JP2010040264A - 電気ヒータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通風方向の寸法の拡大を抑制しつつ、一層放熱性能を向上することが可能な電気ヒータ装置を提供すること。
【解決手段】一対の電極板３２、３３が通風方向に直交するように加熱ユニット３０を配置して、通風方向に薄型のＰＴＣヒータ装置とし、電極板３２、３３には、ＰＴＣ素子３１を挟持しない放熱部３２４、３３４に切り起こしたルーバ３２５、３３５を設けている。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＰＴＣ素子を発熱要素として利用する電気ヒータ装置に関する。

従来技術として、下記特許文献１に開示された電気ヒータ装置である正特性サーミスタ装置がある。この正特性サーミスタ装置は、ＰＴＣ素子とＰＴＣ素子を挟持する一対の電極板とを備えており、ＰＴＣ素子や各電極板の積層方向に被加熱気体である空気が流れるようになっている。そして、空気流れ下流側となる電極板には、外方に向かって延びる放熱部が一体的に形成されており、この放熱部には圧力損失を低減するための開口が設けられている。
特開平１１−１４４８４６号公報

しかしながら、上記従来技術の電気ヒータ装置では、被加熱気体の通風方向に直交する方向に電極板が延びているので通風方向の寸法を薄くできるものの、電極板と一体の放熱部を設けたにもかかわらず思いの外放熱性能が向上しないという問題がある。

本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、通風方向の寸法の拡大を抑制しつつ、一層放熱性能を向上することが可能な電気ヒータ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
被加熱気体の通風方向と交差する方向に延びる第１の電極板（３２）と、
第１の電極板に対して被加熱気体流れ下流側に離間して設けられ、被加熱気体の通風方向と交差する方向に延びる第２の電極板（３３）と、
第１の電極板と第２の電極板とに挟持されたＰＴＣ素子（３１）と、を備え、
第１の電極板および第２の電極板のそれぞれが、ＰＴＣ素子を挟持するための挟持部（３２１、３３１）と、挟持部以外の非挟持部（３２２、３３２）と、を有するヒータ装置であって、
第１の電極板および第２の電極板のそれぞれの非挟持部には、切り起こされたルーバ（３２５、３３５）が設けられていることを特徴としている。

これによると、第１の電極板（３２）および第２の電極板（３３）と交差する方向に流れる被加熱気体は、両電極板の非挟持部（３２２、３３２）のルーバ（３２５、３３５）間を流通する際に加熱される。したがって、開口が設けられているだけの場合よりも放熱性能を向上することができる。このようにして、第１の電極板および第２の電極板がともに被加熱気体の通風方向と交差する方向に延び通風方向の寸法の拡大を抑制できるヒータ装置であっても、一層の放熱性能の向上を行なうことができる。

また、請求項２に記載の発明では、第１の電極板の非挟持部に設けられたルーバ（３２５）と、第２の電極板の非挟持部に設けられたルーバ（３３５）とでは、傾斜方向が逆方向となっていることを特徴としている。

これによると、第１の電極板のルーバ（３２５）間を通過する際に流れ方向を若干変更された被加熱気体は、下流側の第２の電極板のルーバ（３３５）間を通過する際には逆方向に流れ方向を変更される。したがって、被加熱気体を下流側の第２の電極板のルーバ（３３５）に確実に接触させやすく、一層確実に放熱性能の向上を行なうことができる。

また、請求項３に記載の発明では、第１の電極板の非挟持部に設けられたルーバ（３２５）と、第２の電極板の非挟持部に設けられたルーバ（３３５）とでは、通風方向から見た形成位置がずれていることを特徴としている。

これによっても、第１の電極板のルーバ（３２５）間を通過した被加熱気体を、下流側の第２の電極板のルーバ（３３５）に確実に接触させやすく、より一層確実に放熱性能の向上を行なうことができる。

また、請求項４に記載の発明では、第１の電極板および第２の電極板の挟持部には、貫通孔（３２６、３３６）が形成されていることを特徴としている。

これによると、両電極板の挟持部（３２１、３３１）でＰＴＣ素子（３１）を挟持するときに、挟持部とＰＴＣ素子との間の空気を貫通孔（３２６、３３６）を介して容易に排出することができ、挟持部とＰＴＣ素子とを確実に密着させることができる。

