CN116508395A - 车厢供暖用加热器构件、车厢供暖用加热器单元及车厢供暖用加热器系统 - Google Patents

车厢供暖用加热器构件、车厢供暖用加热器单元及车厢供暖用加热器系统 Download PDF

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Abstract

车厢供暖用加热器构件(100)具备：蜂窝结构体(10)，其具有外周壁(11)和隔壁(12)，该隔壁(12)配设于外周壁(11)的内侧，且区划形成多个隔室(14)，该多个隔室(14)从第一端面(13a)至第二端面(13b)而形成流路，外周壁(11)及隔壁(12)由具有PTC特性的材料构成；以及一对电极(20)，它们设置于第一端面(13a)及第二端面(13b)。蜂窝结构体(10)的第一端面(13a)及第二端面(13b)呈矩形。车厢供暖用加热器构件(100)还具备一对连接器(30)，该一对连接器(30)自第一端面(13a)及第二端面(13b)各自的一个短边(15)侧与电极(20)连接。

Description

车厢供暖用加热器构件、车厢供暖用加热器单元及车厢供暖 用加热器系统
技术领域
本发明涉及车厢供暖用加热器构件、车厢供暖用加热器单元及车厢供暖用加热器系统。
背景技术
近年来，作为电动汽车的车厢供暖用加热器系统，采用了如下加热器系统，即、使用蒸汽压缩热泵作为主要加热器，并且，在车辆启动时需要快速加热之际或外部大气温度非常低之际，辅助使用利用了焦耳热的加热器。
作为该加热器系统中使用的利用了焦耳热的加热器，专利文献1中提出了加热器单元，其是对将PTC元件与铝翅片一体化而形成的加热器构件进行层叠排列得到的。
然而，该加热器构件除了具备PTC元件及铝翅片以外，还具备绝缘板、导电板等许多零部件，因此，存在如下课题，即、具有复杂的结构，并且，组装成本高，价格昂贵。
因此，专利文献2中提出了如下加热器构件：其紧凑且使用了能够使每单位体积的热传递面积增大的蜂窝结构体。使用了该蜂窝结构体的加热器构件与上述的加热器构件相比，具有结构简单的优点。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-157528号公报
专利文献2：国际公开第2020/036067号
发明内容
然而，作为本发明的发明人的研究结果，将专利文献2中记载的加热器构件用于已有的加热器单元的情况下，需要对已有的加热器单元的配线、保持件等零部件进行设计变更。由此，导致加热器单元大型化，加热器构件紧凑这一优点受损，因此，需要改善。
本发明是为了解决如上所述的课题而实施的，其目的在于，提供具有比已有的加热器构件更简单的结构、且能够抑制因已有的加热器单元的配线、保持件等零部件的设计变更而导致加热器单元大型化的车厢供暖用加热器构件。另外，本发明的目的在于，提供使用了该车厢供暖用加热器构件的车厢供暖用加热器单元及车厢供暖用加热器系统。
上述的课题通过以下的本发明而得以解决，本发明如下确定。
即，本发明是一种车厢供暖用加热器构件，其具备：
蜂窝结构体，该蜂窝结构体具有外周壁和隔壁，该隔壁配设于所述外周壁的内侧，并区划形成多个隔室，该多个隔室从第一端面至第二端面而形成流路，所述外周壁及所述隔壁由具有PTC特性的材料构成；以及
一对电极，该一对电极设置于所述第一端面及所述第二端面，
所述蜂窝结构体的所述第一端面及所述第二端面呈矩形，
所述车厢供暖用加热器构件还具备一对连接器，该一对连接器自所述第一端面及所述第二端面各自的一个短边侧与所述电极连接。
另外，本发明是一种车厢供暖用加热器单元，其包括2个以上上述车厢供暖用加热器构件，
所述车厢供暖用加热器构件以包括所述第一端面及所述第二端面的长边在内的所述蜂窝结构体的所述外周壁的表面彼此对置的方式层叠排列。
此外，本发明是一种车厢供暖用加热器系统，具备：
上述车厢供暖用加热器单元；
流入配管，该流入配管将外部大气导入部或车厢和所述车厢供暖用加热器单元的流入口连通；
蓄电池，该蓄电池用于向所述车厢供暖用加热器单元施加电压；以及
流出配管，该流出配管将所述车厢供暖用加热器单元的流出口和所述车厢连通。
发明效果
根据本发明，能够提供具有比已有的加热器构件更简单的结构、且能够抑制因已有的加热器单元的配线、保持件等零部件的设计变更而导致加热器单元大型化的车厢供暖用加热器构件。另外，根据本发明，能够提供使用了该车厢供暖用加热器构件的车厢供暖用加热器单元及车厢供暖用加热器系统。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的加热器构件的立体示意图。
图2是从图1的A方向观察的加热器构件的侧视示意图。
图3是构成图1的加热器构件的蜂窝结构体的立体示意图。
图4是具有5个蜂窝单元的蜂窝接合体的示意端面图。
