JP2011152907A - 電気式加熱装置及び車両用空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】中間出力時に、効率的に液体を加熱することができる電気式加熱装置と、該電気式加熱装置を有する車両用空気調和装置とを提供することを目的とする。
【解決手段】液体が流れる複数の流路と、前記流路に隣接して配置され、通電されることによって発熱する加熱素子を備えた複数の加熱モジュールとを有し、中間出力時に、前記複数の流路の内、液体の流量が相対的に大きい流路に隣接して設けられた前記加熱モジュールの前記加熱素子が通電されること。
【選択図】図３

Description

本発明は、加熱素子を用いて液体を加熱する電気式加熱装置及び該電気式加熱装置を備える車両用空気調和装置に関する。

自動車等の車両では、車室内を暖房する場合、車室内外の空気を取り込み、熱媒体である液体と熱交換して加熱された空気と、熱交換して冷却された冷却空気とにより所定の吹き出し温度に調整されて車室内へ吹き出される。この場合、暖房用の熱源となる前記液体は、前記空気との熱交換の前に、加熱手段によって加熱される。エンジンを備えず、エンジンの廃熱を前記加熱手段の熱源として利用することができない電気自動車等においては、前記加熱手段として電気式加熱装置が用いられる。この電気式加熱装置は、通電することによって発熱する加熱素子を複数利用したものが知られている。

特許文献１には、循環室と加熱室とを複数有する電気式加熱装置が開示されている。各循環室には媒体が流れ、各加熱室には加熱素子が保持されている。循環室を流れる媒体は、加熱室に保持された加熱素子によって加熱される。ここで、特許文献１には、前記媒体は液体媒体であることが開示されている。また、前記加熱素子がＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子であることが開示されている。このＰＴＣ素子は通電されることにより発電するものである。

特開２００８−７１０６号公報（請求項１、請求項２、０００１段落、０００７段落、図３等）

一般に、電気式加熱装置に対して最大出力が求められる場合には、全ての加熱素子に対して通電する。また、求められる出力がゼロである場合には、全ての加熱素子に対する通電を停止する。そして、電気式加熱装置に求められる出力が、最大出力とゼロとの中間である中間出力の場合には、一部の加熱素子に対して通電し、残りの加熱素子に対する通電を停止する。

特許文献１に示されるように、電気式加熱装置の内部に、液体が流れる流路となる複数の循環室を有する場合、入口開口から供給される媒体の各循環室における流量は、必ずしも一様とはならず、偏りが生じることとなる。通常、加熱素子による液体の加熱量は加熱する液体の量に依存する。このため、前述のように、一部の加熱素子に対して通電を行う中間出力時には、より流量が多い循環室の加熱素子の通電を行って液体を加熱し、流量が少ない循環室の通電を停止させることが加熱効率を高める上で望ましい。

しかしながら、特許文献１では、循環室を流れる流量に応じた加熱を行うことまでは考慮されていないため、流量の少ない循環室の加熱素子に通電された場合、その分加熱量も少なく、結果的に、加熱効率が低下して余計な電力のみを消費してしまうという問題が生じる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、中間出力時に、効率的に液体を加熱することができる電気式加熱装置と、該電気式加熱装置を有する車両用空気調和装置とを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる電気式加熱装置は、液体が流れる複数の流路と、前記流路に隣接して配置され、通電されることによって発熱する加熱素子を備えた複数の加熱モジュールとを有し、中間出力時に、前記複数の流路の内、液体の流量が相対的に大きい流路に隣接して設けられた前記加熱モジュールの前記加熱素子が通電されることを特徴とする。

この電気式加熱装置によれば、中間出力時に、前記複数の流路の内、液体の流量が相対的に多い流路を選択的に加熱する。流路を流れる液体に与えることができる熱量は、その液体の流量が大きくなるに従って大きくなるため、中間出力時における加熱効率の向上を図ることができる。また、所定の熱量を早くに得ることができるため、電気式加熱装置への液体の供給を早期に停止することができる。従って、該液体を電気式加熱装置に供給するために必要な電力等の削減を図ることができる。

