JP2017053615A - Fluid heating device and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluid heating device that can efficiently heat fluid even when output power from a heater is increased, and to provide a method for manufacturing the same.SOLUTION: The fluid heating device 100 for heating hot water with the heater 21 includes: a heating part 22 formed so as to cover a periphery of the heater 21; and a support body 71 casted integrally with the heating part 22 while the heating part 22 is formed in a state where the heater 21 is supported to a mold 60 for molding the heating part 22.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、ヒータによって流体を加熱する流体加熱装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a fluid heating apparatus that heats a fluid with a heater and a manufacturing method thereof.

特許文献1には、供給通路からタンク内に供給された流体をヒータによって加熱し、加熱された流体を排出通路から排出する流体加熱装置が開示されている。   Patent Document 1 discloses a fluid heating apparatus that heats a fluid supplied from a supply passage into a tank by a heater and discharges the heated fluid from a discharge passage.

上記タンク内には、螺旋状のヒータが設けられる。タンク内を流通する流体は、ヒータの表面に直接接触して加熱される。   A spiral heater is provided in the tank. The fluid flowing through the tank is heated by directly contacting the surface of the heater.

特開2014−053288号公報JP 2014-053288 A

しかしながら、特許文献1の流体加熱装置では、ヒータがその表面に直接接触する流体を加熱する。そのため、ヒータの出力を大きくすると、流体が局所的に加熱されるおそれがある。   However, in the fluid heating device of Patent Document 1, the heater heats the fluid that directly contacts the surface. Therefore, if the output of the heater is increased, the fluid may be locally heated.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ヒータの出力を大きくした場合にも流体を効率よく加熱できる流体加熱装置及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a fluid heating apparatus that can efficiently heat a fluid even when the output of the heater is increased, and a manufacturing method thereof.

本発明のある態様によれば、ヒータが流体を加熱する流体加熱装置であって、ヒータの周りを覆うように成形される加熱部と、加熱部を成形する金型にヒータを支持した状態で加熱部が成形されて加熱部に一体に鋳込まれる支持体と、を備えることを特徴とする流体加熱装置が提供される。   According to an aspect of the present invention, the heater is a fluid heating device that heats a fluid, and the heater is molded so as to cover the heater, and the heater is supported by a mold that molds the heating unit. There is provided a fluid heating apparatus comprising: a support body that is molded with the heating section and is integrally cast in the heating section.

また、本発明の他の態様によれば、ヒータが流体を加熱する流体加熱装置の製造方法であって、金型に支持体を介してヒータを設置する設置工程と、金型内に溶融金属を充填してヒータの周りを覆う加熱部を支持体を鋳込んで一体に成形する成形工程と、を備える流体加熱装置の製造方法が提供される。   According to another aspect of the present invention, there is provided a manufacturing method of a fluid heating apparatus in which a heater heats a fluid, the installation step of installing a heater through a support in a mold, and a molten metal in the mold And a molding step of casting a support body and integrally molding a heating portion that covers the periphery of the heater and provides a fluid heating device manufacturing method.

上記態様によれば、加熱部にヒータ及び支持体が一体に鋳込まれる構造により、流体がヒータの表面に直接接触することがない。これにより、ヒータに流体を直接接触させる場合と比較して、流体と熱交換を行うための伝熱面積が十分に確保され、流体が局所的に加熱されることが抑制される。したがって、ヒータの出力を大きくした場合にも流体を効率よく加熱することができる。   According to the above aspect, the structure in which the heater and the support are integrally cast in the heating unit prevents the fluid from directly contacting the surface of the heater. Thereby, compared with the case where the fluid is brought into direct contact with the heater, a heat transfer area for exchanging heat with the fluid is sufficiently secured, and the fluid is suppressed from being locally heated. Therefore, the fluid can be efficiently heated even when the output of the heater is increased.