また、請求項５に記載の発明では、第１の電極板および第２の電極板は、それぞれが帯状なしており、幅方向の中央部に挟持部を有するとともに、挟持部よりも幅方向の両側縁部にある非挟持部にルーバが設けられていることを特徴としている。

これによると、帯状の第１の電極板および第２の電極板の長さや、ルーバが設けられた両側縁部の非挟持部の幅を設定変更することで、放熱能力すなわち被加熱気体を加熱する加熱能力を容易に変更することができる。

また、請求項６に記載の発明では、第１の電極板、第２の電極板、および、ＰＴＣ素子からなり被加熱気体を加熱する加熱ユニット（３０）を、両電極板の幅の方向に複数並設したことを特徴としている。

これによると、電気ヒータ装置（１）への通電量を徐変したり加熱能力を変更したりすることを、容易に行うことが可能である。

なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明を適用した実施の形態を図に基づいて説明する。

図１は、本発明を適用した一実施形態における電気ヒータ装置であるＰＴＣヒータ装置１の正面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。また、図３は、図２のＩＩＩ部拡大図であり、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。また、図５は、ＰＴＣ素子３１を保持するための保持枠体３４を示す斜視図である。

図１に示すＰＴＣヒータ装置１は、例えば、車両用空調装置の空調ユニットに用いられるものであって、空調ケース内においてエンジン冷却水との熱交換で車室内に吹き出す空気を加熱するヒータコアの空気流れ下流側に配設され、ヒータコアを通過した空気を加熱する補助加熱装置をなすものである。

図１に示すように、ＰＴＣヒータ装置１は、外部と電気的接続を行うためのコネクタ部１０と、このコネクタ部１０から突設されて通過する空気を加熱する加熱コア部２０とからなっている。

コネクタ部１０は、例えば樹脂製の（本例では、ポリブチレンテレフタレート樹脂製の）コネクタハウジング１１と、コネクタハウジング１１内に突出した端子部１２とを備えている。コネクタハウジング１１は、前述の空調ユニットに用いられるときに空調ケースへの取付け係止部となるフランジ部１１１を有している。

図１および図２に示すように、加熱コア部２０は、複数の（本例では３つの）加熱ユニット３０を備えている。そして、図３に示すように、加熱ユニット３０は、ＰＴＣ素子３１と、このＰＴＣ素子３１を挟持する一対の電極板３２、３３と、一対の電極板３２、３３の間に配設されてＰＴＣ素子３１を位置決め保持する保持枠体３４とを備えている。

ＰＴＣ素子３１は、温度の上昇に伴って抵抗値が増大する正温度特性を示す感温抵抗素子である。したがって、電圧を印加して自己発熱させたＰＴＣ素子３１は略一定の温度で発熱することができる。ＰＴＣ素子３１としては、例えば、チタン酸バリウムを主成分とするセラミック材料よりなるものを利用することができる。また、その他、酸化バナジウム系セラミック材料からなるものや、ポリマーＰＴＣ等を利用することも可能である。

電極板３２、３３は、金属製（例えば、アルミニウム製もしくは銅合金製）の薄い板部材（例えば板厚０．４ｍｍの板部材）により形成されている。電極板３２、３３は、図１に示すように、いずれも図示左右方向に延びる帯状体をなしており、幅方向（図示上下方向）の中央部に、両者でＰＴＣ素子３１を挟み込んで保持するための挟持部３２１、３３１を複数有している。そして、挟持部３２１、３３１以外の部分である非挟持部３２２、３３２は、固定部３２３、３３３と、放熱部３２４、３３４とを有している。

なお、それぞれの挟持部３２１、３３１には、ほぼ中央部に貫通孔３２６、３３６が形成されている。この貫通孔３２６、３３６は、両電極板３２、３３の挟持部３２１、３３１でＰＴＣ素子３１を挟持する際に、挟持部３２１、３３１とＰＴＣ素子３１との間の空気を排出するためのものであって、貫通孔３２６、３３６を介して空気を完全に排出することで、挟持部３２１、３３１とＰＴＣ素子３１とを確実に密着させることができるようになっている。

また、貫通孔３２６、３３６を設けることで、ＰＴＣ素子３１と両電極板３２、３３とを組付けた後に、ＰＴＣ素子３１の組付け忘れがないか否かを容易に確認することもできる。

