JP2005522826A - 自動車の暖房装置または空調装置用電気ヒータ - Google Patents

自動車の暖房装置または空調装置用電気ヒータ Download PDF

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Abstract

【課題】 暖房装置に用いられる電気ラジエータであって、加熱するべき空気と最適な熱交換を行うことができ、かつ製造コストが低く、構造も簡単な電気ラジエータを提供する。
【解決手段】 この電気ヒータは、通過する空気を加熱する電気ラジエータ10を具備する。電気ラジエータは、ハウジング12と、少なくとも１つのジグザグ形をなす金属リボン22を含みかつハウジングに取り付けられる少なくとも１つの電気抵抗と、電源に接続され、かつ電気抵抗への給電を制御する制御回路30とを備える。金属リボンは、ハウジングを通過する空気に直接晒されるように配置される。電気ラジエータ10は、ハウジング内部で互いに平行に配置される複数の加熱モジュール20を一まとめにした集合体を備える。加熱モジュール20は、ハウジングを通過する空気に直接晒される。各加熱モジュール20は、折り畳まれるかまたは波形とされた金属リボン22と、制御回路30によって制御され、かつ金属リボン22への給電を適宜停止するスイッチ装置とを備える。

Description

本発明は、電気ラジエータを具備する電気ヒータに関する。この電気ラジエータは、これを通過する空気流、特に、ブロワや換気装置のような空気流生成装置によって生成され、かつこの電気ラジエータを通過する空気流の少なくとも一部を加熱する。
本発明の適用分野は、自動車、特に乗用車、商用車、およびトラックの暖房装置または空調装置である。
通常、自動車の車室を暖房し、また窓の曇りを除去するために、車室の空気を再加熱する際には、この空気の流れを、エンジン冷却液が通過する熱交換器に通している。
しかし、このような暖房手段は、次のような場合には、不適切または不十分である。
−非常に寒い環境下で自動車を使用するときに、エンジンの始動に先立って、遠隔操作または予め設定したプログラムに従って、車室の再暖房や窓の曇り除去を事前に調整する場合。
−車室の温度を急速に上昇させたい場合。
−熱交換器が、車室を暖房するのに必要な熱量を供給できない場合。また熱の放散量が少ないタイプのエンジンにあっては、エンジン始動後一定の時間内に生ずる窓の曇りを除去するため、空気を再加熱するのに必要な熱量を供給できない場合。
このような不都合を緩和すべく公知になっている手段は、空気を再加熱するための循環サイクルにおいて、熱交換器の下流側に電気ラジエータを配置するというものである。電気ラジエータは、熱交換器が、単独で、必要な空気の加熱をなしうるまでの間、一時的に制御される。
このような補完的に用いられる電気ラジエータは、抵抗素子、一般に正の温度係数（ＣＴＰ）をもつ電気抵抗を用いている。ＣＴＰをもつ電気抵抗を用いると、温度の自動制御が可能になり、その結果、空気の過度の加熱は回避される。ＣＴＰをもつ電気抵抗は、２つの電極の間で、加熱グリッドに配置される小片形状をなす。放熱のための素子は、電気ラジエータを通過する空気流との間で、熱の交換を有利に行えるよう、加熱グリッドに関連づけられている。放熱のための素子は、加熱グリッドを横切るフィン、または互いに平行に配置され、折り畳まれるか若しくは波形とされた金属リボンの形態をとるインサートとするのが望ましい。
ＣＴＰをもつ電気抵抗を用いる電気ラジエータは、満足しうる効果を発揮する一方で、この電気抵抗が高価であること、構成部品の数が多いこと、必要なアセンブリの寿命が短いこと、およびこの電気抵抗に給電する電源における電極の耐食性が弱いこと等のため、製造原価が高いという短所がある。
本発明は、自動車の暖房装置若しくは空調装置、またはあらゆるタイプの暖房装置に用いられる電気ラジエータであって、加熱するべき空気との熱交換を最適にすることができ、かつ正の温度係数をもつ電気抵抗を用いる電気ラジエータと比較してコストが低く、さらに構造も簡単な電気ラジエータを提供することを目的としている。
本発明のもう一つの目的は、電気ラジエータ部品の数を減らして取付けを容易にし、かつ製造コストを削減しうるようにすることである。
上記の目的は、ハウジングと、このハウジング内に配置された少なくとも１つの電気抵抗であって、ハウジングを通過する空気に直接晒されるように配置され、かつジグザグ形に形成された少なくとも１つの金属リボンからなる電気抵抗と、電源と接続され、前記電気抵抗への給電を制御する制御回路とを具備し、通過する空気を過熱するための電気ラジエータを備える電気ヒータであって、前記電気ラジエータは、前記ハウジング内で互いに平行に配置されかつハウジングを通過する空気に直接晒されるヒータモジュールの集合体を備え、各ヒータモジュールは、折り畳まれるかまたは波形とされた金属リボンと、金属リボンへの給電を適宜停止する制御回路によって制御されるスイッチとを具備することを特徴とする電気ヒータによって達成される。
前記各ヒータモジュールは、さらに、金属リボンを収容かつ保持する枠体を有する電気絶縁性の支持体を具備するのが好ましい。
