WO2011129201A1 - 熱媒体加熱装置およびそれを用いた車両用空調装置 - Google Patents

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足立　知康
中川　信也
史郎 松原
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    • F24H2250/00—Electrical heat generating means
    • F24H2250/04—Positive temperature coefficients [PTC]; Negative temperature coefficients [NTC]

Definitions

  • the present invention relates to a heat medium heating device that heats a heat medium using a PTC (Positive Temperature Coefficient) heater and a vehicle air conditioner using the heat medium heating device.
  • PTC Physical Temperature Coefficient
  • the PTC heater has a characteristic that the current consumption decreases as the heater temperature rises, and then stabilizes at a low value when the temperature reaches a constant temperature saturation region. By utilizing this characteristic, it is possible to save power consumption and to obtain an advantage that an abnormal rise in the temperature of the heat generating portion can be prevented.
  • PTC heaters are used in many technical fields.
  • a heating medium heating device in which a PTC heater is applied to a heating device for heating a heating medium (here, engine cooling water) to be supplied to a radiator.
  • each heat medium distribution box has a structure in which a plurality of box constituent members are joined in a liquid-tight manner via O-rings, and engine cooling water, which is a heat medium, is contained in each heat medium distribution box. A flow passage for circulation is formed.
  • Each heat medium distribution box is formed with a flat heat radiating surface that is in close contact with the PTC heater, and between the flat surface and the joint surface formed on the outer peripheral portion of the heat medium distribution box (box component member).
  • a groove-shaped step portion was formed (see FIG. 5 of Patent Document 1).
  • the heat medium heating device described in Patent Document 1 is a pair of heat medium distribution boxes in which a plurality of box constituent members are joined in a liquid-tight manner via O-rings. Since the plate-like PTC heaters are in close contact with each other, a large number of O-rings are required, the number of parts is increased, and the assembly work is complicated. Therefore, it is necessary to cut a fitting groove for fitting the O-ring into the joint surface, and these items have been the cause of increasing the manufacturing cost of the heat medium heating device.
  • a stepped portion such as a groove is formed between the heat radiating surface in close contact with the PTC heater and the joint surface formed on the outer peripheral portion of the heat medium distribution box (box component member), the man-hours for processing the box component member In many cases, the production cost of the heat medium distribution box and thus the entire heat medium heating device is increased.
  • the wiring member extending from the PTC heater is disposed between the PTC heater and the outer peripheral portion (joint surface) of the heat medium distribution box, the outer dimension of the heat medium distribution box is larger than the plane area of the PTC heater. This also increases the manufacturing cost of the heat medium heating device.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and while reducing the manufacturing cost of a heat medium distribution box that houses a PTC heater and distributes the heat medium, the heat medium from the heat medium distribution box It is an object of the present invention to provide a heat medium heating device and a vehicle air conditioner using the same that can prevent the leakage of the heat and improve the reliability.
  • the present invention provides the following means. That is, the heat medium heating device according to the first aspect of the present invention is configured by stacking a flat PTC heater and a plurality of box constituent members, and is in close contact with one surface side of the PTC heater to heat the inside.
  • the first heat medium distribution box in which the medium distribution path is formed and a plurality of box constituent members are similarly stacked to form a heat medium distribution path in close contact with the other side of the PTC heater.
  • a second heat medium distribution box that is liquid-tightly joined to the first heat medium distribution box, and the first and second heat medium distribution by heat radiation from both sides of the PTC heater.
  • the first heat medium flow box and the second heat medium flow box are configured. At least one of the joint surfaces between the box constituent members and the joint surfaces between the first heat medium distribution box and the second heat medium distribution box is sealed with a liquid gasket, and the first The joint surface cooling that cools the joint surface that is sealed with the liquid gasket in the heat medium circulation path of at least one of the heat medium circulation box or the second heat medium circulation box and that is heated by the PTC heater.
  • a flow path is provided.
  • this heat medium heating device it is possible to assemble a plurality of box constituent members constituting the heat medium heating device by sealing only with a liquid gasket. Further, the two heat medium distribution boxes can be assembled by sealing only with a liquid gasket. For this reason, the O-ring, which has been used many times in the past, can be eliminated to reduce the number of parts and the number of assembly steps, and the fitting grooves that have been carved on the joint surface of each box component in order to fit the O-ring Can be abolished to reduce the processing man-hours of the box constituent members, thereby reducing the manufacturing cost of the heat medium distribution box.
  • liquid gasket applied to the joint surface is protected from the heat of the PTC heater by the cooling flow path provided in at least one of the first heat medium distribution box and the second heat medium distribution box. Therefore, the durability of the liquid gasket is improved, and the leakage of the heat medium from the joint surface is prevented.
  • the joining surface cooling flow path is provided closer to the joining surface sealed by the liquid gasket than the PTC heater. . In this way, the liquid gasket applied to the joint surface is more reliably protected from the heat of the PTC heater.
  • the joint surface includes an external seal section that seals between the heat medium flow path and the outside, the heat medium flow path, and the PTC. It is preferable that a substrate seal section that seals a portion communicating with the heater accommodating substrate housing portion is provided, and the width of the substrate seal section is larger than the width of the outer seal section. Accordingly, the reliability of the heat medium heating device can be enhanced by reliably preventing water leakage to the control board side while eliminating the O-ring and reducing the manufacturing cost.
  • the PTC heater and the first and second heat medium flow boxes are formed in a rectangular shape, and the wiring member of the PTC heater is formed by: It is preferable that the PTC heater extends from the end in the longitudinal direction. In this case, since the wiring member of the PTC heater is not interposed between the long side of the PTC heater and the long side of the heat medium distribution box, the outer peripheral dimension of the heat medium distribution box may be brought close to the planar outer dimension of the PTC heater. It is possible to reduce the manufacturing cost by downsizing the heat medium distribution box.
  • the PTC elements constituting the PTC heater are arranged in a plurality of rows along the flow direction of the heat medium flow path, and the widths of the plurality of PTC heaters are different.
  • each of these PTC elements can be controlled on and off by itself.
  • the wiring members of the PTC heater can be easily provided together on one end side in the longitudinal direction of the PTC heater, and at the same time, the amount of heat of the PTC heater can be controlled with a simple configuration, and the heat medium heating device is made compact. Manufacturing cost can be reduced and reliability can be improved.
  • the vehicle air conditioner according to the second aspect of the present invention includes a blower for circulating outside air or vehicle interior air, a cooler provided on the downstream side of the blower, and a radiator provided on the downstream side of the cooler.
  • the heat medium heated by the heat medium heating device according to any one of the first to sixth aspects can be circulated in the radiator. Thereby, the reliability can be improved, reducing the manufacturing cost of a heat medium heating apparatus.
  • the heat medium heating device and the vehicle air conditioner using the heat medium heating device according to the present invention while reducing the manufacturing cost of the heat medium distribution box that houses the PTC heater and distributes the heat medium, It is possible to improve reliability by preventing leakage of the heat medium from the medium distribution box.
  • FIG. 7 is a bottom view of the upper heat medium distribution box as viewed in the direction of arrows VII-VII in FIG. 4. It is a top view of the lower heat carrier circulation box by the VIII-VIII arrow of FIG. It is the IX section enlarged view of FIG.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a vehicle air conditioner 1 according to the present embodiment.
  • the vehicle air conditioner 1 is, for example, an air conditioner for a hybrid vehicle, and includes a casing 3 for forming an air flow path 2 that takes outside air or vehicle interior air, regulates the temperature, and guides it to the vehicle interior. ing.
  • the air or the cabin air is sequentially sucked from the upstream side to the downstream side of the air flow path 2 to increase the pressure, and the blower 4 pumps it to the downstream side, and the air pumped by the blower 4.
  • the ratio between the cooler 5 that cools the radiator, the radiator 6 that heats the air that has passed through the cooler 5, the amount of air that passes through the radiator 6, and the amount of air that flows by bypassing the radiator 6 An air mix damper 7 that adjusts and adjusts the temperature of the air mixed on the downstream side thereof is installed.
  • the downstream side of the casing 3 is connected to a plurality of blowout ports (not shown) through which the temperature-controlled air is blown out into the vehicle compartment via a blowout mode switching damper (not shown) and a duct.
  • the cooler 5 constitutes a refrigerant circuit together with a compressor, a condenser, and an expansion valve (not shown), and evaporates the refrigerant adiabatically expanded by the expansion valve, thereby cooling the air passing therethrough.
  • the radiator 6 constitutes a heat medium circulation circuit 11 together with the tank 8, the pump 9, the engine (not shown), and the heat medium heating device 10 according to the present invention.
  • the heat medium circulation circuit 11 heats the engine cooling water by the heat medium heating device 10 when the temperature of the engine cooling water that is the heat medium does not increase so much, such as during hybrid operation, and the heated engine cooling water is pumped by the pump 9.
  • the air passing through the radiator 6 is heated in the casing 3.