图5是从加热器构件的第一端面侧观察的本发明的实施方式所涉及的加热器单元的主视示意图。
图6是表示本发明的实施方式所涉及的加热器系统的构成例的示意图。
图7是比较例中准备的加热器构件的俯视示意图。
图8是将实施例1及比较例1的通电试验结果进行比较的图表。
图9是将实施例1及实施例2的通电试验结果进行比较的图表。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式具体地进行说明。本发明并不限定于以下实施方式，应当理解：在不脱离本发明的主旨的范围内基于本领域技术人员的常识而对以下实施方式适当加以变更、改良等得到的方案也包括在本发明的范围内。
(1.加热器构件)
本发明的实施方式所涉及的加热器构件能够优选用作车辆的车厢供暖用的加热器构件。作为车辆，没有特别限定，可以举出汽车及电车。作为汽车，没有特别限定，可以举出汽油车、柴油车、采用了CNG(压缩天然气)或LNG(液化天然气)等的气体燃料车、燃料电池汽车、电动汽车以及插电式混合动力汽车。本发明的实施方式所涉及的加热器构件可以特别优选用于电动汽车及电车之类的不具有内燃机的车辆。
图1是本发明的实施方式所涉及的加热器构件的立体示意图。图2是从图1的A方向观察的加热器构件的侧视示意图。图3是构成图1的加热器构件的蜂窝结构体的立体示意图。
本发明的实施方式所涉及的加热器构件100具备：蜂窝结构体10，其具有外周壁11和隔壁12，该隔壁12配设于外周壁11的内侧，且区划形成多个隔室14，该多个隔室14从第一端面13a至第二端面13b而形成流路；以及一对电极20，它们设置于第一端面13a及第二端面13b。并且，蜂窝结构体10的端面(第一端面13a及第二端面13b)呈矩形。另外，加热器构件100还具备一对连接器30，该一对连接器30自第一端面13a及第二端面13b各自的一个短边15侧与电极20连接。这样，蜂窝结构体10的端面呈矩形状，具有如上所述与蜂窝结构体10的端面连接的一对连接器30，由此能够抑制因已有的加热器单元的配线、保持件等零部件的设计变更而导致加热器单元大型化，能够得到紧凑的加热器单元。
(1－1.蜂窝结构体10)
蜂窝结构体10的端面(第一端面13a及第二端面13b)呈矩形。即，蜂窝结构体10的端面呈具有短边15和长边16的矩形。
短边15的长度与长边16的长度之比没有特别限定，优选为1：2～1：10，更优选为1：3～1：8。通过控制为上述范围的比值，能够使其适应已有的加热器单元中使用的加热器构件的尺寸。
与隔室14的流路方向正交的截面中的隔室14的形状没有特别限定，优选为四边形(长方形、正方形)、六边形、八边形或它们中的二种以上的组合。其中，优选为四边形及六边形。通过使隔室14的形状为这样的形状，能够使气体流通于蜂窝结构体10时的压力损失变小。应予说明，图1所示的加热器构件100中的蜂窝结构体10是与隔室14的流路方向正交的截面中的隔室14的形状为正方形的例子。
蜂窝结构体10可以为具有多个蜂窝单元和将多个蜂窝单元间接合的接合层的蜂窝接合体。通过使用蜂窝接合体，能够抑制开裂，并且，使对于确保气体的流量而言较为重要的隔室14的总截面积增加。
此处，作为一例，将具有5个蜂窝单元的蜂窝接合体的示意端面图示于图4。
如图4所示，蜂窝接合体17具有：5个蜂窝单元18、以及将蜂窝单元18之间接合的接合层19。各蜂窝单元18具有外周壁11和隔壁12，该隔壁12配设于外周壁11的内侧，并区划形成多个隔室14，该多个隔室14从第一端面13a至第二端面13b而形成流路。
接合层19可以使用接合材料来形成。作为接合材料，没有特别限定，可以使用在陶瓷材料中加入水等溶剂而制成糊料状的物质。接合材料可以含有具有PTC特性的陶瓷，也可以含有与外周壁11及隔壁12相同的陶瓷。接合材料除了具有将蜂窝单元18彼此接合的作用以外，还可以用作将蜂窝单元18接合后的外周涂层材料。
从确保气体流量的观点出发，蜂窝结构体10的各端面的面积优选为20cm2以上，更优选为50cm2以上，进一步优选为70cm2以上。从使加热器构件100变得紧凑的观点出发，蜂窝结构体10的各端面的面积优选为500cm2以下，更优选为300cm2以下，进一步优选为200cm2以下。蜂窝结构体10的各端面的面积可以为例如20～500cm2。
从使加热器构件100变得紧凑的观点出发，蜂窝结构体10的长度(各隔室14的流路长度)优选为40mm以下，更优选为30mm以下，进一步优选为20mm以下，更进一步优选为10mm以下。从确保加热性能及强度的观点出发，蜂窝结构体10的长度(各隔室14的流路长度)优选为3mm以上。蜂窝结构体10的长度(各隔室14的流路长度)可以为例如3～40mm。
(1－1－1.蜂窝结构体10的材质)
