車用空調裝置、車輛空調用加熱器及車輛的空調方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種車用空調裝置、車輛空調用加熱器及車輛的空調方法。
【背景技術】
[0002]混合動力汽車(Hybrid Electric Vehicle:HEV)及插電式混合動力汽車(Plug-1nHybrid Electric Vehicle:PHEV)除搭載有作為內燃機的發動機外，還搭載有直流電源、變頻器及由變頻器驅動的馬達等各種車輛用設備。
[0003]這種車輛除需要對發動機進行冷卻外，還需要對包含功率元件在內的車輛用變頻器等進行冷卻，該冷卻系統獨立。此外，無需發動機的電動汽車(Electric Vehicle:EV)中，變頻器的冷卻和的系統獨立。如果冷卻系統獨立，則零件數量增加，導致成本上升。
[0004]另外，變頻器冷卻水的溫度上限由構成功率元件的半導體(硅:Si)的熱損失、耐熱性及冷卻結構等決定。采用由Si構成的普通功率元件時，需要抑制溫度上升，例如將溫度抑制在65°C左右以下。
[0005]專利文獻1已公示一種由SiC功率元件構成的變頻器裝置，所述SiC功率元件由HEV用冷卻系統中對冷卻發動機時的冷卻水溫度具有耐熱性的碳化硅(Silicon Carbide:SiC)組成。而且，冷卻系統中變頻器裝置與發動機串聯配設，發動機冷卻水被用于冷卻變頻器裝置。如此專利文獻1已公示有如下結構，將由SiC功率元件構成的變頻器(以下稱為“SiC變頻器”)和發動機的冷卻系統合二為一，用相同的散熱器進行冷卻。
[0006]此外，外部空氣溫度較低時，發動機內油粘度上升，導致起動動力阻力增大，發動機起動性變差。專利文獻1已公示有利用SiC變頻器的發熱提高發動機起動性。
[0007]現有技術文獻
[0008]專利文獻
[0009]專利文獻1:日本專利特許第4140562號公報
【發明內容】
[0010]發明要解決的問題
[0011]普通HEV及PHEV為降低油耗而采用怠速時盡量停止發動機的控制。但是，發動機排熱被用作空調用制暖熱源，因此在外部空氣溫度較低的情況下使用制暖時無法停止發動機。
[0012]專利文獻1雖然已公示有用發動機冷卻系統冷卻SiC變頻器，但是未公示有關于將SiC變頻器產生的熱用于空調的內容。
[0013]本發明鑒于這些情況開發而成，其目的在于提供一種車用空調裝置、車輛空調用加熱器及車輛的空調方法，其將車輛冷卻系統和制暖空調的結構合二為一，可實現更加高效的制暖空調。
[0014]技術方案
[0015]為解決上述課題，本發明的車用空調裝置、車輛空調用加熱器及車輛的空調方法采用以下方法。
[0016]本發明第一方式所述的車用空調裝置具備:散熱器，所述散熱器被用于冷卻車輛側發熱設備；加熱器芯，所述加熱器芯對送入車廂內的空氣和熱介質進行熱交換；流路，所述流路中流動有在所述散熱器和所述加熱器芯之間循環的所述熱介質；以及，加熱器，所述加熱器與由高耐熱性半導體元件構成的空調用功率元件形成一體，通過所述功率元件及發熱體對流向所述加熱器芯的所述熱介質進行加熱。
[0017]根據本結構，通過加熱器芯對送入車廂內的空氣和熱介質進行熱交換。通過該經過熱交換的空氣對車廂內進行制暖。
[0018]熱介質在流路內流動，在用于冷卻車輛側發熱設備的散熱器和加熱器芯之間循環。即，熱介質在冷卻車輛側發熱設備后用散熱器散熱，并被引入加熱器芯。如此，本結構將車輛側發熱設備冷卻系統和車用空調裝置制暖系統合二為一。另外，車輛側發熱設備例如是車輛驅動用發動機、變頻器、馬達及電池等。