前記枠体は、横に倒した金属リボンの波形をなす頂部を間に挟んで保持するためのフェンダと、折り畳まれるかまたは波形とされた金属リボンにおける各ピークの所定の間隔を保持するためのセパレータとを有するのが好ましい。
前記ヒータモジュールは、このヒータモジュールを通過する空気に直接晒され、かつ金属リボンと直列に配置される、少なくとも１つの過熱および過電圧保護素子を備えるのが好ましい。
前記保護素子は、金属リボンと直列に配置された少なくとも１つの熱溶融性コネクタを備えるのが好ましい。
前記保護素子は、板ばねと、この板ばねの一方の端部および金属リボンの端部間の蝋づけによる熱溶融性コネクタとを備えるとともに、前記板ばねの他方の端部は、支持体と関連づけられ、かつ接続端子と電気的に接続されているのが好ましい。
前記熱溶融性コネクタを構成する蝋は、この電気ヒータの上限温度からみて適切な溶融温度を有するのが好ましい。
前記熱溶融性コネクタを構成する蝋は、共融性の半田から形成されるのが好ましい。
前記板ばねは、ヒータモジュールを通過する空気に直接晒され、かつこの板ばねには、鎧戸状の開放部分が形成されるのが好ましい。
前記板ばねは、金属リボンと同一か、またはこれよりも小さい断面積を有するのが好ましい。
前記板ばねは、金属リボンの抵抗値と等しいか、またはこれよりも大きい抵抗値を示すのが好ましい。
電源に接続された金属支持体は、電気絶縁性の支持体の中に取入れられ、金属リボンへ給電しうるようになっているのが好ましい。
スイッチは、金属支持体に形成された溝を介して、この金属支持体に取り付けられているのが好ましい。また、前記金属支持体には、スイッチがヒータモジュールを通過する空気に対して放熱しやすくなるようにするための放熱フェンダが形成されているのが好ましい。
前記支持体と関連づけられた板ばねの端部は、金属支持体とは電気的に接続されていない中間コネクタの端子に恒久的に半田づけされ、金属リボンまたは板ばねと、外部端子またはシリンダ状のバスとの電気的な接続を確保しているのが好ましい。
前記各電気ヒータは、さらに、金属リボンに直接または間接的に接続され、かつ繰返し使用しうる少なくとも１つの過熱保護手段を備えているのが好ましい。この過熱保護手段は、過熱時に制御回路が給電を停止しうるように、制御回路に対して、金属リボンまたは板ばねの温度に関する情報を提供する温度センサであるのが好ましい。
前記温度センサは、板ばねから熱を受けうるようになっており、この温度センサは、負の温度係数をもつ電気抵抗、正の温度係数をもつ電気抵抗、バイメタル、および正の実効温度係数をもつポリマー製スイッチから選択される素子を備えているのが好ましい。
前記板ばねは、温度センサの機能を確保するため、正の実効温度係数を有するのが好ましい。
前記各ヒータモジュールは、０〜５００Ｗ、好ましくは３００〜４００Ｗの電力を消費するのが好ましい。
前記ハウジングは、カバーとの共働により、各ヒータモジュールを収容し、定位置に保持するための空間を含むのが好ましい。
前記制御回路は、例えばパルス幅変調を通じて、各ヒータモジュールに印加される電圧を変調することによって、電気ラジエータに供給される電力を連続的または半連続的に変化させる手段を備えているのが好ましい。
前記各ヒータモジュールは、互いにほぼ等しい電気抵抗値を有する複数の金属リボンを備えているのが好ましい。
前記各ヒータモジュールにおける各金属リボンは、ピーク間の間隔が１．８〜６ｍｍ、および各ピークの振幅が５〜２０ｍｍの波形をなし、厚さが、５０〜２５０μｍ、好ましくは８０〜１８０μｍであるのが好ましい。
前記各ヒータモジュールにおける各金属リボンの材料は、鉄を基材とする合金、または銅を基材とする合金から選択されるのが好ましい。
前記銅を基材とする合金は、ＣｕＮｉ３０、ＣｕＮｉ４５、またはＣｕＮｉ１８Ｚｎ２０から選択されるのが好ましい。
前記各ヒータモジュールにおける各金属リボンの材料は、正の温度係数をもつ抵抗値を示すのが好ましい。
前記各金属リボンには、鎧戸の形状をなす開放部分が設けられているのが好ましく、前記鎧戸は、金属リボンの平面に対して２０〜３５°の角度をなすフィン状部分を含むのが好ましい。
前記各金属リボンには、電気絶縁性で、かつ耐食性のコーティングが施されているのが好ましい。
前記各金属リボンの断面は、正弦曲線、または三角形、矩形、もしくは台形のパルス形状をなすのが好ましい。本発明の好ましい態様によれば、電気ヒータは、空気流の生成装置をさらに備え、かつ前記制御回路によって制御されるスイッチは、電気ラジエータを通過する空気の流量が最小となったときに、この電気ヒータを過熱から保護するため、金属リボンへの給電を停止することを特徴とする。
本発明の特別な態様においては、前記空気流の生成装置はブロワであり、この電気ヒータは、前記ブロワの回転速度が、所定の閾値よりも小さくなったときに、金属リボンへの給電を停止するため、ブロワの回転速度を知らせる信号を制御回路30へ送る手段を有する。
本発明は、上記の電気ヒータを具備することを特徴とする自動車用暖房または空調装置を提供することも目的としている。