図1は、本発明の実施形態に係る流体加熱装置の分解斜視図である。FIG. 1 is an exploded perspective view of a fluid heating apparatus according to an embodiment of the present invention. 図2は、流体加熱装置のヒータユニット及びタンクの側面図であり、タンクを断面で示した図である。FIG. 2 is a side view of the heater unit and the tank of the fluid heating device, and is a view showing the tank in cross section. 図3は、流体加熱装置のヒータユニット及びタンクの正面図であり、タンクを断面で示した図である。FIG. 3 is a front view of the heater unit and the tank of the fluid heating device, and is a view showing the tank in cross section. 図4は、ヒータユニットを製造する工程を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a process for manufacturing the heater unit.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る流体加熱装置100について説明する。   Hereinafter, a fluid heating apparatus 100 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

流体加熱装置100は、EV(Electric Vehicle:電動車両)やHEV(Hybrid Electric Vehicle:ハイブリッド車両)などの車両に搭載される車両用空調装置(図示省略)に適用される。流体加熱装置100は、車両用空調装置が暖房運転を実行するために、流体としての温水を加熱するものである。   The fluid heating device 100 is applied to a vehicle air conditioner (not shown) mounted on a vehicle such as an EV (Electric Vehicle: electric vehicle) or an HEV (Hybrid Electric Vehicle: hybrid vehicle). The fluid heating device 100 heats hot water as a fluid in order for the vehicle air conditioner to perform a heating operation.

まず、図1から図3を参照して、流体加熱装置100の全体構成について説明する。   First, the overall configuration of the fluid heating apparatus 100 will be described with reference to FIGS. 1 to 3.

図1に示すように、流体加熱装置100は、水が流通するタンク10と、タンク10内に収容されるヒータユニット20と、各種電装部品を接続するためのバスバーモジュール30と、ヒータユニット20の動作を制御するための制御部としての制御基板40と、バスバーモジュール30及び制御基板40を覆うカバー50と、を備える。   As shown in FIG. 1, the fluid heating device 100 includes a tank 10 through which water flows, a heater unit 20 accommodated in the tank 10, a bus bar module 30 for connecting various electrical components, and a heater unit 20. The control board 40 as a control part for controlling operation | movement and the cover 50 which covers the bus-bar module 30 and the control board 40 are provided.

タンク10は、略直方体形状に形成される。タンク10は、矩形の底面13と、底面13から立設される4つの壁面14と、壁面14の端部に底面13と対向するように開口する開口部15と、を有する。タンク10は、温水が供給される供給口11と、温水が排出される排出口12と、を有する。供給口11と排出口12とは、タンク10の同じ壁面14に上下に並んで開口する。流体加熱装置100は、使用時に排出口12が供給口11と比較して上方に位置するように車両内に配設される。   The tank 10 is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape. The tank 10 has a rectangular bottom surface 13, four wall surfaces 14 erected from the bottom surface 13, and an opening 15 that opens at the end of the wall surface 14 so as to face the bottom surface 13. The tank 10 has a supply port 11 through which hot water is supplied and a discharge port 12 through which hot water is discharged. The supply port 11 and the discharge port 12 open side by side on the same wall surface 14 of the tank 10. The fluid heating device 100 is disposed in the vehicle such that the discharge port 12 is positioned above the supply port 11 when in use.

図2及び図3に示すように、ヒータユニット20は、発熱するヒータ21と、ヒータ21の周りを覆うように形成される加熱部22と、を有する。ヒータユニット20では、ヒータ21の周りに金属がダイキャスト成形されて加熱部22が形成される。加熱部22は、タンク10の開口部15を閉塞する天板部23と一体に成形される。   As shown in FIGS. 2 and 3, the heater unit 20 includes a heater 21 that generates heat, and a heating unit 22 that is formed so as to cover the periphery of the heater 21. In the heater unit 20, a metal is die-cast around the heater 21 to form the heating unit 22. The heating unit 22 is formed integrally with a top plate unit 23 that closes the opening 15 of the tank 10.

ヒータ21は、加熱部22に鋳込まれる螺旋状の発熱部21cと、加熱部22から突出する一対の端子21a,21bと、を有する。なお、ヒータ21は、螺旋状ではなく例えば加熱部22内を往復するように形成される発熱部を有してもよい。   The heater 21 has a spiral heat generating part 21 c cast into the heating part 22 and a pair of terminals 21 a and 21 b protruding from the heating part 22. Note that the heater 21 may have a heat generating portion that is not spiral, but is formed so as to reciprocate within the heating portion 22, for example.

