(57)【要約】【課題】ＰＴＣヒータの電極板と制御基板との間を、絶縁性を確保しつつ電極板の端子を確実に位置決めして簡易に接続できる熱媒体加熱装置およびそれを備えた車両用空調装置を提供することを目的とする。【解決手段】ケーシング１１の仕切り壁１２の一面側に、複数枚の扁平熱交チューブ２１と複数組のＰＴＣヒータ２６とが交互に多層に積層された熱交換エレメント２０が締め付け固定され、他面側に制御基板３３が設置された熱媒体加熱装置１０にあって、ＰＴＣヒータ２６の電極板から延長された端子２９が、仕切り壁１２の開口部を貫通して制御基板３３に設けられている端子台４２に接続可能とされているとともに、該端子２９が制御基板３３側に設けられ、開口部に嵌合設置される端子カバー３９に設けられている位置決め穴４１を通して制御基板３３側に貫通されることにより、端子台４２に対して位置決め可能とされている。【選択図】図２
2013220706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に仕切り壁が設けられているケーシングと、
熱媒体が流通する複数枚の扁平熱交チューブおよび複数組のＰＴＣヒータが交互に多層に積層され、前記仕切り壁の一面側に締め付け固定される熱交換エレメントと、
前記ＰＴＣヒータへの通電を制御する制御回路が実装され、前記仕切り壁の他面側に設置される制御基板と、を備え、
前記ＰＴＣヒータの電極板から延長された端子が、前記仕切り壁の開口部を貫通して前記制御基板に設けられている端子台に接続可能とされているとともに、
前記端子が、前記制御基板側に設けられ、前記開口部に嵌合設置される端子カバーに設けられている位置決め穴を通して前記制御基板側に貫通されることにより、前記端子台に対して位置決め可能とされていることを特徴とする熱媒体加熱装置。
【請求項２】
前記複数組のＰＴＣヒータの複数枚の電極板には、各々の一辺に所定の間隔を隔てて端子が一線状に直列に配列されて設けられ、
その複数の端子が、前記端子カバーに直列に配列されている複数の前記位置決め穴を通して前記制御基板の一辺側に直列に配列されて設けられている前記端子台に直接ビス止め可能とされていることを特徴とする請求項１に記載の熱媒体加熱装置。
【請求項３】
前記ケーシングの一側面には、着脱自在の蓋体を備えた作業窓が設けられており、該作業窓を通して前記端子台に前記端子がビス止め可能とされていることを特徴とする請求項２に記載の熱媒体加熱装置。
【請求項４】
前記端子カバーは、絶縁性を有する樹脂材製の成形品とされ、前記制御基板の裏面側に対して固定設置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の熱媒体加熱装置。
【請求項５】
前記制御基板の裏面には、前記端子カバーを介して絶縁シートが固定され、該絶縁シートを介して前記制御基板に設けられている電力制御用半導体スイッチング素子の熱が前記仕切り壁に伝達可能とされていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の熱媒体加熱装置。
【請求項６】
前記半導体スイッチング素子は、前記制御基板の表面側に実装され、その実装位置に対応して前記制御基板に、裏面側に貫通する熱貫通部が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の熱媒体加熱装置。
【請求項７】
前記絶縁シートには、前記熱貫通部位置に対応して開口が設けられ、該開口を介して前記熱貫通部と前記仕切り壁との間に、熱伝導性液状ギャップ材等の熱伝導絶縁体が介装されていることを特徴とする請求項６に記載の熱媒体加熱装置。
【請求項８】
前記仕切り壁の他面側には、熱伝導性絶縁シートを介してディスクリートタイプの電力制御用半導体スイッチング素子が設置され、その上部に前記制御基板が設置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の熱媒体加熱装置。
【請求項９】
空気流通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が、請求項１ないし８のいずれかに記載の熱媒体加熱装置とされていることを特徴とする車両用空調装置。
【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およびそれを備えた車両用空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド車等に適用される車両用空調装置にあって、暖房用の熱源となる被加熱媒体を加熱する熱媒体加熱装置の１つに、正特性サーミスタ素子（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ；以下、ＰＴＣ素子という。）を発熱要素とするＰＴＣヒータを用いたものが知られている。かかる熱媒体加熱装置において、特許文献１には、熱媒体の出・入口路を備えたハウジング内を加熱室と熱媒体の循環室とに分割する多数の隔壁を設け、その加熱室側に隔壁に接触させてＰＴＣヒータを挿入設置し、循環室側を流通する熱媒体を加熱するように構成するとともに、ＰＴＣヒータの制御用基板をその上部位置に配設したものが開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、ＰＴＣヒータを挟んでその両面に一対の熱媒体流通部を積層配設するとともに、その一面側に制御用基板を収容する基板収容部を設けた積層構造の熱媒体加熱装置が開示されている。更に、特許文献３には、熱媒体の出・入口路を備えたケーシング内に一対のヘッダ間に多数の扁平熱交チューブを設けた熱交換部を配設し、その扁平熱交チューブ間にＰＴＣヒータを設置するとともに、それらの上部位置にＰＴＣヒータの制御用基板を配設した熱媒体加熱装置が開示されている。
【０００４】
