効率を向上して半導体素子の耐久性を向上するとともに、コントローラ単品での交換を可能とする補助ヒータにおける半導体素子の取付け構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る補助ヒータにおける半導体素子の取付け構造では、上記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、補助ヒータはヒータコアと並設して配置され、補助ヒータの半導体素子を、補助ヒータの本体部から離れた位置に電子回路手段を介して設置することによって、加熱された補助ヒータの熱伝導を受けにくいように構成している。
【０００７】
つまり、半導体素子を補助ヒータの本体部から離隔することによって、加熱された補助ヒータの本体部の熱を直接受けることなく配置でき、しかも電子回路手段が絶縁層を有するものであれば、補助ヒータの本体部から離れた位置に配置された半導体素子は、補助ヒータの本体部の熱伝導を受けにくいこととなる。
【０００８】
従って、半導体素子の加熱を防止することができることによって冷却時の冷却効率を向上することができ、半導体素子の耐久性を向上することができる。しかも、半導体素子が電子回路手段で補助ヒータと連結することから、半導体素子を組み込んだ電子回路手段を交換することによって、半導体素子の交換を容易にすることができる。
【０００９】
また、請求項２記載の発明では、請求１項記載の発明における電子回路手段がプリント配線板で構成されていれば、プリント配線板の本体が、通常、絶縁層を有して形成されていることから、プリント配線板の一端に半導体素子を組み込んで、プリント配線板の他端を補助ヒータの本体部に連結するように装着することによって、半導体素子は補助ヒータの本体部から離れることができ、加熱された補助ヒータの本体部の熱伝導を受けにくくなる。しかも、半導体素子の交換は、廉価に形成されたプリント配線板を交換するだけで済むことになるから、交換も容易に行なうことができる。
【００１０】
また、請求項３記載の発明では、補助ヒータから離れた位置に配置する半導体素子を、補助ヒータと並設して配置するヒータコアに装着すれば、自ら発生した熱によって加熱された半導体素子はヒータコアに放熱して冷却効果を向上することができるとともに、立ち上がり時のヒータコアの加熱を促進することができ、ヒータコアの加熱効率を向上することも可能となる。
【００１１】
請求項４記載の発明では、運転開始時における暖房効率を向上するために配置された補助ヒータにおいて、半導体素子を補助ヒータの本体部から離隔することによって、加熱された補助ヒータの本体部の熱を直接受けることなく配置でき、しかも絶縁層を有する電子回路板の一端を補助ヒータに装着して、電子回路版の他端側に半導体素子を組み込むことによって、補助ヒータ本体から離れた位置に配置された半導体素子は、補助ヒータ本体の熱伝導を受けにくいこととなる。
【００１２】
従って、半導体素子の加熱を防止することができ、冷却時の冷却効率を向上して半導体素子の耐久性を向上することができる。しかも、半導体素子が電子回路板で補助ヒータと連結することから、半導体素子を組み込んだ電子回路板を交換することによって、半導体素子の交換を容易にすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、一般的な空調ユニット１を示すものであり、一般的な空調ユニット１は、ユニットケース２内に上流側（図１における左方側）から順に空気の導入口４、空気を熱交換して冷風にするエバポレータ５、冷風を温風に熱交換するヒータコア６、冷風と温風とを混合して適度な温度にするエアミックス室７とを備えて構成されている。実施形態の補助ヒータ（以下、ＰＴＣヒータという。）２０は、車両用空調ユニット１内のヒータコア６の下流側に、ヒータコア６と並設するように配置されてヒータコア６の上流側から送風されてきた空気をＰＴＣヒータ２０の下流側に送風可能としている。
【００１５】