蜂窝结构体10的外周壁11及隔壁12由能够因通电而发热的材料形成。因此，在外部大气或车厢内空气这样的气体从第一端面13a流入之后直至通过多个隔室14而从第二端面13b流出为止的期间，该气体能够被从发热的外周壁11及隔壁12传导来的热加热。
另外，外周壁11及隔壁12由具有PTC(Positive Temperature Coefficient)特性的材料构成。即，外周壁11及隔壁12具有如下特性：当温度上升而超过居里点时，电阻值急剧升高，从而电流难以流通。由于外周壁11及隔壁12具有PTC特性，从而，在加热器构件100处于高温时，在其中流动的电流受到限制，因此，加热器构件100的过度发热得以抑制。
从能够通电发热且具有PTC特性的观点出发，外周壁11及隔壁12优选为由以钛酸钡为主成分的材料构成的陶瓷，更优选为由含有70质量％以上的钛酸钡的材料构成的陶瓷，进一步优选为由含有90质量％以上的钛酸钡的材料构成的陶瓷。应予说明，本说明书中“主成分”是指：在成分整体中占据的比例超过50质量％的成分。例如，可以通过荧光X射线分析、EDAX(能量分散型X射线)分析等求出钛酸钡的含量。
从获得所期望的PTC特性的方面考虑，该陶瓷优选含有一种以上的稀土元素等添加物。作为添加物，可以举出：Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Sc及Lu这样的半导体化剂、Sr、Sn及Zr这样的低温侧的位移剂、(Bi－Na)、(Bi－K)这样的高温侧的位移剂、Mn这样的特性改善剂、氧化钒及氧化钇这样的金属氧化物(特别是稀土元素的氧化物)、以及炭黑及镍这样的导电体粉末。作为除此以外的PTC材料，有以方石英相SiO2为母料且含有导电填料的复合材料。也可以利用鳞石英相SiO2、方石英相AlPO4、鳞石英相AlPO4来代替方石英相SiO2母料。
另外，从废气物的环境影响的观点出发，外周壁11及隔壁12优选为由实质上不含铅的材料构成的陶瓷，更优选为由铅的含量为0.001质量％以下的材料构成的陶瓷。应予说明，本说明书中“实质上不含”是指：在成分整体中占据的比例为0.01质量％以下。例如，可以通过荧光X射线分析、ICP－MS(电感耦合等离子体质量分析)等求出铅的含量。
从高效地将空气加热而用于供暖的观点出发，构成外周壁11及隔壁12的材料的居里点优选为100℃以上，更优选为110℃以上，进一步优选为125℃以上。另外，从作为置于车厢或车厢附近的零部件的安全性的观点出发，居里点的上限优选为250℃以下，更优选为225℃以下，进一步优选为200℃以下，更进一步优选为150℃以下。
构成外周壁11及隔壁12的材料的居里点可以根据位移剂的种类及添加量进行调整。例如，钛酸钡(BaTiO3)的居里点约为120℃，可以利用Sr、Sn及Zr中的一种以上对Ba及Ti的一部分进行置换而使居里点向低温侧偏移。
本发明中，利用以下方法测定居里点。将试样安装于测定用的试样保持器并装配于测定槽(例：MINI－SUBZERO MC-810P Tabai Espec公司制)内，利用直流电阻表(例：万用表3478A YHP制)对从10℃开始升温时的试样的电阻相对于温度变化的变化进行测定。根据测定所得的电阻－温度图，将电阻值变成室温(20℃)下的电阻值的2倍时的温度设为居里点。
(1－1－2.蜂窝结构体10的隔壁12的厚度)
从抑制初始电流的观点出发，减小电流通路而增大电阻的方式较为有利。因此，蜂窝结构体中的隔壁12的厚度优选为0.125mm以下，更优选为0.075mm以下。不过，从确保蜂窝结构体10的强度的观点出发，隔壁12的厚度优选为0.020mm以上，更优选为0.040mm以上，进一步优选为0.060mm以上。隔壁12的厚度是指：在与隔室14的流路方向正交的截面中，当利用线段将相邻的隔室14的重心彼此连结时，该线段横穿隔壁12的长度。隔壁12的厚度是指：全部隔壁12的厚度的平均值。
从对蜂窝结构体10进行加强的观点出发，外周壁11的厚度优选为0.05mm以上，更优选为0.06mm以上，进一步优选为0.08mm以上。不过，从使电阻增大来抑制初始电流的观点及降低气体通过时的压力损失的观点出发，外周壁11的厚度优选为1.0mm以下，更优选为0.5mm以下，进一步优选为0.4mm以下，更进一步优选为0.3mm以下。外周壁11的厚度是指：在与隔室14的流路正交的截面中，从外周壁11与最外周侧的隔室14或隔壁12的边界至蜂窝结构体的侧面为止的该侧面的法线方向上的长度。
(1－1－3.蜂窝结构体10的隔室密度及隔室间距)
蜂窝结构体10的隔室密度优选为93隔室/cm2以下，更优选为62隔室/cm2以下。另外，蜂窝结构体10的隔室间距优选为1.0mm以上，更优选为1.3mm以上。通过将隔室密度或隔室间距控制为上述范围，能够抑制通风阻力而抑制送风机的输出功率。