  • FIG. 2 is a perspective view of the heat medium heating device 10
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the heat medium heating device 10
  • FIGS. 4 and 5 are longitudinal cross-sectional views of the heat medium heating device 10. The figure is shown.
  • the heat medium heating device 10 includes a plurality of box constituent members 50, 51, and a first heat medium distribution box A that is configured in a box shape by overlapping a plurality of box constituent members 20, 21, 30.
  • a second heat medium distribution box B that is superposed and configured in a box shape and is liquid-tightly joined to the lower surface of the first heat medium distribution box A, and the first and second heat medium distribution And a PTC heater 40 sandwiched between the boxes A and B.
  • the first heat medium distribution box A a rectangular substrate storage box 20 having a lid 21 bonded to the upper surface and an upper heat medium distribution box 30 having the same rectangular shape as the substrate storage box 20 are bonded in a liquid-tight manner. Is formed.
  • the second heat medium distribution box B includes a lower heat medium distribution box 50 having the same rectangular shape as the upper heat medium distribution box 30 and a lid 51 that is liquid-tightly joined to the lower surface of the lower heat medium distribution box 50. And is formed. Between the first heat medium distribution box A and the second heat medium distribution box B and between the other box constituent members 20, 21, 30, 50, 51, as shown in FIGS. The plurality of bolts 58 are tightened and integrated.
  • the PTC heater 40 has a rectangular and flat plate shape smaller than the upper heat medium distribution box 30 and the lower heat medium distribution box 50, and as will be described in detail later, the upper surface of the PTC heater 40 is the upper heat medium distribution box.
  • the lower surface of the PTC heater 40 is in close contact with the flat heat radiating surface 56 formed on the upper surface of the lower heat medium distribution box 50.
  • the substrate storage box 20 is a rectangular semi-enclosure made of a heat conductive material such as an aluminum alloy and whose upper surface is hermetically sealed by a lid 21.
  • the interior of the substrate storage box 20 is a substrate storage portion S, which is a PTC heater.
  • a control board 22 (see FIGS. 3 and 4) for controlling 40 is stored and installed.
  • the control board 22 incorporates heat-generating parts such as a field effect transistor (FET) 23 and a control circuit, and has a high voltage of 300 V for driving the PTC heater 40 and a low voltage of 12 V for control. Voltage.
  • FET field effect transistor
  • the control board 22 is fixedly installed on the support portion 24 protruding from the bottom surface of the board housing box 20 with the four corners fastened with screws 25a.
  • the heat-generating component such as the FET 23 is disposed on the lower surface side of the control substrate 22 and is in contact with the upper surface of the cooling unit 26 provided on the bottom surface of the substrate housing box 20 via an insulating layer (not shown). Fastened and fixed by screws 25b.
  • the heat generating component such as the FET 23 and the cooling unit 26 are disposed in the vicinity of the inlet side of a heat medium distribution path (flow passage 33), which will be described later, provided in the upper heat medium distribution box 30 in order to enhance the cooling effect on the heat generation component.
  • a wiring insertion hole 27 is formed on one end surface of the substrate storage box 20 (see FIGS. 3 and 6), and a wiring member 40a (see FIG. 2) connected to the control substrate 22 is inserted through the hole. Further, a wiring communication hole 28 (see FIG. 6) through which a harness connecting the control board 22 and the PTC heater 40 passes is formed on the lower surface on one end side of the board housing box 20. Furthermore, a harness insertion hole 29 (see FIG. 3) is formed in the other end surface of the substrate storage box 20, and an electrical harness 22a (see FIG. 2) connected to the control board 22 is inserted through this hole.
  • FIGS. 3 to 5 and FIG. 7 show the heat medium distribution path of the upper heat medium distribution box 30.
  • the upper heat medium distribution box 30 is a rectangular semi-contained body made of a heat conductive material such as an aluminum alloy, and a pair of inlet headers 31 and outlet headers 32 formed at both ends on the upper surface side thereof. And a parallel groove-shaped flow passage 33 formed between the inlet header 31 and the outlet header 32 and separated by a large number of fins 33a.
  • the top surfaces of the inlet header 31 and the outlet header 32 and the flow passage 33 are liquid-tightly closed by the bottom surface of the substrate storage box 20 (see FIGS. 4 and 5).
  • the engine cooling water flowing into the inlet header 31 is distributed to a number of flow passages 33, and the inside of the flow passages 33 is simultaneously parallel.
  • a flow path for engine coolant that flows and flows toward the outlet header 32 is formed.
  • the engine coolant flowing in the flow passage 33 does not flow into the outlet header 32 as it is, but flows into a later-described flow port 35 (see FIG. 7) formed on the lower surface of the upper heat medium flow box 30.
  • the above-described cooling unit 26 provided on the bottom surface of the substrate storage box 20 is cooled by the engine cooling water flowing through the flow passage 33, whereby the cooling structure of the control board 22 is constructed.
  • the inlet header 31 is provided with an inflow portion 34 for engine cooling water
  • the outlet header 32 has a flow port 35 to the lower heat medium distribution box 50 and an engine flowing from the lower heat medium distribution box 50 as described later.
  • a circulation port 36 for allowing cooling water to flow out and an outflow portion 37 for engine cooling water communicating with the circulation port 36 and communicating with the outside are provided.
  • Union members 34 a and 37 a are attached to the inflow portion 34 and the outflow portion 37, respectively, which enable connection of hose members constituting the heat medium circulation circuit 11.
  • a wide recess having a flat heat radiation surface 38 that is in close contact with the upper surface of the PTC heater 40 as a ceiling surface is provided (see FIGS. 4, 5, and 7).
  • the recess faces the back surface of the flow passage 33 through which the engine coolant flows, and is formed so that the PTC heater 40 is fitted therein.
  • a wiring insertion hole 39 (see FIG. 3) is formed through the upper end of the upper heat medium distribution box 30 on the opposite side to the distribution ports 35 and 36, and the wiring insertion hole 39 is formed in the board accommodation box. Align with the 20 wiring communication holes 28.
  • FIGS. 3 to 5 and FIG. 8 show the heat medium distribution path of the lower heat medium distribution box 50.
  • the lower heat medium distribution box 50 is a rectangular half casing made of a heat conductive material such as an aluminum alloy, and communication ports 52 and 53 are provided at one end thereof (see FIG. 8).
  • the communication ports 52 and 53 are aligned with the flow ports 35 and 36 of the upper heat medium flow box 30, respectively.
  • the lower heat medium distribution box 50 has a plurality of fins 54a (see FIG. 4) on the lower surface of the lower heat medium distribution box 50. Separated parallel groove-like flow passages 54 are formed.
  • the U-shaped flow passage 54 is separated from the forward flow path and the return flow path by a partition wall 54b (see FIG. 4) that is taller than the fins 54a.
  • the lower surface of the flow passage 54 is sealed with the lid 51 as described above, and a U-shaped shallow concave portion 55 (see FIG. 3) that matches the shapes of the flow passage 54 and the partition wall 54b is formed in the lid 51.
  • the engine coolant flowing into the communication port 52 is distributed from the communication port 52 to a number of flow passages 54, and the flow passages 54 are simultaneously parallel.
  • a circulation path of the heat medium that reaches the communication port 53 is formed by making a U-turn at the other end.
  • the communication port 52 of the lower heat medium distribution box 50 communicates with the distribution port 35 provided in the outlet header 32 of the upper heat medium distribution box 30, and the engine cooling water that has flowed through the flow passage 33 of the upper heat medium distribution box 30. Is supposed to flow in. Further, the communication port 53 of the lower heat medium distribution box 50 communicates with the distribution port 36 provided in the outlet header 32 of the upper heat medium distribution box 30, and the engine cooling water flowing through the lower heat medium distribution box 50 is A path that flows out from the circulation port 36 through the outflow portion 37 to the outside is configured.
  • the upper surface of the lower heat medium distribution box 50 is a heat radiating surface 56 (see FIGS. 3 to 5 and 8), and the PTC heater 40 is sandwiched between the lower heat medium distribution box 50 and the flat heat radiating surface 38 on the lower surface of the upper heat medium distribution box 30.
  • These heat radiation surfaces 38 and 56 are pressure-bonded to the compressible heat conductive layer 44 described later attached to both surfaces of the PTC heater 40.
  • the PTC heater 40 shows the configuration of the PTC heater 40.
  • the overall shape of the PTC heater 40 is a rectangle.
  • the PTC heater 40 is configured by PTC elements 41a, 41b, and 41c as heating elements arranged in, for example, three rows along the flow direction of the heat medium flow path (flow path 33, flow path 54). is there.
  • the widths of the PTC elements 41a and 41c on both sides are wider than the width of the central PTC element 41b, for example, a double width.
  • Each PTC element 41a, 41b, 41c is provided with an electrode plate 42, an incompressible insulating layer 43, and a compressible heat conductive layer 44 sequentially laminated on both surfaces thereof as shown in an enlarged cross section in FIG. It has a laminated structure.