この自動車用暖房または空調装置においては、電気ヒータは、循環空気の通路において、液体を用いる熱交換器の上流側に設けられるのが好ましい。
この自動車用暖房または空調装置の特別な態様においては、前記電気ヒータは、空気の出口の近傍に設けられる。
本発明によれば、暖房装置に用いられる電気ラジエータであって、加熱するべき空気と最適な熱交換を行うことができ、かつ製造コストが低く、構造も簡単な電気ラジエータが提供される。
本発明は、添付の図面を参照して行う以下の例示のための説明によって、より明瞭に理解されると思う。
図１は、再加熱する空気のための通路３が区画されたハウジング２を備える自動車の暖房装置の一部を示す。通路３は、空気を混合し分配するためのフラップ６の位置に応じて、車室内の所望の位置に送風しうる暖房および曇り除去用の排気口に空気を送る。通路内における空気の流れは、外気、または車室から流入する再循環空気を取り込む換気装置またはブロワ７によって生成される。
空気の再加熱は、必要に応じて、熱伝達媒体としてエンジン冷却液を用いる熱交換器８と、電気ラジエータ10とによって行われる。熱交換器８と電気ラジエータ10は、ともに通路３に配置されるが、熱交換器８の方が、電気ラジエータ10よりも、上流側に配置される。熱交換器８を用いない場合には、空気の再加熱は、電気ラジエータ10のみによって行われる。
電気ラジエータ10は、通路３の断面の全部または一部を占める。電気ラジエータ10が、通路３の断面の一部を占める場合は、ブロワ７で生成された空気流の一部だけが、電気ラジエータを通過し、残りは電気ラジエータの外側に誘導される。
本発明に係る電気ラジエータの暖房・空調装置への取付け態様については、本出願人のフランス国特許出願第０１０９０７６号明細書に記載されている。
本発明に係る電気ラジエータ10の実施形態を、以下に、図２〜図１５を参照して説明する。
図２と図３に示すように、電気ラジエータ10は、ヒータモジュール20の集合体が収容される、例えばプラスチック製のハウジング12を備えている。ヒータモジュール20は、ハウジングを通過する空気に直接晒されるように、ハウジング12の軸方向に向かって、互いに平行に配置されている。
電気ラジエータ10は、制御回路30によって制御されるが、この制御回路30は、図示のように、ハウジング12の側板の１つに収容され、かつキャップ33によって保護されるプリント回路基板31に取り付けられるのが好ましい。
制御回路30は、コネクタ37を介して情報を受け取る。また、制御回路30は、バス35またはコネクタを介して電源に接続されている。
図４と図５に示すように、各ヒータモジュール20は、折り畳まれるかまたは波形とされた金属リボン22と、例えばパワートランジスタの形をとるスイッチ25とを備えている。スイッチ25は、金属リボン22への給電を適宜停止するため、制御回路30によって制御される。
各ヒータモジュールは、ほぼ同一の複数個の電気抵抗を備えた金属リボン22を具備している。金属リボンを加熱するための電力は、０〜５００Ｗ、好ましくは３００〜４００Ｗである。
各ヒータモジュール20は、金属リボンを収容し、これを定位置に保持するための剛性の枠体45を含む電気絶縁性の支持体40を備えている。
図６に示すように、枠体45は、Ｈ字形の部分と、横に倒した金属リボンの波形をなす頂部を間に挟んで保持するためのフェンダ45a,45bとを有している。金属リボンは、２列に配置され、枠体45の側部の輪郭を蛇のような形にしている。また、金属リボン22は、枠体45の端部において折り返されている。この変形例として、金属リボン22は、枠体45の端部で溶着される２つのセグメントから形成することもできる。
枠体45は、各部位を一体形成することによって、金属リボン22を固定し、かつこの波形の規則性を維持しうるようになっている。
絶縁性支持体40は、金属リボン22を機械的に保持し、これを移動する際に誘導し、かつこれを固定する役割を果たす。
金属リボン22は、騒音の発生を抑えるため、波形の頂部を枠体45に接着して固定するのが好ましい。
金属リボンへの給電は、銅またはこの合金等から形成される導電性コネクタとしての金属支持体50を介して行われる。金属支持体50は、絶縁性支持体の型を使って新たに型をつくる型複製その他の公知のプロセスによって、絶縁性支持体40と一体にされる。
スイッチ25は、金属支持体50に形成された溝（図示略）を介して、この金属支持体に取り付けられている。
さらに、放熱フェンダ52と接続端子54は、金属支持体50において、ぎざぎざの形状に形成されている。放熱フェンダ52は、ヒータモジュール20を通過する空気に対して、スイッチの熱を放散しやすくするためのものである。また、ヒータモジュール20は、接続端子54を介して、制御回路30に接続されている。
電気ラジエータは、後述するように、制御回路30とスイッチ25によって、過度の加熱から保護される。しかし、安全を最大限確保するため、各ヒータモジュールにおいては、過熱および過電圧に対する少なくとも１つの補完的な保護手段を用いて、電気ラジエータの過熱を防止している。この保護手段は、金属リボンと直列に配置されなければならず、またヒータモジュールを通過する空気に直接晒されるのが好ましい。
