JP7743339B2 - 熱媒体加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱媒体加熱装置に関するものである。

空調用などの熱交換器を流れる熱媒体（水、クーラント、冷媒などを含む）を電気的に加熱する装置（ＥＣＨ：Electric Coolant Heater）は、熱媒体を流す流路が形成された筐体の内部に電熱線ヒータやＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータなどの発熱体が配備されている。

このような熱媒体加熱装置の筐体内には、熱媒体の流路とは区分された収容空間に、前述した電熱線ヒータやＰＣＴヒータを制御する制御基板が配置されており、この収容空間には、制御基板に搭載されるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の電気部品が配置されている（下記特許文献１参照）。

特開２０１１－２２５０７４号公報

従来の電気式の熱媒体加熱装置は、ヒータに制御基板が近接しないように、筐体内のヒータの配設位置から離間した位置で、ヒータと平行に制御基板が配置されている。また、制御基板に搭載されるＩＧＢＴは、ヒータに大電流を流すためのスイッチング素子であるため、これ自体が発熱源になることから、従来の熱媒体加熱装置は、ＩＧＢＴを熱媒体の流路に近づけて冷却することが行われている。

このため、内部にヒータが支持されてヒータの近傍に熱媒体が流れる流路を有する筐体を備える熱媒体加熱装置においては、制御基板とＩＧＢＴのユニットが離間した状態で配備されており、ＩＧＢＴの端子を制御基板に接続するために、端子がインサートされた中継部品を介在させたり、ＩＧＢＴの端子と制御基板との間に接続配線を設けたりする必要があり、両者の電気的な接続が煩雑になると共に、部品点数が増大して高コストになる問題があった。

本発明は、このような問題に対処することが課題である。すなわち、熱媒体加熱装置において、内部の電気的な接続を簡略化すると共に、部品点数を削減してコスト低減を図ること、などが本発明の課題である。

このような課題を解決するために、本発明による熱媒体加熱装置は、以下の構成を具備するものである。
内部にヒータが支持され、前記ヒータの近傍に熱媒体が流れる流路を有する筐体を備え、前記筐体内に、前記ヒータを制御する制御基板が配備される制御室を設けた熱媒体加熱装置であって、前記筐体は、前記ヒータから離れた位置に前記制御基板を支持する支持突起を備えると共に、前記支持突起の突出方向に向けて隆起して前記制御基板に近接する載置面を有し、前記流路と熱接触する隆起部を備え、前記載置面に前記制御基板に接続される発熱性の回路部品が載置されていること特徴とする熱媒体加熱装置。

このような特徴を有する本発明の熱媒体加熱装置は、内部の電気的な接続を簡略化すると共に、部品点数を削減してコスト低減を図ることができる。

本発明の実施形態に係る熱媒体加熱装置の外観斜視図。 本発明の実施形態に係る熱媒体加熱装置の分解斜視図。 本発明の実施形態に係る熱媒体加熱装置の要部拡大図。 本発明の実施形態に係る熱媒体加熱装置の分解側面図。 ヒータと制御基板と回路部品を実装した本体枠の縦断面図（ヒータの長手方向に直交する断面）。 ヒータと制御基板と回路部品を実装した本体枠の縦断面図（ヒータの長手方向に沿った断面）。 本体枠の締結面を示す平面図。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。

図１～図４に示すように、熱媒体加熱装置１は、内部にヒータ２が支持され、ヒータ２の近傍に熱媒体が流れる流路（図示省略）を有する筐体１０を備える。図示の例では、筐体１０は、３分割可能なブロックから構成され、各ブロックが本体枠１０Ａと蓋体枠１０Ｂとヒータ支持枠１０Ｃになっている。

筐体１０には、熱媒体の流入口１１と流出口１２が設けられている。図示の例では、筐体１０の３分割可能なブロックのうちヒータ支持枠１０Ｃに流入口１１を設け、本体枠１０Ａに流出口１２を設けているが、特にこれに限定されない。

ヒータ２は、図示の例では、カートリッジ式の円柱状電熱線ヒータであり、一対（２本）のヒータ２が平行に並んだ状態で筐体１０内に配置され、一部がヒータ支持枠１０Ｃを貫通し、端部が本体枠１０Ａに収容されている。

筐体１０内のヒータ２の周囲には、流入口１１から流入した熱媒体が流れる流路が形成されており、この流路を通過してヒータ２により加熱された熱媒体が流出口１２から流出するようになっている。流入口１１と流出口１２には、図示しない外部配管がそれぞれ接続され、これらの接続部には夫々シール部が形成される。