  • These PTC elements 41a, 41b, and 41c are each configured to be capable of on / off control alone by a control circuit incorporated in the control board 22.
  • the electrode plate 42 is for supplying electric power to the PTC elements 41a, 41b, 41c, and is the same rectangular thin plate as the PTC elements 41a, 41b, 41c, and has electrical conductivity and thermal conductivity.
  • the incompressible insulating layer 43 is a rectangular thin plate, is made of an insulating material such as a polyamide film, and has thermal conductivity.
  • the incompressible insulating layer 43 has a thickness of 0.1 mm or less. This is between the PTC elements 41a, 41b, 41c and the electrode plate 42 and the upper heat medium distribution box 30 (heat radiation surface 56) and the lower heat medium distribution box 50 (heat radiation surface 38) provided on the outside thereof. This is to reduce the thermal resistance as much as possible and to ensure sufficient electrical insulation.
  • the compressible heat conductive layer 44 is a rectangular sheet material having compressibility, and is composed of an insulating sheet such as a silicon sheet and has heat conductivity.
  • the compressible heat conductive layer 44 is composed of a silicon sheet, the PTC element 41 that is a heat generating element, and the upper heat medium distribution box 30 (heat radiation surface 38) and the lower heat medium distribution box 50 (heat radiation surface 56).
  • the thickness is set to about 0.4 mm to 2.0 mm.
  • the compression function is secured by setting the thickness to at least 0.4 mm or more, and the compressibility is utilized when the PTC heater 40 is assembled between the upper heat medium distribution box 30 and the lower heat medium distribution box 50.
  • the upper heat medium distribution box 30 and the lower heat medium distribution box 50 are securely adhered to the PTC heater 40, and the assembly dimension tolerance can be absorbed.
  • the PTC heater 40 is provided with respect to the engine cooling water flowing through the upper heat medium distribution box 30 and the lower heat medium distribution box 50 provided in close contact with both surfaces thereof.
  • the engine cooling water can be heated by releasing heat from both sides.
  • a wiring member 40b is provided at one end of the PTC heater 40, and the wiring member 40b is refracted upward at a right angle with respect to the surface direction of the PTC heater 40, and the wiring insertion hole 39 of the upper heat medium flow box 30 and the board accommodation. It is inserted into the wiring insertion hole 28 of the box 20.
  • the wiring member 40b is guided to the control board 22, and the cable-like wiring member 40a (see FIG. 2) is pulled out from the control board 22 through the wiring insertion hole 27 of the board housing box 20 as described above. It is.
  • the wiring insertion hole 27 is fitted with a waterproof and dustproof wiring cap 40c.
  • the heat medium circulation circuit 11 is connected to the inflow part 34 of the upper heat medium distribution box 30.
  • the low-temperature engine cooling water pumped from the pump 9 flows into the inlet header 31 from the inflow portion 34 and is distributed to each flow passage 33 (see FIG. 3).
  • the engine coolant flowing through the respective flow passages 33 toward the outlet header 32 side is heated and heated by the PTC heater 40, and then merges in front of the outlet header 32 and passes through the distribution port 35 to the lower heat medium distribution box 50. Flows into the communication port 52.
  • the air is diverted from the communication port 52 to the respective flow passages 54, flows as shown by an imaginary line F in FIG. 8, and is U-turned at the other end while being heated by the PTC heater 40 again. It enters the outlet header 32 through the circulation port 36 of the medium distribution box 30, and returns to the heat medium circulation circuit 11 through the outflow portion 37.
  • the engine coolant passing through the inside of the heat medium heating device 10 flows through both sides of the PTC heater 40 and circulates in the heat medium circuit 11 while being heated by the heat of the PTC heater 40, thereby The room is temperature-controlled.
  • the PTC elements 41a, 41b, and 41c constituting the PTC heater 40 are configured to be capable of being turned on and off independently by a control circuit incorporated in the control board 22, and therefore flow into the heat medium heating device 10.
  • the control board 22 is turned on and off individually for each PTC element 41a, 41b, 41c, and the heating capacity is increased. Be controlled. As a result, the engine coolant can be heated to a predetermined temperature and flowed out.
  • the heat medium heating device 10 has a plurality of joint surfaces M1 to M4. And the joint surface between the first heat medium distribution box A and the second heat medium distribution box B, that is, the joint surface M1 between the upper heat medium distribution box 30 and the lower heat medium distribution box 50, The second heat medium distribution box B and the joint surfaces M2 and M3 between the substrate housing box 20, the lid 21 and the upper heat medium distribution box 30 constituting the one heat medium distribution box A are configured.
  • the joining surface M4 between the lower heat medium distribution box 50 and the lid 51 is configured to be sealed with a liquid gasket. As the liquid gasket, a water- and heat-resistant silicone sealant that becomes rubber when cured is used.
  • the flow passage 33 that is the heat medium flow path of the first heat medium flow box A and the flow path 54 that is the heat medium flow path of the second heat medium flow box B are respectively connected to the joint surface cooling flow paths C1, C1. C2 is provided.
  • These joint surface cooling channels C1 and C2 particularly cool the vicinity of the joint surface M1 where the heat of the PTC heater 40 is extremely large among the respective joint surfaces M1 to M4 sealed with the liquid gasket. It is provided in order to prevent the liquid gasket applied to the material from being deteriorated by heat.
  • the joint surface cooling channel C1 is one or two of the plurality of flow passages 33 close to the joint surface M1, and the joint surface cooling channel C2 is a joint of the plurality of flow passages 54. One or two flow paths close to the surface M1.
  • These joint surface cooling channels C1 and C2 are provided at positions closer to the joint surface M1 than the edge of the PTC heater 40. For this reason, before the heat of the PTC heater 40 is transmitted to the joint surface M1, heat is exchanged by the engine cooling water flowing through the joint surface cooling flow paths C1 and C2, and the heat is not easily transmitted to the joint surface M1. Therefore, the liquid gasket that seals the joining surface M1 is protected from heat and durability is improved, and leakage of the heat medium from the joining surface M1 is prevented.
  • the bonding surface M3 between the lower surface of the substrate storage box 20 and the upper surface of the upper heat medium flow box 30 through which the wiring member 40b of the PTC heater 40 passes is shown in FIG.
  • an external seal section M3a that seals between the heat medium flow path (flow path 33) and the outside, the heat medium flow path (flow path 33), and the substrate housing portion S.
  • a board sealing section M3b for sealing between the wiring insertion hole 28, which is a part communicating with the board.
  • the width W2 of the substrate seal section M3b is set larger than the width W1 of the external seal section M3a. For example, W1 is 5 mm and W2 is 8 mm.
  • a stepped portion Mc is formed along the inner peripheral edge of one of the upper and lower surfaces of each of the bonding surfaces M1 to M4.
  • the liquid gasket is held at a predetermined thickness on the stepped portion Mc, and can be cured without receiving a pressing force.
  • the liquid gasket applied between them will be removed from the range of the bonding surface when a pressing force is applied to both surfaces. There is a concern that it will be completely extruded and sufficient sealing performance will not be maintained.
  • the height of the stepped portion Mc may be about 0.5 mm to 2.0 mm.
  • the heat dissipation surface 56 that is in close contact with the PTC heater 40,
  • the joining surface M1 with the first heat medium distribution box A is formed as a continuous flat surface without a step.
  • the heat medium heating device 10 according to the present embodiment is configured as described above. According to the heat medium heating device 10, the following effects can be obtained.
  • the joint surfaces M1 to M4 between the box constituent members 20, 21, 30, 50, 51 constituting the first heat medium distribution box A and the second heat medium distribution box B are sealed with a liquid gasket. Due to the construction, the O-rings conventionally interposed in the respective joint surfaces M1 to M4 can be eliminated. As a result, the number of component parts and assembly man-hours of the heat medium heating device 10 can be reduced, and the fitting grooves that have been engraved on the joint surfaces M1 to M4 in order to fit the O-rings are abolished. The processing man-hours of the box constituent members 20, 21, 30, 50, and 51 can be reduced, and thereby the manufacturing cost of the heat medium distribution box 10 can be significantly reduced.
  • the joining surface cooling flow paths C1 and C2 are provided in the heat medium flow paths (flow paths 33 and 54) of the first heat medium flow box A and the second heat medium flow box B, they are sealed with a liquid gasket.
  • the bonded surface M1 where the heat of the PTC heater 40 is greatly cooled can be satisfactorily cooled.
  • the liquid gasket applied to the joining surface M1 is prevented from being deteriorated by heat, and a technology for sealing only with the liquid gasket without using an O-ring is established, thereby reducing the manufacturing cost of the heat medium heating device 10. Can contribute greatly.
  • the joint surface cooling channels C1 and C2 are provided at positions closer to the joint surface M1 than the edge of the PTC heater 40, the liquid gasket applied to the joint surface M1 is more reliably secured. Can be protected from heat.
