WO2013157357A1 - 熱媒体加熱装置およびそれを備えた車両用空調装置 - Google Patents

Description

熱媒体加熱装置およびそれを備えた車両用空調装置

　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。

　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、ＰＴＣヒータに対する通電制御は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体スイッチング素子を備えた制御回路を介して行っている（例えば、特許文献１，２参照）。

　パワートランジスタであるＩＧＢＴは、発熱性の電気部品であり、ジャンクション温度を限界値以下に管理する必要がある。その温度管理の方式として、複数個のＩＧＢＴに対してそれぞれ個別に温度センサを設置し、各ＩＧＢＴのケース温度等を直接検出して電流制限等によって過熱保護制御を行う方式、および全てのＩＧＢＴに対して単一の温度センサを設置し、その測定値、所定の熱モデルおよび電力損失等基づいて、演算によってジャンクション・ケース温度を算出、推定し、電流制限等により過熱保護制御を行う方式等が知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２０１１－７９３４４号公報 特開２０１２－５６３５１号公報 特開２００８－２６３７７４号公報

　しかしながら、ＩＧＢＴの数だけ温度センサを設置し、個々に直接温度を検出する方式では、各々のＩＧＢＴについて精度よく温度を検出することができる半面、温度センサの数が増え、構造が複雑化するともに、コストアップとなる等の課題があった。一方、単一の温度センサの検出値と熱モデルおよび電力損失等に基づいて、演算によりジャンクション・ケース温度を推定する方式では、複雑な演算が必要にも拘らず、直接温度を検出する場合に比べ、精度的に劣ることが否めない等の課題があった。

　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、温度センサの設置数を抑制しつつ、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子の温度を直接的に検出し、信頼性の高い過熱保護制御を行うことが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。

　本発明の第１の態様にかかる熱媒体加熱装置は、少なくとも２以上のＰＴＣヒータを備えており、各ＰＴＣヒータに対する通電が半導体スイッチング素子を備えた複数の回路のオン／オフにより制御され、加熱量が調整可能とされている熱媒体加熱装置であって、複数の半導体スイッチング素子の各２個の半導体スイッチング素子間に、各々１個の過熱保護用温度センサが設置され、該温度センサの検出温度と、前記いずれか一方の回路がオン時の第１閾値（ＴＨ１）および前記双方の回路が共にオン時の第２閾値（ＴＨ２）とに基づいて、前記半導体スイッチング素子が過熱保護制御される構成とされている。

　第１の態様によれば、半導体スイッチング素子を備えた複数の回路のオン／オフにより複数のＰＴＣヒータに対する通電を制御している熱媒体加熱装置にあって、複数の半導体スイッチング素子の各２個の半導体スイッチング素子間に、各々１個の過熱保護用温度センサが設置され、該温度センサの検出温度と、いずれか一方の回路がオン時の第１閾値（ＴＨ１）および双方の回路が共にオン時の第２閾値（ＴＨ２）とに基づいて、半導体スイッチング素子が過熱保護制御される構成とされている。そのため、各半導体スイッチング素子の過熱保護制御を、半導体スイッチング素子の温度を直接検出して行う方式としながら、温度センサの数を半導体スイッチング素子の数の半数とし、温度センサの数の増加を抑制することができる。従って、複雑な演算により半導体スイッチング素子の温度を推定して制御する必要がなく、過熱保護制御の信頼性を高めることができるとともに、温度センサの設置数を抑制し、コスト低減および構成の簡素化を図ることができる。

　さらに、本発明の第２の態様にかかる熱媒体加熱装置は、上記の熱媒体加熱装置において、前記各２個の半導体スイッチング素子を備えた前記回路で制御される２つの前記ＰＴＣヒータの能力に差がある場合、前記第１閾値（ＴＨ１）が、一方の回路側の閾値（ＴＨ１－Ａ）と他方の回路側の閾値（ＴＨ１－Ｂ）とに個別設定されている。