本発明にかかる電気式加熱装置のより好ましい対応としては、前記加熱素子が、ＰＴＣ素子であることを特徴とする。

ＰＴＣ素子は、通電することにより発熱する。またＰＴＣ素子は、ある一定の温度に達すると抵抗が大きく増大して、その一定の温度に保持される。またＰＴＣ素子は、温度が上昇すると、流れる電流の値が小さくなる。よって、この電気式加熱装置によれば、加熱モジュールにおける異常な温度上昇を防止することができる。また、加熱素子を発熱させるために用いられる消費電力が低減される。

本発明にかかる電気式加熱装置のより好ましい対応としては、前記複数の流路の一方の端部に設けられ、該複数の流路に液体を供給する第一のヘッダと、前記複数の流路のもう一方の端部に設けられ、該複数の流路から排出される液体を集める第二のヘッダとを有し、前記第一のヘッダは、該第一のヘッダ内部に液体を供給する液体供給口を備え、前記第二のヘッダは、該第二のヘッダ外部に液体を排出する液体排出口を備えることを特徴とする。

前記液体供給口から前記第一のヘッダに供給された液体は、前記液体供給口に近い流路から遠い流路に順に流入する。従って、第一のヘッダ内には静圧分布が生ずる。第二のヘッダにおいても、前記液体排出口近傍における静圧が最も小さくなるため、静圧分布が生ずる。これらヘッダ内の静圧分布によって、液体の流量の大きさは、各流路によって相違する。この電気式加熱装置によれば、上述したように、ヘッダ内の静圧分布によって各流路に流量の大きさの違いが生じた場合でも、中間出力時の加熱効率を向上させることができる。また、この電気式加熱装置では、第一のヘッダから、例えばチューブ等の筒状の構造物からなる流路に液体が供給される。また、該流路から排出される液体は、第二のヘッダに集められる。従って、筐体を壁部等で区画することによって流路を形成する構造のものと比べ、液体が流路の外部に漏れることを抑制することができる。

本発明にかかる車両用空気調和装置は、空気流路を有する空調ユニットに、外気を該空気流路に取り込み、車室内空気を循環させるブロアと、前記ブロアの下流側に配置され、外気を冷却するための冷却器と、前記冷却器の下流側に配置され、前記冷却器で冷却された空気を加熱するための加熱器とを有し、前記加熱器に供給される液体を加熱するための電気式加熱装置が設けられ、前記電気式加熱装置は、上記発明の電気式加熱装置であり、前記液体が前記電気式加熱装置へ循環されるための循環回路を有することを特徴とする。

車両用空気調和装置に上記発明のいずれかの電気式加熱装置を適用すれば、中間期（春や秋）による暖房と冷房のほぼ中間温度付近に温度調整が要求される場合、車両用空気調和装置に備えられる上記発明の電気式加熱装置も、一部の加熱素子を通電する中間出力に設定される。この時、この電気式加熱装置では、液体の流量が相対的に多い流路を優先的に加熱することができるため、余計な電力消費を抑制することができ、加熱効率を向上させることができる。また、加熱効率を向上させることができる結果、必要な加熱量となる流量を少なくすることができ、液体を供給するための液体供給手段、例えばポンプ等の駆動電力も抑制できることが可能となる。特に、電気自動車の場合であれば、自動車全体の消費電力を抑制することができ、走行効率を高めることができる。

本発明にかかる車両用空気調和装置のより好ましい対応としては、車室内温度検出手段を有し、該温度検出手段にて検出された車室内温度に応じて、前記電気式加熱装置に所定の出力を指示する制御手段を備えていることを特徴とする。

この車両用空気調和装置によれば、車室内の温度に応じて車両用空気調和装置に備えられる電気式加熱装置の最適な出力制御が可能となる。従って、この電気式加熱装置の加熱効率が一層向上され、車両用空気調和装置による消費電力を抑制することができる。特に、電気自動車の場合であれば、自動車全体の消費電力を抑制することができ、走行効率を高めることができる。

本発明にかかる電気式加熱装置によれば、電気式加熱装置の中間出力時に、効率的に液体を加熱することができる。また、本発明にかかる車両用空気調和装置によれば、前記電気式加熱装置の中間出力時に、車両用空気調和装置による消費電力を低減することができる。

図１は、電気式加熱装置の実施例１の全体構成を示す斜視図である。 図２は、図１の電気式加熱装置の構成を説明する分解斜視図である。 図３は、図１および図２の電気式加熱装置の構成を説明する断面視図である。 図４は、図１の加熱モジュールの構成を説明する分解斜視図である。 図５は、各ヘッダ内における静圧分布の概念を示す図である。 図６は、実施例１にかかる電気式加熱装置の検証例を説明する断面視図である。 図７は、図６の電気式加熱装置の各流路内を流れる液体の流量を示す図である。 図８は、車両用空気調和装置の概略構成図である。