  • the positions of the flow passages 33 and 54 are closer to the joint surfaces M3 and M4 than the PTC heater 40, the heat of the PTC heater 40 hardly reaches the joint surfaces M3 and M4.
  • the shape of the joint surface cooling channels C1 and C2 is not limited to that of the present embodiment, but may be other shapes.
  • the depth and width of the joint surface cooling channels C1 and C2 are the same as or narrower than the dimensions of the adjacent flow passages 33 and 54. , 54 so that more engine coolant flows through a portion closer to the joint surface M1 to further improve the cooling performance of the joint surface M1.
  • the width of the substrate seal section M3b is larger than the width W1 of the external seal section M3a at the joint surface M3 through which the wiring member 40b of the PTC heater 40 penetrates among the joint surfaces M1 to M4. Since W2 is set large, the O-ring at the joint surface M3 is abolished and the manufacturing cost is reduced, but the leakage of water to the substrate housing portion S in which the control substrate 22 is housed is reliably prevented to heat the heating medium. The reliability of the device 10 can be increased.
  • a step between the heat radiation surface 56 of the lower heat medium distribution box 50 constituting the second heat medium distribution box B and the joint surface M1 of the first heat medium distribution box A is provided with a step.
  • the upper surface of the lower heat medium distribution box 50 can be made into a completely flat plane, which makes it very easy to process the lower heat medium distribution box 50, and Manufacturing cost can be reduced.
  • the PTC heater 40, the first heat medium distribution box A and the second heat medium distribution box B are formed in a rectangular shape, and the wiring member 40b of the PTC heater 40 is formed as a PTC. Since the heaters 40 are collectively extended from the longitudinal end portion side, the wiring member of the PTC heater 40 is not interposed between the long side of the PTC heater 40 and the long side of the heat medium distribution box 10 as in the past. Yes. For this reason, the outer periphery dimension of the heat medium distribution box 10 can be brought close to the planar outer dimension of the PTC heater 40, and the width dimension of the heat medium distribution box 10 can be reduced to reduce the manufacturing cost.
  • the PTC elements 41a, 41b, 41c constituting the PTC heater are arranged in a plurality of rows along the flow direction of the heat medium flow path (flow paths 33, 54). Since the plurality of PTC heaters 41a, 41b, and 41c have different widths, and these PTC elements 41a, 41b, and 41c can be controlled on and off as a single unit, a wiring member is provided on one end side in the longitudinal direction of the PTC elements 41a, 41b, and 41c. 40b can be provided easily and at the same time, the amount of heat of the PTC heater 40 can be controlled with a simple configuration, and the manufacturing cost can be reduced and the reliability can be improved due to the downsizing of the heat medium heating device 10.
  • the blower 4 for circulating the outside air or the vehicle interior air, the cooler 5 provided on the downstream side of the blower 4, and the downstream side of the cooler 5 are provided. Since the engine cooling water heated by the heat medium heating device 10 according to the present invention is circulated in the heat radiator 6, the heat medium heating device 10 is reduced in size and the manufacturing cost is reduced. On the other hand, the reliability can be improved and, as a result, the reliability of the entire vehicle air conditioner 1 can be improved.
  • the heat medium heating device is used in a vehicle air conditioner.
  • the heat medium heating device according to the present invention is applied to an air conditioner other than a vehicle, a heating device, a refrigeration device, or the like. Application is also possible.

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Abstract

　ＰＴＣヒータ（４０）の両面に密着して内部に熱媒体流通経路（３３，５４）が形成され、且つ互いに液密的に接合される第１の熱媒体流通ボックス（Ａ）および第２の熱媒体流通ボックス（Ｂ）を備えた熱媒体加熱装置（１０）において、その各接合面（Ｍ１～Ｍ４）を液状ガスケットでシールするように構成するとともに、熱媒体流通経路（３３，５４）に、液状ガスケットでシールされてＰＴＣヒータ（４０）の熱が及ぶ接合面（Ｍ１）を冷却する接合面冷却流路（Ｃ１，Ｃ２）を設けた。接合面冷却流路（Ｃ１，Ｃ２）は、ＰＴＣヒータ（４０）よりも接合面（Ｍ１）に近い位置に設けられている。

