JP2013124566A5 - - Google Patents
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本発明は、車両に搭載されたエンジンルームに生じるブローバイガスの還流路に設けて、ブローバイガスに含まれる水分を凍結させないようにブローバイガスの温度を上昇させるブローバイガスヒーターに関する。
ブローバイガスの温度を上昇させるものとして、ブローバイガスを吸気系に戻す還流路の吸気系との接続部近傍にヒーター(ブローバイガスヒーター)を設けてブローバイガスの温度を上昇させるものがある。
図14、図15に基づいて、車両に搭載されたエンジン102に生じるブローバイガスの還流路とブローバイガスヒーターが介挿される部分を説明する。
エンジンルーム101に搭載されるエンジン102から排出されるブローバイガスは、ブローバイガス出口103からブローバイガス還流管104、ブローバイガスヒーター105、ブローバイガス入口106を通り、中間ホース107に至り、シリンダヘッド110に供給される。一方、吸気系における吸気は、エアクリーナ108から吸気ホース109を通り中間ホース107に至り、シリンダヘッド110に供給される。すなわちT字状の中間ホース107によりブローバイガスと吸気系の吸気とが合流してシリンダヘッド110に供給されるところ、ブローバイガスは湿気を多く含むので結露を防止するために合流前に温度を上昇させるのがブローバイガスヒーターである。
図14、図15に基づいて、車両に搭載されたエンジン102に生じるブローバイガスの還流路とブローバイガスヒーターが介挿される部分を説明する。
エンジンルーム101に搭載されるエンジン102から排出されるブローバイガスは、ブローバイガス出口103からブローバイガス還流管104、ブローバイガスヒーター105、ブローバイガス入口106を通り、中間ホース107に至り、シリンダヘッド110に供給される。一方、吸気系における吸気は、エアクリーナ108から吸気ホース109を通り中間ホース107に至り、シリンダヘッド110に供給される。すなわちT字状の中間ホース107によりブローバイガスと吸気系の吸気とが合流してシリンダヘッド110に供給されるところ、ブローバイガスは湿気を多く含むので結露を防止するために合流前に温度を上昇させるのがブローバイガスヒーターである。
図16及び図17に示すように、PTC素子を用いたブローバイガスヒーター201の従来例を説明する。このブローバイガスヒーター201は、樹脂製のヒーター基体202と、銅管203と、PTC素子204を主要構成部材とする。銅管203は、図17に示すように、略平坦な平板部203aと、この平板部203aの幅方向両側から正面視略U字状をなす湾曲板部203bにより略筒状を形成される。図16(b)に示すように、PTC素子204は、平板部203a上に載置された状態で接合され、一方の電極204aは、電力供給部205のプラス側端子205aに接触し、他方の電極204bは銅管203の平板部203aを介して電力供給部205のマイナス側端子205bに接触している。これにより、電気的閉回路が形成され、PTC素子204に電力が供給されると、PTC素子204が発熱する。このPTC素子204は平板部203aに接触しているので、PTC素子204の熱が銅管203に伝わり、銅管203の内部を通気するブローバイガスの温度を上昇させることができる。
その他に、PTC素子を用いてブローバイガスの温度を上昇させるものとして、特許文献1に記載の先行技術がある。これは、ヒータ本体を電極で挟んだ状態で収納するケース及びケースに接合された発熱体をジョイントチューブの中央部に配置する。これにより、チューブ内部の発熱体によりブローバイガスの温度を上昇させるものがあった。
ところで、ブローバイガスの温度を上昇させる場合、ブローバイガスヒーターの銅管の先端部は、吸気管(吸気系の空気通路)に差し込まれ、吸気口(吸気系の空気取り入れ口)から入ってくる風によって冷却される。例えば、車両が100km/hで走行する場合であっても、銅管は0度以上に保たれるようなPTC素子のヒーター容量が必要となる。つまり、想定し得る最も厳しい環境下に車両がおかれた状態で、ブローバイガスに含まれる水分を凍結させないように、PTC素子に相当のヒーター容量を持たせる必要がある。
また、それほど厳しくない環境下に車両がおかれた状態では、必要以上にブローバイガスの温度が上がってしまうという事態を招来する虞があるのである。このような事態を招来すると、無駄な電力消費や、構成部材の高耐熱化によるコストアップの要因にもなり得る。
また、それほど厳しくない環境下に車両がおかれた状態では、必要以上にブローバイガスの温度が上がってしまうという事態を招来する虞があるのである。このような事態を招来すると、無駄な電力消費や、構成部材の高耐熱化によるコストアップの要因にもなり得る。
本発明は、係る事由に鑑みてなしたものであり、その目的とするところは、低温環境下にあっても適切に0度以上に保たれるヒーター容量を維持し、しかも消費電力を低減させられるブローバイガスヒーターを提供することにある。
そこで、本発明のブローバイガスヒーターは、車両に搭載されたエンジンルームに生じるブローバイガスの還流路に設けられるブローバイガスヒーターであって、ブローバイガスが流入する流入口と、ブローバイガスが流出する流出口と、これら流入口及び流出口の間に位置するガス通路と、電力供給部と、を有するヒーター基体と、略筒状をなし、少なくとも前記流出口に配設されてガス通路の一部となる熱伝導性を有する管と、略平板状をなして対向する一方及び他方の面にそれぞれ電極を有し、前記電力供給部から電力が供給されて発熱するPTC素子と、を備え、前記管は、前記PTC素子の当該一方及び他方の面にそれぞれ対面して熱伝導を行う第一受熱部及び第二受熱部を有し、前記PTC素子への電力供給が電気的閉回路を形成しつつ、前記受熱部は前記PTC素子が発する熱を前記管に伝導することを特徴とすることを特徴とする。