应予说明，蜂窝结构体10的隔室密度的下限没有特别限定，优选为10隔室/cm2以上，更优选为20隔室/cm2以上。另外，蜂窝结构体10的隔室间距的上限也没有特别限定，优选为3.0mm以下，更优选为2.0mm以下。蜂窝结构体10的隔室密度是：隔室数除以蜂窝结构体10的各端面的面积所得的值。另外，蜂窝结构体10的隔室间距是指：在蜂窝结构体10的各端面中，将邻接的2个隔室14的重心彼此连结的线段的长度。
(1－2.电极20)
本发明的实施方式所涉及的加热器构件100在第一端面13a及第二端面13b具备一对电极20。通过利用一对电极20施加电压，能够通电而利用焦耳热使蜂窝结构体10发热。
作为电极20，没有特别限定，优选具有从第一端面13a及第二端面13b各自的一个短边15侧朝向外部沿着相同方向延伸的延伸部，且延伸部和连接器30连接。通过设置延伸部，使得与连接器30的连接变得容易。
电极20可以由单一部件构成，也可以由多个部件构成。
由单一部件构成电极20的情况下，例如，电极20可以设为在第一端面13a及第二端面13b上设置的电极层21。这种情况下，电极层21设置于第一端面13a及第二端面13b处的外周壁11及隔壁12的表面，并具有自第一端面13a及第二端面13b各自的一个短边15侧朝向外部沿着相同方向延伸的延伸部。
由多个部件构成电极20的情况下，例如，如图1及图2所示，电极20可以包括：在第一端面13a及第二端面13b上设置的电极层21、以及在电极层21上设置的电极板22。这种情况下，电极层21设置于第一端面13a及第二端面13b处的外周壁11及隔壁12的表面，电极板22隔着电极层21而设置于设置有电极层21的外周壁11上。电极板22以不会将除设置有电极层21的外周壁11以外的部分(设置有电极层21的隔壁12的表面、隔室14)封堵的方式形成有开口部。另外，电极板22具有自第一端面13a及第二端面13b各自的一个短边15侧朝向外部沿着相同方向延伸的延伸部。
作为电极层21与电极板22的连接方法，没有特别限定，可以使用扩散接合、机械加压机构、焊接等。
从使两者的接触提高的观点出发，在电极层21与电极板22之间可以根据需要设置碳片。
作为电极层21，没有特别限定，例如可以使用含有选自Cu、Ag、Al、Ni及Si中的至少一种的金属或合金。另外，还可以使用能够与具有PTC特性的外周壁11和/或隔壁12进行欧姆接触的欧姆电极层。欧姆电极层可以使用例如作为基体金属含有选自Au、Ag及In中的至少一种且作为掺杂剂含有选自n型半导体用的Ni、Si、Ge、Sn、Se及Te中的至少一种的欧姆电极层。另外，电极层21可以为1层，也可以为2层以上。电极层21为2层以上的情况下，各层的材质可以为相同种类，也可以为不同种类。
作为电极板22，没有特别限定，可以由呈板状且导电性优异的材料形成。电极板22可以采用例如铜板、不锈钢板等金属板。
(1－3.连接器30)
本发明的实施方式所涉及的加热器构件100具备一对连接器30，该一对连接器30自蜂窝结构体10的第一端面13a及第二端面13b的一个短边15侧与电极20连接。连接器30为能够与电源电连接的端子。通过在上述位置设置一对连接器30，能够代替已有的加热器构件进行使用，因已有的加热器单元的配线等零部件的设计变更而导致加热器单元大型化得以抑制。
连接器30优选与电极20的延伸部的蜂窝结构体10侧的表面连接。通过设为上述构成，能够实现加热器构件100的紧凑化，因此，容易应用于已有的加热器单元。
关于电极20与连接器30的连接方法，电连接即可，没有特别限定，例如可以通过扩散接合、机械加压机构、焊接等进行连接。
作为连接器30的材质，没有特别限定，例如可以为金属。作为金属，可以采用金属单质、合金等，不过，从耐腐蚀性、电阻率及线膨胀率的观点出发，例如优选采用含有选自由Cr、Fe、Co、Ni、Cu及Ti构成的组中的至少一种的合金，更优选为不锈钢及Fe-Ni合金、磷青铜。
连接器30的形状及大小没有特别限定，根据已有的加热器单元的结构进行适当调整即可。
(1－4.加热器构件100的制造方法)
接下来，对制造本发明的实施方式所涉及的加热器构件100的方法进行举例说明。首先，在陶瓷原料中混合含有分散介质及粘合剂的原料组合物，对它们进行混炼而制备坯料，然后，对坯料进行挤出成型而制作蜂窝成型体。可以根据需要而在原料组合物中配合分散剂、增塑剂、半导体化剂、位移剂、金属氧化物、特性改善剂、导电体粉末等添加剂。在挤出成型时，可以使用具有所期望的整体形状、隔室形状、隔壁厚度、隔室密度等的口模。
例如可以以粉末的形态而提供陶瓷原料。作为陶瓷原料，可以使用作为钛酸钡的主成分的TiO2、BaCO3等氧化物、碳酸盐原料。另外，作为Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Sc及Lu这样的半导体化剂、Sr、Sn及Zr这样的低温侧的位移剂、(Bi－Na)、(Bi－K)这样的高温侧的位移剂、Mn这样的特性改善剂等，也可以采用它们的氧化物、碳酸盐、或者烧成后变为氧化物的草酸盐。为了控制导电率，可以添加炭黑及镍这样的导电体粉末。对于Na、K这样的碱金属元素的添加，也可以以包含碱金属元素的粘合剂的形态进行使用。