ヒータ21は、一対の端子21a,21bに、車両に搭載される電源装置(図示省略)からバスバーモジュール30を介して電力が供給される。ヒータ21は、通電することによって発熱部21cが発熱するシーズヒータ又はPTC(Positive Temperature Coefficient)ヒータである。ヒータ21は、コスト的には、シーズヒータであることが望ましい。ヒータ21は、制御基板40からの指令を受けて発熱し、タンク10内を流通する温水を加熱する。   The heater 21 is supplied with electric power through a bus bar module 30 from a power supply device (not shown) mounted on the vehicle to the pair of terminals 21a and 21b. The heater 21 is a sheathed heater or a PTC (Positive Temperature Coefficient) heater that generates heat from the heat generating portion 21c when energized. The heater 21 is preferably a sheathed heater in terms of cost. The heater 21 generates heat in response to a command from the control board 40 and heats the hot water flowing through the tank 10.

加熱部22は、発熱部21cの内周と比較して小径に形成され発熱部21cの中心軸に沿って貫通する貫通孔25と、発熱部21cの外周と比較して大径に形成されタンク10の内壁17と対峙する外壁部26と、を有する。加熱部22は、ヒータ21と比較して融点の低い金属によって成形される。ここでは、ヒータ21はステンレスで形成され、加熱部22はアルミニウム合金で形成される。   The heating part 22 is formed in a small diameter compared with the inner periphery of the heat generating part 21c and has a through hole 25 penetrating along the central axis of the heat generating part 21c, and a large diameter compared with the outer periphery of the heat generating part 21c. 10 outer walls 26 facing the inner walls 17. The heating unit 22 is formed of a metal having a lower melting point than that of the heater 21. Here, the heater 21 is formed of stainless steel, and the heating unit 22 is formed of an aluminum alloy.

貫通孔25は、螺旋状に巻かれる発熱部21cの内側に形成される。タンク10の供給口11は、貫通孔25の延長線上に開口する。貫通孔25は、供給口11から供給される温水が流通する内周流路27(図3参照)を形成する。   The through hole 25 is formed inside the heat generating portion 21c wound in a spiral shape. The supply port 11 of the tank 10 opens on an extension line of the through hole 25. The through-hole 25 forms an inner peripheral flow path 27 (see FIG. 3) through which hot water supplied from the supply port 11 flows.

図3に示すように、貫通孔25は、温水の流れ方向に沿って内周に突出する複数の内周フィン25aを有する。内周フィン25aは、内周流路27における伝熱面積を、内周フィン25aが設けられない場合と比較して大きくする。複数の内周フィン25aは、貫通孔25の全周にわたって等角度間隔で形成される。   As shown in FIG. 3, the through hole 25 has a plurality of inner peripheral fins 25 a that protrude to the inner periphery along the flow direction of the hot water. The inner peripheral fin 25a increases the heat transfer area in the inner peripheral flow path 27 as compared with the case where the inner peripheral fin 25a is not provided. The plurality of inner peripheral fins 25 a are formed at equiangular intervals over the entire circumference of the through hole 25.

外壁部26は、タンク10の内壁17との間に、内周流路27と連続して温水が流通する外周流路28を形成する。外周流路28は、内周流路27から流れてきた温水を排出口12に導く。外壁部26は、貫通孔25と比較して伝熱面積が大きい。また、外周流路28は、内周流路27と比較して流路面積が大きい。   The outer wall portion 26 forms an outer peripheral flow path 28 through which the hot water flows continuously with the inner peripheral flow path 27 between the inner wall 17 of the tank 10. The outer peripheral channel 28 guides the hot water flowing from the inner peripheral channel 27 to the discharge port 12. The outer wall portion 26 has a larger heat transfer area than the through hole 25. Further, the outer peripheral channel 28 has a larger channel area than the inner peripheral channel 27.

外壁部26は、ヒータ21の外周形状に沿って形成される外壁本体26aと、温水の流れ方向に沿って外壁本体26aから外周に突出する複数の外周フィン26bと、を有する。   The outer wall portion 26 includes an outer wall main body 26a formed along the outer peripheral shape of the heater 21 and a plurality of outer peripheral fins 26b protruding outward from the outer wall main body 26a along the flow direction of hot water.

