(57)【要約】【課題】ヒータから流体への熱伝達性に優れ、しかも、温度センサによる検出精度に優れる加熱装置を提供すること。【解決手段】内管２１と、内管２１の外周との間に外側通路２４を形成する外管２２と、この外管２２と内管２１とを連結する複数のリブ２３と、が一体に形成された金属製の二重管２０を備え、シーズヒータ１０が、内側通路２１ａに設置され、かつ、流体流路として、外側通路２４が用いられ、温度センサ３０が、外管２２の外表面に接触して取り付けられていることを特徴とする加熱装置とした。【選択図】図１
2009250573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換用の流体が流れる流体流路を備えたパイプと、
前記流体流路の流体を加熱するヒータと、
前記流体の温度を検出する温度センサと、
この温度センサの検出温度に基づいて、前記ヒータの駆動を制御する制御装置と、
を備えた加熱装置であって、
前記パイプとして、円筒状の内管と、この内管の外周との間に外側通路を形成して設けられた円筒状の外管と、この外管と前記内管とを連結し、前記内管および外管の軸方向に延在された複数のリブと、が一体に形成された金属製の二重管が用いられ、
前記ヒータが、前記内管の内側に設置され、かつ、前記流体流路として、前記外側通路が用いられ、
前記温度センサが、前記外管の外表面に接触して取り付けられていることを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
前記制御装置が、前記温度センサの検出温度の変化率に基づいて、この変化率が空焚き発生を示す場合に、前記ヒータの加熱駆動を停止させることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】
前記温度センサが、前記リブと径方向に重なる位置に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を加熱する加熱装置に関し、特に、車両用空調装置において熱交換用の流体の加熱に用いるのに好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両用空調装置において、ヒータコアにおいて熱交換用の流体を加熱する補助暖房装置や、ヒートポンプサイクルにおいてエバポレータで熱交換用の流体を加熱する加熱装置などとして、熱交換用の流体が流れる流体流路を形成するパイプと、パイプに沿って設けられた電気ヒータと、温度センサの検出温度に基づいて、電気ヒータの駆動を制御する制御装置と、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このような加熱装置では、何らかの原因により流体を循環させるポンプが停止すると、流体が局所的に沸騰して気泡が発生し、発生した気泡が一部に溜まり、空焚き状態となることがある。
【０００３】
そこで、これを防止するため、上述の従来技術では、温度センタとして、流体が流れるパイプの壁面温度を検出する第１温度センサと、電熱ヒータよりも下流で水温を検出する第２温度センサと、が設けられ、制御装置は、両温度センサの温度差が設定温度を超えると、空焚きのおそれがあるとして電熱ヒータへの通電を停止させるようにしていた。
【特許文献１】特許第３９８５６４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の従来技術では、パイプの外側に電気ヒータを沿わせて、熱を伝達するようにしているため、パイプ内の流体流路において、電気ヒータに近い側と遠い側とで、温度差が生じるおそれがあり、熱伝達効率が十分ではなかった。
さらに、流体において、存在する部位により温度差が生じた場合、第１温度センサが検出する温度も、その取付位置により流体の温度差の影響を受けるおそれがあり、検出精度上の悪影響を与えていた。
【０００５】
本発明は、上述の従来の問題に着目して成されたもので、ヒータから流体への熱伝達性に優れ、しかも、温度センサによる検出精度に優れる加熱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】
【０００６】
上述の目的を達成するため本発明は、熱交換用の流体が流れる流体流路を備えたパイプと、前記流体流路の流体を加熱するヒータと、前記流体の温度を検出する温度センサと、この温度センサの検出温度に基づいて、前記ヒータの駆動を制御する制御装置と、を備えた加熱装置であって、前記パイプとして、円筒状の内管と、この内管の外周との間に外側通路を形成して設けられた円筒状の外管と、この外管と前記内管とを連結し、前記内管および外管の軸方向に延在された複数のリブと、が一体に形成された金属製の二重管が用いられ、前記ヒータが、前記内管の内側に設置され、かつ、前記流体流路として、前記外側通路が用いられ、前記温度センサが、前記外管の外表面に接触して取り付けられていることを特徴とする加熱装置とした。