また、前記管は導電性も有するものであり、少なくとも前記PTC素子の一方電極に対して、前記管、及び、前記第一受熱部と前記第二受熱部とのうち一方の受熱部を介して前記電力供給部から電力を供給することが好ましい。
また、前記管は、上側が略平坦な平板部で、平板部の幅方向両端から略U字状をなす湾曲板部が形成される略筒状をなすものであって、前記平板部に連続し、所定間隔をもって対向して配置する第一受熱部と、第二受熱部を形成し、この第一受熱部と第二受熱部との間にPTC素子を配置したことが好ましい。
また、前記管は、導電性を有するものとし、略筒状の軸方向において分離して形成された上流側管部と下流側管部からなり、上流側管部を前記PTC素子の一方の電極に接続される接続端子部、下流側管部を他方の電極に電気的に接続される接続端子部とし、上流側管部と下流側管部は電気的に非接触とすることが好ましい。
本発明に係るブローバイガスヒーターによれば、銅管は、PTC素子の一方電極と他方電極にそれぞれ対面して熱伝導が行われる第一受熱部と第二受熱部を有し、PTC素子が発する熱をその両面から両受熱部を介して導管に直接的に伝導することで、効率的な熱伝導が可能になる。そのため、低温環境下にあっても適切にブローバイガスの温度を上昇させることができる。
本発明を実施の形態を図面に沿って説明する。
ブローバイガスヒーター1の第1実施形態を図1〜図3に基づいて説明する。ブローバイガスヒーター1は、ヒーター基体11と、銅管21と、PTC素子31を主要構成部材としている。
ブローバイガスヒーター1の第1実施形態を図1〜図3に基づいて説明する。ブローバイガスヒーター1は、ヒーター基体11と、銅管21と、PTC素子31を主要構成部材としている。
ヒーター基体11は、図1(a)、(b)、(c)に示すように、ブローバイガスが矢印線Zの方向へ流れるため、ブローバイガスが流入する流入口12と、ブローバイガスが流出する流出口13と、これら流入口12及び流出口13をつなぐガス通路14からなり、ガス通路14の上側に電力供給部15が形成される。ヒーター基体11は、電力供給部15の導電部材以外は合成樹脂製であり、銅管21を覆うように形成されている。
ガス通路14は、流入口12から、90度に近い鈍角状に曲がる屈曲部16までの縦方向通路14aと、屈曲部16から流出口13までの間で、縦方向通路14aよりやや長い横方向通路14bとからなる。
銅管21はヒーター基体11の内部に配置し、横方向通路14bに沿い、屈曲部16付近にまで達するように配置される。これにより、銅管21がガス通路14の一部となっている。
なお、ガス通路14はかかる屈曲部16を有するものであることは必ずしも必要ではなく、なお、ガス通路の流入口12と流出口13は直線的に構成されてもよい。要はエンジン付近への取り付け、ブローバイガス還流路の取り回しの関係で決まる。
銅管21はヒーター基体11の内部に配置し、横方向通路14bに沿い、屈曲部16付近にまで達するように配置される。これにより、銅管21がガス通路14の一部となっている。
なお、ガス通路14はかかる屈曲部16を有するものであることは必ずしも必要ではなく、なお、ガス通路の流入口12と流出口13は直線的に構成されてもよい。要はエンジン付近への取り付け、ブローバイガス還流路の取り回しの関係で決まる。
また、電力供給部15は、横方向通路14bの上側であって、その横方向通路14bのうち縦方向通路14a側の位置から、下方向へ延びる縦方向通路14aとは反対側に向けて突設されている。この電力供給部15は、図外電源回路に接続されるプラス側端子15aとマイナス側端子15bを有する。これら両端子15a、15bは、金属薄板製で長板状をなし、中間部17がヒーター基体11に支持固定され、両端子15a、15bの先端が曲成されており、後述するように銅管21との電気的に接触している(図1(b)参照)。
上記のごとく、銅管21は、略筒状をなし、少なくとも流出口13に配設されてブローバイガスの通路の一部となる。銅管21は熱伝導性があり、導電性を有する性質を有する管であるが、銅のものに限らず熱伝導性と導電性があればその他の材質であってもよい。
図1(b)に示すように、銅管21は、ヒーター基体11の流出口13から外方(図1(b)の左側方向)へ突出する突出部22を有している。
なお、本実施例では突出部22が形成されているが、銅管21がヒーター基体11の内部に完全に収納されているものであってもよい。
なお、本実施例では突出部22が形成されているが、銅管21がヒーター基体11の内部に完全に収納されているものであってもよい。
この実施形態では、図2に示すように、銅管21は、略筒状の軸方向において分離して形成された上流側管部23と下流側管部24とよりなる。
上流側管部23は、略平坦な平板部23aと、その平板部23aの幅方向両側から正面視略U字状をなす湾曲板部23bとからなり、両者により略筒状を形成する。下流側管部24も同様に略平坦な平板部24aと、その平板部24aの幅方向両側から正面視略U字状をなす湾曲板部24bとからなり、両者により略筒状を形成する。この略筒状の上流側管部23はガス通路14の横方向通路14bにおいてブローバイガスの上流側に配設され、下流側管部24はブローバイガスの下流側で流出口13側に配設される。
なお、後述のように上流側管部23と下流側管部24とは接触することなくヒーター基体11の内部に配設されるが、ヒーター基体11がその周囲を覆っているので、ブローバイガスは漏れることなく、ガス通路14を通気することができる。これにより、上流側管部23と下流側管部24とはヒーター基体11によりガス通路14を形成しつつ、両者は後述のように電気的に非接触としている。