外壁本体26aは、螺旋状に巻かれる発熱部21cの外側を覆うように形成される。外壁本体26aが設けられるので、ヒータ21と温水とが直接接触することはない。   The outer wall main body 26a is formed so as to cover the outer side of the heat generating portion 21c wound spirally. Since the outer wall main body 26a is provided, the heater 21 and the hot water are not in direct contact with each other.

外周フィン26bは、外周流路28における伝熱面積を、外周フィン26bが設けられない場合と比較して大きくする。外周フィン26bは、タンク10の底面13及び天面16と略平行に延設される。外周フィン26bは、タンク10の高さ方向の中央部と比較して天面16に近いほど大きく形成される。外周フィン26bは、タンク10の対向する一対の壁面14にそれぞれ所定の間隔をあけて臨むように形成される。外壁部26の下部は、タンク10の底面13に所定の間隔を持つように形成される。   The outer peripheral fins 26b increase the heat transfer area in the outer peripheral flow path 28 as compared with the case where the outer peripheral fins 26b are not provided. The outer peripheral fins 26 b extend substantially parallel to the bottom surface 13 and the top surface 16 of the tank 10. The outer peripheral fins 26 b are formed larger as they are closer to the top surface 16 as compared with the central portion of the tank 10 in the height direction. The outer peripheral fins 26b are formed so as to face the pair of opposing wall surfaces 14 of the tank 10 with a predetermined interval. A lower portion of the outer wall portion 26 is formed on the bottom surface 13 of the tank 10 so as to have a predetermined interval.

以上のように、ヒータユニット20は、ヒータ21の周りを覆うように形成される加熱部22を有する。加熱部22は、発熱部21cの内周と比較して小径に形成される貫通孔25と、発熱部21cの外周と比較して大径に形成される外壁部26と、を有する。ヒータユニット20では、加熱部22の表面積が温水との間で熱交換を行うための伝熱面積になるので、貫通孔25と外壁部26との表面積の合計が伝熱面積になる。したがって、ヒータ21と温水とを直接接触させる場合と比較して、温水と熱交換を行うための伝熱面積を大きくすることができる。   As described above, the heater unit 20 includes the heating unit 22 formed so as to cover the periphery of the heater 21. The heating unit 22 includes a through hole 25 that has a smaller diameter than the inner periphery of the heat generating part 21c, and an outer wall part 26 that has a larger diameter than the outer periphery of the heat generating part 21c. In the heater unit 20, the surface area of the heating unit 22 is a heat transfer area for exchanging heat with hot water, so the total surface area of the through holes 25 and the outer wall part 26 is the heat transfer area. Therefore, compared with the case where the heater 21 and warm water are made to contact directly, the heat transfer area for heat exchange with warm water can be enlarged.

図2に示すように、天板部23は、タンク10の開口部15と比較してヒータユニット20の軸方向に長く形成される。天板部23におけるタンク10からはみ出た部分には、車両に搭載される電源装置や上位のコントローラ(図示省略)と流体加熱装置100とを接続するためのコネクタ(図示省略)が設けられる。   As shown in FIG. 2, the top plate 23 is formed longer in the axial direction of the heater unit 20 than the opening 15 of the tank 10. A connector (not shown) for connecting the fluid heating device 100 to a power supply device or a host controller (not shown) mounted on the vehicle is provided at a portion of the top plate portion 23 that protrudes from the tank 10.

天板部23は、ヒータユニット20がタンク10内に挿入された状態で、開口部15の外周縁と溶接される。天板部23は、タンク10の天面16を形成する。天面16は、タンク10の底面13と略平行に対向する。   The top plate portion 23 is welded to the outer peripheral edge of the opening 15 in a state where the heater unit 20 is inserted into the tank 10. The top plate portion 23 forms the top surface 16 of the tank 10. The top surface 16 faces the bottom surface 13 of the tank 10 substantially in parallel.