[0019]而且，流向加熱器芯的熱介質通過加熱器進行加熱。加熱器與由高耐熱性半導體元件構成的空調用功率元件形成一體，通過功率元件及發熱體對熱介質進行加熱。
[0020]另外，高耐熱性半導體元件例如是SiC。通過由高耐熱性半導體元件構成功率元件，從而功率元件對冷卻發動機后變成高溫的熱介質也具有耐性，且可以利用高耐熱性半導體元件本身產生的熱對熱介質進行進一步加熱。而且，隨著對熱介質進行加熱，高耐熱性半導體元件即功率元件通過熱介質被冷卻。因此，本結構用車輛側發熱設備冷卻系統冷卻空調用功率元件，且將該熱用于制暖空調。
[0021]此外，空調用功率元件和發熱體形成一體后構成加熱器。因此，對熱介質進行加熱所需的發熱體電力與過去相比可以較少，且發熱體負載減小，所以加熱器的可靠性有所提高。另一方面，發熱體彌補僅空調用功率元件尚不充分的加熱量，因此對熱介質進行的加熱不會不充分。如此，本結構的加熱器的空調用功率元件和發熱體相互彌補，因此可更加高效地對熱介質進行加熱。
[0022]如此，本結構將車輛冷卻系統和制暖空調的結構合二為一，可實現更加高效的制暖空調。
[0023]上述第一方式中，所述流路優選具有旁通流路，所述旁通流路繞過車輛側發熱設備及所述散熱器，使所述熱介質流向所述加熱器。
[0024]根據本結構，通過繞過車輛側發熱設備及散熱器，可以使通過加熱器加熱的熱介質優先流向加熱器芯。如此，熱介質在短時間內上升，制暖的啟動性能提高。
[0025]上述第一方式中，所述加熱器優選通過所述散熱器散熱，對流向所述加熱器芯前的所述熱介質進行加熱。
[0026]根據本結構，便于控制熱介質溫度，因此制暖的溫度控制變得容易。
[0027]上述第一方式中，所述加熱器優選可通過車輛外部電源的電力運行。
[0028]根據本結構，口在人員搭乘車輛前事先使加熱器運行后對車廂內進行制暖，可提高乘客的舒適性。
[0029]本發明第二方式所述的車輛空調用加熱器具備:發熱體；以及，空調用功率元件，所述空調用功率元件由高耐熱性半導體元件構成，所述發熱體和所述功率元件對置且在與流動制暖空調用熱介質的流路接觸后對所述熱介質進行加熱。
[0030]本發明第三方式所述的車輛的空調方法具備:散熱器，所述散熱器被用于冷卻車輛側發熱設備；加熱器芯，所述加熱器芯對送入車廂內的空氣和熱介質進行熱交換；以及，流路，所述流路中流動有在所述散熱器和所述加熱器芯之間循環的所述熱介質，其中，通過由高耐熱性半導體元件構成的空調用功率元件及發熱體對流向所述加熱器芯的所述熱介質進行加熱。
[0031]發明效果
[0032]根據本發明，具有如下的優異效果，即將車輛冷卻系統和制暖空調的結構合二為一，可實現更加高效的制暖空調。
【附圖說明】
[0033]圖1是本發明實施方式所述車用空調裝置的結構圖。
[0034]圖2是本發明實施方式所述溫水加熱器的剖面圖。
[0035]圖3是本發明實施方式所述多層化溫水加熱器的剖面圖。
[0036]圖4是表示本發明實施方式所述車用空調裝置正常制暖運行的冷卻劑流向的圖。
[0037]圖5是表示本發明實施方式所述車用空調裝置旁通制暖運行的冷卻劑流向的圖。
[0038]圖6是本發明第1改進例所述車用空調裝置的結構圖。
[0039]圖7是本發明第2改進例所述車用空調裝置的結構圖。
【具體實施方式】
[0040]以下參照附圖，對本發明所述車用空調裝置、車輛空調用加熱器及車輛的空調方法的一個實施方式進行說明。