固定部３２３、３３３は、各電極板３２、３３の幅方向中央部において隣り合う挟持部３２１、３３１間に位置しており、それぞれの固定部３２３、３３３には、絶縁性を有する例えば樹脂製の固定螺子３５を挿通するための孔部が形成されている。

一方、放熱フィンとしての機能を有する放熱部３２４、３３４は、各電極板３２、３３において、幅方向中央部で交互に設けられた挟持部３２１、３３１および固定部３２３、３３３の幅方向両側（図示上下両側）の縁部に図示左右方向に延びるように設けられている。そして、この放熱部３２４、３３４には、ほぼ全域にわたって複数のルーバ３２５、３３５が切り起こし形成されている。

図３に示すように、両電極板３２、３３は、挟持部３２１、３３１および固定部３２３、３３３からなる中央部と放熱部３２４、３３４との間に段差部が形成されており、挟持部３２１と挟持部３３１との間にＰＴＣ素子３１を挟みこんで保持した際にも、互いのルーバ３２５、３３５が接触しないようになっている。

また、図４に示すように、電極板３２の放熱部３２４に形成されたルーバ３２５と電極板３３の放熱部３３４に形成されたルーバ３３５とは傾斜方向が逆方向となっている。この構成により、風上側（被加熱気体流れ上流側）の電極板３２（第１の電極板に相当）のルーバ３２５間を通過する際に、通風空気は流れ方向を若干図示上方に変更され、風下側（被加熱気体流れ下流側）の電極板３３（第２の電極板に相当）のルーバ３３５間を通過する際には、逆方向（図示下方向）に大きく流れ方向を変更される。

このような空気流れにより、通風空気を上流側の電極板３２のルーバ３２５に確実に接触させることができるばかりでなく、下流側の電極板３３のルーバ３３５にも通風空気を確実に接触させることができ、放熱部３２４、３３４から通風空気への放熱を確実なものとすることができる。

なお、ルーバ３２５、３３５の切り起こし角度（ルーバ傾斜角度）Ｄは、通風抵抗から２０°以上であることが好ましく、放熱性能（空気加熱性能）からは６０°以下であることが好ましい。また、切り起こし角度Ｄは、通風抵抗および放熱性能から４０〜５０°であればより好ましい。

電極板３２、３３は、図１図示左方端部において幅の狭い突出部を有しており、この突出部がコネクタハウジング１１内に突出して前述の端子部１２を形成している。

電極板３２、３３間に配設されるＰＴＣ素子３１を位置決め保持するための保持枠体３４は、絶縁性を有する例えば樹脂製（本例では、ガラス繊維を含有するポリアミド６６樹脂製）であり、図５に示すように、厚肉部３４１と薄肉部３４２とが一体成形されて断面形状は略Ｈ形状をなしている。薄肉部３４２には、ＰＴＣ素子３１の外形に対応して矩形状の貫通孔をなし、内部にＰＴＣ素子３１を保持する保持部３４３が形成されている。

そして、図３から明らかなように、保持枠体３４の薄肉部３４２は、ＰＴＣ素子３１とともに電極板３２、３３の挟持部３２１、３３１間および固定部３２３、３３３間に配設され、厚肉部３４１は、前述の段差部に沿うように電極板３２、３３の放熱部３２４、３３４間に配設されている。なお、薄肉部３４２の厚さはＰＴＣ素子３１の厚さよりも若干薄くなっており、電極板３２、３３の電極部である挟持部３２１、３３１とＰＴＣ素子３１との密着を阻害しないようになっている。

図示は省略しているが、保持枠体３４の薄肉部３４２にも前述の固定螺子３５を挿通するための貫通孔が形成されている。

上述した構成の加熱ユニット３０は、図１および図２に示すように、電極板３２、３３の幅方向（図示上下方向）に複数（本例では３つ）並設されて、絶縁棒部材４０およびエンドキャップ５０とともに加熱コア部２０を構成している。

絶縁棒部材４０は、樹脂製（本例では、ガラス繊維を含有するポリアミド６６樹脂製）の円柱状の部材であり、端子部１２を除く電極板３２、３３とほぼ同じ長さを有しており、複数並設された加熱ユニット３０の間および両端（図示上下両端）に配設されている。