図1に示すように、流体加熱装置100は、ヒータ21の温度を検知する温度検知器として、バイメタルスイッチ31及びヒータ温度センサ32を備えるとともに、加熱部22の周りを流れる温水の温度を検知する水温センサ33と、を備える。   As shown in FIG. 1, the fluid heating device 100 includes a bimetal switch 31 and a heater temperature sensor 32 as a temperature detector that detects the temperature of the heater 21, and detects the temperature of hot water flowing around the heating unit 22. A water temperature sensor 33.

天板部23には、温度スイッチとしてのバイメタルスイッチ31を取り付けるための支持体76と、ヒータ温度センサ32を取り付けるための支持体77と、水温センサ33を取り付けるための筒体78と、が設けられる。   The top plate portion 23 is provided with a support 76 for attaching the bimetal switch 31 as a temperature switch, a support 77 for attaching the heater temperature sensor 32, and a cylinder 78 for attaching the water temperature sensor 33. It is done.

バイメタルスイッチ31は、ヒータユニット20の温度を検知し、検知した温度に応じて切り換わる。具体的には、バイメタルスイッチ31は、ヒータユニット20の温度が第1の設定温度よりも上昇した場合にヒータユニット20への電力の供給を遮断する。ヒータユニット20の温度が第1の設定温度と比較して低い第2の設定温度よりも下降した場合に、バイメタルスイッチ31が再び切り換わってヒータユニット20への電力の供給を再開するようにしてもよい。   The bimetal switch 31 detects the temperature of the heater unit 20 and switches according to the detected temperature. Specifically, the bimetal switch 31 cuts off the supply of power to the heater unit 20 when the temperature of the heater unit 20 rises above the first set temperature. When the temperature of the heater unit 20 falls below a second set temperature that is lower than the first set temperature, the bimetal switch 31 is switched again so that the supply of power to the heater unit 20 is resumed. Also good.

ヒータ温度センサ32は、ヒータユニット20におけるヒータ21の温度を検知する。ヒータ温度センサ32は、検知したヒータ21の温度に応じた電気信号を制御基板40に送る。制御基板40は、ヒータ温度センサ32が検知したヒータ21の温度が設定温度よりも高い場合に、ヒータ21への電力の供給を停止させる。   The heater temperature sensor 32 detects the temperature of the heater 21 in the heater unit 20. The heater temperature sensor 32 sends an electrical signal corresponding to the detected temperature of the heater 21 to the control board 40. The control board 40 stops the supply of power to the heater 21 when the temperature of the heater 21 detected by the heater temperature sensor 32 is higher than the set temperature.

水温センサ33は、タンク10の排出口12近傍における温水の温度を検知する。即ち、水温センサ33は、タンク10から排出される加熱後の温水の温度を検知する。水温センサ33は、天板部23からタンク10内部に突出する突出部23a(図2及び図3参照)の内部に設けられる。水温センサ33は、検知した温水の温度に応じた電気信号を制御基板40に送る。制御基板40は、水温センサ33が検知した温水の温度が所望の温度になるように、ヒータ21への電力の供給を制御する。   The water temperature sensor 33 detects the temperature of hot water in the vicinity of the discharge port 12 of the tank 10. That is, the water temperature sensor 33 detects the temperature of the heated hot water discharged from the tank 10. The water temperature sensor 33 is provided inside a protrusion 23 a (see FIGS. 2 and 3) that protrudes from the top plate 23 into the tank 10. The water temperature sensor 33 sends an electrical signal corresponding to the detected temperature of the hot water to the control board 40. The control board 40 controls the supply of electric power to the heater 21 so that the temperature of the hot water detected by the water temperature sensor 33 becomes a desired temperature.

図2に示すように、天板部23には、スイッチング素子としての一対のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)34,35が当接する。   As shown in FIG. 2, a pair of IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) 34 and 35 are in contact with the top plate portion 23 as switching elements.