上流側管部23は、略平坦な平板部23aと、その平板部23aの幅方向両側から正面視略U字状をなす湾曲板部23bとからなり、両者により略筒状を形成する。下流側管部24も同様に略平坦な平板部24aと、その平板部24aの幅方向両側から正面視略U字状をなす湾曲板部24bとからなり、両者により略筒状を形成する。この略筒状の上流側管部23はガス通路14の横方向通路14bにおいてブローバイガスの上流側に配設され、下流側管部24はブローバイガスの下流側で流出口13側に配設される。
なお、後述のように上流側管部23と下流側管部24とは接触することなくヒーター基体11の内部に配設されるが、ヒーター基体11がその周囲を覆っているので、ブローバイガスは漏れることなく、ガス通路14を通気することができる。これにより、上流側管部23と下流側管部24とはヒーター基体11によりガス通路14を形成しつつ、両者は後述のように電気的に非接触としている。
図2及び図1(b)に示すように、上流側管部23の湾曲板部23bの長手方向奥側(図2の右奥側)は、斜め方向に傾斜するように切除される傾斜部25が形成される。上流側管部23は略筒状に形成されているので、傾斜部25ではその傾斜に沿って開口された状態となる。
ヒーター基体11の縦方向通路14aは、この傾斜部25と連通するように形成され、屈曲部16で屈曲して形成している。
ヒーター基体11の縦方向通路14aは、この傾斜部25と連通するように形成され、屈曲部16で屈曲して形成している。
図2に示すように、上流側管部23の平板部23aの上流側には、電力供給部15のマイナス側端子15bの先端が接触する接触面26を有する。
平板部23aの下流側端面を延長し、上方に傾斜させた後に下流側管部24の平板部24aと平行になるようにした対向平板部27が立設されている。この対向平板部27は後述するように下流側管部24の平板部24aに対し所定間隔でもって対向配置するように形成されている。
また、平板部23aの下流側端面から長手方向の中央付近にかけて、平板部23aの幅方向中央部分から所定幅の切り欠き28が形成されている。
平板部23aの下流側端面を延長し、上方に傾斜させた後に下流側管部24の平板部24aと平行になるようにした対向平板部27が立設されている。この対向平板部27は後述するように下流側管部24の平板部24aに対し所定間隔でもって対向配置するように形成されている。
また、平板部23aの下流側端面から長手方向の中央付近にかけて、平板部23aの幅方向中央部分から所定幅の切り欠き28が形成されている。
図2及び図1(b)、(c)に示すように、対向平板部27は、後述するPTC素子31の外径より幅広であり、上方に傾斜したことによって下流側管部24の平板部24aからPTC素子31の厚さ分だけ上方で、下流側管部24と平行するように立設されている。
これにより、下流側管部24の平板部24aと対向平板部27とによりPTC素子31を上下から狭持するように接触することが可能になる。
これにより、下流側管部24の平板部24aと対向平板部27とによりPTC素子31を上下から狭持するように接触することが可能になる。
ここで重要なことは、この対向平板部27は、PTC素子31の一方電極32に対面して熱伝導が行われる第一受熱部として機能し、PTC素子31が発する熱を、対向平板部27(第一受熱部)を介して銅管21(詳しくは上流側管部23)に熱伝導されるようにしていることである。
また、この上流側管部23の一部である対向平板部27は、電力供給部15からマイナス側端子15b、接触面26、上流側管部23を介し、PTC素子31の一方電極32に電力を供給するための、電気的に接続される接続端子部にもなっている。
また、この上流側管部23の一部である対向平板部27は、電力供給部15からマイナス側端子15b、接触面26、上流側管部23を介し、PTC素子31の一方電極32に電力を供給するための、電気的に接続される接続端子部にもなっている。
下流側管部24は、上記のごとく略平坦な平板部24aと湾曲板部24bとからなる略筒状のものであるが、平板部24aの上流側端面のうち幅方向中央部分から上流側に延長して連設される細幅の延長片29を有する。
この延長片29の位置は、上流側管部23と下流側管部24とを組み合わせてヒーター基体11に取り付けた場合に、上流側管部23の切り欠き28の位置にあり、切り欠き28の長手方向長さよりも短く、その幅方向長さより細幅である。そのため、この延長片29は上流側管部23に接触することがない。
この延長片29の位置は、上流側管部23と下流側管部24とを組み合わせてヒーター基体11に取り付けた場合に、上流側管部23の切り欠き28の位置にあり、切り欠き28の長手方向長さよりも短く、その幅方向長さより細幅である。そのため、この延長片29は上流側管部23に接触することがない。
ここで重要なことは、この下流側管部24の平板部24a、より詳しくは前述した対向平板部27に対向する位置にある部分は、PTC素子31の他方電極33に対面して熱伝導が行われる第二受熱部として機能し、PTC素子31が発する熱を、平板部24a(第二受熱部)を介して銅管21(詳しくは下流側管部24)に熱伝導されるようにしていることである。
また、この下流側管部24の一部である平板部24aは、電力供給部15からプラス側端子15a、延長片29、下流側管部24を介し、PTC素子31の他方電極33に電力を供給するための、電気的に接続される接続端子部にもなっている。
また、この下流側管部24の一部である平板部24aは、電力供給部15からプラス側端子15a、延長片29、下流側管部24を介し、PTC素子31の他方電極33に電力を供給するための、電気的に接続される接続端子部にもなっている。
図1(b)に示すように、上記上流側管部23と下流側管部24とは、ヒーター基体11にインサート成形することが望ましく、その内部に収納される。この場合、上流側管部23の下流側端縁と下流側管部24の上流側端縁とは、非接触であり、下流側管部24から延長される延長片29も上流側管部23の切り欠き28の位置で接触せずに位置している。そのため、電力供給部15からPTC素子31への電力供給が上流側管部23、下流側管部24を介して行っているが、電気的には互いに絶縁され、ショートすることなく電気的閉回路を形成している。