以下に、本発明にかかる電気式加熱装置および車両用空気調和装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、電気式加熱装置の実施例１の全体構成を示す斜視図である。図２は、図１の電気式加熱装置の構成を説明する分解斜視図である。図３は、図１および図２の電気式加熱装置の構成を説明する断面視図である。なお、図３は、図１における一点鎖線を通るように切った面を、第二のヘッダ１３から第一のヘッダ１１の方向に向かって見た断面視である。言い換えると、第二のヘッダ１３から第一のヘッダ１１の方向に向かって見た流路３の長手方向と直交する筐体９の断面視図である。

本実施例にかかる電気式加熱装置１は、図１から図３に示すように、流路３と、加熱モジュール５とを有する。また加熱モジュール５には、加熱素子７が保持されている。流路３と加熱モジュール５とは、筐体９の内部に交互に配置されている。以下、便宜的に、流路３の長手方向と直交する筐体９の断面において、つまり図３において、流路３と加熱モジュール５とが交互に配置される方向を横方向、該横方向と直交する方向を縦方向と定義する。

流路３は、例えば筒状の構造物とすることができ、チューブとすることができる。この流路３は、筐体９の内部に平行に複数設けられる。また、この複数の流路３は、前記横方向と縦方向とに複数の列を成すように配置されている。電気式加熱装置１では、複数の流路３は、前記縦方向２列、前記横方向１０列に配置されているが、電気式加熱装置１が配置される場所や要求される出力に応じて適宜変更可能である。特に、前記縦方向については１列とすることもできる。

また、この流路３は、一方の端面が第一のヘッダ１１の内部に開口して設けられ、もう一方の端面が第二のヘッダ１３の内部に開口して設けられている。つまり、第一のヘッダ１１と、第二のヘッダ１３とは、流路３によって連通されている。ここで、第一のヘッダ１１は、第一のヘッダ１１の内部に液体を導入する液体供給口１５を備えている。また、第二のヘッダ１３は、第二のヘッダ１３の外部に液体を排出する液体排出口１７を備えている。電気式加熱装置１では、液体供給口１５と液体排出口１７は、前記横方向に同じ向きに開口している。

各加熱モジュール５は、前記横方向において隣り合う流路３の間に配置される。言い換えると、流路３の前記横方向における列と列との間に配置される。電気式加熱装置１では、流路３の前記横方向における列と列との間に８つ設けられているが、流路３の配列や加熱モジュール５の構成等によって、適宜変更可能である。この加熱モジュール５は、加熱素子７と電極板１９と絶縁板２１とによって構成されている。

図４は、図１の加熱モジュールの構成を説明する分解斜視図である。加熱素子７の両面には、電極板１９が備えられる。また、電極板１９の加熱素子７と接する面の反対側の面には、絶縁板２１が備えられる。この加熱素子７と、電極板１９と、絶縁板２１とが、枠体２３内に保持されて、加熱モジュール５が構成されている。この枠体２３は、耐熱性の高い樹脂材料、例えばポリフェニレンスルファイドによって形成される。また、絶縁板２１は加熱モジュール５と流路３との間で絶縁を行うものであり、材料は例えばアルミナ（酸化アルミニウム、Ａｌ_２Ｏ_３）が用いられる。この絶縁板２１は、電極板１９および流路３と熱伝導可能に接続されている。

電極板１９は、図３の基板２５に電気的に接続されている。また、電極板１９は、加熱素子７に電気的に接続されるとともに、熱伝導が可能なように接続されている。なお、電極板１９と加熱素子７とは、例えば熱硬化性シリコンを用いて接着することができる。また、電極板１９は、電極板１９の一部が突出して形成される突出部１９ａを備える。この突出部１９ａは、筐体９の内部に設けられる基板２５に接続されている。なお、流路３の長手方向と直交する筐体９の断面の前記横方向において、隣り合う加熱モジュール５から突出するそれぞれの突出部１９ａを互いに接続させ、その突出部１９ａを基板２５に接続させてもよい。