また、エバポレータ５を通過した冷風をヒータコア６に送風するか、エアミックス室７に送風するかを切り替えるエアミックス切替ドア１１をエバポレータ５の下流側に配置し、さらに、エアミックス室７からフェイス吹出し口１３に配風するフェイス吹出し用配風ドア１４と、デフロスタ吹出し口１５に配風するデフロスタ吹出し用配風ドア１６、フット吹出し口１７に配風するフット吹出し用配風ドア１８とが、エアミックス室７の下流側に配置されている。
【００１６】
ＰＴＣヒータ２０は、図２に示すように、内部にフィン部２２を並設したＰＴＣヒータ本体部２１と、ＰＴＣヒータ本体部２１の一方の側面に配置された電気コネクタ部２３とを有して構成され、電気コネクタ部２３に一端を装着したプリント配線板２４が、他端をヒータコア６に装着して配置されている。そして、プリント配線板２４と電気コネクタ部２３とでコントローラ２５を構成することとなる。
【００１７】
プリント配線板２４は導体である電子回路層と電子回路層を支持する絶縁層で形成され、矩形板状に形成されている。プリント配線板２４のＰＴＣヒータ本体２１側端部には、複数のコネクタ２６が組み込まれ、プリント配線板２４のヒータコア６側端部には半導体素子としての複数のパワートランジスタ２７が組み込まれている。パワートランジスタ２７とコネクタ２６とは、プリント配線板２４内に配線された電子回路で接続されている。
【００１８】
なお、実施形態では、プリント配線板２４とＰＴＣヒータ本体２１とは、ブラケット２８を介して留め金具としての複数のスナップ２９で固定され、プリント配線板２４とヒータコア６とは、ブラケット３０を介してスナップ２９で固定されている。
【００１９】
なお、ヒータコア６には、冷却水の導入口６ａ、排出口６ｂを備えてラジエータと接続されて、エンジンを冷却する冷却水の循環回路を構成している。
【００２０】
次に、上記のように構成された空調装置及びＰＴＣヒータ２０の作用について、図１〜２に基づいて説明する。以下の説明においては、車室内を暖房することにおいて説明する。
【００２１】
エンジンを始動すると、空調装置では、図示しないブロワモータが作動して内気又は外気を空調ユニット１内に導入する。一方、エンジンの作動で加熱された冷却水がヒータコア６に向かって流れるように循環する。同時にＰＴＣヒータ２０の起動ボタンを操作してＰＴＣヒータ２０を起動させる。
【００２２】
ヒータコアに流れる冷却水は、エンジンの始動時においては、外気温度が低くて冷却水温度が低く、エンジンによる加熱効果が小さいことから、冷却水を循環しているヒータコア自体の温度が上昇するまでに時間を必要とする。一方、ＰＴＣヒータ２０の起動によって、コントローラ２５内の複数のパワートランジスタ２７からフィン部２２に電流を流すことによってフィン部２２が加熱される。このフィン部２２の温度は僅かな時間で約百数十℃に昇温される。
【００２３】
従って、図示しないブロワモータによって空調ユニット１内に導入された空気は、導入口４からエバポレータ５を通って冷却された後、ヒータコア６とＰＴＣヒータ２０を通って加熱される。エンジン始動時においては、エバポレータ５で冷却された空気はヒータコア６では加熱されずに、加熱されているＰＴＣヒータ２０のフィン部２２を通過することによって加熱されることとなる。暖められた空気はフェイス吹出し口１３、あるいはデフロスタ吹出し口１５、又はフット吹出し口１７から車室内に送風される。
【００２４】
一方、ＰＴＣヒータ２０のコントローラ２３では、ＰＴＣヒータ２０のフィン部２２の加熱でＰＴＣヒータ本体２１が加熱されることによって昇温される。しかし、パワートランジスタ２７は、ＰＴＣヒータ本体２１から離れた位置にあり、しかもプリント配線板２４の絶縁層によってＰＴＣヒータ本体２１からの熱伝導は受けにくく、自ら発生する熱によって加熱された状態にある。パワートランジスタ２７から発生する熱は、ブラケット３０を介してヒータコア６に伝導することとなって放熱されることとなる。
【００２５】
ヒータコア６が、エンジンからの熱伝導で加熱された冷却水によって加熱されてくると、空調ユニット１内を流れる空気はヒータコア６によって暖められることとなるから、ＰＴＣヒータ２０は自動でその動作を停止する。
【００２６】
それによってパワートランジスタ２７には、ＰＴＣヒータ本体２１から伝導される熱はほとんどなく、また電流が流れないことにより新たな発熱が停止される。パワートランジスタ２７から発生していた熱は、常時ヒータコア６側に放熱されていることから、パワートランジスタ２７は即座に冷却されることとなる。
