(57)【要約】【課題】伝熱効率をさせつつ、積層方向の強度を向上させることが可能な熱媒体加熱装置、車両用空調装置及び熱媒体加熱装置の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】熱媒体加熱装置は、入口ヘッダ部２１から導入された熱媒体が流通して出口ヘッダ部２２から導出される複数の扁平状の扁平熱交チューブ１７と、積層された二つの扁平熱交チューブ１７に挟み込まれるＰＴＣヒータとを備え、扁平熱交チューブ１７は、一端部に入口ヘッダ部２１と出口ヘッダ部２２が並列して設けられ、他端部に熱媒体の流れ方向を１８０°転回させるＵターン部２４が形成され、Ｕターン部２４には、熱媒体が流通する互いに平行な複数のチューブからなる第１チューブ部２３が設置される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口ヘッダ部から導入された熱媒体が流通して出口ヘッダ部から導出される複数の扁平状の熱交チューブと、
積層された二つの前記熱交チューブに挟み込まれるＰＴＣヒータと、
を備え、
前記熱交チューブは、
一端部に前記入口ヘッダ部と前記出口ヘッダ部が並列して設けられ、
他端部に前記熱媒体の流れ方向を１８０°転回させるＵターン部が形成され、
前記Ｕターン部には、前記熱媒体が流通する互いに平行な複数のチューブからなる第１チューブ部が設置される熱媒体加熱装置。
【請求項２】
前記熱交チューブは、
前記Ｕターン部と前記入口ヘッダ部又は前記出口ヘッダ部とを結ぶ直線部が形成され、
前記直線部には、前記熱媒体が流通する互いに平行な複数のチューブからなる第２チューブ部が設置され、
前記第２チューブ部の前記Ｕターン部側の角の角度と、前記第１チューブ部の角の角度が等しい請求項１に記載の熱媒体加熱装置。
【請求項３】
空気流路中に配設されている放熱器に対して、熱媒体加熱装置で加熱された熱媒体が循環可能に構成されている車両用空調装置において、
前記熱媒体加熱装置は、
入口ヘッダ部から導入された熱媒体が流通して出口ヘッダ部から導出される複数の扁平状の熱交チューブと、
積層された二つの前記熱交チューブに挟み込まれるＰＴＣヒータと、
を備え、
前記熱交チューブは、
一端部に前記入口ヘッダ部と前記出口ヘッダ部が並列して設けられ、
他端部に前記熱媒体の流れ方向を１８０°転回させるＵターン部が形成され、
前記Ｕターン部には、前記熱媒体が流通する互いに平行な複数のチューブからなる第１チューブ部が設置される車両用空調装置。
【請求項４】
互いに平行な複数のチューブからなる扁平状のチューブ部を長手方向に対して傾斜して三つに切断するステップと、
切断された前記チューブ部のうち中央に位置していた第１チューブ部と、両端に位置していた二つの第２チューブ部を、二つの前記第２チューブ部の流路方向が互いに平行に、かつ前記第１チューブ部の流路方向に対して垂直になるように配置するステップと、
前記第１チューブ部と前記第２チューブ部をＰＴＣヒータに積層するステップと、
を備える熱媒体加熱装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＴＣヒータを用いて熱媒体を加熱する熱媒体加熱装置、車両用空調装置及び熱媒体加熱装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱媒体加熱装置は、例えば電気自動車やハイブリッド車に搭載される車両用空調装置に用いられ、ＰＴＣ(Positive Temperature Coefficient)半導体を用いて、水等の熱媒体を加熱する。ＰＴＣ半導体は、温度が上昇すると抵抗値が上がる特性を有し、ある一定以上の温度になると抵抗値が急変し電流を制限できるため、負荷変動や電圧変動が生じても発熱体の温度をほぼ一定にすることができる。
特許文献１には、車両用空調装置に適用可能なＰＴＣ素子を加熱素子とした熱媒体加熱装置に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−５６０４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
熱媒体加熱装置のケーシング内には、熱媒体が流れる流通路と、熱媒体を加熱するＰＴＣ半導体とが積層される。そして、流通路は、熱媒体を流通路へ導入する熱媒体入口路と、熱媒体を流通路から外部へ導出する熱媒体出口路とに接続される。熱媒体加熱装置の流通路には、一端側に熱媒体入口路と熱媒体出口路を並列して設け、他端側にＵターン部を設ける場合がある。