另外，例如，通过在TiO2、BaCO3等原料粉末中加入La(NO3)3·6H2O后，进一步加入分散剂及粘合剂，按烧成体中BaO(50.3mol％)、TiO2(49.6mol％)、La2O3(0.05mol％)、K2O(0.033mol％)、Na2O(0.002mol％)的方式进行配合，能够得到实质上不含铅(即无铅)的蜂窝结构体。不过，不限于该组成，通过按组成式由下式表示的陶瓷占据90质量％以上的方式进行配合，能够制成包含稀土元素和碱金属元素且不采用铅的蜂窝结构体。
(Ba1-x-yA1xA2y)TiO3
式中，A1表示一种或二种以上的稀土元素，A2表示一种或二种以上的碱金属元素，0.001≤x≤0.01，0.001≤y≤0.01，0.002≤x+y≤0.02。
作为分散介质，可以举出水或水与醇等有机溶剂的混合溶剂等，可以特别优选使用水。
作为粘合剂，可例示：甲基纤维素、羟丙氧基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇等有机粘合剂。特别优选将甲基纤维素及羟丙氧基纤维素合并使用。另外，从提高蜂窝成型体的强度且抑制因烧成工序中的异常发热而产生缺口的观点出发，相对于陶瓷原料100质量份，粘合剂的含量优选为4～9质量份。粘合剂可以单独使用1种，也可以组合使用2种以上。
分散剂可以采用乙二醇、糊精、脂肪酸皂、多元醇、有机磷化合物等表面活性剂。分散剂可以单独使用1种，也可以组合使用2种以上。相对于陶瓷原料100质量份，分散剂的含量优选为0～2质量份。
接下来，对获得的蜂窝成型体进行干燥。在干燥工序中，例如可以采用热风干燥、微波干燥、感应干燥、减压干燥、真空干燥、冷冻干燥等以往公知的干燥方法。其中，优选将热风干燥与微波干燥或感应干燥组合的干燥方法。
接下来，对干燥后的蜂窝成型体进行烧成，由此能够制造柱状的蜂窝结构体。在烧成之前还可以进行用于除去粘合剂的脱脂工序。例如，蜂窝成型体的材质以钛酸钡为主成分的情况下，烧成温度优选为1100～1400℃。另外，烧成时间优选设为1～4小时左右。
作为实施脱脂工序时的气氛，例如可以设为大气气氛、非活性气氛、减压气氛。其中，优选为非活性气氛且减压气氛。作为烧成炉，没有特别限定，可以使用电炉、燃气炉等。
在上述得到的蜂窝结构体的第一端面13a及第二端面13b形成电极20。例如，可以利用溅射、蒸镀、电解析出、化学析出这样的金属析出法形成电极20的电极层21。另外，也可以在涂布电极糊料之后进行烧结而形成电极层21。进而，还可以通过熔敷而形成电极层21。电极层21可以为单层，也可以为组成不同的多层。在利用上述方法形成电极层21时，按电极层21的厚度不会过大进行设定，就不会将隔室14封堵。例如，关于电极层21的厚度，对于糊料的烧结而言，优选设为5～30μm左右，对于溅射及蒸镀这样的干式镀敷而言，优选设为100～1000nm左右，对于熔敷而言，优选设为10～100μm左右，对于电解析出及化学析出这样的湿式镀敷而言，优选设为5～30μm左右。
在电极层21上设置电极板22的情况下，在电极层21上配置电极板22而进行连接。作为电极层21与电极板22的连接方法，可以使用上述的方法。
接下来，将连接器30与电极20连接。作为电极20与连接器30的连接方法，可以使用上述的方法。
(1－5.加热器构件100的使用方法)
对于本发明的实施方式所涉及的加热器构件100，例如，可以从连接器30经由一对电极20而施加电压，使蜂窝结构体10发热。作为施加电压，从快速加热的观点出发，优选施加200V以上的电压，更优选施加250V以上的电压。
在加热器构件100因施加电压而发热时，通过使气体在隔室14流动而能够对气体进行加热。作为向隔室14流入的气体的温度，例如可以设为-60℃～20℃，典型地可以设为-10℃～20℃。
本发明的实施方式所涉及的加热器构件100具有比将PTC元件与铝翅片一体化的已有的加热器构件简单的结构，并且，能够抑制因已有的加热器单元的配线或保持件等零部件的设计变更而导致加热器单元大型化。另外，已有的加热器构件中，由于PTC元件与气体不直接接触，所以气体的升温速度(升温时间)不充分，不过，本发明的实施方式所涉及的加热器构件100中，由于外周壁11及隔壁12由具有PTC特性的材料构成的蜂窝结构体10与气体直接接触，所以能够提高气体的升温速度。此外，本发明的实施方式所涉及的加热器构件100与已有的加热器构件相比，耗电量也较少。
(2.加热器单元)