基板２５は、加熱モジュール５に設けられた電極板１９に、電極板１９の突出部１９ａを介して通電する機能を有する。電極板１９が通電されると、電極板１９に接触して設けられている加熱素子７に通電され、発熱する。ここで、この加熱素子７は、正特性サーミスタ素子であるＰＴＣ素子とすることができる。このＰＴＣ素子は、通電することにより発熱する。またこのＰＴＣ素子は、ある一定の温度に達すると抵抗が大きく増大して、その一定の温度に保持される。またＰＴＣ素子は、温度が上昇すると、流れる電流の値が小さくなる。

制御装置２７は、所定の場所における温度の検出値等に応じて、電気式加熱装置１の出力を決定し、該出力に応じた制御信号を基板２５に送るものである。電気式加熱装置１の出力は、主に、最大出力と中間出力と最小出力との３つにわけることができる。電気式加熱装置１を最大出力に制御する場合には、基板２５は、全ての電極板１９に対して通電するように制御される。また、電気式加熱装置１を最小出力に制御する場合、言い換えると出力をゼロに制御する場合、基板２５は、全ての電極板１９に対する通電を停止するように制御される。さらに、電気式加熱装置１を、最大出力と最小出力との中間の出力である中間出力に制御する場合には、基板２５は、一部の電極板１９に対して通電し、残りの電極板１９に対する通電を停止するように制御される。

以下、電気式加熱装置１の動作について説明する。まず、図示しない液体供給手段、例えばポンプ等によって昇圧された液体が、液体供給口１５を介して、第一のヘッダ１１の内部に供給される。第一のヘッダ１１に供給された液体は、液体供給口１５に近い流路３から順に流入する。流路３に流入した液体は、流路３に隣接して設けられた加熱モジュール５と熱交換することにより加熱され、第二のヘッダ１３に流出する。第二のヘッダ１３に流出した液体は、液体排出口１７を解して第二のヘッダ１３の外部に排出される。

この時、加熱モジュール５が、隣接する流路３の内部を流れる液体に与えることができる熱量は、おおよそ以下の式１によって示すことができる。
Ｑ＝ｋ・Ａ・（Ｔ_ｐ−Ｔ_ｗ） （式１）
ｋ∝Ｑ_ｓ
ここに、Ｑは加熱モジュール５が液体に与える熱量、ｋは熱の伝わり易さを表す熱通過率、Ａは伝熱面積、Ｔ_ｐは加熱素子７の表面温度、Ｔ_ｗは液体の温度、Ｑ_ｓは流路３における液体の流量である。なお、熱通過率ｋと液体の流量Ｑ_ｓとは、略比例関係にあり、Ｑ_ｓが増加すればｋも増加する。電気式加熱装置１においては、伝熱面積Ａは一定、液体の温度Ｔ_ｗは一定である。

電気式加熱装置１の中間出力時には、一部の加熱モジュール５に保持されている加熱素子７が、基板２５によって電極板１９を介して通電される。通電時の加熱素子７の温度が一定であるとすると、加熱モジュール５が液体に与える熱量Ｑは、液体の流量Ｑ_ｓが大きいほど大きくなる。電気式加熱装置１は、その出力に応じて、液体の流量が相対的に大きい流路３に隣接して設けられた加熱モジュール５に保持されている加熱素子を優先的に選択して通電する。

ここで、各流路３における液体の流量について説明する。図５は、ヘッダ内における静圧分布の概念を示す図である。図５の縦軸は、第一のヘッダ１１の内部または第二のヘッダ１３の内部における静圧を示す。図５の横軸は、第一のヘッダ１１又は第二のヘッダ１３における位置を示す。言い換えると、第一のヘッダ１１の液体供給口１５側の端部からの距離または第二のヘッダ１３の液体排出口１７側の端部からの距離を示す。

上述した通り、液体供給口１５から第一のヘッダ１１に流入した液体は、液体供給口１５に近い流路３から、液体供給口１５から遠い流路３に、順に流入する。従って、第一のヘッダ１１の内部では、液体供給口１５から離れるに従って液体の流量が減り、流速が遅くなる。これに伴って、第一のヘッダ１１の内部の静圧は、図５に示すように、液体供給口１５から離れるに従って大きくなる。一方、第二のヘッダ１３の内部では、液体排出口１７に近づくに従って、液体の流量が増加し、図５に示すように静圧が小さくなる。