なお、この実施形態では、対向平板部27(第一受熱部)と下流側管部24の平板部24a(第二受熱部)とがPTC素子31に対する電気的な接続端子部としても機能させているが、別途端子板を設けてPTC素子31の電極32、33に電気的に接続されるようにしてもよい。
なお、この実施形態では、対向平板部27(第一受熱部)と下流側管部24の平板部24a(第二受熱部)とがPTC素子31に対する電気的な接続端子部としても機能させているが、別途端子板を設けてPTC素子31の電極32、33に電気的に接続されるようにしてもよい。
次にPTC素子31について説明する。
PTC素子31は、図3、図4に示すように、略平板状をなして対向する一方及び他方面にそれぞれ電極32、33を有するものであり、銅管21を介して電力供給部15から両電極32、33に電力が供給されると発熱する。
PTC素子31は、チタン酸バリウムを主成分とした半導体セラミックスであり、この実施形態では、外径12mm、厚さ1.8mmの円形平板状で、電極32、33は半導体セラミックスの外径よりやや小さい円形状のAg材製であり、半導体セラミックスに焼き付けられているものを用いている。
このPTC素子31は、ある温度に至ると急激に抵抗が増大する、所謂キュリー温度を持つ抵抗素子であるため、銅管21が所定の温度に達すると発熱量が制限され、放熱と発熱のバランスがとれた状態の温度を維持することができる。
PTC素子31は、図3、図4に示すように、略平板状をなして対向する一方及び他方面にそれぞれ電極32、33を有するものであり、銅管21を介して電力供給部15から両電極32、33に電力が供給されると発熱する。
PTC素子31は、チタン酸バリウムを主成分とした半導体セラミックスであり、この実施形態では、外径12mm、厚さ1.8mmの円形平板状で、電極32、33は半導体セラミックスの外径よりやや小さい円形状のAg材製であり、半導体セラミックスに焼き付けられているものを用いている。
このPTC素子31は、ある温度に至ると急激に抵抗が増大する、所謂キュリー温度を持つ抵抗素子であるため、銅管21が所定の温度に達すると発熱量が制限され、放熱と発熱のバランスがとれた状態の温度を維持することができる。
図1(b)、(c)に示すように、このブローバイガスヒーター1は、電力供給部15から銅管21の第一受熱部としても機能する上流側管部23の対向平板部27、第二受熱部としても機能する下流側管部24の平板部24aを介して電力供給を受けたPTC素子が所定の抵抗−温度特性に基づいて温度制御され、それにより銅管21が所望の温度になってブローバイガスを好ましい温度に上昇させる。
図1(b)、(c)に示すように、PTC素子31をブローバイガスヒーター1への取り付けは、下流側管部24の平板部24aの上側にPTC素子31を配置し、上流側管部23の対向平板部27がPTC素子31の上側に位置するように配置する。この場合に、PTC素子31の周囲にOリング35を配置する。このOリング35によりPTC素子31やその電極32,33およびそれに接触している第一受熱部として機能する上流側管部23の対向平板部27、第二受熱部として機能する下流側管部24の平板部24aなどが、外部からの水、油、ガス等に触れないようそれらの浸入を防止する。
また、図1(b)に示すように、下流側管部24の平板部24aと対向平板部27との間にPTC素子31を狭持させるように配置し、その対向平板部27の下流側の端部において開放される部分を封止するためにシール材36を配置する。
PTC素子31とOリング35を下流側管部24の平板部24aと対向平板部27との間に配置するために滑り込ませるとき、PTC素子31の電極32、33はAg材で表面が柔らかいものであるため、その表面を傷付けるおそれがある。そこで、PTC素子31は、図4に示すように、導電性の金属板、例えば銅板で作成した補助電極板34を電極32、33に導電性接着剤37で固定した状態で用いるのが好ましい。これにより、電気的接触と熱伝導をより確実に行えることが可能になる。
なお、電極32、33に補助電極板34、34が固定されているので、正確には対向平板部27、平板部24aはこの補助電極板34、34と接触しているが、本件では説明の簡易のため、電極32、33と接触すると記載している。
なお、電極32、33に補助電極板34、34が固定されているので、正確には対向平板部27、平板部24aはこの補助電極板34、34と接触しているが、本件では説明の簡易のため、電極32、33と接触すると記載している。
ここで、図16、17に示す背景技術で述べたブローバイガスヒーター201を比較例にあげ、詳細に対比して本発明のブローバイガスヒーター1との差異を説明する。
一般的な、PTC素子の抵抗‐温度特性(横軸は温度度、縦軸は抵抗Ω)を図5に示す。 PTC素子は、抵抗Rがある温度を超えると急激に増加する。今、常温25℃のときの抵抗Rが2倍になるところの温度Tcをキュリー温度と称している。例えば、R=12Ω、Tc=100℃のPTC素子に12Vを印加した場合、当初は1A(12V/12Ω)の電流が流れる。そして、PTC素子は、キュリー温度以下のある部分までは若干減少するものの、温度上昇するにつれ抵抗が増加するので、100℃付近での電流は0.5A(12V/24Ω)となる。さらに放置すればキュリー温度Tcより若干高い温度まで上昇するものの、温度の上昇は大幅に抑制される。その状態では抵抗が増加し、電流は0.5A以下となる。すなわち、発熱と放熱のバランスのとれた状態で、所定値でもって温度が安定する。