しかるに、特許文献１，３のものは、伝熱面となる隔壁または扁平熱交チューブとＰＴＣヒータとを密着させることが難しく、その間の接触熱抵抗が大きくなり、伝熱効率が低下する等の課題を有している。一方、特許文献２のものは、ＰＴＣヒータと熱媒体流通部とを積層して締め付け固定できることから、密着性を高めて接触熱抵抗を低減することができるものの、ＰＴＣヒータを多層に配設することが難しく、小型軽量化、低コスト化には限界があった。
【０００５】
このような状況下、扁平構造の熱交チューブを用い、その扁平熱交チューブとＰＴＣヒータとを交互に多層に積層して熱交換エレメントを構成し、それをケーシング内に締め付け固定して組み込むことにより、扁平熱交チューブとＰＴＣヒータとの間の接触熱抵抗を低減し、伝熱効率を向上するとともに、小型軽量化および低コスト化を図った熱媒体加熱装置の開発が進められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−７１０６号公報
【特許文献２】特開２０１１−１６４８９号公報
【特許文献３】特開２０１１−７９３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の如く、扁平熱交チューブおよびＰＴＣヒータを交互に多層に積層した構成の熱交換エレメントを、ケーシング内に押圧して締め付け固定した熱媒体加熱装置では、扁平熱交チューブとＰＴＣヒータとの間の接触熱抵抗を低減し、伝熱効率を向上できるため、熱媒体加熱装置を小型高性能化することができる。しかしながら、ＰＴＣヒータは、ＰＴＣ素子の両面に電極板を接合して構成され、その両面に絶縁フィルムおよび熱伝導シート等を介装して扁平熱交チューブ間に積層されることから、扁平熱交チューブとＰＴＣヒータとを多層に積層して締め付け固定する際、ＰＴＣヒータが位置ずれを生じる虞がある。
【０００８】
電極板と制御基板間をハーネスで接続する構成の場合、上記のように、ＰＴＣヒータが僅かに位置ずれしたとしても、電極板と制御基板との間を電気的に接続することは可能であるが、電極板から延長されている端子を、制御基板側に設けられている端子台に直接ビス止め接続する構成とした場合、ＰＴＣヒータが僅かでも位置ずれした状態で組み込まれていると、電極板の端子を端子台にビス止めする際、穴位置が合わず、接続できない場合が生じる等の問題が生じる。
【０００９】
従って、熱交換エレメントをケーシングに押圧して締め付け固定する場合、複数組のＰＴＣヒータを構成する複数枚の電極板を位置決めして組み込む必要があるが、ケーシングに対する熱交換エレメントの締め付け固定構造によっては、ケーシングを利用して電極板を位置決めすることができない場合があり、絶縁性を確保しながら如何にして電極板の端子を制御基板側の端子台に対して位置決めするかが課題となっている。
【００１０】
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、扁平熱交チューブおよびＰＴＣヒータを交互に多層に積層した熱交換エレメントを備え、ＰＴＣヒータの電極板と制御基板との間を、絶縁性を確保しつつ電極板の端子を確実に位置決めして簡易に接続できる熱媒体加熱装置およびそれを備えた車両用空調装置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】
【００１１】
上記した課題を解決するために、本発明の熱媒体加熱装置およびそれを備えた車両用空調装置は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる熱媒体加熱装置は、内部に仕切り壁が設けられているケーシングと、熱媒体が流通する複数枚の扁平熱交チューブおよび複数組のＰＴＣヒータが交互に多層に積層され、前記仕切り壁の一面側に締め付け固定される熱交換エレメントと、前記ＰＴＣヒータへの通電を制御する制御回路が実装され、前記仕切り壁の他面側に設置される制御基板と、を備え、前記ＰＴＣヒータの電極板から延長された端子が、前記仕切り壁の開口部を貫通して前記制御基板に設けられている端子台に接続可能とされているとともに、前記端子が、前記制御基板側に設けられ、前記開口部に嵌合設置される端子カバーに設けられている位置決め穴を通して前記制御基板側に貫通されることにより、前記端子台に対して位置決め可能とされていることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、仕切り壁が設けられているケーシング内において、仕切り壁の一面側に熱交換エレメントが締め付け固定され、他面側に制御基板が設置されるとともに、熱交換エレメント側のＰＴＣヒータの電極板から延長されている端子が、仕切り壁の開口部を貫通して制御基板に設けられている端子台に接続可能とされ、その端子が制御基板に設けられており、仕切り壁の開口部に嵌合設置される端子カバーの位置決め穴を通して、制御基板側に貫通されることにより、端子台に対して位置決め可能とされているため、ケーシング内において、仕切り壁を挟んで一面側に熱交換エレメントを締め付け固定し、他面側に制御基板を設置したとしても、ＰＴＣヒータの電極板から延長されている端子を、制御基板側に設けられている端子カバーの位置決め穴を通して制御基板側に貫通することによって、制御基板側の端子台に対して常に所定の接続位置に位置決めした状態で、制御基板および熱交換エレメントをケーシングに対し組み付けることができる。従って、交互に多層に積層された扁平熱交チューブおよびＰＴＣヒータを仕切り壁に対して締付け固定することにより、その間の接触熱抵抗を低減して伝熱効率を向上し、熱媒体加熱装置を高性能化することができる。また、ＰＴＣヒータと制御基板との間の電気的接続を簡素化、容易化し、それらの組み立て性を向上することができるとともに、各電極板の絶縁距離を一定に保ち、絶縁性能を確保することができる。
【００１３】