Description

熱媒体加熱装置およびそれを用いた車両用空調装置
　本発明は、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ：正温度特性）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用いた車両用空調装置に関するものである。
　従来から、被加熱媒体を加熱する熱媒体加熱装置の１つとして、正特性サーミスタ素子（ＰＴＣ素子）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。ＰＴＣヒータは、正特性のサーミスタ特性を有しており、温度の上昇と共に抵抗値が上昇し、これによって消費電流が制御されるとともに温度上昇が緩やかになり、その後、消費電流および発熱部の温度が飽和領域に達して安定するものであり、自己温度制御特性を備えている。
　上記のように、ＰＴＣヒータは、ヒータの温度が上昇すると消費電流が低くなり、その後一定温度の飽和領域に達すると、消費電流が低い値で安定するという特性を有する。この特性を利用することにより、消費電力を節減することができるとともに、発熱部温度の異常上昇を防止することができるという利点が得られる。
　このため、ＰＴＣヒータは、多くの技術分野において用いられており、空調の分野においても、例えば特許文献１に開示されているように、ハイブリッド車両用の空調装置において、エンジン停止時における空気加温用の放熱器に供給する熱媒体（ここでは、エンジンの冷却水）を加熱するための加熱装置にＰＴＣヒータを適用した熱媒体加熱装置が提案されている。
　この熱媒体加熱装置は、２つの熱媒体流通ボックスがＯ－リングを介して互いに液密的に接合され、これら２つの熱媒体流通ボックスの間に平板状のＰＴＣヒータが密着介装されている。また、各熱媒体流通ボックスは、それぞれ複数のボックス構成部材がＯ－リングを介して液密的に接合された構成であり、各熱媒体流通ボックスの内部には熱媒体であるエンジン冷却水が流通する流通路が形成されている。
　また、各熱媒体流通ボックスには、ＰＴＣヒータに密着する平坦な放熱面が形成され、この平坦面と、熱媒体流通ボックス（ボックス構成部材）の外周部に形成された接合面との間に溝状の段差部が形成されていた（特許文献１の図５参照）。
　これは、ＰＴＣヒータが発する高熱によって、接合面に介装される上述のＯ－リングが材質劣化を起こして液漏れが誘発されること防止するにあたり、ＰＴＣヒータからＯ－リングまでの熱伝達経路を長くしてＯ－リングの過熱を防止するためである。そして、この段差部に、ＰＴＣヒータから延出する配線部材が配設されていた。
特開２００８－５６０４４号公報
　しかしながら、上記の特許文献１に記載された熱媒体加熱装置は、上述のように、複数のボックス構成部材がＯ－リングを介して液密的に接合されて構成された一対の熱媒体流通ボックスの間に、平板状のＰＴＣヒータが密着介装されてなる構成であったため、多数のＯ－リングが必要となって部品点数が多くなり、しかも組立作業が煩雑であり、さらに各ボックス構成部材の接合面にＯ－リングを嵌め込むための嵌合溝を刻設する必要もあって、これらの事項が熱媒体加熱装置の製造コストを高める原因となっていた。
　また、ＰＴＣヒータに密着する放熱面と、熱媒体流通ボックス（ボックス構成部材）の外周部に形成された接合面との間に溝等の段差部が形成されていたため、ボックス構成部材の加工工数が多く、熱媒体流通ボックス、ひいては熱媒体加熱装置全体の製造コストを上昇させる原因となっていた。
　さらに、ＰＴＣヒータから延出する配線部材が、ＰＴＣヒータと熱媒体流通ボックスの外周部（接合面）との間に配設されていたため、熱媒体流通ボックスの外周寸法がＰＴＣヒータの平面面積よりも大幅に大きくなってしまい、この点も熱媒体加熱装置の製造コストを高める原因となっていた。
　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、ＰＴＣヒータを収容するとともに熱媒体を流通させる熱媒体流通ボックスの製造コストを低減しつつ、該熱媒体流通ボックスからの熱媒体の漏洩を防止して信頼性を高めることのできる、熱媒体加熱装置およびそれを用いた車両用空調装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
　即ち、本発明の第１の態様に係る熱媒体加熱装置は、平板状のＰＴＣヒータと、複数のボックス構成部材が重ね合わせられて構成され、前記ＰＴＣヒータの一面側に密着して内部に熱媒体流通経路が形成された第１の熱媒体流通ボックスと、同じく複数のボックス構成部材が重ね合わせられて構成され、前記ＰＴＣヒータの他面側に密着して内部に熱媒体流通経路が形成され、かつ前記第１の熱媒体流通ボックスに液密的に接合される第２の熱媒体流通ボックスと、を備え、前記ＰＴＣヒータの両面からの放熱により、前記第１および第２の熱媒体流通ボックス内の前記熱媒体流通経路を流通する熱媒体が加熱されるように構成された熱媒体加熱装置において、前記第１の熱媒体流通ボックスおよび前記第２の熱媒体流通ボックスを構成する前記各ボックス構成部材間の接合面と、前記第１の熱媒体流通ボックスおよび前記第２の熱媒体流通ボックスの間の接合面とのうちの少なくとも何れかが液状ガスケットでシールされ、前記第１の熱媒体流通ボックスまたは前記第２の熱媒体流通ボックスの少なくとも一方の前記熱媒体流通経路に、前記液状ガスケットでシールされていて、しかも前記ＰＴＣヒータの熱が及ぶ接合面を冷却する接合面冷却流路が設けられたものである。
　この熱媒体加熱装置によれば、熱媒体加熱装置を構成する複数のボックス構成部材の間を液状ガスケットのみでシーリングして組み立てることができる。また、２つの熱媒体流通ボックスの間も液状ガスケットのみでシーリングして組み立てることができる。このため、従来では多数用いていたＯ－リングを廃止して部品点数と組立工数を削減でき、さらにＯ－リングを嵌め込むために各ボックス構成部材の接合面に刻設していた嵌合溝も廃止してボックス構成部材の加工工数を低減させ、これらによって熱媒体流通ボックスの製造コストを低減することができる。
　しかも、第１の熱媒体流通ボックスまたは第２の熱媒体流通ボックスの少なくとも一方の熱媒体流通経路に設けられた冷却流路により、接合面に塗布された液状ガスケットがＰＴＣヒータの熱から保護されるため、液状ガスケットの耐久性が向上し、接合面からの熱媒体の漏洩が防止される。
　本発明の第１の態様に係る熱媒体加熱装置においては、前記接合面冷却流路が、前記ＰＴＣヒータよりも、前記液状ガスケットでシールされる接合面に近い位置に設けられていることが好ましい。こうすれば、接合面に塗布された液状ガスケットが、より確実にＰＴＣヒータの熱から保護される。
　また、本発明の第１の態様に係る熱媒体加熱装置においては、前記接合面には、前記熱媒体流通経路と外部との間をシールする外部シール区間と、前記熱媒体流通経路と前記ＰＴＣヒータ制御用の基板収容部に連通する部分との間をシールする基板シール区間とが備えられ、前記外部シール区間の幅よりも、前記基板シール区間の幅が大きくなっていることが好ましい。これにより、Ｏ-リングを廃止して製造コストダウンを図りつつ、制御基板側への水漏れを確実に防止して熱媒体加熱装置の信頼性を高めることができる。
　また、本発明の第１の態様に係る熱媒体加熱装置においては、前記第１の熱媒体流通ボックスと前記第２の熱媒体流通ボックスの少なくとも一方の、前記ＰＴＣヒータに密着する放熱面と、前記第１の熱媒体流通ボックスと前記第２の熱媒体流通ボックスとの間の前記接合面とが、段差の無い連続平面として形成されていることが好ましい。こうすれば、第１または第２の熱媒体流通ボックスの少なくとも一方の加工が非常に容易になり、熱媒体流通ボックスの製造コストを低減することができる。
　さらに、本発明の第１の態様に係る熱媒体加熱装置においては、前記ＰＴＣヒータと、前記第１および第２の熱媒体流通ボックスとが長方形状に形成され、前記ＰＴＣヒータの配線部材が、前記ＰＴＣヒータの長手方向端部側から延出されていることが好ましい。こうすれば、ＰＴＣヒータの長辺と熱媒体流通ボックスの長辺との間にＰＴＣヒータの配線部材が介在しなくなるため、熱媒体流通ボックスの外周寸法をＰＴＣヒータの平面外形寸法に近づけることができ、熱媒体流通ボックスを小型化して製造コストダウンを図ることができる。
　また、上記熱媒体加熱装置においては、前記ＰＴＣヒータを構成するＰＴＣ素子が、前記熱媒体流通経路の流路方向に沿うように複数列配設され、これら複数のＰＴＣヒータの幅が異なっているとともに、これら各ＰＴＣ素子が単体でオンオフ制御可能とされていることが好ましい。本構成によれば、ＰＴＣヒータの配線部材をＰＴＣヒータの長手方向一端部側にまとめて設けやすくなると同時に、簡素な構成によってＰＴＣヒータの熱量制御を可能にし、熱媒体加熱装置のコンパクト化に伴う製造コストダウンと、信頼性の向上を図ることができる。
　さらに、本発明の第２の態様に係る車両用空調装置は、外気または車室内空気循環させるブロアと、該ブロアの下流側に設けられる冷却器と、該冷却器の下流側に設けられる放熱器と、を備えた車両用空調装置において、前記放熱器に、前記第１～６の何れかの態様の熱媒体加熱装置により加熱された熱媒体が循環可能に構成されたものである。これにより、熱媒体加熱装置の製造コストを低減しつつ、その信頼性を高めることができる。
　このように、本発明に係る熱媒体加熱装置およびそれを用いた車両用空調装置によれば、ＰＴＣヒータを収容するとともに熱媒体を流通させる熱媒体流通ボックスの製造コストを低減しつつ、該熱媒体流通ボックスからの熱媒体の漏洩を防止して信頼性を高めることができる。