なお、筐体１０の本体枠１０Ａとヒータ支持枠１０Ｃは、ガスケット１３を挟んで気密に連結されている。前述した熱媒体の流路は、ガスケット１３の開口内に形成されており、流入口１１に連通するヒータ支持枠１０Ｃ内の流路と流出口１２に連通する本体枠１０Ａ内の流路がガスケット１３の開口内で連通している。また、ヒータ支持枠１０Ｃのヒータ挿入口１４は、ヒータ２を挿入することでシール部材２Ａによって密封され、ヒータ２の端部の接続端子２Ｂは、本体枠１０Ａの後述する制御室２０側に露出するが、その露出口（図示せず）はシール部材２Ｃによって密封される。

筐体１０は、制御基板３が支持される本体枠１０Ａと、制御基板３を覆い本体枠１０Ａに対して着脱自在に取り付けられる蓋体枠１０Ｂと、本体枠１０Ａに対してヒータ２を着脱自在に支持するヒータ支持枠１０Ｃを備える。制御室２０は、本体枠１０Ａにおける蓋体枠１０Ｂを取り外すことで開放される部分と蓋体枠１０Ｂの内側の空間により形成され、筐体１０における前述した熱媒体の流路とは気密に区分けされている。

筐体１０は、本体枠１０Ａの制御室２０に臨む側に、制御基板３を支持する支持突起２１を備え、また、支持突起２１の突出方向に向けて隆起する隆起部２２を備える。制御基板３は、支持突起２１の先端に支持され、ネジ３Ｐで固定されることで、筐体１０内に支持されるヒータ２から離れた位置でヒータ２と平行に支持されている。

筐体１０の本体枠１０Ａに設けられる隆起部２２は、その頂部に載置面２２Ａを備えており、載置面２２Ａに発熱性の回路部品（例えば、ＩＧＢＴユニット）４が絶縁シート４Ｆを介して載置されている。載置面２２Ａは、制御基板３の表面に対面しており、載置面２２Ａに載置される回路部品４の端子４Ａが制御基板３に接続される。

筐体１０における本体枠１０Ａと蓋体枠１０Ｂは、複数のネジ１５で締結され、その内部に気密な制御室２０を形成する。本体枠１０Ａの外周端部には、蓋体枠１０Ｂをネジ１５で締結するための締結面２３が形成されており、この締結面２３は、概略直方体形状の筐体１０の４つの短辺のうち対角位置にある２つの短辺を含み、筐体１０の流入口１１と流出口１２が設けられた側面を斜めに横切るように形成されている。

筐体１０における本体枠１０Ａと蓋体枠１０Ｂの締結面２３をこのように斜めに形成することで、前述したヒータ挿入口１４と後述する配線の挿通孔を筐体１０の蓋体枠１０Ｂに係らない側面に集約させることができ、更に、蓋体枠１０Ｂを外した時の制御室２０の開放空間を大きくすることができる。これによって、ヒータ２や配線の取り扱い性を向上させることができると共に、制御室２０内の制御基板３等の取り付けやメンテンナンスの作業性を向上させることができる。

筐体１０の側面（本体枠１０Ａの側面）には、制御室２０内に配備される制御基板３に端部が接続される配線５が通る挿通孔３０が設けられている。図示の例では、挿通孔３０は、３つ（挿通孔３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ）設けられており、そのうちの２つが発熱性の回路部品４を介してヒータ２に大電流を流すためのＨＶ配線用、他の一つが車載ネットワークの制御信号を制御基板に送信するための通信配線用（ＬＶ配線用）に設けられている。

本発明の実施形態に係る熱媒体加熱装置１は、前述した挿通孔３０を筐体１０（本体枠１０Ａ）の側面に設けるに際して、挿通孔３０の開口が、筐体１０（本体枠１０Ａ）の側面から外向きに突出する突出部１６の端面１６Ａに設けられている。

突出部１６の端面１６Ａには、挿通孔３０をシールするシール部材３１が取り付けられる。ここで、端面１６Ａには、固定孔１６Ｂが設けられており、この固定孔１６Ｂにシール部材３１を介してネジ３１Ｐを締めこむことで、シール部材３１は端面１６Ａに密着した状態で取り付けられる。シール部材３１は、配線５を挿通した状態で挿通孔３０をシールするものであり、配線５を挿通する挿通シール部３１Ａを備えている。