【０００５】
また、流通路には、薄板を波状に折り曲げて突起部と溝部を繰り返すことによって複数の平行な流通路が形成されるものがある。しかし、薄板を波形状にして流通路を形成した場合、波形状が屈折してしまうため、平行な流通路を保ったまま熱媒体の流れ方向を１８０°転回するように折り曲げることは不可能である。
【０００６】
一方、Ｕターン部でも、ＰＴＣヒータからの熱を効率良く熱媒体へ伝達することが求められる。また、流通路とＰＴＣヒータは積層構造であるから、積層構造上部又は下部からの負荷によって流通路が狭くなることをＵターン部でも防止する必要がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、伝熱効率をさせつつ、積層方向の強度を向上させることが可能な熱媒体加熱装置、車両用空調装置及び熱媒体加熱装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の熱媒体加熱装置、車両用空調装置及び熱媒体加熱装置の製造方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る熱媒体加熱装置は、入口ヘッダ部から導入された熱媒体が流通して出口ヘッダ部から導出される複数の扁平状の熱交チューブと、積層された二つの熱交チューブに挟み込まれるＰＴＣヒータとを備え、熱交チューブは、一端部に入口ヘッダ部と出口ヘッダ部が並列して設けられ、他端部に熱媒体の流れ方向を１８０°転回させるＵターン部が形成され、Ｕターン部には、熱媒体が流通する互いに平行な複数のチューブからなる第１チューブ部が設置される。
【０００９】
この発明によれば、熱交チューブにおいて熱媒体が一端部側の入口ヘッダから導入された後、他端部側のＵターン部へ流れ、Ｕターン部にて熱媒体の流れ方向が１８０°転回される。そして、熱媒体がＵターン部側から一端部側の出口ヘッダ部へ流れて、出口ヘッダ部から導出される。このとき、Ｕターン部には、第１チューブ部、すなわち熱媒体が流通する互いに平行な複数のチューブが設置されることから、Ｕターン部でＰＴＣヒータからの熱伝達表面積が増加し、伝熱効率を向上させる。また、Ｕターン部で積層方向の強度が増加する。
【００１０】
上記発明において、熱交チューブは、Ｕターン部と入口ヘッダ部又は出口ヘッダ部とを結ぶ直線部が形成され、直線部には、熱媒体が流通する互いに平行な複数のチューブからなる第２チューブ部が設置され、第２チューブ部のＵターン部側の角の角度と、第１チューブ部の角の角度が等しくてもよい。
【００１１】
この発明によれば、第１チューブ部と第２チューブ部は、所定の長さを有する互いに平行な複数のチューブを長手方向に対して傾斜して切断することによって一度に形成できるため、材料効率を高めることができる。
【００１２】
また、本発明に係る車両用空調装置は、空気流路中に配設されている放熱器に対して、熱媒体加熱装置で加熱された熱媒体が循環可能に構成されている車両用空調装置において、熱媒体加熱装置は、入口ヘッダ部から導入された熱媒体が流通して出口ヘッダ部から導出される複数の扁平状の熱交チューブと、積層された二つの熱交チューブに挟み込まれるＰＴＣヒータとを備え、熱交チューブは、一端部に入口ヘッダ部と出口ヘッダ部が並列して設けられ、他端部に熱媒体の流れ方向を１８０°転回させるＵターン部が形成され、Ｕターン部には、熱媒体が流通する互いに平行な複数のチューブからなる第１チューブ部が設置される。
【００１３】
この発明によれば、空気流路中に配設されている放熱器へと循環される熱媒体を、伝熱効率が向上した熱媒体加熱装置により加熱し、循環させることができるため、車両用空調装置における空調性能、特に暖房性能の向上を図ることができるとともに、車両に対する空調装置の搭載性を向上することができる。
【００１４】
また、本発明に係る熱媒体加熱装置の製造方法は、互いに平行な複数のチューブからなる扁平状のチューブ部を長手方向に対して傾斜して三つに切断するステップと、切断されたチューブ部のうち中央に位置していた第１チューブ部と、両端に位置していた二つの第２チューブ部を、二つの第２チューブ部の流路方向が互いに平行に、かつ第１チューブ部の流路方向に対して垂直になるように配置するステップと、第１チューブ部と第２チューブ部をＰＴＣヒータに積層するステップとを備える。
【００１５】