IGBT34,35は、バスバーモジュール30を介して車両の電源装置に接続される。IGBT34,35は、制御基板40に接続され、制御基板40からの指令信号に応じてスイッチング動作する。IGBT34,35は、スイッチング動作によってヒータユニット20への電力の供給を制御する。これにより、ヒータユニット20は所望の温度に調整され、排出口12から排出される温水は所望の温度に調整される。   The IGBTs 34 and 35 are connected to a vehicle power supply device via the bus bar module 30. The IGBTs 34 and 35 are connected to the control board 40 and perform a switching operation in response to a command signal from the control board 40. The IGBTs 34 and 35 control power supply to the heater unit 20 by a switching operation. Thereby, the heater unit 20 is adjusted to a desired temperature, and the hot water discharged from the discharge port 12 is adjusted to a desired temperature.

IGBT34,35は、スイッチング動作を繰り返すことによって発熱する。IGBT34,35が動作可能な温度の最大値は、タンク10内を流れる温水の温度と比較して高い。よって、IGBT34,35は、天板部23を介してタンク10内を流れる温水に放熱して冷却される。   The IGBTs 34 and 35 generate heat by repeating the switching operation. The maximum temperature at which the IGBTs 34 and 35 can operate is higher than the temperature of hot water flowing in the tank 10. Therefore, the IGBTs 34 and 35 are cooled by releasing heat to the hot water flowing in the tank 10 via the top plate part 23.

図1に示すように、バスバーモジュール30は、天板部23の上部に積層される。バスバーモジュール30は、天板部23と比較して小さな矩形に形成される。バスバーモジュール30は、電力や電気信号を送給可能な金属板によって形成される導電性の接続部材を有する。   As shown in FIG. 1, the bus bar module 30 is stacked on top of the top plate portion 23. The bus bar module 30 is formed in a small rectangle as compared with the top plate portion 23. The bus bar module 30 has a conductive connection member formed of a metal plate capable of supplying electric power and electric signals.

制御基板40は、バスバーモジュール30の上部に積層される。制御基板40は、天板部23と比較して小さな矩形に形成される。制御基板40は、バスバーモジュール30及びIGBT34,35と電気的に接続される。制御基板40は、上位のコントローラの指令に基づいてIGBT34,35を制御する。   The control board 40 is stacked on top of the bus bar module 30. The control board 40 is formed in a small rectangle as compared with the top plate part 23. The control board 40 is electrically connected to the bus bar module 30 and the IGBTs 34 and 35. The control board 40 controls the IGBTs 34 and 35 based on commands from the host controller.

カバー50は、制御基板40の上部に設けられる。カバー50は、天板部23と略同一の外周形状に形成される。カバー50は、天板部23の外周縁と溶接される。カバー50は、天板部23との間の内部空間を密閉する。   The cover 50 is provided on the upper part of the control board 40. The cover 50 is formed in the substantially same outer peripheral shape as the top plate portion 23. The cover 50 is welded to the outer peripheral edge of the top plate portion 23. The cover 50 seals the internal space between the top plate portion 23.

次に、流体加熱装置100の作用について説明する。   Next, the operation of the fluid heating device 100 will be described.

温水は、供給口11から供給されて、内周流路27に導かれる。内周流路27では、内周フィン25aが形成される貫通孔25の内周との熱交換によって温水が加熱される。このとき、温水は、温水の流れ方向に沿って形成される内周フィン25aによって整流される。   Hot water is supplied from the supply port 11 and guided to the inner circumferential flow path 27. In the inner peripheral flow path 27, hot water is heated by heat exchange with the inner periphery of the through hole 25 in which the inner peripheral fin 25a is formed. At this time, the warm water is rectified by the inner peripheral fins 25a formed along the flow direction of the warm water.

内周流路27を通過した温水は、タンク10における供給口11と対向する壁面14にぶつかって方向転換し、外周流路28に導かれる。外周流路28を流れる温水は、外壁本体26a及び外周フィン26bとの熱交換によって更に加熱される。このときもまた、温水は、温水の流れ方向に沿って形成される外周フィン26bによって整流される。そして、加熱された温水は、排出口12から排出される。   The hot water that has passed through the inner peripheral channel 27 collides with the wall surface 14 facing the supply port 11 in the tank 10, changes its direction, and is guided to the outer peripheral channel 28. The hot water flowing through the outer peripheral flow path 28 is further heated by heat exchange with the outer wall main body 26a and the outer peripheral fin 26b. Also at this time, the warm water is rectified by the peripheral fins 26b formed along the flow direction of the warm water. Then, the heated warm water is discharged from the discharge port 12.