各流路３における液体の流量は、流路３が位置する第一のヘッダ１１と第二のヘッダ１３との静圧差ΔＰによって決まる。つまり、第一のヘッダ１１と第二のヘッダ１３との静圧差ΔＰが大きいほど、流路３を流れる液体の流量は大きくなる。図５によれば、この静圧差ΔＰは、第一のヘッダ１１を用いて説明すると、第一のヘッダ１１の液体供給口１５側の端部から、第一のヘッダ１１の中央部にかけて小さくなる。また、第一のヘッダ１１の中央部から、第一のヘッダ１１の液体供給口１５側とは反対側の端部にかけて大きくなる。従って、流路３の長手方向と直交する筐体９の断面において、前記横方向の中央部に位置する流路３の液体の流量が最も小さくなり、前記横方向における両端部に位置する流路３の流量が大きくなると言える。

つまり、電気式加熱装置１の中間出力時には、流路３の長手方向と直交する筐体９の断面の前記横方向において、外側に位置する流路３に隣接する加熱モジュール５に保持される加熱素子７から優先的に選択され、通電される。

電気式加熱装置１によれば、中間出力時に、複数の流路３の内、液体の流量が相対的に多い流路３を優先して選択し、加熱することができる。つまり、流路３の長手方向と直交する筐体９断面の前記横方向において、外側の流路３を優先して選択し加熱することができる。上述した通り、加熱モジュール５が液体に与えることができる熱量Ｑは、流路３を流れる液体の流量Ｑ_ｓが大きいほど大きくなる。従って、電気式加熱装置１を用いた場合、中間出力時における加熱効率の向上を図ることができる。

このことにより、所定の熱量を早くに得ることができるため、電気式加熱装置１への液体の供給を早期に停止することができる。従って、電気式加熱装置１への液体の供給に必要な電力等の削減を図ることができる。また、求められる出力に必要な熱量に応じて電気式加熱装置１に供給する液体の流量を調整する場合には、中間出力時における液体の流量を低減させることができる。これによっても、電気式加熱装置１への液体の供給に必要な電力等の削減を図ることができる。

また、電気式加熱装置１は、第一のヘッダ１１と第二のヘッダ１３とを備える。流路３は、例えばチューブ等の筒状の構造物であり、その端面は第一のヘッダ１１と第二のヘッダ１３とに開口している。加熱モジュール５と熱交換することによって加熱される液体は、この流路３を流れるため、筐体９を壁部等で区画することによって流路３を形成する構造に比べ、液体が流路の外部に漏れることを抑制することができる。

なお、電気式加熱装置１においては、第一のヘッダ１１と第二のヘッダ１３とを備えることで、流路３における流量のばらつきが生じている。しかしながら、これら第一のヘッダ１１と第二のヘッダ１３とを備えていない場合であっても、筐体内に複数の流路を備えている場合には、各流路間で液体の流量のばらつきは少なからず生じる。従って、このような場合にも、電気式加熱装置の中間出力時に、相対的に液体の流量が大きい前記流路に隣接して設けられた加熱モジュール５を優先して選択し、該加熱モジュール５に保持された加熱素子７を発熱させることで、中間出力時における加熱効率の向上を図ることができる。

また、電気式加熱装置１の加熱素子７は電気式のヒータ等を用いることができるが、好ましくは正特性サーミスタ素子であるＰＴＣ素子とするのがよい。ＰＴＣ素子は、通電することにより発熱する。またＰＴＣ素子は、ある一定の温度に達すると抵抗が大きく増大して、その一定の温度に保持される。またＰＴＣ素子は、温度が上昇すると、流れる電流の値が小さくなる。従って、加熱素子７をＰＴＣ素子とすることで、電気式加熱装置１の加熱モジュール５における異常な温度上昇を防止することができるからである。また、消費される電力を低減させることができるからである。また、加熱素子７を発熱させるために用いられる消費電力の低減も図ることができるからである。