この発明によれば、第１チューブ部と第２チューブ部は、所定の長さを有する互いに平行な複数のチューブを長手方向に対して傾斜して切断することによって一度に形成できるため、材料効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、伝熱効率をさせつつ、積層方向の強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る熱媒体加熱装置を備えた車両用空調装置を示す概略構成図である。
【図２】同実施形態に係る熱媒体加熱装置を示す分解斜視図である。
【図３】図２に示す熱媒体加熱装置の熱媒体入口路に沿って切断した縦断面図である。
【図４】同実施形態に係る扁平熱交チューブを示す平面図である。
【図５】同実施形態に係る扁平熱交チューブを示す斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態の変形例に係る扁平熱交チューブを示す平面図である。
【図７】同実施形態の変形例に係るチューブ部を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の一実施形態に係る熱媒体加熱装置１０について、図面を参照して説明する。
車両用空調装置１は、例えば電気自動車やハイブリッド車に搭載され、外気又は車室内空気を取り込んで温調した後、温調した空気を車室内へと導く。車両用空調装置１は、図１に示すように空気流通路２を形成するケーシング３を備える。
ケーシング３の内部には、空気流通路２の上流側から下流側にかけて順次、外気又は車室内空気を吸い込んで昇圧し、それを下流側へと圧送するブロア４と、該ブロア４により圧送される空気を冷却する冷却器５と、冷却器５を通過して冷却された空気を加熱する放熱器６と、放熱器６を通過する空気量と放熱器６をバイパスする空気量との流量割合を調整し、その下流側でエアミックスすることにより、温調風の温度を調節するエアミックスダンパ７とが設置されている。
【００１９】
ケーシング３の下流側は、図示省略された吹き出しモード切替えダンパ及びダクトを介して温調された空気を車室内に吹き出す複数の吹き出し口に接続されている。
冷却器５は、図示省略された圧縮機、凝縮器、膨張弁等と共に冷媒回路を構成し、膨張弁で断熱膨張された冷媒を蒸発させることにより、そこを通過する空気を冷却するものである。また、放熱器６は、タンク８、ポンプ９及び熱媒体加熱装置１０とともに熱媒体循環回路１０Ａを構成し、熱媒体加熱装置１０で高温に加熱された熱媒体（例えば、不凍液、温水等）がポンプ９を介して循環されることにより、そこを通過する空気を加温するものである。
【００２０】
熱媒体加熱装置１０は、図２及び図３に示すように、制御基板１３と、複数枚の電極板１４と、制御基板１３上に配設されたＩＧＢＴ等の複数個の半導体スイッチング素子１２と、熱交押え部材１６と、複数枚（例えば、３枚）の扁平熱交チューブ１７と、複数組のＰＴＣ素子１８ａと、これらの制御基板１３、電極板１４、半導体スイッチング素子１２、扁平熱交チューブ１７、熱交押え部材１６及びＰＴＣ素子１８ａ等を収容するケーシング１１とを備えている。
なお、上記電極板１４、ＰＴＣ素子１８ａ及び絶縁部材（図示せず）等によってＰＴＣヒータ１８が構成されている。
【００２１】
ケーシング１１は、上半部と下半部とに２分割されており、上半部を構成するアッパケース（図示省略）と、下半部を構成するロアケース１１ａとを備えている。このアッパケース及びロアケース１１ａの内部には、ロアケース１１ａの上方からロアケース１１ａの開口部１１ｂにアッパケースを載置することによって、上記制御基板１３、半導体スイッチング素子１２、電極板１４、熱交押え部材１６、複数枚の扁平熱交チューブ１７及び複数組のＰＴＣヒータ１８等を収容する空間が形成されている。
【００２２】
ロアケース１１ａの底面には、積層された３枚の扁平熱交チューブ１７に導入される熱媒体を導くための熱媒体入口路１１ｃ及び扁平熱交チューブ１７内を流通した熱媒体を導出するための熱媒体出口路１１ｄが一体に形成されている。この熱媒体入口路１１ｃ及び熱媒体出口路１１ｄは、ロアケース１１ａの底面から同一の水平方向に互いに平行に延長され、ロアケース１１ａの一端から側方に突出されている。なお、アッパケース及びロアケース１１ａは、その内部空間に収容される扁平熱交チューブ１７を構成しているアルミ合金材と線膨張が近い樹脂材料（例えば、ＰＰＳ）により成形されている。このように、ケーシング１１を樹脂材料で構成することにより、軽量化を図ることができる。