なお、図示の例では、２つの挿通孔３０Ａ，３０Ｂがシール部材３１でシールされ、もう一つの挿通孔３０Ｃは、コネクタ３２によってシールされている。コネクタ３２は、制御基板３に接続される引き出し端子３２Ａを備えており、通信配線の端子をコネクタ３２に接続することで、通信配線が制御基板３に接続される。

このような熱媒体加熱装置１によると、図５及び図６に示すように、筐体１０（本体枠１０Ａ）に隆起部２２を形成して、隆起部２２の頂部の載置面２２Ａを制御基板３に近接させていることで、隆起部２２の載置面２２Ａからこれに対面する制御基板３までの距離Ｈ１が、載置面２２Ａからヒータ２の周囲に形成される熱媒体の流路６までの距離Ｈ２より短くなっている（Ｈ１＜Ｈ２）。

これにより、載置面２２Ａ上に絶縁シート４Ｆを介して載置される発熱性の回路部品４は、自身の端子４Ａを制御基板３に半田付けするだけで、制御基板３への接続が可能になり、従来必要になっていた回路部品４と制御基板３を接続するための中継部品や接続配線が不要になる。これによって、回路部品４と制御基板３の電気的な接続を簡略化することができると共に、部品点数を削減してコスト低減を図ることができる。

この際、発熱性の回路部品４と熱媒体の流路６までの距離は、従来に比べて大きくなるが、筐体１０（本体枠１０Ａ）の材料、特に隆起部２２が構成される部分の材料を熱伝導性の高い材料（例えば、アルミ系材料）にすることで、熱媒体の流路６と隆起部２２が効率良く熱接触することになり、発熱性の回路部品４を筐体１０内の流路６を流れる熱媒体で効果的に冷却することができる。

このような構成において、隆起部２２の熱伝導性が重要になる。このため、前述したように筐体１０を３つのブロックで構成した場合には、隆起部２２が設けられる本体枠１０Ａの材料を特に熱伝導性の高い材料にする（他のブロックと異なる材料にする）ことで、前述した効果を他のブロックの材料に関係無く得ることができる。特に、ヒータ２を支持するヒータ支持枠１０Ｃは、ヒータ２の熱を発散させないことが求められるので、ヒータ支持枠１０Ｃを本体枠１０Ａとは別ブロックにすることは前述した効果を得る上でも有効になる。

図５及び図６に示した例で、回路部品４の固定構造を更に詳細に説明する。この例では、制御基板３を支持する支持突起２１の突出方向が制御基板３の表面に直交しており、前述した隆起部２２は、支持突起２１の突出方向に向けて隆起している。そして、載置面２２Ａにおいて、その側部に、支持突起２１の突出方向（制御基板３の表面に直交する方向）に沿って突起する位置決め部２２Ｂを設けている。位置決め部２２Ｂは、載置面２２Ａの左右両側に設けられ、一対の位置決め部２２Ｂの間で、絶縁シート４Ｆが位置決めされて配置されている。このような位置決め部２２Ｂを設けることで、絶縁シート４Ｆを位置決めする際の作業性が向上する。

図６に示す例では、載置面２２Ａに載置される回路部品４は、固定ネジ４Ｂで本体枠１０Ａに一端が取り付けられる固定具４Ｃにて固定されている。また、制御基板３における回路部品４に対面する表面には、回路部品４の温度を管理するための温度センサ７が実装されている。この例では、制御基板３と回路部品４との距離を近接させることで、制御基板３に直接温度センサ７を実装させて回路部品４の温度を管理することができる。これにより、温度センサ７を制御基板３に接続するための配線等を省くことができ、この点においても、部品点数の削減とコスト低減が可能になる。

本体枠１０Ａに収容されるヒータ２の端部は、図６に示すように、シール部材２Ｃで周囲を支持され、端部の接続端子２Ｂが、本体枠１０Ａの制御室２０に臨む側に露出する。制御室２０においては、ヒータ２の接続端子２Ｂは、中継部品２Ｂ１を介して、制御基板３に接続される。

制御基板３が収容される制御室２０は、本体枠１０Ａにおいては、図７に示すように、周囲の締結面２３の内側に形成されている。ここで、本体枠１０Ａと蓋体枠１０Ｂを締結するためのネジ１５は、本体枠１０Ａ（筐体１０）の周囲から外側に突出しないように、制御室２０の内側で締結されている。本発明の実施形態は、制御基板３に回路部品４を近づけることで、両者を接続する中継部品や接続配線を省き、これにより制御室２０の内部にネジ１５の締結スペースを確保している。このように、ネジ１５の締結スペースを制御室２０の内側に配置することで、筐体１０の外側への張り出し部分を無くすることできるので、熱媒体加熱装置１を車両等に搭載する際の設置スペースの削減（省スペース化）が可能になる。