ここで、外周流路28は、内周流路27と比較して流路面積が大きい。そのため、外周流路28における温水の流速は、内周流路27における温水の流速と比較して遅い。しかしながら、外周流路28に面する外壁部26は、内周流路27を形成する貫通孔25と比較して伝熱面積が大きい。よって、内周流路27と外周流路28とにおける温水の温度上昇率を略一定にすることができる。   Here, the outer peripheral channel 28 has a larger channel area than the inner peripheral channel 27. Therefore, the flow rate of hot water in the outer peripheral flow path 28 is slower than the flow rate of hot water in the inner peripheral flow path 27. However, the outer wall portion 26 facing the outer peripheral flow path 28 has a larger heat transfer area than the through hole 25 forming the inner peripheral flow path 27. Therefore, the temperature rise rate of the hot water in the inner peripheral channel 27 and the outer peripheral channel 28 can be made substantially constant.

なお、流体加熱装置100は、上記した構成に限らず、供給口11から供給された温水が外周流路28を流れた後に、内周流路27を流れて排出口12から排出されるようにしてもよい。   The fluid heating device 100 is not limited to the above-described configuration, and the hot water supplied from the supply port 11 flows through the outer peripheral flow channel 28 and then flows through the inner peripheral flow channel 27 and is discharged from the discharge port 12. Good.

次に、図4を参照して、流体加熱装置100を製造する工程について説明する。   Next, with reference to FIG. 4, the process of manufacturing the fluid heating apparatus 100 will be described.

図4(A)に示す設置工程では、金型60の内部にヒータ21を設置する。   In the installation process shown in FIG. 4A, the heater 21 is installed inside the mold 60.

金型60は、加熱部22及び天板部23の外形をダイキャスト成形(鋳造)する成形面60aを有する。金型60は、別の金型(図示省略)及びスライド金型62と合体して密閉空間を形成する。   The mold 60 has a molding surface 60 a for die casting (casting) the outer shapes of the heating unit 22 and the top plate unit 23. The mold 60 is combined with another mold (not shown) and the slide mold 62 to form a sealed space.

金型60には、成形面60aから突出してヒータ21を支持する複数の治具としてのピン63〜68が設けられる。   The mold 60 is provided with pins 63 to 68 as a plurality of jigs that protrude from the molding surface 60 a and support the heater 21.

ピン68は、金型60の支持孔60cに対して進退可能に嵌合する円柱状に形成される。ピン68の先端部68aは、成形面60aからヒータ21に向けて突出するテーパ状に形成される。ピン68の先端部68aには、有底筒状の筒体78をそれぞれ嵌合して取り付ける。同様にして、金型60対してピン63〜67の先端部にも有底筒状の支持体71,76,77をそれぞれ嵌合して取り付ける。   The pin 68 is formed in a cylindrical shape that fits in the support hole 60c of the mold 60 so as to be able to advance and retract. The tip portion 68 a of the pin 68 is formed in a tapered shape that protrudes from the molding surface 60 a toward the heater 21. A bottomed tubular cylinder 78 is fitted and attached to the tip 68a of the pin 68. Similarly, bottomed cylindrical supports 71, 76, and 77 are fitted and attached to the tips of the pins 63 to 67 with respect to the mold 60, respectively.

ピン66〜68は、成形面60aから下方に向けて突出する。各ピン63は、成形面60aから下方に向けて突出する。   The pins 66 to 68 protrude downward from the molding surface 60a. Each pin 63 protrudes downward from the molding surface 60a.

螺旋状の発熱部21cの下部には、複数(3つ)の支持体71が当接する。発熱部21cの上部には、支持体76,77が当接する。一方の端子21bは、金型60の孔60bに差し込まれる。同様に、他方の端子21aは、金型60の孔(図示省略)に差し込まれる。これにより、ヒータ21は、金型60の内部の所定位置に設置される。   A plurality (three) of support bodies 71 are in contact with the lower portion of the spiral heat generating portion 21c. Supports 76 and 77 abut on the upper portion of the heat generating portion 21c. One terminal 21 b is inserted into the hole 60 b of the mold 60. Similarly, the other terminal 21a is inserted into a hole (not shown) of the mold 60. Thereby, the heater 21 is installed at a predetermined position inside the mold 60.