　第２の態様によれば、各２個の半導体スイッチング素子を備えた回路で制御される２つのＰＴＣヒータの能力に差がある場合、第１閾値（ＴＨ１）が、一方の回路側の閾値（ＴＨ１－Ａ）と他方の回路側の閾値（ＴＨ１－Ｂ）とに個別設定されている。そのため、過熱保護用温度センサを共用している２個の半導体スイッチング素子を備えた回路により各々制御される２つのＰＴＣヒータの能力に差がある場合、半導体スイッチング素子の発熱量にも差が生じるが、それを見越して第１閾値（ＴＨ１）を、ＴＨ１－ＡとＴＨ１－Ｂとに個別設定していることから、それぞれの半導体スイッチング素子を適正温度で個別に過熱保護制御することができる。従って、能力に差がある複数のＰＴＣヒータに対しても、同様に適用でき、過熱保護制御の信頼性を向上させることができる。

　本発明の第３の態様にかかる熱媒体加熱装置は、上述のいずれかの熱媒体加熱装置において、前記半導体スイッチング素子が、ＩＧＢＴとされている。

　第３の態様によれば、半導体スイッチング素子が、ＩＧＢＴとされている。そのため、ジャンクション温度を限界値以下に管理する必要があるＩＧＢＴを用いた回路においても、予め設定された閾値に基づいて、適正に過熱保護制御することができる。従って、ＰＴＣヒータに対する通電制御回路を安定化し、熱媒体加熱装置の品質を向上させることができる。

　本発明の第４の態様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、上述のいずれかの熱媒体加熱装置とされている。

　第４の態様によれば、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。そのため、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、高品質で信頼性の高い上述の熱媒体加熱装置により加熱し、供給することができる。従って、車両用空調装置の空調性能、特に暖房性能を更に安定化することができる。

　本発明の熱媒体加熱装置によると、各半導体スイッチング素子の過熱保護制御を、半導体スイッチング素子の温度を直接検出して行う方式としながら、温度センサの数を半導体スイッチング素子数の半数とすることによって、温度センサの数の増加を抑制することができる。そのため、複雑な演算によって半導体スイッチング素子の温度を推定して制御する必要がなく、過熱保護制御の信頼性を高めることができるとともに、温度センサの設置数を抑制し、コスト低減および構成の簡素化を図ることができる。

　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、高品質で信頼性の高い上述の熱媒体加熱装置により加熱し、供給することができる。そのため、車両用空調装置の空調性能、特に暖房性能を安定化することができる。

本発明の一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１に示した熱媒体加熱装置の分解斜視図である。 図２に示した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２に示した熱媒体加熱装置の制御基板とハーネス側および電極板側の端子との接続位置での縦断面図である。 図２に示した熱媒体加熱装置のアッパプレートを取外した状態を上方から見た分解斜視図である。 図５に示した熱媒体加熱装置の平面図である。 図６に示した熱媒体加熱装置の制御基板を取外した状態の平面図である。 図７のＡ－Ａ断面相当図である。 図８に示した温度センサの検出値に基づいて過熱保護制御する際の閾値の設定例を表したマップ図である。

　以下に、本発明の一実施形態について、図１ないし図９を用いて説明する。
　図１には、本発明の一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。

　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。

　ケーシング３の下流側は、図示が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、図示が省略された圧縮機、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、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。

　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が示され、図４には、その制御基板とハーネス側および電極板側の端子との接続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。

　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いる。熱媒体入口路１５および熱媒体出口路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４，７参照）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、所定の高さのボス部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。

　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（４枚）の扁平熱交チューブ２１と複数組（本実施形態では、４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。

　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。入口ヘッダ部２２および出口ヘッダ２３には、隣り合う扁平熱交チューブ２１の入口ヘッダ部２２および出口ヘッダ部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。

　ＰＴＣヒータ２６は、公知の如く、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、板状の四角形状とされ、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いる。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。

　熱交換エレメント２０は、扁平熱交チューブ２１の入口ヘッダ部２２および出口ヘッダ部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入口路１５および熱媒体出口路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。