図３に示すように、絶縁棒部材４０の直径は、電極板３２、３３の間隔よりも若干大きく設定されており、同一加熱ユニット３０における電極板３２と電極板３３とを離間するとともに、隣り合う加熱ユニット３０の電極板３２同士および電極板３３同士を離間するようになっている。絶縁棒部材４０は、所謂絶縁スペーサである。

絶縁棒部材４０は、断面が円形状であるため、加熱コア部２０に被加熱気体である空気が通風する際に、通風抵抗となり難い。

エンドキャップ５０も樹脂製（本例では、ポリブチレンテレフタレート樹脂製）の部材であり、複数の加熱ユニット３０および複数の絶縁棒部材４０の図１図示右方端部（コネクタ部１０側とは反対側の端部）を包み込むように装着されている。

上述の構成のＰＴＣヒータ装置１は、加熱コア部２０が被加熱気体である空気の通風方向とほぼ直交する方向に延びるように配置されて用いられる。すなわち、各加熱ユニット３０の電極板３２、３３は、被加熱気体である空気の通風方向とほぼ直交する方向に延びるように配置される。

そして、コネクタ部１０の端子部１２から電極板３２、３３間に電圧が印加されると、両電極板３２、３３の挟持部３２１、３３１間に挟持されたＰＴＣ素子３１に電圧印加され電流が流れる。この通電によりＰＴＣ素子３１は発熱し、発熱した熱量は電極板３２、３３の挟持部３２１、３３１から放熱部３２４、３３４に伝導され、放熱部３２４、３３４のルーバ３２５、３３５間を図４に示したように流通する空気に放熱され空気を加熱する。

上述の構成および作動によれば、複数の加熱ユニット３０を有する加熱コア部２０を通風方向に非常に薄く形成することができる。本例のＰＴＣヒータ装置１では、通風方向の厚さを約６ｍｍとしている。これにより、ＰＴＣヒータ装置１を車両用空調装置の空調ユニットに用いた場合には、空調ユニットの体格を小型化することが可能である。また、ＰＴＣヒータ装置１を比較的少ない部品で構成できるので、製造コストも抑制することが可能である。

このように、通風方向に非常に薄型のＰＴＣヒータ装置１であっても、加熱コア部２０の各加熱ユニット３０の電極板３２、３３には、ＰＴＣ素子３１を挟持しない非挟持部３２２、３３２の一部である放熱部３２４、３３４に、切り起こしたルーバ３２５、３３５を設けている。したがって、放熱部に開口が設けられていない場合や放熱部に開口が設けられているだけの場合よりも放熱性能を向上することができる。

このようにして、電極板３２、３３がともに被加熱気体である空気の通風方向と直交する方向に延び通風方向の寸法の拡大を抑制できるヒータ装置であっても、一層の放熱性能の向上を行なうことができる。

また、電極部としての機能と放熱フィンとしての機能を備える電極板３２、３３は、それぞれが帯状体をなしており、幅方向の中央部に挟持部３２１、３３１を有するとともに、挟持部３２１、３３１よりも幅方向の両側縁部にある非挟持部である放熱部３２４、３３４にルーバ３２５、３３５を設けている。

これによると、帯状の電極板３２、３３の長さや、放熱部３２４、３３４の幅を設定変更することで、放熱能力すなわち被加熱気体である空気を加熱する加熱能力を容易に変更することができる。

また、加熱コア部２０には、加熱ユニット３０が両電極板３２、３３の幅方向（通風方向に直交する方向）に複数並設されている。したがって、通電する加熱ユニット３０の数を変更することで加熱能力を容易に変更することができる。また、通電開始時には通電する加熱ユニット数を漸次増大させ、通電終了時には通電する加熱ユニット数を漸次減少させることが可能である。これによると、電源への負担が少なく電源電圧の安定化に寄与することが可能である。

（他の実施形態）
上記一実施形態では、図４に示したように、電極板３２のルーバ３２５と電極板３３のルーバ３３５とは、傾斜方向が逆方向であり、通風方向から見て同じ位置に形成されていたが、通風方向から見た位置がずれているものであってもよい。例えば、電極板３２のルーバ３２５形成位置に対して電極板３３のルーバ３３５形成位置を半ピッチ（ルーバ形成ピッチの半分）ずらすものであってもよい。