本发明的实施方式所涉及的加热器单元能够优选用作车辆的车厢供暖用的加热器单元。特别是，本发明的实施方式所涉及的加热器单元中，能够抑制因已有的加热器单元的配线或保持具等零部件的设计变更而导致加热器单元大型化。因此，可以使用上述的加热器构件100来代替已有的加热器构件。
图5是从加热器构件的第一端面侧观察的本发明的实施方式所涉及的加热器单元的主视示意图。
如图5所示，本发明的实施方式所涉及的加热器单元200包括2个以上加热器构件100。另外，该加热器单元200中，加热器构件100以包括第一端面13a及第二端面13b的长边在内的蜂窝结构体10的外周壁11的表面彼此对置的方式层叠排列。通过采用上述构成，无需大幅变更已有的加热器单元的配线或保持件等零部件的设计，就能够制作加热器单元200。
本发明的实施方式所涉及的加热器单元200可以进一步具备壳体(外壳部件)110。
作为壳体110的材质，没有特别限定，可以举出金属、树脂等。其中，壳体110的材质优选为树脂。通过采用树脂制的壳体，即便不接地，也能够抑制触电。
作为壳体110的形状及尺寸，没有特别限定，可以与已有的加热器单元相同。
本发明的实施方式所涉及的加热器单元200可以进一步具备绝缘材料120，该绝缘材料120配置于层叠排列的加热器构件100之间。通过采用上述构成，能够抑制多个加热器构件100之间的电气短路。
作为绝缘材料120，可以使用由氧化铝、陶瓷等绝缘材料形成的板材、垫片、布等。
(3.加热器系统)
本发明的实施方式所涉及的加热器系统能够优选用作车辆的车厢供暖用的加热器系统。特别是，本发明的实施方式所涉及的加热器系统中，能够抑制因已有的加热器单元的配线或保持件等零部件的设计变更而导致加热器单元大型化。
图6是表示本发明的实施方式所涉及的加热器系统的构成例的示意图。
如图6所示，本发明的实施方式所涉及的加热器系统300具备：本发明的实施方式所涉及的加热器单元200；流入配管320a、320b，它们将外部大气导入部或车厢310和加热器单元200的流入口301连通；蓄电池330，其用于对加热器单元200施加电压；以及流出配管325，其将加热器单元200的流出口302和车厢310连通。
加热器单元200可以构成为：例如，借助电线340而与蓄电池330连接，通过将其中途的电源开关置于ON而对加热器单元200进行通电并使之发热。
在加热器单元200的上游侧可以设置蒸汽压缩热泵350。加热器系统300中，蒸汽压缩热泵350构成为主供暖装置，加热器单元200构成为辅助加热器。蒸汽压缩热泵350可以具备热交换器，该热交换器包括：具有在制冷时从外部吸收热而使制冷剂蒸发的作用的蒸发器351、以及具有在供暖时使制冷剂气体液化而将热向外部释放的作用的冷凝器352。应予说明，作为蒸汽压缩热泵350，没有特别限定，可以采用该技术领域中公知的蒸汽压缩热泵。
在加热器单元200的上游侧和/或下游侧可以设置送风机360。从将高电压的零部件配置成尽量远离车厢310而确保安全的观点出发，送风机360优选设置于加热器单元200的上游侧。当对送风机360进行驱动时，空气从车厢310内或车厢310外经过流入配管320a、320b而向加热器单元200流入。空气在通过发热中的加热器单元200的期间被加热。被加热的空气从加热器单元200流出，并经过流出配管325而送入车厢310内。流出配管325的出口可以配置于乘员的脚底附近，以使得即使在车厢310内供暖效果也特别好；也可以向座椅内配置配管出口，以便从内侧对座椅进行加热；还可以配置于窗口附近，以便使其兼具抑制窗口起雾的效果。
流入配管320a和流入配管320b在中途汇合。在流入配管320a及流入配管320b上且是在比汇合地点靠上游侧的位置可以分别设置阀321a、321b。通过控制阀321a、321b的开闭，能够在将外部大气向加热器单元200导入的模式和将车厢310内的空气向加热器单元200导入的模式之间进行切换。例如，当打开阀321a并关闭阀321b时，变为将外部大气向加热器单元200导入的模式。还可以将阀321a及阀321b均打开，从而将外部大气及车厢310内的空气同时向加热器单元200导入。
实施例
以下，通过实施例，对本发明进一步具体地进行说明，不过，本发明并不受这些实施例的任何限定。
(实施例1)
在陶瓷原料中加入粘合剂、分散剂、增塑剂及水，进行混合、混炼，制备坯料。作为陶瓷原料，使用按烧成后成为Ba的0.1％被置换为La的钛酸钡的方式将BaCO3粉末、TiO2粉末及La(NO3)3·6H2O粉末混合得到的物质。作为粘合剂，使用甲基纤维素，相对于陶瓷原料100质量份而配合6质量份。作为分散剂，使用含钾磷酸烷基酯，相对于陶瓷原料100质量份而配合0.5质量份。作为增塑剂，使用醚酯化合物及链烷二醇，醚酯化合物相对于陶瓷原料100质量份而配合0.5质量份，链烷二醇相对于陶瓷原料100质量份而配合1质量份。