　仕切り壁１２の上面側（他面側）には、図３、図５および図６に示されるように、熱媒体入口路１５および熱媒体出口路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、複数組（本実施形態では、４組）のＰＴＣヒータ２６に対して通電を制御するＩＧＢＴ等の複数（本実施形態では、４個）の電力制御用半導体スイッチング素子３４（以下、単に半導体スイッチング素子という。）を含む制御回路３５が実装されたものであり、仕切り壁１２の上面に、熱伝導性絶縁シート３６等を介して、ネジ３７で締め付け固定されている。

　複数（４個）の半導体スイッチング素子３４として、ここでは、図７および図８に示されるように、ディスクリートタイプのＩＧＢＴが用いられ、そのＩＧＢＴが仕切り壁１２の上面設置部１２Ａにシリコンシート等の熱伝導性絶縁シート３８を介してネジ３９により固定設置されている。この半導体スイッチング素子３４の端子３４Ａは、制御基板３３のスルーホールを通して制御基板３３上に実装されている制御回路３５と電気的に接続されている。半導体スイッチング素子３４は、発熱性の電気部品であり、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、仕切り壁１２は、アルミ合金製とされている。

　さらに、制御基板３３には、その一辺側の下面に直列に配列された複数の端子台４０とそれに隣接する２つのＰＮ端子台４１とが設けられている。複数の端子台４０には、仕切り壁１２の底面側（一面側）に締め付け固定されている熱交換エレメント２０を構成しているＰＴＣヒータ２６の電極板２８から延長されている端子２９が、ビス４２によりビス止め接続される。また、ＰＮ端子台４１には、後述する電源用ＨＶハーネス（Ｈｉｇｈ－Ｖｏｌｔａｇｅハーネス）４６のＰＮ端子４７がビス４８を介してビス止め接続されるようになっている。

　電極板２８から延長されている端子２９は、制御基板３３の端子台４０に対して、位置決めして接続する必要があり、このため、制御基板３３の裏面に端子カバー３９を設置されている。この端子カバー４３は、電極板２８から延長されている端子２９を制御基板３３側の複数の端子台４０に対して位置決めするためのもので、制御基板３３が仕切り壁１２の上面にネジ３７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。端子カバー４３は、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の位置決め穴４４が一線状に直列に配列されている。

　つまり、上記の端子カバー４３の位置決め穴４４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４０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４３の位置決め穴４４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。

　また、制御基板３３には、上記の如く二又状に分岐された電源用ＨＶハーネス（Ｈｉｇｈ－Ｖｏｌｔａｇｅハーネス）４６のＰＮ端子４７がビス４８を介して接続される複数のＰＮ端子台４１が設けられているとともに、制御用ＬＶハーネス（Ｌｏｗ－Ｖｏｌｔａｇｅハーネス）４９側のコネクタ５０が接続可能なＬＶコネクタ（図示省略）が設けられている。なお、ＰＮ端子４７は、ビス４８を通してＰＮ端子台４１に接続できるように丸形端子とされており、コネクタ５０は、上方から挿し込み接続できるようにトップ型コネクタとされている。

　一方、ケーシング１１の一側面には、図２および図５に示されるように、電極板２８の端子２９を端子台４０に対してビス４２を介してビス止め接続する際、および電源用ＨＶハーネス４６のＰＮ端子（丸形端子）４７をＰＮ端子台４１に対してビス４８を介してビス止め接続する際の作業用の窓４５が開口されている。作業窓４５は、ビス４２，４８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。この作業窓４５は、図示省略の着脱自在の蓋体によって閉鎖可能とされている。

　また、ケーシング１１の上面側開口部は、制御基板３３を設置するとともに、制御基板３３の端子台４０に電極板２８と一体の端子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４６のＰＮ端子４７は、制御基板３３側のＰＮ端子台４１に接続のため、ハーネスホルダ５１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４９側のコネクタ５０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。

　アッパプレート１４は、その上面の熱媒体入口路１５および熱媒体出口路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４６および制御用ＬＶハーネス４９の接続部５２，５３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。このハーネス接続部５２，５３は、熱媒体加熱装置１０を車両に搭載する際の作業性の面から、車載状態での熱媒体加熱装置１０のケーシング１１の前面において、電源および上位制御装置からの電力用ＨＶハーネスおよび制御用ＬＶハーネスが接続できるように設置されている。