一般的な、PTC素子の抵抗‐温度特性(横軸は温度度、縦軸は抵抗Ω)を図5に示す。 PTC素子は、抵抗Rがある温度を超えると急激に増加する。今、常温25℃のときの抵抗Rが2倍になるところの温度Tcをキュリー温度と称している。例えば、R=12Ω、Tc=100℃のPTC素子に12Vを印加した場合、当初は1A(12V/12Ω)の電流が流れる。そして、PTC素子は、キュリー温度以下のある部分までは若干減少するものの、温度上昇するにつれ抵抗が増加するので、100℃付近での電流は0.5A(12V/24Ω)となる。さらに放置すればキュリー温度Tcより若干高い温度まで上昇するものの、温度の上昇は大幅に抑制される。その状態では抵抗が増加し、電流は0.5A以下となる。すなわち、発熱と放熱のバランスのとれた状態で、所定値でもって温度が安定する。
図16、17に示す従来例のブローバイガスヒーター201の外気温度別に各部の温度を測定した結果を図6に示す。図16(b)に示すように、温度T1は銅管203の平板部203aの下流側がヒーター基体202から突出した部分の位置における温度、温度T2はPTC素子204の他方電極204bに銅管203の平板部203aが接する位置での平板部203aの温度、温度T3はPTC素子204の一方電極204aの温度である。
図6に示すように、外気温度が0℃の場合、T1=20℃、T2=40℃、T3=110℃となる。このとき、電流は0.33A(消費電力は12V×0.33A=4W)であった。外気温度が−15℃に下がった場合、T1=2℃、T2=12℃、T3=100℃となった。このときの電流は0.5A(消費電力は12V×0.5A=6W)であった。さらに、外気温度が−30℃に下がった場合、T1=−5℃、T2=5℃、T3=95℃となった。このときの電流は0.67A(消費電力は12V×0.67A=8W)であった。
これらの結果から、外気温度が−30℃になったとき、T1が0℃以下になることが問題である。これは、図7に示すように、外気温度が−30℃のときに消費電力が8Wでは発生熱量が不足していることを意味している。仮に、−30℃のときに消費電力12Wを出すことができるPTC素子を用いればT1を0℃以上に維持できるのであるが、このPTC素子204では8Wの消費電力しか出すことができない。
なお、図7において−30℃のときに12W、−15℃のとき4〜5W、0℃のときに2〜3Wとする曲線は、銅管のT1温度を0℃にするために想定したものである。
なお、図7において−30℃のときに12W、−15℃のとき4〜5W、0℃のときに2〜3Wとする曲線は、銅管のT1温度を0℃にするために想定したものである。
別の観点では、本来12Ωの抵抗値を持つPTC素子に電圧12Vを印加すると電力は12W(12V×12V/12Ω)になるのであるが、温度T2と温度T3には温度差が生じる。ここで、温度差(℃)は、熱抵抗(℃/W)×熱源の熱量(W)で表される。図16(b)に示すように、PTC素子204の他方電極204bから銅管203の平板部203aに熱が伝導されるが、PTC素子204の一方電極204aの上側は熱が空気を介して放熱するのみである。
これにより、温度T2と温度T3には温度差が生じ、効率的に熱伝導を行うことができない。また、温度T1と温度T2にも、熱源、すなわちPTC素子204からの距離によって決まる熱勾配分の差が生じるので、外気温度の差が略そのまま平行移動する形となる。温度T3が70〜80℃に納まれば、PTC素子204の抵抗は12Ωもしくはそれより少し低い値になるので12Wの電力を出し得るのであるが、現実には温度T3がキュリー温度Tcに近づき、抵抗値が初期値より増加して、結果的に発生熱量の不足という事態になる。
これにより、温度T2と温度T3には温度差が生じ、効率的に熱伝導を行うことができない。また、温度T1と温度T2にも、熱源、すなわちPTC素子204からの距離によって決まる熱勾配分の差が生じるので、外気温度の差が略そのまま平行移動する形となる。温度T3が70〜80℃に納まれば、PTC素子204の抵抗は12Ωもしくはそれより少し低い値になるので12Wの電力を出し得るのであるが、現実には温度T3がキュリー温度Tcに近づき、抵抗値が初期値より増加して、結果的に発生熱量の不足という事態になる。
さらに考察を進めると、上記の問題の解決する方策として、「キュリー温度Tcを高くすること」と「初期抵抗値を下げること」が考えられる。
前者の場合、キュリー温度Tcを100℃から120℃にしてみると、外気温度が−30℃のとき、温度T3が前述のものと同様に95℃になり、キュリー温度Tcからは離れているので抵抗値は12Ωもしくはそれより少し低い値を維持できて12Wの熱量を出すことができる。したがって、外気温度が−30度のときであっても温度T1は0℃以上の確保が可能となる。
前者の場合、キュリー温度Tcを100℃から120℃にしてみると、外気温度が−30℃のとき、温度T3が前述のものと同様に95℃になり、キュリー温度Tcからは離れているので抵抗値は12Ωもしくはそれより少し低い値を維持できて12Wの熱量を出すことができる。したがって、外気温度が−30度のときであっても温度T1は0℃以上の確保が可能となる。
しかしながら、外気温度が0℃になると、温度T3が120℃以上になるため、温度T1、温度T2も前述のものよりも高くなる。このように各部の温度が必要以上に上昇するために、ブローバイガスヒーター201を構成する合成樹脂やゴムパッキン等の耐熱性能を上げなければならず、コストアップを招くという別の問題が生じることとなる。
後者の場合、初期抵抗値を12Ωから8Ωにしてみると、外気温度が−30℃のとき、電源投入時には1.5A(12V/8Ω)の電流が流れるので、消費電力は18Wになる。 ここで、温度T3が95℃、抵抗値が12Ωになっているとすると、消費電力は12W(12V×12V/12Ω)を確保できる。したがって、外気温度が−30℃のときであっても温度T1は0℃以上の確保が可能となる。