さらに、本発明の熱媒体加熱装置は、上記の熱媒体加熱装置において、前記複数組のＰＴＣヒータの複数枚の電極板には、各々の一辺に所定の間隔を隔てて端子が一線状に直列に配列されて設けられ、その複数の端子が、前記端子カバーに直列に配列されている複数の前記位置決め穴を通して前記制御基板の一辺側に直列に配列されて設けられている前記端子台に直接ビス止め可能とされていることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、複数組のＰＴＣヒータの複数枚の電極板には、各々の一辺に所定の間隔を隔てて端子が一線状に直列に配列されて設けられ、その複数の端子が、端子カバーに直列に配列されている複数の位置決め穴を通して制御基板の一辺側に直列に配列されて設けられている前記端子台に直接ビス止め可能とされているため、複数組のＰＴＣヒータの複数枚の電極板（１組のＰＴＣヒータに２枚の電極板が用いられる）から延びている複数の端子を一線状に直列に配列し、その端子を端子カバーに直列に配列されている複数の位置決め穴を通して制御基板に直列に配列されている複数の端子台に対して、それぞれ位置決めすることにより、該端子を端子台にビス止めすることができる。従って、複数の端子を一直線上でビス止めすることができ、制御基板とＰＴＣヒータの電極板間の結線作業を効率よく行うことができる。
【００１５】
さらに、本発明の熱媒体加熱装置は、上記の熱媒体加熱装置において、前記ケーシングの一側面には、着脱自在の蓋体を備えた作業窓が設けられており、該作業窓を通して前記端子台に前記端子がビス止め可能とされていることを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、ケーシングの一側面に、着脱自在の蓋体を備えた作業窓が設けられており、該作業窓を通して端子台に端子がビス止め可能とされているため、ケーシングから蓋体を取り外し、作業窓を開放した状態でケーシングの側面側から端子台に対して端子をビス止めすることができる。従って、ケーシング内にビス止めするためのスペースを確保する必要がなく、内側面ぎりぎりに端子台や端子を配設してもよく、ケーシング、ひいては熱媒体加熱装置を小型化し、その搭載性を向上することができる。
【００１７】
さらに、本発明の熱媒体加熱装置は、上述のいずれかの熱媒体加熱装置において、前記端子カバーは、絶縁性を有する樹脂材製の成形品とされ、前記制御基板の裏面側に対して固定設置されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、端子カバーが、絶縁性を有する樹脂材製の成形品とされ、制御基板の裏面側に対して固定設置されているため、端子カバーを制御基板と一体で仕切り壁の開口部に嵌合させて設置し、該端子カバーに直列に配列されている複数の位置決め穴を通して複数の端子を制御基板側に貫通することにより、各端子を制御基板側の端子台に対して位置決めすると同時に、各端子を仕切り壁に対して絶縁することができる。従って、各端子の位置決めとともに、各々の電極板の絶縁距離を一定に保ち、その絶縁性能をも確保することができる。
【００１９】
さらに、本発明の熱媒体加熱装置は、上述のいずれかの熱媒体加熱装置において、前記制御基板の裏面には、前記端子カバーを介して絶縁シートが固定され、該絶縁シートを介して前記制御基板に設けられている電力制御用半導体スイッチング素子の熱が前記仕切り壁に伝達可能とされていることを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、制御基板の裏面側に、端子カバーを介して絶縁シートが固定され、該絶縁シートを介して制御基板上に設けられている電力制御用半導体スイッチング素子の熱が仕切り壁に伝達可能とされているため、仕切り壁と制御基板との間に介装される絶縁シートを、制御基板の裏面に固定設置される端子カバーを介して固定し、予め位置決めした状態で組み込むことができる。従って、仕切り壁と制御基板および絶縁シート間に相互の位置決め用の穴、突起等を設けなくても、絶縁シートを位置決めでき、その絶縁シートを介して制御基板上の半導体スイッチング素子の発熱を確実に仕切り壁に伝達し、放熱することができる。また、制御基板の設計に際し、穴や突起等がない分スペースを有効利用して設計することができる。
【００２１】
さらに、本発明の熱媒体加熱装置は、上記の熱媒体加熱装置において、前記半導体スイッチング素子は、前記制御基板の表面側に実装され、その実装位置に対応して前記制御基板に、裏面側に貫通する熱貫通部が設けられていることを特徴とする。
【００２２】
本発明によれば、半導体スイッチング素子が、制御基板の表面側に実装され、その実装位置に対応して制御基板に、裏面側に貫通する熱貫通部が設けられているため、制御基板に表面実装されている半導体スイッチング素子の発熱を、熱貫通部を介して制御基板の裏面側に伝達し、その裏面に介装されている絶縁シートを介して仕切り壁に放熱することができる。従って、半導体スイッチング素子が表面実装されている制御基板を用いても、その素子に対する冷却性能を十分確保し、制御回路の動作を安定化することができる。
【００２３】
さらに、本発明の熱媒体加熱装置は、上記の熱媒体加熱装置において、前記絶縁シートには、前記熱貫通部位置に対応して開口が設けられ、該開口を介して前記熱貫通部と前記仕切り壁との間に、熱伝導性液状ギャップ材等の熱伝導絶縁体が介装されていることを特徴とする。
【００２４】
本発明によれば、絶縁シートに、熱貫通部位置に対応して開口が設けられ、該開口を介して熱貫通部と仕切り壁との間に、熱伝導性液状ギャップ材等の熱伝導絶縁体が介装されているため、制御基板における熱貫通部の裏面側への貫通状態に製造上のバラツキがあったとしても、そのバラツキを開口に介装される熱伝導性液状ギャップ材等の熱伝導絶縁体により吸収し、半導体スイッチング素子の発熱を確実に仕切り壁に伝熱し、放熱することができる。従って、半導体スイッチング素子を表面実装した制御基板の放熱性および絶縁性を確保し、熱媒体加熱装置の品質の安定化とその向上を図ることができる。なお、この場合、絶縁シートは、必ずしも熱伝導性を有するものとする必要はない。
【００２５】
さらに、本発明の熱媒体加熱装置は、上述のいずれかの熱媒体加熱装置において、前記仕切り壁の他面側には、熱伝導性絶縁シートを介してディスクリートタイプの電力制御用半導体スイッチング素子が設置され、その上部に前記制御基板が設置されていることを特徴とする。
【００２６】