図７と図８は、板ばね57と、金属リボン22および板ばね57の両端部間での蝋付けによる熱溶融性コネクタ58とからなる上記の保護手段を示す。金属リボン22は、中間コネクタ56を介してバス35に接続されている。中間コネクタ56は、金属支持体50とは電気的に接続されていない。
熱溶融性コネクタ58を接続するために用いられる蝋の組成は、許容可能な上限温度に近い融解温度をもつようなものとする。この上限温度は、熱溶融性コネクタ58の寸断が、過熱に対する最後の保護手段となるように設定される。熱溶融性コネクタ58は、例えば、溶融温度が約１６５℃の共融性の半田から形成するのが好ましい。
この保護手段は、変形または発火によって、電気ラジエータのプラスチック片を保護することを狙っている。これは、最終的な保護手段であり、例えば短絡に起因する故障の場合に働くようになっている。
板ばね57に先行荷重を加えられておくと、熱溶融性コネクタが融解したときに、板ばね57は元の形状に復帰し、板ばね57と金属リボン22との接続は途切れる。
板ばね57は、電気ラジエータを通過する空気に直接晒されているため、空気の加熱に一部関与する。
さらに、板ばね57の断面積は、金属リボンのそれと同一かまたはこれより小さく、また板ばね57の電気抵抗値は、金属リボン22のそれよりも大きいか、またはこれと等しい。この結果、板ばね57を通る電流の密度は、金属リボン22を通る電流の密度よりも大きくなり、板ばね57は、金属リボン22よりも速く発熱する。
換言すれば、板ばね57の熱勾配は、金属リボン22のそれよりも大きく、板ばねの温度変化に対する感度は、金属リボンのそれよりも大きい。
熱溶融性コネクタの近傍においては、板ばね57の温度は、長さ方向の全域にわたって温度差を補償している金属リボン22のそれよりも高い。
板ばねの材料、形状、および大きさは、この板ばねが電気ラジエータを過電圧と過熱から最適に保護する上で、必要な導電性と熱伝導性を有するものとなるか否かを考慮して選択される。
板ばねの材料は、電気抵抗値の大きい材料（例えばCuNi30等の銅合金）から選択するのが好ましい。また、板ばねは、幅が約１０ｍｍ、厚さが約１００μｍ、長さが１５〜３０ｍｍで、電気抵抗値が１０ｍΩよりも小さいかまたはこれと等しいものとするのが好ましい。
金属リボンにおける鎧戸状の突起群を、板ばねにも形成して（図示略）、空気の流れが弱いときに、熱に対する感度を増大させることができる。
保護手段は、このような特徴を有するために、電気ラジエータが、これを通過する種々の空気の流れに対して過熱状態となったときにすばやく反応する。このような保護手段は、空気の流れが徐々に弱まったり、突然停止した場合に有用である。
図８に示す保護手段は、金属リボンが外部電位との間で短絡した場合に、ヒューズの代わりとなる。
図９は、熱溶融性コネクタ58が、金属リボン22を切断し、この切断に係る端部同士を適当な蝋で接続することによっても形成しうることを示している。
図１０は、過熱状態と判断される温度を金属リボンの溶融温度よりも低く設定するとともに、各金属リボンに直接または間接的に接続して、繰り返し使用できるようにした保護手段を示す。
この保護手段は、過熱状態のときに、制御回路が給電を停止しうるよう、金属リボンまたは板ばねの温度に関する情報を制御回路に提供する温度センサを備えている。
温度センサ61は、例えば接着剤または耐熱性樹脂63によって、板ばね57に接着される。
温度センサには、金属リボンに直接または間接的に接続された、回路開放のための適当な閾値をもつバイメタル、正の温度係数をもつ電気抵抗、負の温度係数をもつ電気抵抗、または正の実効温度係数をもつポリマー製スイッチ等の公知のものを用いることができる。
板ばねは、温度センサの機能を確保するため、正の実効温度係数をもつのが好ましい。
図１１〜図１３は、図２〜図６と併せて、ヒータモジュール20のハウジング12に対する取付け態様を示す。
ハウジングは、複数の長手の仕切り壁13を備え、各仕切り壁の間には空間14が区画されている。図１１には、３つのヒータモジュール20を収容し、これを定位置に保持するための３つの空間が示されている。この空間の数は、例示に過ぎず、これと異なる数の空間を区画しうることは勿論である。
ヒータモジュール20は、金属リボン22の端部または頂部が仕切り壁13に固着されることを介して、このハウジング12の空間14の中に固定される。
各仕切り壁13の端部15は、ハウジング12の横方向を向く側壁の一方において、ヒータモジュール20の支持体40の縁部に形成された切欠きに嵌合されている。したがって、ヒータモジュールと、この部品、特にスイッチに、位置合わせの誤りがあった場合には、これに気づくことができ、正確な位置決めをなしうるようになっている。また、ハウジング12において、この側壁と同じ側には、ヒータモジュールの位置を調整するための切込み19が形成されている。
ハウジング12の横方向を向く側壁のもう一方の側には、ヒータモジュール20の枠体45の端部を収容するための凹溝16が形成されている。
さらに、ハウジング12においては、このハウジングを剛性なものとし、かつヒータモジュール20を十分に保持しうるように、中間部に補強材17がわたされている。