また、両電極板のルーバの傾斜方向を同一方向として、通風方向から見たルーバの形成位置をずらすものであってもよい。また、充分な放熱性能が確保できるものであれば、両電極板のルーバの傾斜方向を同一方向として、通風方向から見たルーバの形成位置を同一とするものであってもよい。

また、上記一実施形態では、加熱ユニット３０における挟持部３２１、３３１、固定部３２３、３３３、放熱部３２４、３３４の配置構成は、図１に示したような形態であったが、これに限定されるものではなく、他の配置構成とするものであってもよい。

また、電極板３２、３３間にＰＴＣ素子３１を挟みこんで固定し加熱ユニット３０を形成する際の固定手段は固定螺子３５であったが、これに限定されるものではない。例えば、絶縁材からなるリベット等を固定手段とするものであってもよい。

また、上記一実施形態では、加熱ユニット３０の電極板３２、３３は、それぞれが被加熱気体である空気の通風方向に直交するものであったが、電極板が通風方向と交差するものであればよい。また、上記一実施形態のように電極板３２、３３同士が平行配置されるものに限定されるものではない。

また、上記一実施形態では、被加熱気体は空気であったが、これに限定されるものではない。また、ＰＴＣヒータ装置１の用途も、車両用空調装置の補助ヒータ装置に限定するものではない。他に用いられるＰＴＣヒータ装置に本発明を適用しても有効である。

本発明を適用した一実施形態におけるＰＴＣヒータ装置１の正面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図２のＩＩＩ部拡大図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 ＰＴＣ素子３１を保持するための保持枠体３４の斜視図である。

符号の説明

１ ＰＴＣヒータ装置（電気ヒータ装置）
１０ コネクタ部
２０ 加熱コア部
３０ 加熱ユニット
３１ ＰＴＣ素子
３２ 電極板（第１の電極板）
３３ 電極板（第２の電極板）
３２１、３３１ 挟持部
３２２、３３２ 非挟持部
３２４、３３４ 放熱部
３２５、３３５ ルーバ
３２６、３３６ 貫通孔（空気抜き穴）

Claims (6)

1. 被加熱気体の通風方向と交差する方向に延びる第１の電極板（３２）と、
   前記第１の電極板に対して被加熱気体流れ下流側に離間して設けられ、被加熱気体の通風方向と交差する方向に延びる第２の電極板（３３）と、
   前記第１の電極板と前記第２の電極板とに挟持されたＰＴＣ素子（３１）と、を備え、
   前記第１の電極板および前記第２の電極板のそれぞれが、前記ＰＴＣ素子を挟持するための挟持部（３２１、３３１）と、前記挟持部以外の非挟持部（３２２、３３２）と、を有するヒータ装置であって、
   前記第１の電極板および前記第２の電極板のそれぞれの前記非挟持部には、切り起こされたルーバ（３２５、３３５）が設けられていることを特徴とする電気ヒータ装置。
2. 前記第１の電極板の前記非挟持部に設けられた前記ルーバ（３２５）と、前記第２の電極板の前記非挟持部に設けられた前記ルーバ（３３５）とでは、傾斜方向が逆方向となっていることを特徴とする請求項１に記載の電気ヒータ装置。
3. 前記第１の電極板の前記非挟持部に設けられた前記ルーバ（３２５）と、前記第２の電極板の前記非挟持部に設けられた前記ルーバ（３３５）とでは、前記通風方向から見た形成位置がずれていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気ヒータ装置。
4. 前記第１の電極板および前記第２の電極板の前記挟持部には、貫通孔（３２６、３３６）が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電気ヒータ装置。
5. 前記第１の電極板および前記第２の電極板は、それぞれが帯状なしており、幅方向の中央部に前記挟持部を有するとともに、前記挟持部よりも前記幅方向の両側縁部にある前記非挟持部に前記ルーバが設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか記載の電気ヒータ装置。
6. 前記第１の電極板、前記第２の電極板、および、前記ＰＴＣ素子からなり被加熱気体を加熱する加熱ユニット（３０）を、前記幅方向に複数並設したことを特徴とする請求項５に記載の電気ヒータ装置。

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