本発明によれば、仕切り壁の他面側に、熱伝導性絶縁シートを介してディスクリートタイプの電力制御用半導体スイッチング素子が設置され、その上部に制御基板が設置されているため、電力制御用半導体スイッチング素子としてディスクリートタイプのものを使用した場合においても、その半導体スイッチング素子を、熱伝導性絶縁シートを介して仕切り壁上に設置することによって、放熱性および絶縁性を確保し、その上部に設置されている制御基板と共に制御回路を構成してＰＴＣヒータへの通電を制御することができる。従って、制御基板の仕様を多様化し、熱媒体加熱装置の設計の自由度を増すことができるとともに、半導体スイッチング素子の冷却性能をより安定化することができる。
【００２７】
さらに、本発明にかかる車両用空調装置は、空気流通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が、上述のいずれかに記載の熱媒体加熱装置とされていることを特徴とする。
【００２８】
本発明によれば、空気流通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、熱媒体加熱装置が上述のいずれかの熱媒体加熱装置とされているため、空気流通路中に配設されている放熱器に供給する熱媒体を、組み立てが容易で、かつ小型高性能化された上述の熱媒体加熱装置によって加熱し、供給することができる。従って、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とともに、車両用空調装置の空調性能、特に暖房性能の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の熱媒体加熱装置によると、ケーシング内において、仕切り壁を挟んで一面側に熱交換エレメントを締め付け固定し、他面側に制御基板を設置したとしても、ＰＴＣヒータの電極板から延長されている端子を、制御基板側に設けられている端子カバーの位置決め穴を通して制御基板側に貫通することによって、制御基板側の端子台に対して常に所定の接続位置に位置決めした状態で、制御基板および熱交換エレメントをケーシングに対し組み付けることができるため、交互に多層に積層された扁平熱交チューブおよびＰＴＣヒータを仕切り壁に対して締付け固定することにより、その間の接触熱抵抗を低減して伝熱効率を向上し、熱媒体加熱装置を高性能化することができる。また、ＰＴＣヒータと制御基板との間の電気的接続を簡素化、容易化し、それらの組み立て性を向上することができるとともに、各電極板の絶縁距離を一定に保ち、絶縁性能を確保することができる。
【００３０】
また、本発明の車両用空調装置によると、空気流通路中に配設されている放熱器に供給する熱媒体を、組み立てが容易で、かつ小型高性能化された上述の熱媒体加熱装置によって加熱し、供給することができるため、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とともに、車両用空調装置の空調性能、特に暖房性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１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の概略構成図である。
【図２】図１に示す熱媒体加熱装置の分解斜視図である。
【図３】図２に示す熱媒体加熱装置の熱媒体出・入口路を通る位置での縦断面図である。
【図４】図２に示す熱媒体加熱装置の制御基板と電極板との間の端子接続を行う一辺側位置での縦断面図である。
【図５】図２に示す熱媒体加熱装置のアッパプレートを取り外した状態の平面図である。
【図６】図５に示す熱媒体加熱装置の制御基板および端子カバーの組み込み状態の分解斜視図である。
【図７】図６に示す制御基板および端子カバーの裏面側の斜視図である。
【図８】図７に示す制御基板を仕切り壁上に設置した状態の電力制御用半導体スイッチング素子に対応する位置での部分縦断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る熱媒体加熱装置のアッパプレートを取り外した状態の平面図である。
【図１０】図９に示す熱媒体加熱装置の制御基板および端子カバーの組み込み状態の分解斜視図である。
【図１１】図１０に示す電力制御用半導体スイッチング素子を仕切り壁上に設置した状態の部分縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１ないし図８を用いて説明する。
図１には、本発明の第１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の概略構成図が示されている。
車両用空調装置１は、外気または車室内空気を取り込んで温調した後、それを車室内へと導くための空気流通路２を形成するケーシング３を備えている。
【００３３】
このケーシング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、外気また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。
【００３４】
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およ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および熱媒体加熱装置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、不凍液や温水等）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。
【００３５】
図２には、図１に示された熱媒体加熱装置１０の分解斜視図が示され、図３には、その熱媒体出・入口路を通る位置での縦断面図、図４には、その制御基板と電極板との間の端子接続を行う一辺側位置での縦断面図が示されている。