【００２３】
なお、ロアケース１１ａの下面には、電源ハーネス及びＬＶハーネスの先端部を貫通するための電源ハーネス用孔及びＬＶハーネス用孔（いずれも図示省略）が開口されている。電源ハーネスは、制御基板１３及び半導体スイッチング素子１２を介してＰＴＣヒータ１８に電力を供給する。また、ＬＶハーネスは、制御基板１３に制御用の信号を送信する。
【００２４】
半導体スイッチング素子１２及び制御基板１３は、上位制御装置（ＥＣＵ）からの指令に基づいて複数組のＰＴＣヒータ１８に対する通電制御を行う制御系を構成するものであり、ＩＧＢＴ等の複数個の半導体スイッチング素子１２を介して複数組のＰＴＣヒータ１８に対する通電状態が切替え可能である。そして、この複数組のＰＴＣヒータ１８をその両面側から挟み込むように複数枚の扁平熱交チューブ１７が積層される。
【００２５】
扁平熱交チューブ１７は、アルミ合金材製のチューブを有しており、図２及び図３に示されるように、３枚の扁平熱交チューブ１７が互いに平行になるように、下段、中段及び上段の扁平熱交チューブ１７ｃ、１７ｂ、１７ａの順に積層される。これらの扁平熱交チューブ１７は、図４及び図５に示されるように、一端部に入口ヘッダ部２１及び出口ヘッダ部２２が並列して設けられ、他端部に熱媒体の流れ方向を１８０°転回させて、熱媒体をＵターンさせるＵターン部２４が形成されている。また、扁平熱交チューブ１７には、Ｕターン部２４と入口ヘッダ部２１、又はＵターン部２４と出口ヘッダ部２２を結ぶ直線部２８が形成される。
【００２６】
そして、Ｕターン部２４には、熱媒体が流通する互いに平行な複数のチューブからなる第１チューブ部２３が設置され、直線部２８には、熱媒体が流通する互いに平行な複数のチューブからなる第２チューブ部２７が設置される。第１チューブ部２３と第２チューブ部２７は互いに離隔して設置されており、二つの第２チューブ部２７の流路方向と第１チューブ部２３の流路方向とは垂直である。
【００２７】
熱媒体は、扁平熱交チューブ１７において入口ヘッダ部２１から導入された後、Ｕターン部２４へ流れ、Ｕターン部２４にて熱媒体の流れ方向が１８０°転回される。そして、熱媒体は、Ｕターン部２４側から一端部側の出口ヘッダ部２２へ流れて、出口ヘッダ部２２から導出される。第１チューブ部２３と第２チューブ部２７は、薄板を波板状に折り曲げて突起部と溝部を繰り返すことによって複数の平行な流通路が形成される。
【００２８】
扁平熱交チューブ１７は、アルミ合金材製の薄い一対の成形プレート部材２５ａ，２５ｂを重ね合わせ、ロウ付け接合したものである。成形プレート部材２５ａ，２５ｂには、入口ヘッダ部２１及び出口ヘッダ部２２が成形される。また、成形プレート部材２５ａ，２５ｂは、第１チューブ部２３と第２チューブ部２７を内蔵して重ね合わされる。
【００２９】
入口ヘッダ部２１及び出口ヘッダ部２２の厚さ方向寸法は、Ｕターン部２４や直線部２８の厚さ方向寸法よりも厚くされており、３枚の扁平熱交チューブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃを積層したとき、隣り合う扁平熱交チューブ１７の間に所定寸法の隙間が形成される。この隙間に、上下両面を電極板１４及び図示省略の絶縁体等によってサンドイッチされたＰＴＣヒータ１８が挟み込まれることにより、３枚の扁平熱交チューブ１７と２組のＰＴＣヒータ１８が多層に積層される。
【００３０】
また、各扁平熱交チューブ１７は、積層されたとき、図３に示されるように、入口ヘッダ部２１同士が互いに密着され、入口ヘッダ部２１に設けられている連通穴２１ａ同士が互いに連通されるようになっている。なお、複数の出口ヘッダ部２２の連通穴２２ａについても同様に連通される。この際、各連通穴２１ａ，２２ａは、その周りに配設されるＯリング、ガスケット、液状ガスケット等のシール材２６（本例では、Ｏリングが用いられている。）によってシールされる。
【００３１】
シール材（Ｏリング）２６は、弾性を有する合成樹脂部材であり、扁平熱交チューブ１７ａと扁平熱交チューブ１７ｂの出入口ヘッダ部２１，２２間、扁平熱交チューブ１７ｂと扁平熱交チューブ１７ｃの出入口ヘッダ部２１，２２間、及び扁平熱交チューブ１７ｃの出入口ヘッダ部２１，２２とロアケース１１ａの内底面間において、扁平熱交チューブ１７ｂ，１７ｃを構成する成形プレート部材２５ｂ側の連通穴２１ａ，２２ａ周り、及びロアケース１１ａの内底面に形成されているシール材２６の配設部位に設置される。
【００３２】