本発明の一実施形態に係る車両用空調装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る熱媒体加熱装置の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る熱媒体加熱装置の分解斜視図である。 図２のIV-IV線に沿う縦断面図である。 図２のV-V線に沿う縦断面図である。 図３に示す基板収容ボックスを裏返しにした斜視図である。 図４のVII-VII矢視による上部熱媒体流通ボックスの下面図である。 図４のVIII-VIII矢視による下部熱媒体流通ボックスの上面図である。 図４のIX部拡大図である。
　以下に、本発明の一実施形態について、図１～図９を用いて説明する。
　図１には、本実施形態にかかる車両用空調装置１の概略構成図が示されている。この車両用空調装置１は、例えばハイブリッド車両用の空調装置であり、外気または車室内空気を取り込んで温調し、それを車室内へと導く空気流路２を形成するためのケーシング３を備えている。
　ケーシング３の内部には、空気流路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、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をバイパスして流れる空気量との割合を調整し、その下流側でミックスされる空気の温度を調節するエアミックスダンパ７と、が設置される。
　ケーシング３の下流側は、図示省略の吹き出しモード切替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、図示省略の複数の吹き出し口へと接続される。冷却器５は、図示省略の圧縮機、凝縮器、膨張弁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。
　放熱器６は、タンク８、ポンプ９、図示省略のエンジンおよび本発明に係る熱媒体加熱装置１０と共に熱媒体循環回路１１を構成している。この熱媒体循環回路１１を流れる熱媒体としては、ハイブリッド車両のエンジン冷却水が利用されている。熱媒体循環回路１１は、ハイブリッド運転時等、熱媒体であるエンジン冷却水の温度がさほど上昇しない時に、熱媒体加熱装置１０によってエンジン冷却水を加熱し、この加熱したエンジン冷却水をポンプ９により熱媒体循環回路１１に循環させることによって、ケーシング３内にて放熱器６を通過する空気を加温するものである。
　図２には、熱媒体加熱装置１０の斜視図が示され、図３には熱媒体加熱装置１０の分解解斜視図が示され、図４および図５には熱媒体加熱装置１０の縦断面図が示されている。
　この熱媒体加熱装置１０は、複数のボックス構成部材２０，２１，３０が重ね合わせられて匡体状に構成される第１の熱媒体流通ボックスＡと、同じく複数のボックス構成部材５０，５１が重ね合わせられて匡体状に構成され、かつ第１の熱媒体流通ボックスＡの下面に液密的に接合される第２の熱媒体流通ボックスＢと、これら第１および第２の熱媒体流通ボックスＡ，Ｂの間に挟装されるＰＴＣヒータ４０とを備えて構成されている。
　第１の熱媒体流通ボックスＡは、蓋２１が上面に接合される長方形状の基板収容ボックス２０と、基板収容ボックス２０と同じ長方形状を有する上部熱媒体流通ボックス３０とが液密に接合されて形成されている。また、第２の熱媒体流通ボックスＢは、上部熱媒体流通ボックス３０と同じ長方形状を有する下部熱媒体流通ボックス５０と、この下部熱媒体流通ボックス５０の下面に液密に接合される蓋５１とを備えて形成されている。第１の熱媒体流通ボックスＡと第２の熱媒体流通ボックスＢとの間、および他のボックス構成部材２０，２１，３０，５０，５１の間は、図２及び図４に示すように、複数のボルト５８によって締め付けられ、一体化される。
　ＰＴＣヒータ４０は、上部熱媒体流通ボックス３０および下部熱媒体流通ボックス５０よりも小さい長方形状かつ平板形状を有しており、後に詳述するように、ＰＴＣヒータ４０の上面が上部熱媒体流通ボックス３０の下面に形成された平坦な放熱面３８に密着し、ＰＴＣヒータ４０の下面が下部熱媒体流通ボックス５０の上面に形成された平坦な放熱面５６に密着するようになっている。
　基板収容ボックス２０は、アルミニウム合金等の熱伝導性材料により構成された、上面が蓋２１により密閉される長方形状の半匡体であり、その内部が基板収容部Ｓとされ、ここにＰＴＣヒータ４０を制御する制御基板２２（図３、図４参照）が格納設置される。制御基板２２は、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ　ｅｆｆｅｃｔ　ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：電界効果トランジスター）２３等の発熱部品や制御回路が組み込まれるものであり、ＰＴＣヒータ４０を駆動するための３００Ｖの高電圧と、制御用の１２Ｖの低電圧とが供給される。
　この制御基板２２は、基板収容ボックス２０の底面から突出している支持部２４に、四隅をビス２５ａで締結されて固定設置される。また、ＦＥＴ２３等の発熱部品は、制御基板２２の下面側に配設され、基板収容ボックス２０の底面に設けられている冷却部２６の上面に、図示省略の絶縁層を介して接触した状態でビス２５ｂにより締結固定される。このＦＥＴ２３等の発熱部品および冷却部２６は、発熱部品に対する冷却効果を高めるために、上部熱媒体流通ボックス３０に設けられる後述の熱媒体流通経路（流通路３３）の入口側近傍に配設される。
　基板収容ボックス２０の一端面には配線挿通孔２７が形成され（図３、図６参照）、ここに制御基板２２に繋がる配線部材４０ａ（図２参照）が挿通される。また、制御基板２２とＰＴＣヒータ４０を繋ぐハーネスが貫通する配線連通孔２８（図６参照）が、基板収容ボックス２０の一端側の下面に形成されている。さらに、基板収容ボックス２０の他端面にはハーネス挿通孔２９（図３参照）が形成されており、ここに制御基板２２に繋がる電気ハーネス２２ａ（図２参照）が挿通される。
　図３～図５および図７に、上部熱媒体流通ボックス３０の熱媒体流通経路が示されている。上部熱媒体流通ボックス３０は、アルミニウム合金等の熱伝導性材料により構成される長方形状の半匡体であり、その上面側には、両端部に形成される一対の入口ヘッダ３１および出口ヘッダ３２と、この入口ヘッダ３１および出口ヘッダ３２間に形成されて、多数のフィン３３ａによりセパレートされた平行な溝状の流通路３３とが設けられる。この入口ヘッダ３１および出口ヘッダ３２ならびに流通路３３の上面は、基板収容ボックス２０の底面により液密に閉塞される（図４、図５参照）。
　これにより、基板収容ボックス２０と上部熱媒体流通ボックス３０との間には、入口ヘッダ３１内に流入されたエンジン冷却水が多数の流通路３３に分配され、流通路３３内を同時平行的に流れて出口ヘッダ３２側に流れるエンジン冷却水の流通経路が形成される。流通路３３内を流れるエンジン冷却水は、そのまま出口ヘッダ３２に流れ込むことはなく、上部熱媒体流通ボックス３０の下面に形成された後述の流通口３５（図７参照）に流れ込む。なお、基板収容ボックス２０の底面に設けられた先述の冷却部２６が、上記の流通路３３内を流通するエンジン冷却水によって冷却され、これにより制御基板２２の冷却構造が構築されている。
　また、入口ヘッダ３１にはエンジン冷却水の流入部３４が設けられ、出口ヘッダ３２には下部熱媒体流通ボックス５０への流通口３５と、後述するように下部熱媒体流通ボックス５０から流入するエンジン冷却水を外部に流出させる流通口３６と、この流通口３６に連通して外部に通じるエンジン冷却水の流出部３７とが設けられている。流入部３４と流出部３７には、それぞれ熱媒体循環回路１１を構成するホース部材を接続可能にするユニオン部材３４ａ，３７ａ（図２、図５参照）が取り付けられる。
　さらに、上部熱媒体流通ボックス３０の下面側には、ＰＴＣヒータ４０の上面に密着する平坦な放熱面３８を天井面とする広い凹部が設けられる（図４、図５、図７参照）。この凹部は、エンジン冷却水が流通する流通路３３の裏面に対向しており、この中にＰＴＣヒータ４０が嵌り込むように形成されている。なお、上部熱媒体流通ボックス３０の上面の、流通口３５，３６とは反対側の端部に配線挿通孔３９（図３参照）が貫通形成されており、この配線挿通孔３９が基板収容ボックス２０の配線連通孔２８に整合する。
　図３～図５および図８に、下部熱媒体流通ボックス５０の熱媒体流通経路が示されている。下部熱媒体流通ボックス５０は、アルミニウム合金等の熱伝導性材料により構成される長方形状の半匡体であり、その一端部には連通口５２，５３が設けられ（図８参照）、これらの連通口５２，５３は上部熱媒体流通ボックス３０の流通口３５，３６にそれぞれ整合する。
　また、下部熱媒体流通ボックス５０の下面には、連通口５２を起点として他端側に延び、他端部でＵターンして連通口５３に還り着く、多数のフィン５４ａ（図４参照）によってセパレートされた平行な溝状の流通路５４が形成されている。このＵ字形状の流通路５４は、その往流路と復流路との間が、フィン５４ａよりも背の高い隔壁５４ｂ（図４参照）により隔絶されている。流通路５４の下面は先述の通り蓋５１によって密閉され、蓋５１には、流通路５４と隔壁５４ｂの形状に整合するＵ字形状の浅い凹部５５（図３参照）が刻設されている。
　これにより、下部熱媒体流通ボックス５０と蓋５１との間には、連通口５２に流入したエンジン冷却水が、連通口５２から多数の流通路５４に分配され、各流通路５４内を同時平行的に流通して他端部でＵターンし、連通口５３に至る熱媒体の流通経路が形成される。