[0041]圖1是本實施方式所述車用空調裝置10的結構圖。
[0042]本實施方式所述車用空調裝置10搭載在混合動力汽車(Hybrid ElectricVehicle:HEV)及插電式混合動力汽車(Plug-1n Hybrid Electric Vehicle:PHEV)中。
[0043]而且，車用空調裝置10的詳情如后述所示，HVAC單元(Heating Ventilat1n andAir Condit1ning Unit) 12和車輛側發熱設備14的冷卻系統16合二為一。車輛側發熱設備14例如除了是車輛驅動用發動機18 (內燃機)、變頻器20外，還可以是馬達及電池等。
[0044]HVAC單元12具備:鼓風機24，所述鼓風機24通過內外氣體切換風門22將來自車廂內的內部空氣或來自車廂外的外部空氣切換引入，壓送到下游側；以及，車廂內蒸發器28及加熱器芯30，所述車廂內蒸發器28及加熱器芯30在與鼓風機24相連的空氣流路26中從上游側到下游側依次配設。該車用空調裝置10設置在車廂側儀表盤內，將經由車廂內蒸發器28及加熱器芯30調溫的空氣，從面向車廂內開口的多個除霜出風口 32、面部出風口34、腳部出風口 36的任意一個出風。而且，根據通過出風模式切換風門38、40、42選擇性切換的出風模式向車廂內出風，將車廂內調節到設定溫度。
[0045]車廂內蒸發器28對送入車廂內的空氣和制冷劑進行熱交換。經熱交換冷卻的空氣根據通過出風模式切換風門38、40、42切換的出風模式，從除霜出風口 32、面部出風口34、腳部出風口 36的任意一個向車廂內出風，對車廂內進行制冷。另外，圖1中與車廂內蒸發器28連接的制冷劑回路被省略。
[0046]加熱器芯30對送入車廂內的空氣和熱介質進行熱交換。經熱交換加熱的空氣根據通過出風模式切換風門38、40、42切換的出風模式，從除霜出風口 32、面部出風口 34、腳部出風口 36的任意一個向車廂內出風，對車廂內進行制暖。以下說明中將熱介質稱為冷卻劑。
[0047]加熱器芯30連接有流路(以下稱為“冷卻劑流路”)46，所述流路46中流動有在用于冷卻車輛側發熱設備14的散熱器44和加熱器芯30之間循環的熱介質。
[0048]散熱器44通過車廂外風扇48與外部空氣換氣，將冷卻車輛側發熱設備14后的冷卻劑熱散出。
[0049]此外，冷卻劑流路46具備加熱器(以下稱為“溫水加熱器”)50，所述加熱器50與由高耐熱性半導體元件構成的空調用功率元件形成一體，通過功率元件及發熱體對冷卻劑進行加熱。
[0050]S卩，流向加熱器芯30的冷卻劑通過溫水加熱器50進行加熱。如此，車輛側發熱設備14的冷卻系統16和車用空調裝置10的制暖系統合二為一。
[0051]另外，例如空調用變頻器等具備空調用功率元件。
[0052]構成功率元件的高耐熱性半導體元件是與傳統Si等半導體元件相比耐熱性較高的半導體元件。此外，高耐熱性半導體元件的詳情如后述所示，只要可承受冷卻劑流路46中流動的冷卻劑的溫度上升即可。
[0053]高耐熱性半導體元件的一例是SiC，但是并不限定于此，還可以是氮化鎵類或金剛石類的半導體。
[0054]另外，車輛驅動用變頻器20使用的半導體元件還優選SiC等高耐熱性半導體元件。
[0055]圖2是本實施方式所述溫水加熱器50的剖面圖。另外，圖2所示溫水加熱器50的結構為一例，并不限定于此。
[0056]溫水加熱器50如上述所示，具備由SiC構成的空調用功率元件70和發熱體。而且，配置溫水加熱器50的部位的冷