図６は、実施例１にかかる電気式加熱装置の検証例を説明する断面視図である。図３と同様、図６は、図１における一点鎖線を通るように切った面を、第二のヘッダ１３から第一のヘッダ１１の方向に向かって見た断面視である。言い換えると、第二のヘッダ１３から第一のヘッダ１１の方向に向かって見た流路３の長手方向と直交する筐体９の断面視図である。なお、電気式加熱装置１と同一部材には同一符号を付して重複した説明は省略する。本検証例にかかる電気式加熱装置１０１は、流路３が、流路３の長手方向と直交する筐体９の断面において、前記縦方向に２列、前記横方向に９列配置されており、図６に示すように、個別に説明する場合にはそれぞれ流路３Ａから流路３Ｉ（上段）、流路３ａから流路３ｉ（下段）と称す。また、電気式加熱装置１０１では、加熱モジュール５が、前記横方向の流路３の列と列との間に８つ配置されている。

加熱モジュール５に保持される電極板１９は、電極板１９の一部が突出して形成される突出部１９ａを備える。流路３の長手方向と直交する筐体９の断面の前記横方向において、隣り合う加熱モジュール５のこの突出部１９ａ同士は接続されている。これにより、２つの加熱モジュール５から成る通電系統１２７が構成されている。電気式加熱装置１０１において、この通電系統１２７は４つ設けられており、図６に示すように、個別に説明する場合にはそれぞれ通電系統１２７ａ、１２７ｂ、１２７ｃ、１２７ｄと称す。また、２つの加熱モジュール５の互いに接続された突出部１９ａは、筐体９の内部に設けられる基板２５に接続されている。

この電気式加熱装置１０１の流路３に液体が流れた場合に、各流路３内における液体の流量について説明する。図７は、図６の電気式加熱装置の各流路内を流れる液体の流量を示す図である。図７において、縦軸は各流路３を流れる液体の流量を示し、横軸は流路３の流路Ｎｏ、言い換えると流路３の位置を示す。なお、図７は流路３内を流れる液体のコンピュータによる流動解析から求めたものである。

図７から分かるように、流路３の長手方向と直交する筐体９の断面の前記横方向において、外側の列の流路３の流量が相対的に大きいことが分かる。具体的には、流路３Ｉと流路３ｉとの流量の合計が最も大きく、次いで流路３Ｈと流路３ｈとの流量の合計、次いで流路３Ｇと流路３ｇとの流量の合計、次いで流路３Ａと流路３ａとの流量の合計が大きくなっている。この流路３を流れる液体の流量差は、上述した通り、第一のヘッダ１１および第二のヘッダ１３の内部を流れる流体の静圧差によって生じるものである。

電気式加熱装置１０１においては、中間出力時に、液体の流量が相対的に大きい流路３に隣接する加熱モジュール５に保持された加熱素子７が優先して通電される。具体的には、まず流路３Ｉと流路３ｉおよび流路３Ｈと流路３ｈを加熱することができる加熱モジュール５と、流路３Ｈと流路３ｈおよび流路３Ｇと流路３ｇを加熱することができる加熱モジュール５とからなる通電系統１２７ｄが、基板２５によって優先的に通電される。次いで、通電系統１２７ａが、さらに次いで通電系統１２７ｃが、優先的に通電される。通電される系統の数は、電気式加熱装置１０１に求められる出力によって適宜決定する。従って、例えば２系統に対して通電する場合には、通電系統１２７ａと通電系統１２７ｄとが通電される。また、３系統に対して通電する場合には、通電系統１２７ａと通電系統１２７ｄと通電系統１２７ｃとに対して通電を行う。

なお、本検証例においては、２つの加熱モジュール５の電極板１９の突出部１９ａを互いに接続させ通電系統１２７を構成しているが、電気式加熱装置１のように、１つの加熱モジュール５で１つの通電系統を構成してもよい。この場合、２つの加熱モジュール５で１つの通電系統１２７を構成する場合と比較して、加熱する流路を細かく選択することができる。一方、電気式加熱装置１０１のように、複数の加熱モジュール５で通電系統１２７を構成する場合には、図示しない電源供給手段からの配線接続数が各加熱モジュール５への接続に対して少なくてすむ。これにより電気式加熱装置１０１は、軽量化、省スペース化が図られている。また、電気式加熱装置１０１を組立てる際の工数削減にも貢献している。

図８は、車両用空気調和装置の概略構成図である。本実施例にかかる車両用空気調和装置２０１は、外気または車室内空気を取り込んで温度調整し、それを車室内へと導く空気流路２０２Ａを形成するためのケーシング２０２を備えている。なお、車両用空気調和装置２０１では、一例として前述した実施例の図６に示される電気式加熱装置１０１を適用している。電気式加熱装置１０１の詳細な構成については、前述の通りであり説明を省略する。