　下部熱媒体流通ボックス５０の連通口５２は、上部熱媒体流通ボックス３０の出口ヘッダ３２に設けられている流通口３５に連通し、上部熱媒体流通ボックス３０の流通路３３を流れたエンジン冷却水が流入するようになっている。また、下部熱媒体流通ボックス５０の連通口５３は、上部熱媒体流通ボックス３０の出口ヘッダ３２に設けられている流通口３６に連通し、下部熱媒体流通ボックス５０を流れたエンジン冷却水を、流通口３６から流出部３７を経て外部に流出させる経路を構成している。
　下部熱媒体流通ボックス５０の上面は、放熱面５６（図３～５、図８参照）とされ、上部熱媒体流通ボックス３０下面の平坦な放熱面３８との間で、ＰＴＣヒータ４０をサンドイッチ状に挟み込むことにより、これらの放熱面３８，５６が、ＰＴＣヒータ４０の両面に貼着された後述の圧縮性熱伝導層４４に圧着されるようになっている。
　図３、図４、および図７～図９に、ＰＴＣヒータ４０の構成が示されている。ＰＴＣヒータ４０は、その全体形状が長方形に構成されている。ＰＴＣヒータ４０を構成するのは、熱媒体流通経路（流通路３３、流通路５４）の流路方向に沿って、例えば３列に配設された発熱要素としてのＰＴＣ素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃである。これら３枚のＰＴＣ素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃのうち、両側のＰＴＣ素子４１ａ，４１ｃの幅は、中央のＰＴＣ素子４１ｂの幅よりも広く、例えば倍の幅に設定されている。
　各ＰＴＣ素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃは、図９に断面を拡大して示すように、その両面に各々電極板４２、非圧縮性絶縁層４３および圧縮性熱伝導層４４が順次積層されて設けられた積層構造を有するものである。これらのＰＴＣ素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃは、制御基板２２に組み込まれている制御回路により、各々単体でオンオフ制御可能に構成されている。
　電極板４２は、ＰＴＣ素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃに電力を供給するためのもので、ＰＴＣ素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃと同じ長方形状の薄板であり、導電性および熱伝導性を有している。非圧縮性絶縁層４３は、長方形状の薄板であり、ポリアミド系フィルム等の絶縁材により構成され、熱伝導性を有するものである。また、この非圧縮性絶縁層４３は、その厚さが０．１ｍｍ以下で構成される。これは、ＰＴＣ素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃおよび電極板４２とその外側に設けられる上部熱媒体流通ボックス３０（放熱面５６）および下部熱媒体流通ボックス５０（放熱面３８）との間において、その間の熱抵抗を極力小さくするとともに、電気絶縁性を十分に確保するためである。
　さらに、圧縮性熱伝導層４４は、圧縮性を有する長方形状のシート材であり、シリコンシート等の絶縁シートで構成され、熱伝導性を有するものである。圧縮性熱伝導層４４は、シリコンシートにより構成される場合、発熱要素であるＰＴＣ素子４１と、上部熱媒体流通ボックス３０（放熱面３８）および下部熱媒体流通ボックス５０（放熱面５６）との間の熱抵抗を極力小さくするために、その厚さが０．４ｍｍ～２．０ｍｍ程度とされる。また、厚さを少なくとも０．４ｍｍ以上とすることにより圧縮機能を確保し、上部熱媒体流通ボックス３０と下部熱媒体流通ボックス５０との間にＰＴＣヒータ４０を組み付ける際に、圧縮性を利用してＰＴＣヒータ４０に上部熱媒体流通ボックス３０および下部熱媒体流通ボックス５０を確実に密着させるとともに、組み付け寸法公差を吸収できるようになっている。
　こうして、図４および図５に示すように、ＰＴＣヒータ４０は、その両面に各々密着されて設けられる上部熱媒体流通ボックス３０および下部熱媒体流通ボックス５０内を流通するエンジン冷却水に対し、その両面から放熱してエンジン冷却水を加熱することができる。
　ＰＴＣヒータ４０の一端部には配線部材４０ｂがあり、この配線部材４０ｂはＰＴＣヒータ４０の面方向に対して上方に直角に屈折し、上部熱媒体流通ボックス３０の配線挿通孔３９と、基板収容ボックス２０の配線挿通孔２８とに挿入される。この配線部材４０ｂは制御基板２２に導かれて、制御基板２２から、ケーブル状の配線部材４０ａ（図２参照）が、先述のように基板収容ボックス２０の配線挿通孔２７を通って外部に引き出される。なお、配線挿通孔２７には防水、防塵用の配線キャップ４０ｃが装着される。
　上部熱媒体流通ボックス３０の流入部３４には熱媒体循環回路１１が接続される。ポンプ９から圧送されてくる低温のエンジン冷却水は、流入部３４から入口ヘッダ３１内に流入し、各流通路３３に分配される（図３参照）。各流通路３３を出口ヘッダ３２側に向って流れるエンジン冷却水は、ＰＴＣヒータ４０により加熱昇温された後、出口ヘッダ３２の手前で一旦合流し、流通口３５を経て下部熱媒体流通ボックス５０の連通口５２に流入する。
　そして、連通口５２より各流通路５４に分流し、図８に想像線Ｆで示すように流れて再びＰＴＣヒータ４０により加熱昇温されながら他端部でＵターンし、連通口５３から上部熱媒体流通ボックス３０の流通口３６を経て出口ヘッダ３２に入り、流出部３７を経て熱媒体循環回路１１へと還流する。このように、熱媒体加熱装置１０の内部を通過するエンジン冷却水は、ＰＴＣヒータ４０の両面側を流れてＰＴＣヒータ４０の熱で加熱されながら熱媒体循環回路１１を循環し、これによって、車室内が温調される。
　ＰＴＣヒータ４０を構成しているＰＴＣ素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃは、制御基板２２に組み込まれている制御回路により、各々単体でオンオフ制御可能に構成されているため、熱媒体加熱装置１０に流入してくるエンジン冷却水の実際の温度と、必要とされている温度（目標温度）との差に応じて、制御基板２２により各々ＰＴＣ素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃ単位で個別にオンオフされ、加熱能力が制御される。これにより、エンジン冷却水を所定の温度に加熱昇温して流出させることができる。
　次に、本発明の要部について説明する。図４に示すように、熱媒体加熱装置１０は複数の接合面Ｍ１～Ｍ４を有している。そして、第１の熱媒体流通ボックスＡと第２の熱媒体流通ボックスＢとの間の接合面、即ち上部熱媒体流通ボックス３０と下部熱媒体流通ボックス５０との間の接合面Ｍ１と、第１の熱媒体流通ボックスＡを構成している基板収容ボックス２０と蓋２１と上部熱媒体流通ボックス３０との間の接合面Ｍ２，Ｍ３と、第２の熱媒体流通ボックスＢを構成している下部熱媒体流通ボックス５０と蓋５１との間の接合面Ｍ４は、いずれも液状ガスケットでシールされるように構成されている。液状ガスケットとしては、硬化するとゴム状になる、耐水、耐熱性のあるシリコンシーラント等が用いられる。
　さらに、第１の熱媒体流通ボックスＡの熱媒体流通経路である流通路３３と、第２の熱媒体流通ボックスＢの熱媒体流通経路である流通路５４に、それぞれ接合面冷却流路Ｃ１，Ｃ２が設けられている。これらの接合面冷却流路Ｃ１，Ｃ２は、液状ガスケットでシールされた各接合面Ｍ１～Ｍ４のうち、特にＰＴＣヒータ４０の熱が多大に及ぶ接合面Ｍ１の近傍を特に冷却し、接合面Ｍ１に塗布された液状ガスケットが熱で劣化することを防止するために設けられたものである。
　接合面冷却流路Ｃ１は、複数の流通路３３のうちの、接合面Ｍ１に近い１～２本の流通路であり、接合面冷却流路Ｃ２は、複数の流通路５４のうちの、接合面Ｍ１に近い１～２本の流通路である。これらの接合面冷却流路Ｃ１，Ｃ２は、ＰＴＣヒータ４０の縁部よりも接合面Ｍ１に近い位置に設けられている。このため、ＰＴＣヒータ４０の熱は、接合面Ｍ１に伝わるよりも先に、接合面冷却流路Ｃ１，Ｃ２を流れるエンジン冷却水によって熱交換され、接合面Ｍ１には伝わりにくくなる。したがって、接合面Ｍ１をシールする液状ガスケットが熱から保護されて耐久性が向上し、接合面Ｍ１からの熱媒体の漏洩が防止される。
　各接合面Ｍ１～Ｍ４のうち、ＰＴＣヒータ４０の配線部材４０ｂが貫通する、基板収容ボックス２０の下面と上部熱媒体流通ボックス３０の上面との間の接合面Ｍ３は、図６にその基板収容ボックス２０の下面側の面形状を示すように、熱媒体流通経路（流通路３３）と外部との間をシールする外部シール区間Ｍ３ａと、熱媒体流通経路（流通路３３）と基板収容部Ｓに連通する部分である配線挿通孔２８との間をシールする基板シール区間Ｍ３ｂとを備えている。そして、外部シール区間Ｍ３ａの幅Ｗ１よりも、基板シール区間Ｍ３ｂの幅Ｗ２の方が大きく設定されている。例えば、Ｗ１が５ｍｍ、Ｗ２が８ｍｍとなっている。
　なお、図４に示すように、各接合面Ｍ１～Ｍ４における上下どちらか一方の面には、その内周縁部に沿って段部Ｍｃが形成されている。この段部Ｍｃを形成することにより、段部Ｍｃに液状ガスケットが所定の厚みで保持され、圧着力を受けることなく硬化できるようになっている。この段部Ｍｃを設けずに、各接合面Ｍ１～Ｍ４の両面を完全に平坦にしてしまうと、この両面に圧着力が加わった際に、間に塗布された液状ガスケットが接合面の範囲から完全に押し出されてしまい、十分な密閉性が保たれなくなる懸念がある。段部Ｍｃの高さは、０．５ｍｍ～２．０ｍｍ程度でよい。