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の加熱装置において、前記制御装置が、前記温度センサの検出温度の変化率に基づいて、この変化率が空焚き発生を示す場合に、前記ヒータの加熱駆動を停止させることを特徴とする加熱装置とした。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の加熱装置において、前記温度センサが、前記リブと径方向に重なる位置に配置されていることを特徴とする加熱装置とした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の加熱装置では、二重管の外側通路を流れる流体が、二重管の内管の内側に設置されたヒータにより加熱され、内管の全周から流体流路の流体に伝達されるため、パイプの外側にヒータを設置したものと比較して、熱伝達性に優れる。
したがって、流体流路としての外側通路内の流体において、場所による温度差が生じにくくなる。
そして、温度センサは、二重管の外管の外表面に取り付けられており、上述のように流体流路における流体の温度差の発生が抑制されるため、温度センサが検出する温度の検出精度が向上する。
【００１０】
さらに、請求項２に記載の発明では、二重管は、内管と外管とリブとが一体に形成されており、外管の外表面に取り付けられた温度センサには、ヒータの熱が、内管およびリブを介して、外管に伝達され、その過程で、流体に伝達される。
したがって、外側通路に流体が存在する場合には、ヒータの加熱に基づく温度センサで検出される温度上昇率は抑えられる。それに対して、外側通路に流体が存在しない、いわゆる空焚き状態では、流体に熱が伝達されないため、温度センサで検出される温度上昇率が相対的に高くなる。
よって、制御装置は、温度センサが検出する温度の上昇率に基づいて、空焚き状態を示す温度上昇率の場合には、ヒータの駆動を停止させる。
このように、請求項２に記載の発明では、１個の温度センサの検出に基づいて、空焚き防止を行うことができ、従来のように、２箇所の温度差により空焚きを判定するものと比較して、現象として温度差が表れる以前の早期の空焚き検出が可能となり、かつ、必要な温度センサが１個で済み、従来のように２個の温度センサを用いるものと比較して、部品点数を少なくして、コストダウンが可能となる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、温度センサが、熱伝達経路において外管で最もヒータに近い位置であるリブと径方向に重なる位置に配置されているため、空焚き時の温度上昇が顕著に表れ、早期の空焚き検出が可能となるとともに、その温度上昇率が一定に表れ、空焚きの判定を、より正確に行うことができる。すなわち、温度センサが、リブから離れた位置に取り付けられた場合、リブからの距離にばらつきがあると、その分、空焚き時の、温度上昇率が異なることになり、空焚きの検出精度が悪化する。これに対して、本発明のように、温度センサがリブに重なって配置されることで、一定の温度伝達特性が得られ、空焚きの検出精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本実施の形態の加熱装置（Ａ）は、熱交換用の流体が流れる流体流路を備えたパイプと、前記流体流路の流体を加熱するヒータ（１０）と、前記流体の温度を検出する温度センサ（３０）と、この温度センサ（３０）の検出温度に基づいて、前記ヒータの駆動を制御する制御装置（４０）と、を備えた加熱装置であって、前記パイプとして、円筒状の内管（２１）と、この内管（２１）の外周との間に外側通路（２４）を形成して設けられた円筒状の外管（２２）と、この外管（２２）と前記内管（２１）とを連結し、前記内管（２１）および外管（２２）の軸方向に延在された複数のリブ（２３）と、が一体に形成された金属製の二重管（２０）が用いられ、前記ヒータ（１０）が、前記内管（２１）の内側に設置され、かつ、前記流体流路として、前記外側通路（２４）が用いられ、前記温度センサ（３０）が、前記外管（２２）の外表面に接触して取り付けられていることを特徴とする加熱装置である。
【実施例１】
【００１３】
以下に、図１〜図４に基づいて、この発明の最良の実施の形態の実施例１の加熱装置Ａについて説明する。
図１は実施例１の加熱装置Ａを適用した車両用空調装置ＡＣの構成の概略を示す全体概略図であって、この車両用空調装置ＡＣは、空気取入口１から図示を省略した複数の吹出口に至る送風通路２を形成するケーシング３を備えている。
そして、ケーシング３内に、送風通路２において送風の上流側から順に、送風機４と、エバポレータ５と、ヒータコア６と、が設置されている。
【００１４】
エバポレータ５は、周知の冷媒を循環する冷凍サイクル５０の構成要素の一つである。この冷凍サイクル５０は、走行用のエンジン（図示省略）あるいはモータによって駆動されて冷媒を圧縮するコンプレッサ５１と、高圧ガス状の冷媒を冷却して飽和液とするコンデンサ５２と、冷媒を低温低圧の蒸気とする膨張弁５３と、冷媒の気液分離を行うリキッドタンク５４と、を備えている。