熱媒体加熱装置１０は、底面および上面が開口され、内部に仕切り壁１２が設けられている四角形状をなすアルミダイキャスト製のケーシング１１を備えている。このケーシング１１の底面は、ネジ結合されるボトムプレート１３によって密閉され、上面は、ネジ結合されるアッパプレート１４によって密閉されるようになっている。
【００３６】
ケーシング１１には、仕切り壁１２の上面側（他面側）から上方に突設された後、更に側方に延長されている一対の熱媒体入口路１５および熱媒体出口路１６が一体に成形されており、この熱媒体出・入口路１５，１６は、仕切り壁１２を貫通して仕切り壁１２の底面側（一面側）に開口されている。仕切り壁１２には、後述する複数の端子２９を貫通するための開口部１７（図４，５参照）が一辺に沿って設けられているとともに、その底面側の４角部には、所定高さのボス部１８が一体成形されている。このボス部１８は、後述する熱交押え部材３２を締め付け固定するためのものである。また、ケーシング１１の外周面の両側には、熱媒体加熱装置１０の据え付け用ブラケット１９が設けられている。
【００３７】
ケーシング１１の仕切り壁１２の底面側（一面側）には、熱交換エレメント２０が組み込まれている。熱交換エレメント２０は、複数枚の扁平熱交チューブ２１と複数組のＰＴＣヒータ２６とを交互に多層に積層して構成されるものであり、ボス部１８にネジ３１を介して締め付け固定される板状の熱交押え部材３２によって、仕切り壁１２に対し押圧されるように締め付け固定され、扁平熱交チューブ２１とＰＴＣヒータ２６とが互いに密着されるように設置されている。
【００３８】
扁平熱交チューブ２１は、アルミ合金製薄板をプレス成形した一対の成形プレートを重ね合わせてろう付けした厚さ数ｍｍ程度のチューブであり、一端側に入口ヘッダ部２２および出口ヘッダ部２３が設けられ、その入口ヘッダ部２２から延長されて他端側でＵターンし、出口ヘッダ部２３に至るＵターン流路を形成する扁平チューブ部２４を備えた構成とされている。扁平チューブ部２４のＵターン流路には、波形のインナーフィン（図示省略）が挿入されている。出・入口ヘッダ部２２，２３には、隣り合う扁平熱交チューブ２１の出・入口ヘッダ部２２，２３同士を連通する連通穴が設けられており、その連通穴周りは、Ｏリング等のシール材２５によりシールされるようになっている。
【００３９】
ＰＴＣヒータ２６は、ＰＴＣ素子２７とその両面に接合される一対の電極板２８とから構成されるものであり、四角形の板状をなすように形成され、扁平熱交チューブ２１の扁平チューブ部２４間にサンドイッチ状に積層されるように構成されている。各電極板２８には、その一辺から延長され、上方にＬ字状に曲げ形成されている複数の端子２９が所定の間隔を隔てて一線状に直列に配列されて設けられており、この複数の端子２９は、仕切り壁１２の開口部１７を貫通して上方に延長されるように構成されている。また、ＰＴＣヒータ２６は、絶縁フィルムおよび熱伝導シート３０等を介して扁平チューブ部２４間に積層されるようになっている。
【００４０】
熱交換エレメント２０は、扁平熱交チューブ２１の出・入口ヘッダ部２２，２３が、仕切り壁１２を貫通して仕切り壁１２の底面側（一面側）に開口されている熱媒体出・入口路１５，１６と連通接続されるように、その接続部にＯリング等のシール材２５を介装することによって組み込まれている。ケーシング１１の底面側の開口部は、熱交換エレメント２０が組み込まれた後、ボトムプレート１３によって密閉されるようになっている。
【００４１】
上記仕切り壁１２の上面側（他面側）には、熱媒体出・入口路１５，１６の側部スペース（デッドスペース）を利用してＰＴＣヒータ２６に対する通電制御を行う制御基板３３が固定設置されている。制御基板３３は、ＰＴＣヒータ２６への通電を制御するＩＧＢＴ等の複数の電力制御用半導体スイッチング素子（以下、半導体スイッチング素子３４ともいう。）や制御回路が表面実装されたものであり、仕切り壁１２の上面に、後述のように組み込まれる熱伝導性絶縁シート３５等を介して、ネジ３６で締め付け固定されている。
【００４２】
制御基板３３上の複数の半導体スイッチング素子３４は、発熱部品であり、熱交換エレメント２０の扁平熱交チューブ２１と接する仕切り壁１２をヒートシンクとして冷却可能とされている。なお、ここでの仕切り壁１２はアルミ合金製である。半導体スイッチング素子３４は、制御基板３３の表面側に実装されており、その発熱を裏面側の仕切り壁１２に放熱して冷却するため、図３および図５ないし図８に示されるように、以下の構成が採用されている。
【００４３】
制御基板３３の半導体スイッチング素子３４が設置されている部位に対応して、銅やアルミ等の高熱伝導性材からなる熱貫通部３７が表面側から裏面側に貫通して設けられ、該熱貫通部３７を介して半導体スイッチング素子３４の発熱が制御基板３３の裏面側に伝熱されるようにしている。しかし、この熱貫通部３７の制御基板３３の裏面からの引っ込み量や飛び出し量には、製造上のバラツキがあるため、熱貫通部３７が仕切り壁１２や熱伝導性の絶縁シート３５に正常に接触されるとの保証はなく、この場合、制御基板３３の放熱性や電気絶縁性は確保されない。
【００４４】
そこで、図８に示すように、絶縁シート３５の熱貫通部３７と対応する部位に、複数の開口３５Ａを設け、この開口３５Ａに絶縁性の熱伝導材料からなる熱伝導性液状ギャップ材（熱伝導絶縁体）３８を介装することによって、熱貫通部３７の製造上のバラツキを吸収し、熱貫通部３７と仕切り壁１２とが電気絶縁性を保持したまま確実に熱的に接続される伝熱経路を形成している。この熱伝導性液状ギャップ材３８としては、熱伝導性シリコーンエラストマーであって、シリコーンをベース樹脂とし、芯材および充填材にファイバーグラス、アルミナ等を用いたもので、固形状のもの、液状から硬化されるもの等が知られている。なお、この熱伝導性液状ギャップ材３８は、形状追従性弾性体として機能するものである。
【００４５】
なお、本実施形態では、液状から硬化される熱伝導性液状ギャップ材３８を使用することを前提に、絶縁シート３５に開口３５Ａを設け、この開口３５Ａの面積を熱貫通部３７の面積よりも大きくすることによって、仕切り壁１２、制御基板３３および絶縁シート３５等が寸法公差の集積により相対的に位置ずれしたとしても、開口３５Ａ内に介装された熱伝導性液状ギャップ材３８と熱貫通部３７とが確実に対応されるようにしている。この場合、絶縁シート３５は、必ずしも熱伝導性を有する必要がなく、電気絶縁性を有する絶縁専用の、例えばポリイミドフィルム等の高硬度シートを用いることができる。