　また、図３、図４、図８に示すように、例えば第２の熱媒体流通ボックスＢを構成している下部熱媒体流通ボックス５０においては、そのＰＴＣヒータ４０に密着する放熱面５６と、第１の熱媒体流通ボックスＡとの接合面Ｍ１とが、段差の無い連続平面として形成されている。
　本実施形態に係る熱媒体加熱装置１０は、以上のように構成されている。この熱媒体加熱装置１０によれば、以下の効果が得られる。
　まず、第１の熱媒体流通ボックスＡおよび第２の熱媒体流通ボックスＢを構成する各ボックス構成部材２０，２１，３０，５０，５１間の接合面Ｍ１～Ｍ４を液状ガスケットでシールするように構成したことにより、従来各接合面Ｍ１～Ｍ４に介装されていたＯ－リングを廃止することができる。これにより、熱媒体加熱装置１０の構成部品点数と組立工数とを削減でき、しかも従来Ｏ－リングを嵌め込むために各接合面Ｍ１～Ｍ４に刻設していた嵌合溝も廃止して各ボックス構成部材２０，２１，３０，５０，５１の加工工数を低減させ、これらによって熱媒体流通ボックス１０の製造コストを格段に低減させることができる。
　また、第１の熱媒体流通ボックスＡおよび第２の熱媒体流通ボックスＢの熱媒体流通経路（流通路３３，５４）に接合面冷却流路Ｃ１，Ｃ２を設けたことにより、液状ガスケットでシールされている４つの接合面Ｍ１～Ｍ４のうち、ＰＴＣヒータ４０の熱が多大に及ぶ接合面Ｍ１を良好に冷却することができる。このため、接合面Ｍ１に塗布される液状ガスケットが熱で劣化することを防止し、Ｏ－リングを用いずに液状ガスケットのみでシーリングする技術を確立させて、熱媒体加熱装置１０の製造コストダウンに大きく貢献することができる。
　また、これらの接合面冷却流路Ｃ１，Ｃ２を、ＰＴＣヒータ４０の縁部よりも接合面Ｍ１に近い位置に設けたことにより、接合面Ｍ１に塗布された液状ガスケットを一段と確実にＰＴＣヒータ４０の熱から保護することができる。なお、接合面Ｍ３，Ｍ４においては、流通路３３，５４の位置がＰＴＣヒータ４０よりも近いため、接合面Ｍ３，Ｍ４にはＰＴＣヒータ４０の熱が及びにくい。
　接合面冷却流路Ｃ１，Ｃ２の形状は、本実施形態のものに限らず、他の形状にしてもよい。例えば、本実施形態では、接合面冷却流路Ｃ１，Ｃ２の深さと幅が、隣接する流通路３３，５４の寸法と同一、あるいは幅狭になっているが、この深さと幅を流通路３３，５４よりも大きくし、より多くのエンジン冷却水が接合面Ｍ１により近い部分を流れるようにして、接合面Ｍ１の冷却性をさらに向上させてもよい。
　さらに、この熱媒体加熱装置１０では、各接合面Ｍ１～Ｍ４のうち、ＰＴＣヒータ４０の配線部材４０ｂが貫通する接合面Ｍ３において、外部シール区間Ｍ３ａの幅Ｗ１よりも、基板シール区間Ｍ３ｂの幅Ｗ２を大きく設定したため、接合面Ｍ３におけるＯ-リングを廃止して製造コストダウンを図りつつも、制御基板２２が収容されている基板収容部Ｓへの水漏れを確実に防止して熱媒体加熱装置１０の信頼性を高めることができる。
　また、この熱媒体加熱装置１０では、第２の熱媒体流通ボックスＢを構成する下部熱媒体流通ボックス５０の放熱面５６と、第１の熱媒体流通ボックスＡとの接合面Ｍ１とを、段差の無い連続平面として形成したため、下部熱媒体流通ボックス５０の上面を完全にフラットな平面とすることができ、これによって下部熱媒体流通ボックス５０の加工を非常に容易にし、熱媒体流通ボックス１０の製造コストを低減することができる。
　さらに、この熱媒体加熱装置１０では、ＰＴＣヒータ４０と、第１の熱媒体流通ボックスＡおよび第２の熱媒体流通ボックスＢとを長方形状に形成し、ＰＴＣヒータ４０の配線部材４０ｂを、ＰＴＣヒータ４０の長手方向端部側からまとめて延出させたため、従来のようにＰＴＣヒータ４０の長辺と熱媒体流通ボックス１０の長辺との間にＰＴＣヒータ４０の配線部材が介在しなくなっている。このため、熱媒体流通ボックス１０の外周寸法をＰＴＣヒータ４０の平面外形寸法に近づけることができ、熱媒体流通ボックス１０の幅寸法を小型化して製造コストダウンを図ることができる。
　また、この熱媒体加熱装置１０では、ＰＴＣヒータを構成するＰＴＣ素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃを、熱媒体流通経路（流通路３３，５４）の流路方向に沿うように複数列配設し、これら複数のＰＴＣヒータ４１ａ，４１ｂ，４１ｃの幅を異ならせるとともに、これら各ＰＴＣ素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃを単体でオンオフ制御可能にしたため、ＰＴＣ素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃの長手方向一端部側に配線部材４０ｂをまとめて設けやすくすると同時に、簡素な構成によってＰＴＣヒータ４０の熱量制御を可能にし、熱媒体加熱装置１０のコンパクト化に伴う製造コストダウンと、信頼性の向上とを図ることができる。
　さらに、本発明に係る車両用空調装置１によれば、外気または車室内空気循環させるブロア４と、該ブロア４の下流側に設けられる冷却器５と、該冷却器５の下流側に設けられる放熱器６とを備え、放熱器６に、本発明に係る熱媒体加熱装置１０により加熱されたエンジン冷却水を循環させるように構成したため、熱媒体加熱装置１０の小型化と製造コスト低減を図りつつ、その信頼性を高め、ひいては車両用空調装置１全体の信頼性を高めることができる。
　なお、本実施形態では、熱媒体加熱装置を車両用空調装置に用いた例について説明したが、車両用以外の空調装置や、加熱装置、冷凍装置等に、本発明に係る熱媒体加熱装置を適用することも考えられる。
　１　車両用空調装置
　４　ブロア
　５　冷却器
　６　放熱器
　１０　熱媒体加熱装置
　２０　ボックス構成部材である基板収容ボックス
　２１　ボックス構成部材である蓋
　２２　ＰＴＣヒータ制御用の制御基板
　２８　基板収容部に連通する部分である配線挿通孔
　３０　ボックス構成部材である上部熱媒体流通ボックス
　３３　熱媒体流通経路である流通路
　３８　放熱面
　４０　ＰＴＣヒータ
　４０ｂ　ＰＴＣヒータの配線部材
　４１ａ，４１ｂ，４１ｃ　ＰＴＣ素子
　５０　ボックス構成部材である下部熱媒体流通ボックス
　５１　ボックス構成部材である蓋
　５４　熱媒体流通経路である流通路
　５６　放熱面
　Ａ　第１の熱媒体流通ボックス
　Ｂ　第２の熱媒体流通ボックス
　Ｃ１，Ｃ２　接合面冷却流路
　Ｍ１～Ｍ４　接合面
　Ｍ３ａ　外部シール区間
　Ｍ３ｂ　基板シール区間
　Ｓ　基板収容部
　Ｗ１　外部シール区間の幅
　Ｗ２　基板シール区間の幅

Claims (7)

  1. 　平板状のＰＴＣヒータと、
    　複数のボックス構成部材が重ね合わせられて構成され、前記ＰＴＣヒータの一面側に密着して内部に熱媒体流通経路が形成された第１の熱媒体流通ボックスと、
    　同じく複数のボックス構成部材が重ね合わせられて構成され、前記ＰＴＣヒータの他面側に密着して内部に熱媒体流通経路が形成され、かつ前記第１の熱媒体流通ボックスに液密的に接合される第２の熱媒体流通ボックスと、を備え、
    　前記ＰＴＣヒータの両面からの放熱により、前記第１および第２の熱媒体流通ボックス内の前記熱媒体流通経路を流通する熱媒体が加熱されるように構成された熱媒体加熱装置において、
    　前記第１の熱媒体流通ボックスおよび前記第２の熱媒体流通ボックスを構成する前記各ボックス構成部材間の接合面と、前記第１の熱媒体流通ボックスおよび前記第２の熱媒体流通ボックスの間の接合面とのうちの少なくとも何れかが液状ガスケットでシールされ、
    　前記第１の熱媒体流通ボックスまたは前記第２の熱媒体流通ボックスの少なくとも一方の前記熱媒体流通経路に、前記液状ガスケットでシールされていて、しかも前記ＰＴＣヒータの熱が及ぶ接合面を冷却する接合面冷却流路が設けられている熱媒体加熱装置。
  2. 　前記接合面冷却流路は、前記ＰＴＣヒータよりも、前記液状ガスケットでシールされる接合面に近い位置に設けられている請求項１に記載の熱媒体加熱装置。
  3. 　前記接合面には、前記熱媒体流通経路と外部との間をシールする外部シール区間と、前記熱媒体流通経路と前記ＰＴＣヒータ制御用の基板収容部に連通する部分との間をシールする基板シール区間とが備えられ、前記外部シール区間の幅よりも、前記基板シール区間の幅が大きくなっている請求項１または２に記載の熱媒体加熱装置。
  4. 　前記第１の熱媒体流通ボックスと前記第２の熱媒体流通ボックスの少なくとも一方の、前記ＰＴＣヒータに密着する放熱面と、前記第１の熱媒体流通ボックスと前記第２の熱媒体流通ボックスとの間の前記接合面とが、段差の無い連続平面として形成されている請求項１～３の何れかに記載の熱媒体加熱装置。
  5. 　前記ＰＴＣヒータと、前記第１および第２の熱媒体流通ボックスとが長方形状に形成され、前記ＰＴＣヒータの配線部材が、前記ＰＴＣヒータの長手方向端部側から延出されている請求項１～４の何れかに記載の熱媒体加熱装置。
  6. 　前記ＰＴＣヒータを構成するＰＴＣ素子が、前記熱媒体流通経路の流路方向に沿うように複数列配設され、これら複数のＰＴＣヒータの幅が異なっているとともに、これら各ＰＴＣ素子が単体でオンオフ制御可能とされている請求項５に記載の熱媒体加熱装置。
  7. 　外気または車室内空気循環させるブロアと、該ブロアの下流側に設けられる冷却器と、該冷却器の下流側に設けられる放熱器と、を備えた車両用空調装置において、
    　前記放熱器に、請求項１～６の何れかに記載の熱媒体加熱装置により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。
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