接下来，按烧成后成为隔壁厚度为0.100mm、隔室密度为62隔室/cm2、隔室间距为1.27mm、与隔室延伸的方向正交的截面为30mm×34mm的矩形且隔室延伸的方向上的长度为14mm的棱柱状的蜂窝单元的方式进行挤出成型，得到蜂窝成型体。
接下来，使蜂窝成型体干燥，脱脂处理后，在大气中，于1400℃进行2小时烧成，由此得到蜂窝单元。
接下来，准备5个上述蜂窝单元，在蜂窝单元的侧面涂布接合材料而进行接合，由此得到图4所示的蜂窝接合体。蜂窝接合体中，与隔室延伸的方向正交的截面为30mm×175mm的矩形，且隔室延伸的方向上的长度为14mm。作为接合材料，使用在陶瓷材料中加入水等溶剂而制成糊料状的物质。该蜂窝接合体的端面的面积为52.5cm2。
接下来，在蜂窝接合体的第一端面及第二端面上涂布Al－Ni电极用糊料后，涂布银电极用糊料，于700℃进行烧结，由此形成Al－Ni电极层及银电极层。
接下来，在形成于蜂窝接合体的外周侧的外周壁的表面的银电极层上依次配置碳片及铜电极板，进行接合。铜电极板与图1及图2所示的结构同样地形成不会将除设置有各电极层的外周壁以外的部分(设置有各电极层的隔壁的表面、隔室)封堵这样的开口部，并设置从蜂窝接合体的第一端面及第二端面的一个短边侧朝向外部沿着相同方向延伸的延伸部。另外，碳片配置于银电极层与铜电极板之间。
接下来，与图1及图2所示的结构同样地，在铜电极板的延伸部连接磷青铜制的连接器，得到加热器构件。
接下来，与图5所示的结构同样地，将4个上述加热器构件层叠排列，收纳于壳体，得到加热器单元。在层叠排列后的加热器构件之间配置氧化铝纤维制垫片(绝缘材料)。
将上述的加热器单元组装于市售汽车HVAC(Heating Ventilation and AirConditioning)，以200V的恒定电压控制，将电流限制为30A以下的电流，在6m/秒的气体流速下进行加热器单元的通电加热试验。
结果：HVAC的吹出口的气体温度在通电加热后经6秒达到50℃，在60秒后，上升至88℃。此时的功率为2.8kW。另外，自通电开始30秒后的消耗能量为90kJ。
(实施例2)
使用与实施例1同样的坯料，按在烧成后成为隔壁厚度为0.125mm、隔室密度为62隔室/cm2、隔室间距为1.27mm、与隔室延伸的方向正交的截面为30mm×175mm的矩形且隔室延伸的方向上的长度为14mm的棱柱状的方式进行挤出成型，得到蜂窝成型体。
接下来，使蜂窝成型体干燥，脱脂处理后，在大气中，于1400℃进行2小时烧成，由此得到蜂窝结构体。该蜂窝结构体的端面的面积为52.5cm2。
接下来，以与实施例1同样的条件，在蜂窝结构体的第一端面及第二端面上形成Al－Ni电极层及银电极层后，在银电极层上依次配置碳片及铜电极板，进行接合，在铜电极板的延伸部连接连接器，得到加热器构件。
接下来，以与实施例1同样的条件，将4个上述加热器构件层叠排列，收纳于壳体，得到加热器单元。
将上述的加热器单元组装于市售汽车HVAC，以250V的恒定电压控制，将电流限制为30A以下，在6m/秒的气体流速下进行加热器单元的通电加热试验。
结果：HVAC的吹出口的气体温度在通电加热后8秒达到60℃，在60秒后上升至100℃。此时的功率为3.4kW。另外，自通电开始30秒后的消耗能量为108kJ。
(比较例1)
准备图7所示的将PTC元件500与铝翅片510一体化的加热器构件进行层叠排列得到的以往的加热器单元。应予说明，图7是加热器构件的俯视示意图。
PTC元件500的尺寸为29mm×8mm×2mm，将6个PTC元件500配置为一列，并且，与框架、绝缘板、导电板等部件组合，收纳于加热器主体520的内部。另外，在加热器主体520设置连接器30。进而，使8个加热器主体520构成为：收纳于壳体110内且在各加热器主体520之间配置有铝翅片510。
应予说明，PTC元件500由含有49mol％的TiO2、32mol％的BaO、9mol％的PbO、8mol％的CaO、1mol％的SrO及1mol％的SiO2的材料构成。
将上述的以往的加热器单元组装于市售汽车HVAC，以300V的恒定电压控制，将电流限制为30A以下，以6m/秒的气体流速进行加热器单元的通电加热试验。
结果：HVAC的吹出口的气体温度在通电加热后11秒达到50℃，在60秒后上升至88℃。此时的功率为2.8kW。另外，自通电开始30秒后的消耗能量为123kJ。
此处，将对实施例1及比较例1的通电试验结果进行比较得到的图表示于图8。另外，将对实施例1及实施例2的通电试验结果进行比较得到的图表示于图9。图8及图9中，L1表示实施例1的吹出口的气体温度，L2表示实施例1的功率，L3表示比较例1的吹出口的气体温度，L4表示比较例1的功率，L5表示实施例2的吹出口的气体温度，L6表示实施例2的功率。