ケーシング２０２の内部には、ブロア２０３と、冷却器２０４と、空調用熱交換手段である加熱器２０５と、エアミックスダンパ２０６とが設けられている。また、ケーシング２０２の外側にはタンク２０７と、ポンプ２０８と、上述の検証例にかかる電気式加熱装置１０１とが設けられている。タンク２０７、ポンプ２０８、電気式加熱装置１０１および加熱器２０５は、熱媒体である液体が循環する液体循環経路２０９を構成している。

ブロア２０３は、外気または車室内空気を吸い込んで昇圧し、空気流路２０２Ａにおけるブロア２０３の下流側に空気を送るものである。冷却器２０４は、ブロア２０３から送られる空気を冷却するものである。この冷却器２０４は、膨張弁と蒸発器等から構成され、内部を循環する冷媒が蒸発する際に発生する気化熱によって、冷却器２０４を通過する空気の冷却を行う。

加熱器２０５は冷却器２０４を通過して冷却された空気を加熱するものである。加熱器２０５の内部には、電気式加熱装置１０１によって加熱された液体が流れる流路と、空気が通過する流路とが設けられている。空気の加熱は、電気式加熱装置１０１によって加熱された液体と、加熱器２０５を通過する空気との熱交換によって行われる。

エアミックスダンパ２０６は、加熱器２０５を通過する空気量と加熱器２０５をバイパスして流れる空気量との割合を調整し、その下流側で混合される空気の温度を調整するものである。なお、暖房が不要な場合には、空気を全て加熱器２０５からバイパスさせ、圧損の低減を行う。

タンク２０７は、液体循環経路２０９を循環する熱媒体の一部を一時的に保持するものである。このタンク２０７は、液体循環経路２０９において、加熱器２０５とポンプ２０８との間に配置される。また、ポンプ２０８は液体を圧縮して電気式加熱装置１０１へ供給するためのものである。このポンプ２０８は、液体循環経路２０９において、タンク２０７と電気式加熱装置１０１との間に配置される。

ケーシング２０２の下流側は、吹き出しモード切替ダンパおよびダクトを介して、上述したように温度調整された空気を車室内に吹き出す、複数の吹き出し口へと接続されている。

本実施例における電気式加熱装置１０１は、図６に示されるように、基板２５に接続され通電系統は１２７ａ〜１２７ｄの４系統とし、加熱能力としては、最大出力時、最小出力時（出力ゼロ）、中間出力時の３段階の出力にて制御される。そして、最大出力時は４系統全てに通電され、最小出力時は４系統すべての通電が停止され、中間出力時には２系統のみが通電されるように制御を行う。この制御は、例えば、車室内に設けられた温度センサ（図示せず）によって車室内温度を検知し、この検出値に基づいて制御装置２７から切り替え指令を出力して３段階の切り替えが行われることとなる。

車室内の暖房時（冬場）には、４系統すべてに通電されて、それぞれの加熱モジュール５によって流路３内の液体が加熱される。この加熱された液体は加熱器２０５へ送られて車両用空気調和装置２０１内の空気と熱交換されて車室内へ吹き出される。これにより、短時間で効率の良い暖房を行っている。一方、車室内の冷房時（夏場）には、４系統すべての通電を停止することで、流路３内の液体は加熱されない。この時、電気式加熱装置１０１には液体を供給する必要がないため、ポンプ２０８も停止されることとなり消費電力を抑えている。

さらに、中間期（春、秋）においては、乗員によって車室内の設定温度が暖房と冷房との中間にあたる温調を要求される場合がある。すなわち、温風と冷風とがほぼ５０：５０に近い割合で混合されて温調され車室内へと吹き出されることとなる。車室内に設置された温度センサによって所定の温度値が検出された場合、制御装置２７から電気式加熱装置１０１に対して中間出力の指令値が送信され、２系統の通電が行われて流体を加熱することとなる。

この時、電気式加熱装置１０１の各流路３内を流れる液体の流量は前述の図７で説明の通り、静圧差ΔＰによって流量のばらつきが生じることがすでに把握されている。このため、２系統に通電を行う際、特に流量の大きい両端側の流路３Ａ、３ａ及び３Ｂ、３ｂと流路３Ｉ、３ｉ及び３Ｈ、３ｈを加熱すれば、効率の良い素早い加熱ができることとなる。そこで、本実施例では、中間出力時には、液体流量の多い流路３Ａ、３ａ、３Ｂ、３ｂ、３Ｉ、３ｉ、３Ｈ、３ｈに隣接されている通電系統１２７ａ及び１２７ｄの２系統が通電されるように予め設定されている。これにより、流量の少ない流路を加熱するといった余計な電力を消費することなく、加熱効率を向上させることができる。