【００４６】
さらに、制御基板３３は、上記の如く、仕切り壁１２の上面側に絶縁シート３５を介して複数個のネジ３６で締め付け固定されている。絶縁シート３５は、制御基板３３および仕切り壁１２の上面に対して位置決めして組み込まれることが望ましく、通常、位置決め用突起および穴を設けて位置決めしているが、本実施形態では、制御基板３３の裏面に固定設置される端子カバー３９を利用し、その端子カバー３９に設けられているシート押え４０によって、絶縁シート３５を制御基板３３の裏面の所定位置に予め位置決めして設置できるようにしている。これによって、制御基板３３側の熱貫通部３７の位置と、絶縁シート３５側の熱伝導性液状ギャップ材３８を介装する開口３５Ａの位置とを確実に対応させて組み立てられるようにしている。
【００４７】
端子カバー３９は、制御基板３３の裏面に固定設置され、ＰＴＣヒータ２６の電極板２８から延長されている端子２９を、制御基板３３の裏面の一辺側に直列に配列されて設けられている複数の端子台４２に対して位置決めするためのものであり、制御基板３３が仕切り壁１２の上面にネジ３６を介して締め付け固定されることにより、仕切り壁１２の開口部１７内に嵌合設置されるようになっている。この端子カバー３９は、例えば絶縁性を有するＰＢＴ等の樹脂材からなる一体成形品であり、開口部１７に嵌合される部分に、複数の端子２９を通す複数のスリット状位置決め穴４１が一線状に直列に配列されている。
【００４８】
つまり、上記端子カバー３９の位置決め穴４１に対して、端子２９を通した状態で電極板２８、すなわちＰＴＣヒータ２６と扁平熱交チューブ２１とを多層に積層して構成される熱交換エレメント２０を、仕切り壁１２の一面側に締め付け固定することにより、ＰＴＣヒータ２６および電極板２８を位置ずれのない状態として組み付けし、電極板２８から延長されている端子２９を、制御基板３３の端子台４２に対して位置決めできる構成としている。なお、端子カバー３９の位置決め穴４１が直列に配列されている部分は、強度を確保するため、波状に成形されている。
【００４９】
制御基板３３には、上記の如く電極板２８と一体をなす端子２９がビス４３を介して直接接続される複数の端子台４２が一辺側に直列に配列されて設けられている。また、この端子台４２と隣接して、二又に分岐された電源用ＨＶハーネス（Ｈｉｇｈ−Ｖｏｌｔａｇｅハーネス）４５のＰＮ端子４６がビス４７を介して接続される複数のＰＮ端子台４４が設けられるとともに、制御用ＬＶハーネス（Ｌｏｗ−Ｖｏｌｔａｇｅハーネス）４８側のコネクタ４９が接続可能なＬＶコネクタ（図示省略）等が設けられている。
【００５０】
ケーシング１１の一側面には、図２および図６に示されるように、電極板２８の端子２９を端子台４２に対してビス４３を介してビス止め接続する際、および電源用ＨＶハーネス４５のＰＮ端子４６をＰＮ端子台４４に対してビス４７を介してビス止め接続する際の作業用の窓５０が開口されている。この作業窓５０は、ビス４３，４７を締め付け作業することができる程度の大きさとされている。作業窓５０には、蓋体５１がビス等を介して着脱自在に装着されている。
【００５１】
また、ケーシング１１の上面側開口部は、仕切り壁１２の上面に制御基板３３を設置するとともに、その制御基板３３の端子台４２に電極板２８から延長されている端子２９をビス止めして接続した後、アッパプレート１４により密閉可能とされている。アッパプレート１４は、液状ガスケット等のシール材を介してケーシング１１に密閉装着されるように構成されている。このアッパプレート１４を装着する際、アッパプレート１４側に設けられているＨＶハーネス４５のＰＮ端子４６は、上記の如く制御基板３３側のＰＮ端子台４４に接続のため、ハーネスホルダ５２により所定位置に位置出しされるとともに、制御用ＬＶハーネス４８側のコネクタ４９は、制御基板３３側のＬＶコネクタに対してコネクタ接続されるようになっている。
【００５２】
アッパプレート１４は、その上面の熱媒体出・入口路１５，１６が延長されている方向と反対側のスペースに、電源用ＨＶハーネス４５および制御用ＬＶハーネス４８の接続部５３，５４が設けられたものであり、電源（バッテリー）および上位制御装置（ＥＣＵ）からの図示省略のケーブルまたはハーネスが接続可能とされている。この接続部５３，５４を経て入力された電力または信号は、ＨＶハーネス４５およびＬＶハーネス４８を介して制御基板３３に入力され、その制御信号により制御基板３３上の半導体スイッチング素子３４および制御回路を介してＰＴＣヒータ２６に電力が印加される構成とされている。
【００５３】
以上に説明した熱媒体加熱装置１０において、ケーシング１１の熱媒体入口路１５から流入した熱媒体は、熱交換エレメント２０を構成する複数枚の扁平熱交チューブ２１に対して、入口ヘッダ部２２を経て扁平チューブ部２４に流通し、扁平チューブ部２４のＵターン流路内を流通する間に、ＰＴＣヒータ２６によって加熱、昇温され、出口ヘッダ部２３へと流出し、そこから熱媒体出口路１６を経て外部に送り出される流通路中を流通する構成とされている。この熱媒体加熱装置１０から流出された熱媒体は、熱媒体循環回路１０Ａ（図１参照）を介して放熱器６に供給され、暖房用に供されるようになっている。
【００５４】
一方、ＰＴＣヒータ２６には、アッパプレート１４の接続部５３に接続された電源用ＨＶハーネス４５からの電力が制御基板３３を介して印加される。制御基板３３には、接続部５４に接続された制御用ＬＶハーネス４８を介して制御信号が入力されるようになっており、半導体スイッチング素子３４および制御回路等を介して複数組のＰＴＣヒータ２６に印加する電力を制御し、加熱量をコントロールしている。この際、半導体スイッチング素子３４で発生した熱は、アルミダイキャスト製とされているケーシング１１の仕切り壁１２に熱伝導され、該仕切り壁１２をヒートシンクに扁平熱交チューブ２１内を流れる熱媒体を冷熱源として冷却される。