カバー39は、空間14と同じ形状および大きさの開放部分を有し、ハウジング12に嵌め付けられる。ハウジング12の長さ方向における壁体の外面には、カバー39に形成されている爪71を収容するくぼみ18が設けられている。
カバー39の内側の面は、図１３に示すように、ヒータモジュールを位置合わせし、かつ固定しうるよう、ハウジングと同一または対称的な構成となっている。
ハウジング12とカバー39は、それぞれ空間14とこれに対応する開放部分によって、金属リボン22とスイッチ25を通過する空気の通路を区画している。したがって、空気は、スイッチを冷却する一方で、金属リボンによって加熱される。
ヒータモジュール20の枠体45と同様に、ハウジング12、カバー39、およびキャップ33も、電気絶縁性の材料、例えば、暖房装置の稼動中に生じうる最大温度（１５０℃）にも耐えうるプラスチック材料から形成される。使用可能なプラスチック材料は、例えば、ＰＢＴ、ＰＰＳ、ＰＰＡ、ＰＡ６６、ＰＡ６等であり、これらはガラス繊維で補強することもできる。ハウジング12は、他の部品と一体成形することもできる。
バス35は、留め具を用いてハウジング12内に固定されるか、またはカバー39とハウジング12に嵌着されるか、もしくは留め具を用いてこれらに固着される。この外、バスは、ハウジングの型を使って新たに型をつくり(「型複製」という)、成形することによって、ハウジングと一体にすることもできる。
バス35は、給電用の端子73に対してナット41を介して固定しうるように、ねじ山を切るのが好ましい。
電気ラジエータは、暖房装置または空調装置への取付けと、これらとの一体化を容易にするため、案内と固定のための手段61を備えている。
さらに、電気ラジエータは、加熱する空気を供給するための通路から外部環境へ空気が漏れるのを抑えるため、フォームシールを備えている。
金属リボン22は、電気ラジエータにおける空気流の通路を介する熱量の損失を抑えるため、ハウジング12を通過する空気が流れる方向とほぼ平行な向きの主面を有する。空気流に直接晒される金属リボンと、空気流との間の熱交換を増大させるために、金属リボンには、必要に応じて、鎧戸状の突起群26（図１４と図１５にのみ示す）を形成することができる。この突起群26は、金属リボンの平面に切込みを入れ、外側に折り曲げたフィン状部分26aからなる。
鎧戸状の突起群は、フィン状部分26aの間の空間において乱流を発生させるため、熱交換能力を増大させることができる。フィン状部分と金属リボンの平面とがなす角度αは、フィン状部分の熱交換効率と、フィン状部分によって引き起こされる空気抵抗の増大による熱量の損失との調和を図るために、２０〜３５°が好ましい。
金属リボン22は、電気絶縁性のワニスや、エポキシ樹脂のような樹脂等で、電気絶縁性のコーティングを施すのが好ましい。このコーティングには、必要に応じて、耐蝕機能をもたせることもできる。
金属リボン22の材料、形状、および大きさは、必要な電力を充たすのに必要な電気抵抗値、比抵抗、製造の可能性、電気ラジエータの幾何形状等の、所定の条件を考慮して選択される。
金属リボン22は、比抵抗の大きな板形状の金属を材料とし、これを裁断して折り畳むのが好ましい。このような金属は、例えば、鉄または銅を基材とし、ニッケルまたは錫を含む合金である。特に、ＣｕＮｉ３０、ＣｕＮｉ４５、またはＣｕＮｉ１８Ｚｎ２０が好ましい。この合金は、正の温度係数をもつ電気抵抗となるからである。
金属リボンは、断面正弦曲線、または三角形、矩形、もしくは台形のパルス形状をなすのが好ましい。
金属リボンの形状と大きさは、種々の要素を考慮にいれて決定される。
金属リボンの厚さは、金属板から産業的に製造しうる程度の厚さでなければならないが、一方で、通過する空気の抵抗を過大にすることのないように、一定の制限が加えられる。この厚さは、５０〜２５０μｍが好ましい。
波形状金属リボンにおける波の間隔は、空気抵抗を過大にするおそれがあるため、短すぎてはいけない。一方、所定の値を超えて、長すぎると、空気抵抗の減少、すなわち、電気ラジエータの２つの表面間での熱量損失の減少のため、熱交換面において顕著な効果は見られなくなる。この間隔は、１．８〜６ｍｍが好ましい。
波形状金属リボンにおける各ピークの幅と、高さまたは振幅は、電気ラジエータ全体の大きさに依存して決定される。さらに、金属リボンの幅は、その機械的安定性を確保するのに十分なものでなければならない。ただし、余りにも大きくするのは避けなければならない。
波形状金属リボンのピークの振幅は、空気抵抗を過大にしないために、大きすぎてはならない。この振幅は、金属リボンの剛性と安定性を確保するため、一定の制限に服する。振幅ｈは、約５〜２０ｍｍとするのが好ましい。
折り畳まれた金属リボンの長さ、すなわち金属リボンの外形上の長さは、電気ラジエータ全体の大きさを考慮して決定される。自動車の暖房装置に用いる場合は、通常１０〜数１０ｃｍである。