しかしながら、電源投入時からしばらくの間は、電流が1.5Aと前述したものより1.5倍多く流れることとなる。また、外気温度が0℃のとき、温度T3は前述したものと同様、約110℃であるものの抵抗値は24Ωになっていて、消費電力は6W(12V×12×/24Ω)となる。また、外気温度が−15℃のとき、温度T3は前述したものと同様、約100℃であるものの抵抗値は16Ωになっていて、消費電力は9W(12V×12×/16Ω)となる。
つまり、前述した初期抵抗値12Ωのものにあっては、外気温度が0℃のとき4W、外気温度が−15℃のとき6Wという消費電力で、温度T1を必要以上に確保できたのに対し、これらが6W、9Wという消費電力となって無駄な電力消費となり、車両においては燃費にも影響しかねないという別の問題が生じることとなる。
次に、本発明のブローバイガスヒーター1にあっては、銅管21は、PTC素子31の一方電極32と他方電極33にそれぞれ接続される互いに電気的に絶縁され第一受熱部としても機能する上流側管部23の対向平板部27と第二受熱部としても機能する下流側管部24の平板部24aとを有し、電力供給部15とPTC素子31とにより電気的閉回路を形成するようにしたことにより、各部の位置T1、T2、T3における温度は図8に示すものとなった。
なお、図1(b)に示すように、T1は下流側管部24の突出部22の温度、T2はPTC素子31の他方電極33と下流側管部24の平板部24aとが接する位置の温度、T3はPTC素子31の一方電極32と対向平板部27とが接する位置の温度、温度T4は上流側管部23の湾曲板部23bの屈曲部16付近の温度である。
なお、図1(b)に示すように、T1は下流側管部24の突出部22の温度、T2はPTC素子31の他方電極33と下流側管部24の平板部24aとが接する位置の温度、T3はPTC素子31の一方電極32と対向平板部27とが接する位置の温度、温度T4は上流側管部23の湾曲板部23bの屈曲部16付近の温度である。
図8に示すように、外気温度が0℃、−15℃、−30℃のいずれの場合も、T2温度、T3温度は50℃以下になった。図5で示すように、PTC素子204の抵抗はキュリー温度Tcの直前15℃程度のから急激に上がるところ、本発明の場合には温度は50℃以下となり、キュリー温度から大幅に離れているためPTC素子31の抵抗値は初期の12Ωを維持する。したがって、12Vの電圧で1Aの電流が流れ、消費電力は12W(12V×1A)を維持することとなる。
また、T1の位置はT2の位置に近いこともあり、T1温度は、T2温度より概ね5℃程度しか低くならない。さらに、T4温度はT1温度とほぼ同じとなる。
また、T1の位置はT2の位置に近いこともあり、T1温度は、T2温度より概ね5℃程度しか低くならない。さらに、T4温度はT1温度とほぼ同じとなる。
これは、従来技術と異なり、第一受熱部として機能する対向平板部27と第二受熱部として機能する下流側管部24の平板部24aとにより、PTC素子31を狭持し、その両面から熱を受けていることが挙げられる。これにより、PTC素子31の発熱を効率良く、熱伝導することが可能になった。
また、銅管21を上流側管部23と下流側管部24に分割し、それぞれ対向平板部27(第一受熱部)、平板部24a(第二受熱部)から受熱するので、効率良く銅管21の温度を上げることが可能になる。
また、銅管21を上流側管部23と下流側管部24に分割し、それぞれ対向平板部27(第一受熱部)、平板部24a(第二受熱部)から受熱するので、効率良く銅管21の温度を上げることが可能になる。
本発明は、銅管21の内部を通気するブローバイガスに対して放熱するのではなく、いったん銅管21の温度を上げて、ブローバイガスの温度を上げるものである。銅管21は所定の長さを有するものであり、銅管21の温度を効率良く上げることにより、その内部を通気するブローバイガスの温度を上げる時間を長くすることができ、特許文献1に記載の発明よりも、効率的にブローバイガスの温度を上げることが可能になる。
上記のごとく、本発明のブローバイガスヒーター1により、外気温度、すなわち使用環境の温度が変化しても一定の発熱量でブローバイガスを所期の温度に上昇させることができる。
なお、本発明のPTC素子31は従来例のPTC素子204と同じ仕様のものとしているので、外気温度を0℃、−15℃、−30℃のいずれも12Wの消費電力となるが、必要に応じて抵抗値を大きくしたり、キュリー温度Tcを下げたりすることが可能であり、適宜、消費電力や温度上昇の値を選定すればよい。
なお、本発明のPTC素子31は従来例のPTC素子204と同じ仕様のものとしているので、外気温度を0℃、−15℃、−30℃のいずれも12Wの消費電力となるが、必要に応じて抵抗値を大きくしたり、キュリー温度Tcを下げたりすることが可能であり、適宜、消費電力や温度上昇の値を選定すればよい。
必要なことは、想定し得る最も厳しい使用環境下に車両がおかれた状態で、T1温度が0℃以下にならないようにすることである。例えばキュリー温度Tcを45℃程度に選定しておくと、外気温度―30℃では12Wの消費電力であるが、外気温度が0℃ではT2温度、T3温度がキュリー温度に近づいて来るので抵抗値が大きくなり消費電力が下がる。またキュリー温度45℃より少し高いところの温度で飽和するのでブローバイガスヒーター1を構成する合成樹脂等の耐熱性能も低いものでよい。
また、一般的に、外気温センサを付けて必要時にヒーターがオンするようにしているものがあるが、本発明のブローバイガスヒーター1を採用することにより外気温センサも不要となる。これは、ブローバイガスヒーター1を常時オン状態にしていても、キュリー温度Tcが低いので実質的にはエンジンからの熱でPTC素子31の抵抗は高くなっており、素子になはほとんど電流が流れず真に外気温度が下がった時にのみPTC素子31の抵抗も下がり発熱するためである。