如图8所示，实施例1的加热器单元与比较例1的加热器单元相比，能够缩短气体温度的升温时间(L1和L3的比较)。例如，关于从通电开始至50℃的气体温度所需的时间，实施例1为6秒，而比较例1为11秒，能够将气体温度的升温时间缩短40％。另外，实施例1的加热器单元与比较例1的加热器单元相比，能够降低通电中的最大功率(L2与L4的比较)。例如，关于通电中的最大功率，实施例1为5.8kW，而比较例1为7.6kW，能够将最大功率降低25％。
如图9所示，实施例2的加热器单元与实施例1的加热器单元相比，能够进一步缩短气体温度的升温时间，并且，60秒后的气体的到达温度也较高(L1与L5的比较)。另一方面，关于通电中的最大功率，实施例1的加热器单元低于实施例2的加热器单元(L2与L6的比较)。
由以上结果可知：根据本发明，能够提供具有比已有的加热器构件简单的结构、且能够抑制因已有的加热器单元的配线或保持件等零部件的设计变更而导致加热器单元大型化的车厢供暖用加热器构件。另外，根据本发明，能够提供使用了该车厢供暖用加热器构件的车厢供暖用加热器单元及车厢供暖用加热器系统。
附图标记说明
10 蜂窝结构体
11 外周壁
12 隔壁
13a 第一端面
13b 第二端面
14 隔室
15 短边
16 长边
17 蜂窝接合体
18 蜂窝单元
19 接合层
20 电极
30 连接器
100 加热器构件
110 壳体
120 绝缘材料
200 加热器单元
300 加热器系统
301 流入口
302 流出口
310 车厢
320a、320b流入配管
325 流出配管
330 蓄电池
340 电线
350 蒸汽压缩热泵
351 蒸发器
352 冷凝器
360 送风机
500 PTC元件
510 铝翅片
520 加热器主体

Claims (11)

1.一种车厢供暖用加热器构件，其具备：
蜂窝结构体，该蜂窝结构体具有外周壁和隔壁，该隔壁配设于所述外周壁的内侧，并区划形成多个隔室，该多个隔室从第一端面至第二端面而形成流路，所述外周壁及所述隔壁由具有PTC特性的材料构成；以及
一对电极，该一对电极设置于所述第一端面及所述第二端面，
所述蜂窝结构体的所述第一端面及所述第二端面呈矩形，
所述车厢供暖用加热器构件还具备一对连接器，该一对连接器自所述第一端面及所述第二端面各自的一个短边侧与所述电极连接。
2.根据权利要求1所述的车厢供暖用加热器构件，其特征在于，
所述第一端面及所述第二端面中，短边的长度与长边的长度之比为1：2～1：10。
3.根据权利要求1或2所述的车厢供暖用加热器构件，其特征在于，
所述蜂窝结构体为具有多个蜂窝单元和将所述多个蜂窝单元间接合的接合层的蜂窝接合体。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的车厢供暖用加热器构件，其特征在于，
所述一对电极具有自所述第一端面及所述第二端面各自的一个短边侧朝向外部沿着相同方向延伸的延伸部，所述延伸部和所述连接器连接。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的车厢供暖用加热器构件，其特征在于，
所述蜂窝结构体中，所述隔壁的厚度为0.125mm以下，隔室密度为93隔室/cm2以下，隔室间距为1.0mm以上。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的车厢供暖用加热器构件，其特征在于，
所述外周壁及所述隔壁由以钛酸钡为主成分且实质上不含铅的材料构成。
7.根据权利要求1～6中的任一项所述的车厢供暖用加热器构件，其特征在于，
所述一对电极包括：设置于所述第一端面及所述第二端面上的电极层、以及设置于所述电极层上的电极板。
8.根据权利要求7所述的车厢供暖用加热器构件，其特征在于，
所述电极板具有自所述第一端面及所述第二端面各自的一个短边侧朝向外部沿着相同方向延伸的延伸部，所述延伸部与所述连接器连接。
9.一种车厢供暖用加热器单元，其包括2个以上权利要求1～8中的任一项所述的车厢供暖用加热器构件，
所述车厢供暖用加热器构件以包括所述第一端面及所述第二端面的长边在内的所述蜂窝结构体的所述外周壁的表面彼此对置的方式层叠排列。
10.根据权利要求9所述的车厢供暖用加热器单元，其特征在于，
在层叠排列的所述车厢供暖用加热器构件之间配置有绝缘材料。
11.一种车厢供暖用加热器系统，具备：
权利要求9或10所述的车厢供暖用加热器单元；
流入配管，该流入配管将外部大气导入部或车厢和所述车厢供暖用加热器单元的流入口连通；
蓄电池，该蓄电池用于向所述车厢供暖用加热器单元施加电压；以及
流出配管，该流出配管将所述车厢供暖用加热器单元的流出口和所述车厢连通。
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