　さらに、本実施形態においては、仕切り壁１２から立ち上げられている熱媒体入口路１５および熱媒体出口路１６の立ち上げ部分に、図７に示されるように、熱媒体の出・入口温度を検出する温度センサ５４，５５の設置部５６，５７を設けている。設置部５６，５７に熱媒体の出・入口温度センサ５４，５５（図６参照）をビス止め設置し、その検出値を制御基板３３に入力することにより温度制御に用いるようにしている。また、発熱性電気部品である上記４個の半導体スイッチング素子３４の過熱を防止し、それを保護する過熱保護用の２個の温度センサ５８，５９が、半導体スイッチング素子３４の設置部１２Ａに近接する設置部６０，６１にビス６２によりビス止め設置されている。

　過熱保護用温度センサ５８，５９は、一列に配列されている４個の半導体スイッチング素子３４の中の各２個の半導体スイッチング素子３４の中間位置に、１個ずつ計２個設置されており、２個の半導体スイッチング素子３４の温度をそれぞれ直接検出可能な構成とされている。そして、その検出値を制御基板３３上の過熱保護制御回路に入力し、検出温度が予め設定されている閾値を越えたとき、公知の如く、電流制限等による過熱保護制御が実行されるような構成とされている。

　過熱保護制御のための閾値は、２個の過熱保護用温度センサ５８，５９がそれぞれ検出する各２個の半導体スイッチング素子３４をそれぞれＡ，Ｂとしたとき、図９に示されるように、半導体スイッチング素子Ａ，Ｂのいずれか一方がオン時の第１閾値がＴＨ１、半導体スイッチング素子Ａ，Ｂの双方が共にオン時の第２閾値がＴＨ２とされている。このとき、各２個の半導体スイッチング素子Ａ，Ｂが含まれる回路で制御される２つのＰＴＣヒータ２６の能力に差がある場合は、第１閾値ＴＨ１を、一方の回路側の閾値ＴＨ１－Ａと他方の回路側の閾値ＴＨ１－Ｂとに個別に設定するようにすればよい。

　但し、上記の閾値において、「第１閾値ＴＨ１＜第２閾値ＴＨ２」であり、第１閾値ＴＨ１を個別に設定する場合、能力が大きい方のＰＴＣヒータ２６に対応した閾値の方がその分だけ高めに設定されることになる。

　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。

　一方、ＰＴＣヒータ２６には、アッパプレート１４のハーネス接続部５２に接続された電源用ＨＶハーネス４６からの電力が制御基板３３を経由して印加される。また、制御基板３３には、ハーネス接続部５３に接続された制御用ＬＶハーネス４９を介して制御信号が入力されており、温度センサ５４，５５からの熱媒体出・入口温度および設定温度等に基づいて、半導体スイッチング素子３４および制御回路３５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。つまり、発熱性の電気部品である半導体スイッチング素子３４で発生した熱は、熱伝導性絶縁シート３８を介して仕切り壁１２に放熱され、熱交換エレメント２０の扁平熱交チューブ２１内を流れる熱媒体を冷熱源として冷却可能とされ、規定値以下に冷却されるようになっている。

　しかし、過負荷等によって過熱されることがあるため、半導体スイッチング素子３４の温度を検出し、半導体スイッチング素子３４を過熱保護するようにしている。本実施形態では、複数（４個）の半導体スイッチング素子３４の各２個（Ａ，Ｂ）の半導体スイッチング素子３４の中間位置に、各々１個の過熱保護用温度センサ５８，５９を設置し、この温度センサ５８，５９の検出温度と、各２個（Ａ，Ｂ）の半導体スイッチング素子３４を含むいずれか一方のＰＴＣヒータ２６の制御回路がオン時の第１閾値（ＴＨ１）および双方の制御回路が共にオン時の第２閾値（ＴＨ２）とに基づいて、各２個（Ａ，Ｂ）の半導体スイッチング素子３４を過熱保護制御する構成としている。