また、必要な加熱量となるように液体の流量を低減させることも可能となり、電気式加熱装置１０１へ液体を供給するためのポンプを駆動する電力も低減できることとなる。つまり、必要な加熱量となる液体を送り出すために要する時間（＝流量）を低減することで、ポンプの駆動動力を低減することができる。本実施例の空気調和装置を電気自動車に適用した場合は、自動車全体の消費電力を低減できることとなり、効率の良い走行が可能となる。

車両用空気調和装置２０１によれば、実施例１にかかる電気式加熱装置１０１が、熱媒体である液体の加熱に用いられているため、車室内の空調に用いられる電力を低減させることができる。電気式加熱装置１０１は、上述した通り中間出力時において高い加熱効率を有する。従って、電気式加熱装置１０１の中間出力時においては、ポンプ２０８によって循環させる液体の流量を低減させることができ、ポンプ２０８を駆動するために消費する電力を低減させることができるからである。なお、車両用空気調和装置２０１では、検証例にかかる電気式加熱装置１０１を用いたが、電気式加熱装置１を用いてもよい。

以上のように、本発明にかかる電気式加熱装置は、中間出力時に内部を流れる液体を効率よく加熱するのに有用であり、特に、エンジンの廃熱を加熱手段の熱源として利用することができない電気自動車等の熱源として用いるのに適している。また、本発明にかかる車両用空気調整装置は、車室の空調に用いられる電力を低減させるのに有用である。

１、１０１ 電気式加熱装置
３ 流路
５ 加熱モジュール
７ 加熱素子
９ 筐体
１１ 第一のヘッダ
１３ 第二のヘッダ
１５ 液体供給口
１７ 液体排出口
１９ 電極板
２１ 絶縁板
２３ 枠体
２５ 基板
２７ 制御装置
１２７ 通電系統
２０１ 車両用空気調和装置
２０２ ケーシング
２０２Ａ 空気流路
２０３ ブロア
２０４ 冷却器
２０５ 加熱器
２０６ エアミックスダンパ
２０７ タンク
２０８ ポンプ
２０９ 液体循環経路

Claims (5)

1. 液体が流れる複数の流路と、
   前記流路に隣接して配置され、通電されることによって発熱する加熱素子を備えた複数の加熱モジュールとを有し、
   中間出力時に、前記複数の流路の内、液体の流量が相対的に大きい流路に隣接して設けられた前記加熱モジュールの前記加熱素子が通電されることを特徴とする電気式加熱装置。
2. 前記加熱素子は、ＰＴＣ素子であることを特徴とする請求項１に記載の電気式加熱装置。
3. 前記複数の流路の一方の端部に設けられ、該複数の流路に液体を供給する第一のヘッダと、
   前記複数の流路のもう一方の端部に設けられ、該複数の流路から排出される液体を集める第二のヘッダとを有し、
   前記第一のヘッダは、該第一のヘッダ内部に液体を供給する液体供給口を備え、
   前記第二のヘッダは、該第二のヘッダ外部に液体を排出する液体排出口を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気式加熱装置。
4. 空気流路を有する空調ユニットに、外気を該空気流路に取り込み、車室内空気を循環させるブロアと、
   前記ブロアの下流側に配置され、外気を冷却するための冷却器と、
   前記冷却器の下流側に配置され、前記冷却器で冷却された空気を加熱するための加熱器とを有し、
   前記加熱器に供給される液体を加熱するための電気式加熱装置が設けられ、
   前記電気式加熱装置は、請求項１ないし３のいずれか一項に記載された電気式加熱装置であり、前記液体が前記電気式加熱装置へ循環されるための循環回路を有することを特徴とする車両用空気調和装置。
5. 請求項４に記載の車両用空気調和装置において、
   車室内温度検出手段を有し、該車室内温度検出手段にて検出された車室内温度に応じて、前記電気式加熱装置に所定の出力を指示する制御手段を備えていることを特徴とする車両用空気調和装置。

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