電気ラジエータの基台は、ヒータモジュールの構成と規格の双方に関連づけて設計される。各ヒータモジュールは、他のヒータモジュールとは独立に、機能しうる構成を有している。すなわち、ヒータモジュールは、それぞれが、金属リボン、この支持体、スイッチ、および少なくとも１つの過熱防止手段を備えている。さらに、ヒータモジュールの電子ユニットは、ヒータモジュールの規格化のため、制御回路の電子制御ユニットとは切り離されている。
図１６は、電気ラジエータの回路図であり、制御回路30、スイッチ25a,25b,25c、および金属リボン22a,22b,22cを示す。
制御回路30は、コネクタ37を介して、情報、例えばバス60を介して伝達される、必要な熱量Ｐに関する論理型の情報を受け取る。さらに、制御回路30は、導体62aから、自動車において入手可能な回路電圧＋Ｖr（例えばバッテリ電圧）、および参照（接地）電圧としての導体62bにかけて構成されているエネルギー用のバスと接続されている。この変形例として、制御回路30は、コネクタ37を介して給電することができ、この場合、導体62aとの接続は省くことができる。
図１６に示す実施形態においては、３個の金属リボンが用いられている。各金属リボンにおける一方の側の端子は、それぞれのスイッチを介して、導体62bと接続されており、もう一方の側の端子は、熱溶融性コネクタ58と板ばね57を介して、導体62aと接続されている。さらに、制御回路と接続されている温度センサ61は、板ばね57に取り付けられている。各温度センサは、接続されている板ばねの温度を適正なものにするため、制御回路に情報を提供する。
例えばヒータモジュールを通過する空気の流量が所定の下限値よりも小さくなるなどして、発生した熱が十分に放散されない過熱状態となったときには、制御回路によって制御されるスイッチは、金属リボンへの給電を停止する。
すでに公知となっているように、ブロワの回転速度が、所定の閾値よりも小さくなったときには、金属リボンへの給電を停止するために、ブロワの回転速度を知らせる信号が、制御回路30へ送られる。
少なくとも１つの金属リボンへの給電に係る電圧を変調することによって、電力を連続的または半連続的に変化させることができる。電圧の変調は、電圧Ｖrを切り分け、パルスの幅と周期の間の関係を変えうる連続パルスの形にして金属リボンへ送る公知のパルス幅変調（ＰＷＭ）によって行うことができる。電圧の変調を行った上で、すべての金属リボンに対して同時に給電することによって、電力Ｐがどのような大きさであっても、電気ラジエータを通過する空気流のすべての箇所において、均一な放熱を実現することができる。
本発明に係る電気ヒータは、図１に示す暖房装置以外の暖房装置においても用いることができる。
図１７は、図１に示すものとは異なる自動車用暖房装置を示す。図１７に示す暖房装置においては、暖房装置は、曇り除去装置の吸気口4aに導管４によって接続されているが、電気ラジエータ10は、熱交換器の近傍ではなく、この暖房装置の出口のごく近傍に配置されている。
本発明に係る電気ラジエータは、符号10'で示すように、曇り除去装置の吸気口4aの近傍か、または符号10''で示すように、導管５を介して暖房装置の通路３に接続されている車室の吸気口5aの近傍に配置することもできる。
さらに、図１７は、本発明に係る電気ラジエータ10が、通路３内における熱交換器８（この実施形態においては、通路の断面の一部のみを占める）の上流側に冷凍サイクルのエバポレータ９を有する自動車用暖房装置に設置しうることも示している。
自動車の暖房装置の一部の模式的な断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る暖房装置用電気ラジエータの斜視図である。 同じく、一部を分解した斜視図である。 図２に示す電気ラジエータにおけるヒータモジュールの上方から視た斜視図である。 同じく、下方から視た斜視図である。 図４と図５に示すヒータモジュールの一部の拡大斜視図である。 図２と図３に示す電気ラジエータの一部の拡大平面図である。 電気ラジエータを過熱から保護するためのヒューズの一態様を示す断面図である。 電気ラジエータを過熱から保護するためのヒューズの他の態様を示す断面図である。 図８に示すヒューズを繰返し使用しうるようにした、さらに他の態様に係るヒューズを示す断面図である。 図２と図３に示す電気ラジエータのハウジングの斜視図である。 図２と図３に示す電気ラジエータにおける、ヒータモジュールの位置決め機構の斜視図である。 同じく、一部の拡大斜視図である。 図４と図５に示すヒータモジュールにおける、鎧戸状の突起群をもつ金属リボン（折り畳まれていない状態）の拡大側面図である。 図１４のＸＶ−ＸＶ線断面図である。 本発明に係る電気ヒータに用いられる電気ラジエータの回路図である。 本発明の電気ラジエータを用いる他の態様に係る暖房装置の一部の模式的な断面図である。
符号の説明
３ 通路
６ フラップ
７ ブロワ
８ 熱交換器
10 電気ラジエータ
12 ハウジング
13 仕切り壁
14 空間
20 ヒータモジュール
22 金属リボン
25 スイッチ
26 鎧戸状の突起群
26a フィン状部分
35 バス
40 絶縁性支持体
30 制御回路
45 枠体
45a,45b フェンダ
50 金属支持体
56 中間コネクタ