【００５５】
より詳細には、制御基板３３に表面実装されている半導体スイッチング素子３４で発生した熱は、熱貫通部３７を介して制御基板３３の裏面側に伝熱され、この熱貫通部３７と接触されている熱伝導性液状ギャップ材３８等の熱伝導絶縁体および熱伝導性の絶縁シート３５を介してヒートシンクである仕切り壁１２に放熱されることによって、半導体スイッチング素子３４が扁平熱交チューブ２１内を流れる熱媒体を冷熱源として冷却可能とされている。
【００５６】
斯くして、ＰＴＣヒータ２６の発熱は、熱伝導シート３０等を介して複数枚の扁平熱交チューブ２１に伝熱され、その内部を流れる熱媒体の加熱に供される。ここで、熱交換エレメント２０を構成する交互に多層に積層されて組み付けられる扁平熱交チューブ２１およびＰＴＣヒータ２６は、熱交押え部材３２を介して仕切り壁１２に対し押圧されて締付け固定されることによって互いに密着されるため、その間の接触熱抵抗が低減され、伝熱効率が向上される。従って、効率よく熱媒体を加熱することができ、熱媒体加熱装置１０の高性能化、小型コンパクト化を図ることができる。
【００５７】
また、熱交押え部材３２の締め付けによって、各扁平熱交チューブ２１の出・入口ヘッダ部２２，２３の連通穴周りに介装されているＯリング等のシール材２５を確実に密着させることができる。このため、各扁平熱交チューブ２１の出・入口ヘッダ部２２，２３周りのシール性を確保し、熱媒体の漏れを確実に防止することができ、これによって、熱媒体加熱装置１０の熱媒体漏れ防止に対する信頼性を高めることができる。
【００５８】
さらに、本実施形態では、ケーシング１１内において、仕切り壁１２の一面側に熱交換エレメント２０が締め付け固定され、他面側に制御基板３３が設置されるとともに、熱交換エレメント２０側のＰＴＣヒータ２６の電極板２８から延長されている端子２９が、仕切り壁１２の開口部１７を貫通して制御基板３３に設けられている端子台４２に接続可能とされ、その端子２９が制御基板３３に設けられており、仕切り壁１２の開口部１７に嵌合設置される端子カバー３９の位置決め穴４１を通して、制御基板３３側に貫通されることにより、端子台４２に対して位置決め可能とされている。
【００５９】
このため、ケーシング１１内において、仕切り壁１２を挟んで一面側に熱交換エレメント２０を締め付け固定し、他面側に制御基板３３を設置したとしても、ＰＴＣヒータ２６の電極板２８から延長されている端子２９を、制御基板３３側に設けられている端子カバー３９の位置決め穴４１を通して制御基板３３側に貫通することによって、制御基板３３側の端子台４２に対して常に所定の接続位置に位置決めした状態で、制御基板３３および熱交換エレメント２０をケーシング１１に組み付けることができる。従って、ＰＴＣヒータ２６と制御基板３３との間の電気的接続を簡素化、容易化し、それらの組み立て性を向上することができるとともに、各電極板２８の絶縁距離を一定に保ち、絶縁性能を確保することができる。
【００６０】
また、複数組のＰＴＣヒータ２６の複数枚の電極板２８には、各々の一辺に所定の間隔を隔てて端子２９が一線状に直列に配列されて設けられ、その複数の端子２９が、上記端子カバー３９に直列に配列されている複数の位置決め穴４１を通して制御基板３３の一辺側に直列に配列されて設けられている端子台４２にビス４３を介して直接ビス止め可能な構成とされている。
【００６１】
これによって、複数組のＰＴＣヒータ２６の複数枚の電極板２８（１組のＰＴＣヒータ２６に２枚の電極板２８が用いられる）から延びている複数の端子２９を一線状に直列に配列し、その端子２９を端子カバー３９に直列に配列されている複数の位置決め穴４１を通して制御基板３３に直列に配列されている複数の端子台４２に対して、それぞれ位置決めかることで、該端子２９を端子台４２にビス止めすることができる。このため、複数の端子２９を一直線上でビス止めすることができ、制御基板３３とＰＴＣヒータ２６の電極板２８間の結線作業を効率よく行うことができる。
【００６２】
さらに、本実施形態においては、ケーシング１１の一側面に、着脱自在の蓋体５１を備えた作業窓５０が設けられており、該作業窓５０を通して端子台４２に端子２９がビス止め可能とされている。このため、ケーシング１１から蓋体５１を取り外し、作業窓５０を開放した状態でケーシング１１の側面側から端子台４２に端子２９をビス止め作業することができる。これによって、ケーシング１１内にビス止めするための作業スペースを確保する必要がなくなり、その内側面ぎりぎりに端子台４２や端子２９を配設してもよく、ケーシング１１、ひいては熱媒体加熱装置１０を小型化し、その搭載性を向上することができる。
【００６３】
また、端子カバー３９が、絶縁性を有する樹脂材製の成形品とされ、制御基板３３の裏面に対して固定設置されているため、該端子カバー３９を制御基板３３と一体で仕切り壁１２の開口部１７に嵌合させて設置し、その端子カバー３９に直列に配列されている複数の位置決め穴４１を通して複数の端子２９を制御基板３３側に貫通することにより、各端子３９を制御基板３３側の端子台４２に対して位置決めすると同時に、各端子２９を仕切り壁１２に対して絶縁することができる。従って、各端子２９の位置決めとともに、各々の電極板２８の絶縁距離を一定に保ち、その絶縁性能をも確保することができる。
【００６４】
また、本実施形態では、制御基板３３の裏面側に、端子カバー３９を介して絶縁シート３５が固定され、この絶縁シート３５を介して制御基板３３上に設けられているＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子３４の熱が仕切り壁１２に伝達可能とされているため、仕切り壁１２と制御基板３３との間に介装される絶縁シート３５を、制御基板３３の裏面に固定設置される端子カバー３９を介して固定し、予め位置決めした状態で組み込むことができる。これによって、仕切り壁１２と制御基板３３および絶縁シート３５間に相互の位置決め用の穴、突起等を設けなくても、絶縁シート３５を位置決めでき、その絶縁シート３５を介して制御基板３３上の半導体スイッチング素子３４の発熱を確実に仕切り壁１２に伝達し、放熱することができる。また、制御基板３３の設計に際し、穴や突起等がない分スペースを有効利用して設計することができる。
