车用空调装置、车辆空调用加热器及车辆的空调方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种车用空调装置、车辆空调用加热器及车辆的空调方法。
【背景技术】
[0002]混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle:HEV)及插电式混合动力汽车(Plug-1nHybrid Electric Vehicle:PHEV)除搭载有作为内燃机的发动机外，还搭载有直流电源、变频器及由变频器驱动的马达等各种车辆用设备。
[0003]这种车辆除需要对发动机进行冷却外，还需要对包含功率元件在内的车辆用变频器等进行冷却，该冷却系统独立。此外，无需发动机的电动汽车(Electric Vehicle:EV)中，变频器的冷却和的系统独立。如果冷却系统独立，则零件数量增加，导致成本上升。
[0004]另外，变频器冷却水的温度上限由构成功率元件的半导体(硅:Si)的热损失、耐热性及冷却结构等决定。采用由Si构成的普通功率元件时，需要抑制温度上升，例如将温度抑制在65°C左右以下。
[0005]专利文献1已公示一种由SiC功率元件构成的变频器装置，所述SiC功率元件由HEV用冷却系统中对冷却发动机时的冷却水温度具有耐热性的碳化硅(Silicon Carbide:SiC)组成。而且，冷却系统中变频器装置与发动机串联配设，发动机冷却水被用于冷却变频器装置。如此专利文献1已公示有如下结构，将由SiC功率元件构成的变频器(以下称为“SiC变频器”)和发动机的冷却系统合二为一，用相同的散热器进行冷却。
[0006]此外，外部空气温度较低时，发动机内油粘度上升，导致起动动力阻力增大，发动机起动性变差。专利文献1已公示有利用SiC变频器的发热提高发动机起动性。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:日本专利特许第4140562号公报
【发明内容】
[0010]发明要解决的问题
[0011]普通HEV及PHEV为降低油耗而采用怠速时尽量停止发动机的控制。但是，发动机排热被用作空调用制暖热源，因此在外部空气温度较低的情况下使用制暖时无法停止发动机。
[0012]专利文献1虽然已公示有用发动机冷却系统冷却SiC变频器，但是未公示有关于将SiC变频器产生的热用于空调的内容。
[0013]本发明鉴于这些情况开发而成，其目的在于提供一种车用空调装置、车辆空调用加热器及车辆的空调方法，其将车辆冷却系统和制暖空调的结构合二为一，可实现更加高效的制暖空调。
[0014]技术方案
[0015]为解决上述课题，本发明的车用空调装置、车辆空调用加热器及车辆的空调方法采用以下方法。
[0016]本发明第一方式所述的车用空调装置具备:散热器，所述散热器被用于冷却车辆侧发热设备；加热器芯，所述加热器芯对送入车厢内的空气和热介质进行热交换；流路，所述流路中流动有在所述散热器和所述加热器芯之间循环的所述热介质；以及，加热器，所述加热器与由高耐热性半导体元件构成的空调用功率元件形成一体，通过所述功率元件及发热体对流向所述加热器芯的所述热介质进行加热。
[0017]根据本结构，通过加热器芯对送入车厢内的空气和热介质进行热交换。通过该经过热交换的空气对车厢内进行制暖。
[0018]热介质在流路内流动，在用于冷却车辆侧发热设备的散热器和加热器芯之间循环。即，热介质在冷却车辆侧发热设备后用散热器散热，并被引入加热器芯。如此，本结构将车辆侧发热设备冷却系统和车用空调装置制暖系统合二为一。另外，车辆侧发热设备例如是车辆驱动用发动机、变频器、马达及电池等。
[0019]而且，流向加热器芯的热介质通过加热器进行加热。加热器与由高耐热性半导体元件构成的空调用功率元件形成一体，通过功率元件及发热体对热介质进行加热。
[0020]另外，高耐热性半导体元件例如是SiC。通过由高耐热性半导体元件构成功率元件，从而功率元件对冷却发动机后变成高温的热介质也具有耐性，且可以利用高耐热性半导体元件本身产生的热对热介质进行进一步加热。而且，随着对热介质进行加热，高耐热性半导体元件即功率元件通过热介质被冷却。因此，本结构用车辆侧发热设备冷却系统冷却空调用功率元件，且将该热用于制暖空调。
[0021]此外，空调用功率元件和发热体形成一体后构成加热器。因此，对热介质进行加热所需的发热体电力与过去相比可以较少，且发热体负载减小，所以加热器的可靠性有所提高。另一方面，发热体弥补仅空调用功率元件尚不充分的加热量，因此对热介质进行的加热不会不充分。如此，本结构的加热器的空调用功率元件和发热体相互弥补，因此可更加高效地对热介质进行加热。
[0022]如此，本结构将车辆冷却系统和制暖空调的结构合二为一，可实现更加高效的制暖空调。
[0023]上述第一方式中，所述流路优选具有旁通流路，所述旁通流路绕过车辆侧发热设备及所述散热器，使所述热介质流向所述加热器。
[0024]根据本结构，通过绕过车辆侧发热设备及散热器，可以使通过加热器加热的热介质优先流向加热器芯。如此，热介质在短时间内上升，制暖的启动性能提高。
[0025]上述第一方式中，所述加热器优选通过所述散热器散热，对流向所述加热器芯前的所述热介质进行加热。