次に、ブローバイガスヒーターの第2実施形態を図9及び図10に基づいて説明する。 図9(a)、(b)、(c)は、第1実施形態と異なる銅管51のみを示し、その他の部材は省略している。銅管51は、第1実施形態と同じく導電性及び熱伝導性を有する管であれば良く、略筒状を形成している。第1実施形態におけるヒーター基体11の横方向通路14bの長さに対応した所定の長さを有し、上流側(図9(a)の右奥側)が傾斜するように切除された傾斜部55を有する。また、流出口13からヒーター基体11に配設されてブローバイガスのガス通路14となるのも第一実施形態と同様である(図1(b)参照)。
この銅管51は、正面視略U字状をなす湾曲板部53とその湾曲板部53の両側の端部を内方に折曲して、各々平板状にした平板部52a、52bとからなる。この平板部52a、52bは互いに接することがないように形成され、その間に隙間54が形成される。
また、銅管51はその長手方向中央付近で平板部52a、52bのそれぞれの隙間54側端面の一部を上側に折曲して延長し、各々対向して直立するよう第一受熱部56a、第二受熱部56bを形成する。この第一受熱部56a、第二受熱部56bは一定の幅を開けて対向して直立しているが、この幅の長さはPTC素子31の厚さより僅かに大きい間隔となっている。
また平板部52a、52bのうち、第一受熱部56a、第二受熱部56bの奥側と手前側には、所定の範囲を切り欠いた切り欠き57、57が形成される。
また平板部52a、52bのうち、第一受熱部56a、第二受熱部56bの奥側と手前側には、所定の範囲を切り欠いた切り欠き57、57が形成される。
図10に示すように、PTC素子31は、この第一受熱部56aと第二受熱部56bとの間であり、第一受熱部56a、絶縁性熱伝導シート58、銅板59、PTC素子31、第二受熱部56bの順に積層するように配置する。PCT素子31は、矩形平板状をなして対向する一方及び他方面にそれぞれ電極32、33を有するものであり、電力供給部15から両電極32、33に電力が供給されるものである。
具体的には、第一受熱部56aの溝側に配置された銅板59がPCT素子31の一方電極32に、第二受熱部56bがPCT素子31の他方電極33に、それぞれ電気的に接続される。そして、銅板59が電力供給部15のプラス側端子15aに、平板部52bがマイナス側端子15bに電気的に接続されるので、電力供給部15からPTC素子31への電力の供給が可能になる。その一方、絶縁性熱伝導シート58が積層されているので、ショートすることなく電気的閉回路を形成する。
具体的には、第一受熱部56aの溝側に配置された銅板59がPCT素子31の一方電極32に、第二受熱部56bがPCT素子31の他方電極33に、それぞれ電気的に接続される。そして、銅板59が電力供給部15のプラス側端子15aに、平板部52bがマイナス側端子15bに電気的に接続されるので、電力供給部15からPTC素子31への電力の供給が可能になる。その一方、絶縁性熱伝導シート58が積層されているので、ショートすることなく電気的閉回路を形成する。
これにより、PTC素子31は銅板59、第二受熱部56bに電気的に接続されることで電力の供給を受けて発熱するところ、第一受熱部56a、第二受熱部56bにより熱的にも接合されることとなる。
特に第一受熱部56aではPTC素子31との間に銅板59と絶縁性熱伝導シート58を積層しているところ、銅板59は熱伝導性に優れた性質を有し、絶縁性熱伝導シート58も熱を電導する性質を有するため第一受熱部56aにPTC素子31の熱を適切に銅管51に伝えることが可能になる。
特に第一受熱部56aではPTC素子31との間に銅板59と絶縁性熱伝導シート58を積層しているところ、銅板59は熱伝導性に優れた性質を有し、絶縁性熱伝導シート58も熱を電導する性質を有するため第一受熱部56aにPTC素子31の熱を適切に銅管51に伝えることが可能になる。
なお、絶縁性熱伝導シート58は、熱伝導率が1〜5W/m・度程度のシリコーンゴム系で0.1〜0.2mm程度の厚みを有し、電気的には絶縁性であるものの熱を伝導するものであって、一般的には放熱シート、サーコンシートと呼ばれるものである。
第二実施形態にかかる形態により、PTC素子31への電力供給を行い得るとともに、PTC素子31の発熱をその一方の面32から第一受熱部56aを介して銅管51に伝え、もう一方の面33から第二受熱部56bを介して銅管51に伝えることができる。これにより、PTC素子31の発熱を効率的に銅管51に伝えることが可能になる。
ただ、絶縁性熱伝導シート58は一般的に銅に比して熱抵抗が大きいので、他方電極33側の温度よりも一方電極32側の温度の方がやや高くなるが、いずれもキュリー温度よりはるかに低いので、第1実施形態のものと略同等の特性を示す。
ただ、絶縁性熱伝導シート58は一般的に銅に比して熱抵抗が大きいので、他方電極33側の温度よりも一方電極32側の温度の方がやや高くなるが、いずれもキュリー温度よりはるかに低いので、第1実施形態のものと略同等の特性を示す。
次に、ブローバイガスヒーターの第3実施形態を図11に基づいて説明する。図11は、第1実施形態と異なる銅管61とPTC素子31の配置する状態のみを示し、その他の部材は省略している。銅管61は、第1実施形態と同じく導電性及び熱伝導性を有する管であれば良く、略筒状を形成している。第一実施形態と同じく、ヒーター基体11の横方向通路14bの長さに対応した所定の長さを有し(図1(b)参照)、上流側(図11(a)の右奥側)が傾斜するように切除された傾斜部69を有し、流出口13からヒーター基体11に配設されてブローバイガスのガス通路14となるのも第一実施例と同様である。
第3実施形態の銅管61は、略平坦な平板部63と、その幅方向両側から正面視略U字状をなす湾曲板部64とにより略筒状となるものであるが、幅方向の一方端側(図11(a)の手前側)からは平板部63と湾曲板部64とは繋がっているが、平板部63のもう一方端側(図11(a)の左奥側)では隙間68が形成され、湾曲板部64とは直接繋がっていない。