次に、扁平熱交チューブ１７について説明する。
扁平熱交チューブ１７には、図４及び図５に示すように、直線部２８に第２チューブ部２７が設置されるだけでなく、Ｕターン部２４に第１チューブ部２３が設置される。第１チューブ２３及び第２チューブ２７は、複数回繰り返された突起部又は溝部と成形プレート部材２５ａ，２５ｂとの間が熱媒体の流路になる。
【００３３】
第１チューブ部２３は、上面から見ると台形形状を有しており、扁平熱交チューブ１７の内側のチューブが短く外側のチューブほど長い。このようにＵターン部２４でも平行な複数のチューブが設置されることによって、Ｕターン部２４における熱媒体の乱れを抑えることができる。
【００３４】
また、第１チューブ２３及び第２チューブ２７の突起部の上面及び溝部の底面が成形プレート部材２５ａ，２５ｂと接触する。これにより、ＰＴＣヒータ１８からの熱が第１チューブ２３及び第２チューブ２７に伝達して、内部を流通する熱媒体が加熱される。直線部２８に第２チューブ部２７が設置されるだけでなく、Ｕターン部２４に第１チューブ部２３が設置されることによって、ＰＴＣヒータ１８からの熱伝達表面積が増加し、伝熱効率を向上させることができる。また、Ｕターン部２４の積層方向の負荷は、断面が波形状の第１チューブ部２３によって支持されるため、熱媒体加熱装置１０の積層方向の強度を増加させることが可能になる。更に、Ｕターン部２４における熱媒体の流通路が確実に確保される。
【００３５】
薄板を波形状にして流通路を形成した場合、熱媒体の流れ方向を１８０°転回するように折り曲げるようとすると、滑らかな曲面を形成することは難しい。そのため、Ｕターン部２４では、成形プレート部材２５ａ，２５ｂを加工してリブを形成することが考えられる。一方、本実施形態のように、直線部２８の第２チューブ部２７とは別にＵターン部２４に第１チューブ部２３が第２チューブ部２７から離隔して設置されることによって、熱媒体を適切に流通させる流通路を容易に形成できる。
【００３６】
次に、図６及び図７を参照して、第１チューブ部２３及び第２チューブ部２４の変形例について説明する。
本変形例では、図６に示すように、第２チューブ部２７のＵターン部２４側の角の角度θと、第１チューブ部２３の角の角度θが等しい。
このような第１チューブ部２３と第２チューブ部２７を形成するためには、図７に示すように、所定の長さを有する互いに平行な複数のチューブからなるチューブ部材３０を、長手方向に対して傾斜して切断すればよい。このとき、切断されたチューブ部材３０のうち中央に位置していた部材を第１チューブ部２３として使用し、両端に位置していた二つの部材を第２チューブ部２７として使用する。
【００３７】
このように、第２チューブ部２７のＵターン部２４側の角の角度θと、第１チューブ部２３の角の角度θを等しくすることによって、第１チューブ部２３と第２チューブ部２７を形成する際に無駄な部材が生じず、材料効率を高めることができる。そして、直線部２８に第２チューブ部２７が設置されるだけでなく、Ｕターン部２４に第１チューブ部２３が設置されることによって、ＰＴＣヒータ１８からの熱伝達表面積が増加し、伝熱効率を向上させることができる。また、Ｕターン部２４の積層方向の負荷は、断面が波形状の第１チューブ部２３によって支持されるため、熱媒体加熱装置１０の積層方向の強度を増加させることが可能になる。更に、Ｕターン部２４における熱媒体の流通路が確実に確保される。
【符号の説明】
【００３８】
１  車両用空調装置
６  放熱器
１０  熱媒体加熱装置
１０Ａ  熱媒体循環回路
１１  ケーシング
１１ａ  ロアケース
１１ｂ  開口部
１１ｃ  熱媒体入口路
１１ｄ  熱媒体出口路
１７，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ  扁平熱交チューブ（熱交チューブ）
１８  ＰＴＣヒータ
２１  入口ヘッダ部
２１ａ  連通穴
２２  出口ヘッダ部
２２ａ  連通穴
２３  第１チューブ部
２４  Ｕターン部
２５ａ，２５ｂ  成形プレート部材
２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ  シール材
２７  第２チューブ部
２８  直線部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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