57 板ばね
58 熱溶融性コネクタ

Claims (42)

  1. ハウジング(12)と、このハウジング(22)内に配置された少なくとも１つの電気抵抗であって、ハウジング(22)を通過する空気に直接晒されるように配置され、かつジグザグ形に形成された少なくとも１つの金属リボン(22)からなる電気抵抗と、電源と接続され、前記電気抵抗への給電を制御する制御回路(30)とを具備し、通過する空気を過熱するための電気ラジエータ(10)を備える電気ヒータであって、
    前記電気ラジエータ(10)は、前記ハウジング(12)内で互いに平行に配置されかつハウジング(12)を通過する空気に直接晒されるヒータモジュール(20)の集合体を備え、各ヒータモジュールは、折り畳まれるかまたは波形とされた金属リボン(22)と、金属リボン(22)への給電を適宜停止する制御回路(30)によって制御されるスイッチ(25)とを具備することを特徴とする電気ヒータ。
  2. 前記各ヒータモジュールは、さらに、金属リボン(22)を収容かつ保持する枠体(45)を有する電気絶縁性の支持体(40)を具備することを特徴とする請求項１記載の電気ヒータ。
  3. 前記枠体(45)は、横に倒した金属リボンの波形をなす頂部を間に挟んで保持するためのフェンダ(45a)(45b)と、折り畳まれるかまたは波形とされた金属リボン(22)における各ピークの所定の間隔を保持するためのセパレータ(46)とを有することを特徴とする請求項２記載の電気ヒータ。
  4. 前記ヒータモジュール(20)は、このヒータモジュールを通過する空気に直接晒され、かつ金属リボン(22)と直列に配置される、少なくとも１つの過熱および過電圧保護素子を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電気ヒータ。
  5. 前記保護素子は、金属リボン(22)と直列に配置された少なくとも１つの熱溶融性コネクタ(58)であることを特徴とする請求項４記載の電気ヒータ。
  6. 前記保護素子は、板ばね(57)と、この板ばね(57)の一方の端部および金属リボン(22)の端部間の蝋づけによる熱溶融性コネクタ(58)からなるとともに、前記板ばねの他方の端部は、支持体(40)と関連づけられ、かつ接続端子(56)と電気的に接続されることを特徴とする請求項４記載の電気ヒータ。
  7. 前記熱溶融性コネクタ(58)を構成する蝋は、この電気ヒータの上限温度からみて適切な溶融温度を有することを特徴とする請求項５または６記載の電気ヒータ。
  8. 前記熱溶融性コネクタ(58)を構成する蝋は、共融性の半田から形成されることを特徴とする請求項７記載の電気ヒータ。
  9. 前記板ばね(57)は、ヒータモジュール(20)を通過する空気に直接晒され、かつこの板ばね(57)には、鎧戸状の開放部分が形成されることを特徴とする請求項６記載の電気ヒータ。
  10. 前記板ばね(57)の断面積は、金属リボン(22)のそれよりも小さいか、またはこれと同一であることを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の電気ヒータ。
  11. 前記板ばね(57)の抵抗値は、金属リボン(22)のそれと等しいか、またはこれよりも大きいことを特徴とする請求項６〜１０のいずれかに記載の電気ヒータ。
  12. 電源に接続された金属支持体(50)は、電気絶縁性の支持体(40)の中に取入れられ、金属リボンへ給電しうるようになっていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の電気ヒータ。
  13. スイッチ(25)は、金属支持体(50)に形成された溝を介して、この金属支持体(50)に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の電気ヒータ。
  14. 前記金属支持体(50)には、スイッチ(25)がヒータモジュールを通過する空気に対して放熱しやすくなるようにするための放熱フェンダ(52)が形成されていることを特徴とする請求項１２または１３記載の電気ヒータ。
  15. 前記支持体(40)と関連づけられた板ばね(57)の端部は、金属支持体(50)とは電気的に接続されていない中間コネクタ(56)の端子に恒久的に半田づけされ、金属リボンまたは板ばねと、外部端子またはシリンダ状のバス(35)との電気的な接続を確保していることを特徴とする請求項６〜１４のいずれかに記載の電気ヒータ。
  16. 前記各電気ヒータ(20)は、さらに、金属リボン(22)に直接または間接的に接続され、かつ繰返し使用しうる少なくとも１つの過熱保護手段(61)を備えることを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の電気ヒータ。
  17. 前記過熱保護手段(61)は、過熱時に制御回路(30)が給電を停止しうるように、制御回路(30)に対して、金属リボン(22)または板ばね(57)の温度に関する情報を提供する温度センサであることを特徴とする請求項１６記載の電気ヒータ。