【００６５】
また、上記半導体スイッチング素子３４が、制御基板３３の表面側に実装され、その位置に対応して制御基板３３に、裏面側に貫通する熱貫通部３７が設けられているため、制御基板３３に表面実装されている半導体スイッチング素子３４の発熱を、熱貫通部３７を介して制御基板３３の裏面側に伝達し、その裏面に介装されている絶縁シート３５を介して仕切り壁１２に放熱することができる。従って、半導体スイッチング素子３４が表面実装されている制御基板３３を用いても、その素子３４に対する冷却性能を確保し、制御回路の動作を安定化することができる。
【００６６】
さらに、本実施形態では、絶縁シート３５に、熱貫通部３７位置に対応して開口３５Ａを設け、該開口３５Ａを介して熱貫通部３７と仕切り壁１２との間に、熱伝導性液状ギャップ材２８等の熱伝導絶縁体を介装している。このため、制御基板３３における熱貫通部３７の裏面側への貫通状態に製造上のバラツキがあったとしても、そのバラツキを開口３５Ａに介装される熱伝導性液状ギャップ材２８等の熱伝導絶縁体によって吸収し、半導体スイッチング素子３４の発熱を確実に仕切り壁１２に伝熱し、放熱することができる。従って、半導体スイッチング素子３４を表面実装した制御基板３３の放熱性および絶縁性を確保し、熱媒体加熱装置１０の品質の安定化とその向上を図ることができる。
【００６７】
また、本実施形態に係る車両用空調装置１によれば、空気流通路２中に配設されている放熱器６に供給する熱媒体を、組み立てが容易で、かつ小型高性能化された上述の熱媒体加熱装置１０によって加熱し、供給することができる。このため、車両に対する空調装置１の搭載性を向上することができるとともに、車両用空調装置１の空調性能、特に暖房性能の向上を図ることができる。
【００６８】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図９ないし図１１を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１実施形態に対して制御基板３３Ａおよび半導体スイッチング素子３４Ａの構成が異なっている。その他の点については、第１実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、ディスクリートタイプの電力制御用半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ）３４Ａを用い、その半導体スイッチング素子３４Ａを仕切り壁１２の表面上にシリコンシート等の熱伝導性絶縁シート５５を介してネジ５６で固定設置し、その上部に半導体スイッチング素子３４Ａと端子接続される制御基板３３Ａを設置した構成としている。
【００６９】
上記の如く、ディスクリートタイプの電力制御用半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ）３４Ａを用い、それを仕切り壁１２の表面上に熱伝導性絶縁シート５５を介して設置した構成としてもよく、この場合、半導体スイッチング素子３４Ａを、熱伝導性絶縁シート５４を介して仕切り壁１２上に直接設置することによって、その放熱性および絶縁性を確保することができ、また、その上部に設置されている制御基板３３Ａと共に制御回路を構成することにより、ＰＴＣヒータ２６に対する通電を制御することができる。従って、制御基板３３Ａの仕様を多様化し、熱媒体加熱装置１０の設計の自由度を増すことができるとともに、半導体スイッチング素子３４Ａの冷却性能をより安定化することができる。
【００７０】
なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記した実施形態では、複数枚の扁平熱交チューブ２１を多層に積層し、各々の間に複数組のＰＴＣヒータ２６を組み込んだ構成としているが、この扁平熱交チューブ２１およびＰＴＣヒータ２６は、熱媒体加熱装置１０の能力に合せて適宜増減されるものであることは云うまでもない。
【００７１】
また、扁平熱交チューブ２１については、一端側に入口ヘッダ部、他端側に出口ヘッダ部を設けた扁平熱交チューブとしてもよく、この場合、ケーシング１１側に設けられる熱媒体出・入口路１５，１６も出・入口ヘッダ部に対応して左右に振り分けて設けられることになる。
【００７２】
さらに、上記した実施形態では、ケーシング１１をアルミダイカスト製とした例について説明したが、ケーシング１１は、ＰＰＳ等の樹脂材製としてもよい。この場合、仕切り壁１２ついては、少なくともヒートシンクを構成する部位をアルミ合金製の板材等で構成すればよい。
【符号の説明】
【００７３】
１  車両用空調装置
２  空気流通路
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
１２  仕切り壁
１７  開口部
２０  熱交換エレメント
２１  扁平熱交チューブ
２６  ＰＴＣヒータ
２８  電極板
２９  端子
３２  熱交押え部材
３３，３３Ａ  制御基板
３４，３４Ａ  半導体スイッチング素子
３５  絶縁シート
３５Ａ  開口
３７  熱貫通部
３８  熱伝導性液状ギャップ材（熱伝導絶縁体）
３９  端子カバー
４０  シート押え
４１  位置決め穴
４２  端子台
４３  ビス
５０  作業窓
５１  蓋体
５５  熱伝導性絶縁シート
【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】
2013220706.tif 000009
【図８】
2013220706.tif 000010
【図９】
2013220706.tif 000011
【図１０】
2013220706.tif 000012
【図１１】
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