　このため、各半導体スイッチング素子３４の過熱保護制御を、半導体スイッチング素子３４の温度を直接検出して行う方式としながら、温度センサ５８，５９の数を半導体スイッチング素子３４の数の半数とし、温度センサ５８，５９の数の増加を抑制することができる。従って、複雑な演算により半導体スイッチング素子３４の温度を推定して制御する必要がなく、過熱保護制御の信頼性を高めることができるとともに、温度センサ５８，５９の設置数を抑制し、コスト低減および構成の簡素化を図ることができる。

　また、各２個（Ａ，Ｂ）の半導体スイッチング素子３４を備えた制御回路で制御される２つのＰＴＣヒータ２６の能力に差がある場合、第１閾値（ＴＨ１）を、一方の回路側の閾値（ＴＨ１－Ａ）と他方の回路側の閾値（ＴＨ１－Ｂ）とに個別に設定している。このため、過熱保護用温度センサ５８，５９を共用している２個（Ａ，Ｂ）の半導体スイッチング素子３４を備えた回路により各々制御される２つのＰＴＣヒータ２６の能力に差がある場合、半導体スイッチング素子３４の発熱量にも差が生じるが、それを見越して第１閾値（ＴＨ１）を、閾値ＴＨ１－ＡとＴＨ１－Ｂとに個別設定していることから、それぞれの半導体スイッチング素子３４を適正な温度で個別に過熱保護制御することができる。従って、能力に差がある複数のＰＴＣヒータ２６に対しても、同様に適用でき、過熱保護制御の信頼性を向上させることができる。

　さらに、本実施形態においては、半導体スイッチング素子３４が、ＩＧＢＴとされているため、ジャンクション温度を限界値以下に管理する必要があるＩＧＢＴを用いた回路においても、予め設定された閾値に基づいて、適正に過熱保護制御することができる。従って、ＰＴＣヒータ２６に対する通電制御回路を安定化し、熱媒体加熱装置１０の品質を向上させることができる。

　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、高品質で信頼性の高い上述の熱媒体加熱装置１０により加熱し、供給することができる。従って、車両用空調装置１の空調性能、特に暖房性能を安定化することができる。

　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。しかし、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。

　また、各扁平熱交チューブ２１については、一端側に入口ヘッダ部２２および出口ヘッダ部２３が並設され、その間にＵターン流路が形成されている扁平熱交チューブ２１を用いた例について説明したが、一端側に入口ヘッダ部、他端側に出口ヘッダ部が設けられているチューブとしてもよい。この場合、ケーシング１１側に設けられる熱媒体入口路１５および熱媒体出口路１６も入口ヘッダ部および出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。

　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。また、上記実施形態では、半導体スイッチング素子３４として、ディスクリートタイプのＩＧＢＴを用いた例について説明したが、これに限らず、表面実装タイプのものとしてもよい。

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
２６　ＰＴＣヒータ
３４　半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ）
３５　制御回路
５８，５９　過熱保護用温度センサ

Claims (4)

1. 　少なくとも２以上のＰＴＣヒータを備えており、各ＰＴＣヒータに対する通電が半導体スイッチング素子を備えた複数の回路のオン／オフにより制御され、加熱量が調整可能とされている熱媒体加熱装置であって、
   　複数の半導体スイッチング素子の各２個の半導体スイッチング素子間に、各々１個の過熱保護用温度センサが設置され、該温度センサの検出温度と、前記いずれか一方の回路がオン時の第１閾値（ＴＨ１）および前記双方の回路が共にオン時の第２閾値（ＴＨ２）とに基づいて、前記半導体スイッチング素子が過熱保護制御される構成とされている熱媒体加熱装置。
2. 　前記各２個の半導体スイッチング素子を備えた前記回路で制御される２つの前記ＰＴＣヒータの能力に差がある場合、前記第１閾値（ＴＨ１）が、一方の回路側の閾値（ＴＨ１－Ａ）と他方の回路側の閾値（ＴＨ１－Ｂ）とに個別設定されている請求項１に記載の熱媒体加熱装置。
3. 　前記半導体スイッチング素子が、ＩＧＢＴとされている請求項１または２に記載の熱媒体加熱装置。
4. 　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３のいずれかに記載の熱媒体加熱装置とされている車両用空調装置。
    
    
    
    
    

Images