前述した熱媒体加熱装置１は、例えば、ハイブリット自動車や電気自動車などの車両に搭載され、ハイブリッド自動車の場合には、エンジンの不足する廃熱を補うようにして熱供給する補助熱源として、電気自動車の場合には、存在しないエンジンに代わって熱供給する代替え熱源として、車両用空調装置などに適用される。

一例として、ハイブリッド自動車の場合には、熱媒体加熱装置１の流路にはエンジンを冷却するためのＬＬＣ（Long Life Coolant）が熱媒体として流れてヒータ２により加熱される。ＬＬＣの回路は、車両用空調装置に設けられ、エンジンや熱媒体加熱装置１で加熱されたＬＬＣの熱は、車両用空調装置に設けられた冷媒回路を循環する冷媒の加熱に用いられ、車室内の冷暖房が行われる。更に、ハイブリッド自動車と電気自動車のいずれの場合においても、不凍液が循環する暖房用回路にヒータコアとともに熱媒体加熱装置１を設け、不凍液を加熱するための熱源として熱媒体加熱装置１を利用し、暖房時にはヒータコアで加熱された空気を車室内に送風する。

また、電気自動車の場合には、熱媒体加熱装置１の流路に冷媒回路の冷媒が流れて、ヒータ２により冷媒が加熱される。冷媒回路は、それ自体がヒートポンプとして車両用空調装置の熱源となるが、冷媒回路と熱交換する熱媒体回路（水回路）の熱媒体（水）を熱媒体加熱装置１の流路に流して温水を得て、この温水を車両用空調装置の熱源にしたり、バッテリ等の温調対象物の温調に利用したりすることができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

１：熱媒体加熱装置，
２：ヒータ，２Ａ，２Ｃ：シール部材，２Ｂ：接続端子，２Ｂ１：中継部品，
３：制御基板，３Ｐ：ネジ，
４：回路部品（ＩＧＢＴユニット），
４Ａ：端子，４Ｂ：固定ネジ，４Ｃ：固定具，４Ｆ：絶縁シート，
５：配線，６：流路，７：温度センサ，
１０：筐体，１０Ａ：本体枠，１０Ｂ：蓋体枠，１０Ｃ：ヒータ支持枠，
１１：流入口，１２：流出口，１３：ガスケット，１４：ヒータ挿入口，
１５：ネジ，１６：突出部，１６Ａ：端面，１６Ｂ：固定孔，
２０：制御室，２１：支持突起，
２２：隆起部，２２Ａ：載置面，２２Ｂ：位置決め部，２３：締結面，
３０（３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ）：挿通孔，
３１：シール部材，３１Ａ：挿通シール部，３１Ｐ：ネジ，
３２：コネクタ，３２Ａ：引き出し端子

Claims (5)

1. 内部にヒータが支持され、前記ヒータの近傍に熱媒体が流れる流路を有する筐体を備え、前記筐体内に、前記ヒータを制御する制御基板が配備される制御室を設けた熱媒体加熱装置であって、
   前記筐体は、前記ヒータから離れた位置に前記制御基板を支持する支持突起を備えると共に、前記支持突起の突出方向に向けて隆起して前記制御基板に近接する載置面を有し、前記流路と熱接触する隆起部を備え、
   前記載置面に前記制御基板に接続される発熱性の回路部品が載置されていること特徴とする熱媒体加熱装置。
2. 前記載置面から前記制御基板までの距離が前記載置面から前記流路までの距離より短いことを特徴とする請求項１記載の熱媒体加熱装置。
3. 前記載置面は、前記回路部品を位置決めする位置決め部を有することを特徴とする請求項１又は２記載の熱媒体加熱装置。
4. 前記筐体は、前記制御基板が支持される本体枠と、前記制御基板を覆い前記本体枠に対して着脱自在に取り付けられる蓋体枠とを備え、前記蓋体枠の内側に前記制御室が形成されることを特徴とする請求項１記載の熱媒体加熱装置。
5. 前記筐体は、前記本体枠に対して前記ヒータを着脱自在に支持するヒータ支持枠を備えることを特徴とする請求項４記載の熱媒体加熱装置。