[0026]根据本结构，便于控制热介质温度，因此制暖的温度控制变得容易。
[0027]上述第一方式中，所述加热器优选可通过车辆外部电源的电力运行。
[0028]根据本结构，口在人员搭乘车辆前事先使加热器运行后对车厢内进行制暖，可提高乘客的舒适性。
[0029]本发明第二方式所述的车辆空调用加热器具备:发热体；以及，空调用功率元件，所述空调用功率元件由高耐热性半导体元件构成，所述发热体和所述功率元件对置且在与流动制暖空调用热介质的流路接触后对所述热介质进行加热。
[0030]本发明第三方式所述的车辆的空调方法具备:散热器，所述散热器被用于冷却车辆侧发热设备；加热器芯，所述加热器芯对送入车厢内的空气和热介质进行热交换；以及，流路，所述流路中流动有在所述散热器和所述加热器芯之间循环的所述热介质，其中，通过由高耐热性半导体元件构成的空调用功率元件及发热体对流向所述加热器芯的所述热介质进行加热。
[0031]发明效果
[0032]根据本发明，具有如下的优异效果，即将车辆冷却系统和制暖空调的结构合二为一，可实现更加高效的制暖空调。
【附图说明】
[0033]图1是本发明实施方式所述车用空调装置的结构图。
[0034]图2是本发明实施方式所述温水加热器的剖面图。
[0035]图3是本发明实施方式所述多层化温水加热器的剖面图。
[0036]图4是表示本发明实施方式所述车用空调装置正常制暖运行的冷却剂流向的图。
[0037]图5是表示本发明实施方式所述车用空调装置旁通制暖运行的冷却剂流向的图。
[0038]图6是本发明第1改进例所述车用空调装置的结构图。
[0039]图7是本发明第2改进例所述车用空调装置的结构图。
【具体实施方式】
[0040]以下参照附图，对本发明所述车用空调装置、车辆空调用加热器及车辆的空调方法的一个实施方式进行说明。
[0041]图1是本实施方式所述车用空调装置10的结构图。
[0042]本实施方式所述车用空调装置10搭载在混合动力汽车(Hybrid ElectricVehicle:HEV)及插电式混合动力汽车(Plug-1n Hybrid Electric Vehicle:PHEV)中。
[0043]而且，车用空调装置10的详情如后述所示，HVAC单元(Heating Ventilat1n andAir Condit1ning Unit) 12和车辆侧发热设备14的冷却系统16合二为一。车辆侧发热设备14例如除了是车辆驱动用发动机18 (内燃机)、变频器20外，还可以是马达及电池等。
[0044]HVAC单元12具备:鼓风机24，所述鼓风机24通过内外气体切换风门22将来自车厢内的内部空气或来自车厢外的外部空气切换引入，压送到下游侧；以及，车厢内蒸发器28及加热器芯30，所述车厢内蒸发器28及加热器芯30在与鼓风机24相连的空气流路26中从上游侧到下游侧依次配设。该车用空调装置10设置在车厢侧仪表盘内，将经由车厢内蒸发器28及加热器芯30调温的空气，从面向车厢内开口的多个除霜出风口 32、面部出风口34、脚部出风口 36的任意一个出风。而且，根据通过出风模式切换风门38、40、42选择性切换的出风模式向车厢内出风，将车厢内调节到设定温度。
[0045]车厢内蒸发器28对送入车厢内的空气和制冷剂进行热交换。经热交换冷却的空气根据通过出风模式切换风门38、40、42切换的出风模式，从除霜出风口 32、面部出风口34、脚部出风口 36的任意一个向车厢内出风，对车厢内进行制冷。另外，图1中与车厢内蒸发器28连接的制冷剂回路被省略。
[0046]加热器芯30对送入车厢内的空气和热介质进行热交换。经热交换加热的空气根据通过出风模式切换风门38、40、42切换的出风模式，从除霜出风口 32、面部出风口 34、脚部出风口 36的任意一个向车厢内出风，对车厢内进行制暖。以下说明中将热介质称为冷却剂。
[0047]加热器芯30连接有流路(以下称为“冷却剂流路”)46，所述流路46中流动有在用于冷却车辆侧发热设备14的散热器44和加热器芯30之间循环的热介质。
[0048]散热器44通过车厢外风扇48与外部空气换气，将冷却车辆侧发热设备14后的冷却剂热散出。
[0049]此外，冷却剂流路46具备加热器(以下称为“温水加热器”)50，所述加热器50与由高耐热性半导体元件构成的空调用功率元件形成一体，通过功率元件及发热体对冷却剂进行加热。
[0050]S卩，流向加热器芯30的冷却剂通过温水加热器50进行加热。如此，车辆侧发热设备14的冷却系统16和车用空调装置10的制暖系统合二为一。
[0051]另外，例如空调用变频器等具备空调用功率元件。
[0052]构成功率元件的高耐热性半导体元件是与传统Si等半导体元件相比耐热性较高的半导体元件。此外，高耐热性半导体元件的详情如后述所示，只要可承受冷却剂流路46中流动的冷却剂的温度上升即可。
[0053]高耐热性半导体元件的一例是SiC，但是并不限定于此，还可以是氮化镓类或金刚石类的半导体。
[0054]另外，车辆驱动用变频器20使用的半导体元件还优选SiC等高耐热性半导体元件。
[0055]图2是本实施方式所述温水加热器50的剖面图。另外，图2所示温水加热器50的结构为一例，并不限定于此。
[0056]温水加热器50如上述所示，具备由SiC构成的空调用功率元件70和发热体。而且，配置温水加热器50的部位的冷