【００１５】
ヒータコア６は、加熱装置Ａにおいて生成された熱交換用の流体である水を加熱した温水により、送風通路２の送風を加熱する。すなわち、ヒータコア６と加熱装置Ａとは、ポンプ７により水を循環させる循環路８で接続されている。
【００１６】
次に、加熱装置Ａについて説明する。
この加熱装置Ａは、シーズヒータ１０と、二重管２０と、温度センサ３０と、制御装置４０と、を備えている。
【００１７】
シーズヒータ１０は、周知のもので、図２に示すように、発熱線１１の外周を耐熱性絶縁物１２で覆ったもので、発熱線１１に通電することにより発熱する。なお、発熱線１１への通電は、図１に示す制御装置４０により制御される駆動回路４１の作動により行われる。
【００１８】
二重管２０は、ＡＬまたはＳＵＳや銅などの熱伝導性に優れた金属製の一体成形品で、図２に示すように、円筒状の内管２１と、この内管２１よりも大径の円筒状の外管２２と、内管２１と外管２２とを連結して放射状に延びるとともに、両管２１，２２の全長に亘って延在される４枚のリブ２３と、を備えている。
そして、内管２１の内側に形成された内側通路２１ａにシーズヒータ１０が充填されているとともに、内管２１と外管２２との間に形成された外側通路２４が、循環路８に接続されて、水が流れる流体流路として用いられている。
また、二重管２０の外管２２の外周は、断熱性を有した発泡性樹脂（例えば、発泡スチロール）やグラスウールなどの断熱材２５で被覆されている。
【００１９】
温度センサ３０は、図１に示すように、二重管２０において、外側通路（流体流路）２４の水の流れの下流側の端部であって、図２に示すように、リブ２３と径方向に重なる位置の、外管２２の外表面に接して取り付けられている。
【００２０】
温度センサ３０は、制御装置４０に接続されている。
この制御装置４０は、車両用空調装置ＡＣの作動を制御するものであり、送風機４、ポンプ７、駆動回路４１、コンプレッサ５１の作動を制御する。なお、この車両用空調装置ＡＣの駆動の制御は、図示を省略した車室の温度環境因子を検出する複数のセンサに基づいて、周知の空調制御を実行する。
【００２１】
そして、暖房時などヒータコア６による加熱が必要な場合に、駆動回路４１によりシーズヒータ１０への通電を行うとともに、ポンプ７を駆動させて、加熱装置Ａで生成された温水を、ヒータコア６に供給する加熱制御を実行する。
【００２２】
さらに、制御装置４０は、この加熱制御において、温度センサ３０の検出に基づいて、空焚き防止処理を実行する。
この空焚き防止処理を図３のフローチャートに基づいて、簡単に説明する。
この空焚き防止処理は、加熱装置Ａの加熱作動が開始された時点で、スタートされ、まず、温度センサ３０の検出温度を読み込む（ステップＳ１）。この読み込みは、あらかじめ設定された時間、例えば、３０ｍｓ間隔で行われる。
【００２３】
次に、読み込まれた検出温度があらかじめ設定された温度閾値未満であるか否かを判定し（ステップＳ２）、閾値未満の場合は、ステップＳ３以降の空焚き判定処理を行うが、閾値以上の場合は、何らかの異常があるとして、ステップＳ５に進んで、シーズヒータ１０への通電を停止する。なお、温度閾値は、温水の上限値、例えば、１１０℃程度の温度に設定されている。
【００２４】
検出温度に異常がない場合、ステップＳ３に進んで、読み込んだ検出温度の変化率を演算する。この場合、本実施例１では、あらかじめ設定された時間、例えば、１秒間の温度変化率を演算する。
【００２５】
次に、この温度変化率が、あらかじめ設定された変化率閾値以上であるか否かを判定し（ステップＳ４）、温度変化率が変化率閾値以上の場合は、ステップＳ５に進んで、シーズヒータ１０への通電を停止させ、温度変化率が変化率閾値未満の場合は、１回の処理を終了し、再びステップＳ１からの処理を繰り返す。
【００２６】
この変化率閾値は、図４に示すように、二重管２０において、外側通路（流体流路）２４に水が存在する場合の最大温度上昇率ＵＰａと、外側通路（流体流路）２４に水が存在しない空焚き時の温度上昇率ＵＰｂと、の間の温度上昇率ＵＰｃに設定されている。
【００２７】
すなわち、温度センサ３０は、金属一体成形品の二重管２０の外管２２の外表面に接して取り付けられている。
このため、シーズヒータ１０の熱が内管２１、リブ２３、外管２２を介して温度センサ３０まで伝達される際に、外側通路（流体流路）２４に水が存在する場合は、両管２１，２２およびリブ２３から水に熱が伝達されるため、温度センサ３０の温度上昇率は、図４に示す温度上昇率ＵＰａのように、相対的に低い値となる。
それに対し、外側通路（流体流路）２４に水が存在しない空焚き状態の場合には、上述の熱が内管２１、リブ２３、外管２２を介した熱の伝達途中で、水に熱を奪われないため、図４に示す温度上昇率ＵＰｂのように、水が存在する場合よりも高い温度上昇率となる。
【００２８】
そこで、外側通路（流体流路）２４に水が存在する場合には、あり得ない温度上昇率ＵＰｃを、あらかじめ実験により求め、これを変化率閾値として設定することにより、空焚き状態を確実に検出して、シーズヒータ１０への通電を停止させることができる。