【００２７】
なお、ＰＴＣヒータ２０の起動及び停止は、操作ボタンによって行われるタイプを示しているが、自動制御で行われるタイプのものであっても同様の作用が行われる。
【００２８】
上記のように、実施形態のＰＴＣヒータにおける半導体素子の取付け構造では、半導体素子としてのパワートランジスタ２７が、プリント配線板２４に組み込まれてコントローラ２５を構成し、一端をＰＴＣヒータ本体２１に装着したプリント配線板２４の他端に配置されている。従ってこのプリント配線板２４を市場で流通させることによって、廉価な費用で容易に交換作業を行うことができる。
【００２９】
しかも、プリント配線板２４に配置されたパワートランジスタ２７がヒータコア６に対向する位置に、プリント配線板２４を取付けていることから、複数のパワートランジスタ２７は、加熱されているＰＴＣヒータ本体２１と離れた位置に配置されることとなって、ＰＴＣヒータ本体２１からの熱伝導を受けにくくなる。これによってパワートランジスタ２７の耐久性を向上することができるとともに、パワートランジスタ２７自ら発生する熱をヒータコア６に放熱できる。従って、パワートランジスタ２７の冷却効果を向上できるとともに、エンジン始動時におけるヒータコア６の加熱を促進してエンジン冷却水を昇温することとなって省エネルギー化を達成することも可能となる。
【００３０】
さらに、パワートランジスタ２７をＰＴＣヒータ本体２１から離れた位置に配置することによって、他の効果も発生することになる。例えば、第１に、パワートランジスタ２７の作動温度を抑えることによって、パワートランジスタ２７内の高価なＭＯＳ−ＦＥＴの数を低減することができてコストダウンを行うことができる。第２にパワートランジスタ２７の作動温度を抑えることによって、高価なＭＯＳ−ＦＥＴの替わりに、耐熱性の劣る廉価な部品であっても使用することも可能となる。
【００３１】
また、第３にパワートランジスタ２７をプリント配線板２４に組み込むことによって、パワートランジスタ２７の数を増やすことができ、それによって、ＰＴＣヒータコントローラの容量をアップすることができて、ＰＴＣヒータ２０の能力を上げることができる。
【００３２】
なお、本発明の補助ヒータにおける半導体素子の取付け構造は、上記の形態に限定することなく、ＰＴＣヒータ２０をヒータコア６と並設する位置に配置されていないタイプのものであっても、パワートランジスタ２７がＰＴＣヒータ本体２１と離れた位置に配置しているものであれば適用できるものである。例えば、従来の特許文献１に示されるように、エンジンの上流側でヒータコアの下流側に配置して冷却水の温度を瞬時に加熱させるＰＴＣヒータや、特許文献２に示されるように、ヒータ専用循環回路中に設けられたＰＴＣヒータであっても、パワートランジスタ２７をプリント配線板２４に組み込んで、パワートランジスタ２７がＰＴＣヒータ本体２１から離れた位置になるようにプリント配線板２４をＰＴＣヒータ本体２１に装着すればよい。この際、パワートランジスタ２７を放熱可能な部位に対向するように装着すればよい。
【００３３】
さらに、本発明の補助ヒータにおける半導体素子の取付け構造は、車両以外の空調装置に組み込むこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一形態によるＰＴＣヒータを配置する一般的な空調ユニットを示す断面図である。
【図２】図１におけるＰＴＣコントローラの一部がヒータコアに装着された状態を示す斜視図である。
【図３】従来のＰＴＣヒータをヒータコアに並置する状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  空調ユニット
６  ヒータコア
２０  ＰＴＣヒータ（補助ヒータ）
２１  ＰＴＣヒータ本体
２２  フィン部
２４  プリント配線板
２５  コントローラ
２７  パワートランジスタ（半導体素子）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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