  18. 前記温度センサは、板ばね(57)から熱を受けうるようになっていることを特徴とする請求項１７記載の電気ヒータ。
  19. 前記温度センサは、負の温度係数をもつ電気抵抗、正の温度係数をもつ電気抵抗、バイメタル、および正の実効温度係数をもつポリマー製スイッチから選択される素子を備えていることを特徴とする請求項１７または１８記載の電気ヒータ。
  20. 前記板ばね(57)は、温度センサの機能を確保するため、正の実効温度係数を有することを特徴とする請求項６〜１８のいずれかに記載の電気ヒータ。
  21. 前記各ヒータモジュール(20)は、０〜５００Ｗ、好ましくは３００〜４００Ｗの電力を消費することを特徴とする請求項１〜２０のいずれかに記載の電気ヒータ。
  22. 前記ハウジング(12)は、各ヒータモジュール(20)を収容し、定位置に保持するための空間を含むことを特徴とする請求項１〜２１のいずれかに記載の電気ヒータ。
  23. 前記ハウジング(12)には、カバー(39)が装着されることを特徴とする請求項２２記載の電気ヒータ。
  24. 前記制御回路(30)は、各ヒータモジュール(20)に印加される電圧を変調することによって、電気ラジエータに供給される電力を変化させる手段を備えていることを特徴とする請求項１〜２３のいずれかに記載の電気ヒータ。
  25. 前記制御回路(30)は、パルス幅を変調することによって、電力を変化させる手段を備えていることを特徴とする請求項２４記載の電気ヒータ。
  26. 前記各ヒータモジュール(20)は、互いにほぼ等しい電気抵抗値を有する複数の金属リボン(22)を備えていることを特徴とする請求項１〜２５のいずれかに記載の電気ヒータ。
  27. 前記各ヒータモジュール(20)における各金属リボン(22)は、ピーク間の間隔が、１．８〜６ｍｍの波形をなすことを特徴とする請求項１〜２６のいずれかに記載の電気ヒータ。
  28. 前記各ヒータモジュール(20)における各金属リボン(22)は、各ピークの振幅が、５〜２０ｍｍの波形をなすことを特徴とする請求項１〜２７のいずれかに記載の電気ヒータ。
  29. 前記各ヒータモジュール(20)における各金属リボン(22)の幅は、５〜２０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜２８のいずれかに記載の電気ヒータ。
  30. 前記各ヒータモジュール(20)における各金属リボン(22)の厚さは、５０〜２５０μｍ、好ましくは８０〜１８０μｍであることを特徴とする請求項１〜２９のいずれかに記載の電気ヒータ。
  31. 前記各ヒータモジュール(20)における各金属リボン(22)の材料は、鉄を基材とする合金、または銅を基材とする合金から選択されることを特徴とする請求項１〜３０のいずれかに記載の電気ヒータ。
  32. 前記銅を基材とする合金は、ＣｕＮｉ３０、ＣｕＮｉ４５、またはＣｕＮｉ１８Ｚｎ２０から選択されることを特徴とする請求項３１記載の電気ヒータ。
  33. 前記各ヒータモジュール(20)における各金属リボン(22)の材料は、正の温度係数をもつ抵抗値を示すことを特徴とする請求項３１記載の電気ヒータ。
  34. 前記各金属リボン(22)には、鎧戸(26)の形状をなす開放部分が設けられていることを特徴とする請求項１〜３３のいずれかに記載の電気ヒータ。
  35. 前記鎧戸(26)は、金属リボン(22)の平面に対して２０〜３５°の角度をなすフィン状部分(26a)を含むことを特徴とする請求項３４記載の電気ヒータ。
  36. 前記各金属リボン(22)には、電気絶縁性で、かつ耐食性のコーティングが施されていることを特徴とする請求項１〜３５のいずれかに記載の電気ヒータ。
  37. 前記各金属リボン(22)の断面は、正弦曲線、または三角形、矩形、もしくは台形のパルス形状をなすことを特徴とする請求項１〜３５のいずれかに記載の電気ヒータ。
  38. 空気流の生成装置(７)をさらに備える電気ヒータであって、かつ前記制御回路(30)によって制御されるスイッチ(25)は、電気ラジエータ(10)を通過する空気の流量が最小となったときに、この電気ヒータを過熱から保護するため、金属リボン(22)への給電を停止することを特徴とする請求項１〜３７のいずれかに記載の電気ヒータ。
  39. 前記空気流の生成装置(７)はブロワであり、このブロワの回転速度が、所定の閾値よりも小さくなったときに、金属リボンへの給電を停止するため、ブロワの回転速度を知らせる信号を制御回路30へ送る手段を有することを特徴とする請求項３８記載の電気ヒータ。
  40. 請求項１〜３９のいずれかに記載の電気ヒータを具備することを特徴とする自動車用暖房または空調装置。
  41. 前記電気ヒータは、循環空気の通路において、液体を用いる熱交換器の上流側に設けられていることを特徴とする請求項４０記載の自動車用暖房または空調装置。
  42. 前記電気ヒータは、空気の出口の近傍に設けられていることを特徴とする請求項４０または４１記載の自動車用暖房または空調装置。
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