【００２９】
以上説明したように、実施例１の加熱装置Ａでは、以下に列挙する効果が得られる。
ａ）二重管２０の内管２１の内側にシーズヒータ１０を設置し、内管２１と外管２２との間を外側通路（流体流路）２４とし、シーズヒータ１０の熱が、内管２１の全周から外側通路（流体流路）２４の水に伝達されるようにしたため、パイプの外側にヒータを設置したものと比較して、熱伝達性に優れる。
ｂ）上述のように外側通路（流体流路）２４に対する熱の伝達性に優れるため、外側通路（流体流路）２４内の水に場所による温度差が生じにくくなる。したがって、温度センサ３０が検出する温度検出精度が向上する。
ｃ）制御装置４０は、温度センサ３０が検出する温度変化率に基づいて、設定された変化率閾値以上の場合に、空焚きと判断してシーズヒータ１０への通電を停止するようにしたため、従来のように、２箇所の温度差により空焚きを判定するものと比較して、現象として温度差が表れる以前の早期の空焚き検出が可能となる。
ｄ）上記ｃ）のように、温度変化率による空焚き判定を行うようにしたため、温度センサ３０が１個で済み、従来のように２個の温度センサを用いるものと比較して、部品点数を少なくして、コストダウンが可能となる。
ｅ）温度センサ３０は、リブ２３と径方向に重なる位置に配置したため、リブ２３と径方向に異なる位置に配置したものと比較して、空焚き時の温度上昇特性を一定とすることができ、空焚きの検出精度を高めることができる。加えて、外管２２において、内管２１に最も近く、内管２１の熱がストレートに伝達されるため、空焚き時の温度上昇が早期に表れ、早期な空焚き検出が可能となる。
ｆ）温度センサ３０を、二重管２０の外側通路（流体流路）２４の最も下流に配置したため、最も加熱された温水の温度を検出でき、上流に配置されたものと比較して、温水の温度検出精度が高いとともに、空焚きの検出精度が高い。
【００３０】
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態および実施例１について詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態および実施例１に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【００３１】
例えば、実施例１では、加熱装置を、車両用空調装置ＡＣのヒータコア６に温水を送る手段として用いた例を示したが、加熱装置の用途としては、これに限定されるものではなく、ヒートサイクルの冷媒の加熱にも用いることができるほか、車両用の空調装置に限らず、産業機器や家庭用機器に用いることもできる。
【００３２】
また、実施例１では、温度センサ３０を外管２２の外表面に接触させて取り付けるのにあたり、リブ２３と径方向に重なる位置に設置した例を示したが、これに限定されず、外管２２の外表面に接触していれば、外管２２の外表面の周方向でリブ２３とリブ２３との中間に取り付けてもよい。
【００３３】
また、二重管として、リブ２３が４枚設けられたものを示したが、リブの数は、実施例で示したものに限定されず、２枚以上の複数であれば、何枚設定してもよい。
【００３４】
また、実施例１では、制御装置４０は、検出温度の変化率に基づいて、空焚きを検出するのにあたり、一定時間の変化率（温度上昇率）と、変化率閾値との比較に基づいて、空焚きの判定を行う例を示したが、これに限定されない。例えば、設定された温度上昇に要する時間を、設定時間と比較することで、空焚き判定を行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の最良の実施の形態の実施例１の実施例１の加熱装置Ａを適用した車両用空調装置ＡＣを示す構成説明図である。
【図２】実施例１の加熱装置Ａの要部を示す断面図であって、図１のＳ２−Ｓ２線で切断した状態を示している。
【図３】実施例１の加熱装置Ａの制御装置４０による空焚き防止処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】実施例１の加熱装置Ａにおいて、空焚きを判定する検出温度の温度上昇率の説明図であり、ＵＰａは、外側通路２４に水が存在する場合の最大温度上昇率を示し、ＵＰｂは外側通路２４に水が存在しない空焚き時の温度上昇率を示し、ＵＰｃは変化率閾値に相当する温度上昇率を示している。
【符号の説明】
【００３６】
７     ポンプ
８     循環路
１０   シーズヒータ
２０   二重管
２１   内管
２１ａ 内側通路
２２   外管
２３   リブ
２４   外側通路
３０   温度センサ
４０   制御装置
Ａ     加熱装置
ＡＣ   車両用空調装置
【図１】
2009250573.tif 000003
【図２】
2009250573.tif 000004
【図３】
2009250573.tif 000005
【図４】
2009250573.tif 000006