この湾曲板部64は、その長手方向の中間付近を上方へ延長した上で平板部63と平行となるように折曲した対向平板部65を連設する。この対向平板部65は平板部63に対しPCT素子31の厚さより僅かに大きい間隔で、かつPCT素子31よりも幅広でもって対向する。
この湾曲板部64は、その長手方向の中間付近を上方へ延長した上で平板部63と平行となるように折曲した対向平板部65を連設する。この対向平板部65は平板部63に対しPCT素子31の厚さより僅かに大きい間隔で、かつPCT素子31よりも幅広でもって対向する。
この平板部63と対向平板部65とのいずれか一方、この実施形態では平板部63とPTC素子31との間に、絶縁性熱伝導シート66と銅板67を積層して配置している。具体的には、PTC素子31を銅板67と積層した絶縁性熱伝導シート66の上に載せ(矢印線Y)、その全体を平板部63と対向平板部65との間の位置に配置する(矢印線X)。PCT素子31は、円形平板状をなして対向する一方及び他方面にそれぞれ電極32、33を有するものであり、銅管61を介して電力供給部15から両電極32、33に電力が供給される。
具体的には、平板部63に積層接合された銅板67がPCT素子31の他方電極33に、対向平板部65がPCT素子31の一方電極32に、それぞれ電気的に接続される。そして、銅板67が電力供給部15のプラス側端子15aに、対向平板部65がマイナス側端子15bに電気的に接続され電力供給部15から電力供給される。この場合も絶縁性熱伝導シート66により、ショートすることなく電気的に閉回路が形成され、熱は伝導することが可能になる。
PTC素子31の熱は対向平板部65が第一受熱部、平板部63が第二受熱部として機能し、これらを介して銅管61に熱が伝導される。この場合も、第2実施形態と略同等の特性を示す。つまり、対向平板部65は直接湾曲板部64と一体的に繋がっているので、対向平板部65が第一受熱部として機能し、PTC素子31からの熱は湾曲板部64に伝導され、平板部63が第二受熱部として機能した場合には平板部へPTC素子31からの熱が伝導される。これにより、PTC素子31の熱をその両面から効率良く銅管61に伝導することができる。
次に、ブローバイガスヒーターの第4実施形態を図12に基づいて説明する。図12(a)、(b)には、第3実施形態と同じく要部である銅管71にPTC素子31を配置する状態のみを示し、その他の部材は省略している。銅管71は、平板部73、湾曲板部74により略筒状をなしていることも第3実施例と同じである。この平板部73の中央付近に、PTC素子31を銅板77が積層された絶縁性熱伝導シート76に配置し(矢印線V)、それらを平板部73と対向平板部75の間に配置されるようにしている(矢印線W)。
第4実施形態では、第3実施例と異なり、平板部73にこれと平行な対向平板部75がネジ78により立設して配置されている。
PCT素子31は、円形平板状をなして対向する一方及び他方面にそれぞれ電極32、33を有するものであり、銅管71を介して電力供給部15から両電極32、33に電力が供給されるものである。具体的には、平板部73に積層接合された銅板77の上に、他方電極33が位置するようPCT素子31が載置される。対向平板部75は段付き端子板で、PCT素子31よりも幅広であり、平板部73に当接する取付片79と、PCT素子31の一方電極32に当接する。
PCT素子31は、円形平板状をなして対向する一方及び他方面にそれぞれ電極32、33を有するものであり、銅管71を介して電力供給部15から両電極32、33に電力が供給されるものである。具体的には、平板部73に積層接合された銅板77の上に、他方電極33が位置するようPCT素子31が載置される。対向平板部75は段付き端子板で、PCT素子31よりも幅広であり、平板部73に当接する取付片79と、PCT素子31の一方電極32に当接する。
具体的には、対向平板部75は、ネジ78、78にて取付片79のネジ孔72、72を通し、平板部73のネジ孔72、72に締め付け固定する(矢印線U)。その際、第一受熱部として機能する対向平板部75がPCT素子31の一方電極32に電気的に接続される。この固定はネジ78に限らずロウ付けその他の固定手段を用いてもよい。そして、銅板77が電力供給部15のマイナス側端子15bに、対向平板部75がプラス側端子15aに電気的に接続されるが、銅板77と平板部73との間に絶縁性熱伝導シート76が積層させるため、ショートすることなく電気的閉回路を形成する。
これにより、電気的な閉回路を形成するとともに、PTC素子31が発した熱を第一受熱部として機能する対向平板部75、第二受熱部として機能する平板部73の両者を介し、効率的に銅管71に伝達することが可能になる。第4実施形態も、第2実施形態と略同等の特性を示す。
図13、図14は第5実施形態であり、第4実施形態を一部の変形したものを示している。これは、対向平板部85の取付片89が銅管81に対し電気的絶縁関係を確保するため、ネジ88、88を適宜の絶縁性の鍔付パイプ90、90、絶縁性熱伝導シート86を介して、ネジ孔82、82に通して、平板部83に固定される(矢印線R)。そして、この対向平板部85と平板部83との間にPTC素子31を配置する(矢印線S)。このような電気的絶縁関係を確保できれば、ろう付けその他の固定手段を用いてもよい。このようにすると、第4実施形態における銅板77を省略することができる。第5実施形態も、第2実施形態と略同等の特性を示す。
1…ブローバイガスヒーター、11…ヒーター基体、14a…縦方向ガス通路、14b…横方向ガス通路、15…電力供給部、15a…プラス側端子、15b…マイナス側端子、21…銅管、22…突出部、23…上流側管部、23a…平板部、23b…湾曲板部、24…下流側管部、24a…平板部(第二受熱部)、24b…湾曲板部、26…接触面、27…対向平板部(第一受熱部)、31…PTC素子、32…一方電極、33…他方電極
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