支持体71,76,77、及び筒体78の加熱部22と当接する表面は、加熱部22と同系の金属であり、さらに好ましくは加熱部22より融点が高い金属によって形成される。ここでは、支持体71,76,77、及び筒体78は、加熱部22と同系の金属であり、さらに好ましくは加熱部22より融点が高いアルミニウム合金によって形成される。   The surfaces of the supports 71, 76, 77 and the cylindrical body 78 that are in contact with the heating part 22 are made of the same metal as the heating part 22, and more preferably are formed of a metal having a higher melting point than the heating part 22. Here, the supports 71, 76, 77 and the cylinder 78 are made of the same metal as the heating unit 22, and more preferably are formed of an aluminum alloy having a higher melting point than the heating unit 22.

金型60には、スライド金型62が発熱部21cの内側に差し込まれる。スライド金型62は、加熱部22の貫通孔25(内周フィン25a)を成形する成形面62aを有する。   A slide mold 62 is inserted into the mold 60 inside the heat generating portion 21c. The slide mold 62 has a molding surface 62 a for molding the through hole 25 (inner peripheral fin 25 a) of the heating unit 22.

続いて、図4(B)に示す成形工程では、金型60の充填口(図示省略)から溶融金属29を金型60の内部に充填する。金型60の内部では、溶融金属29が冷えて固まることによって加熱部22及び天板部23が成形される。   4B, the molten metal 29 is filled into the mold 60 from the filling port (not shown) of the mold 60. In the molding process shown in FIG. Inside the mold 60, the heating part 22 and the top plate part 23 are formed by the molten metal 29 being cooled and solidified.

ヒータ21の外面及び支持体71,76,77、及び筒体78の加熱部22と当接する表面が加熱部22より融点が高い金属によって形成されることにより、成形工程において、ヒータ21の外面及び支持体71,76,77、及び筒体78が加熱部22を形成する溶融金属から受ける熱によって溶融することが防止される。   The outer surface of the heater 21 and the surfaces of the supports 71, 76, 77 and the cylindrical body 78 that are in contact with the heating unit 22 are formed of a metal having a melting point higher than that of the heating unit 22. It is prevented that the supports 71, 76, 77 and the cylinder 78 are melted by the heat received from the molten metal forming the heating unit 22.

続いて、図4(C)に示す工程では、ピン63〜68を金型60の内部から抜き取った後に、ヒータユニット20を金型60から取り出す。   Subsequently, in the step shown in FIG. 4C, after the pins 63 to 68 are extracted from the inside of the mold 60, the heater unit 20 is taken out from the mold 60.

取り出されたヒータユニット20は、加熱部22に支持体71,76,77、及び筒体78が鋳込まれているとともに、加熱部22から端子21a,21bが突出している。支持体71には、ピン63〜65がそれぞれ抜き取られた穴71aが開口している。同様に、支持体76,77、及び筒体78には、ピン66〜68がそれぞれ抜き取られた穴76a,77a,78aが開口している。   In the heater unit 20 taken out, supports 71, 76, 77 and a cylindrical body 78 are cast into the heating unit 22, and terminals 21 a, 21 b protrude from the heating unit 22. The support 71 has holes 71a from which the pins 63 to 65 are respectively extracted. Similarly, holes 76a, 77a, 78a from which pins 66 to 68 are extracted are opened in the support bodies 76, 77 and the cylindrical body 78.

続いて、組み立て工程では、ヒータユニット20の天板部23にタンク10の開口端を溶接して結合する(図2及び図3参照)。   Subsequently, in the assembly process, the open end of the tank 10 is welded to the top plate portion 23 of the heater unit 20 (see FIGS. 2 and 3).

さらに、組み立て工程では、ヒータユニット20の支持体76,77、及び筒体78にバイメタルスイッチ31、ヒータ温度センサ32、及び水温センサ33をそれぞれ介装する。バイメタルスイッチ31、ヒータ温度センサ32、及び水温センサ33は、それぞれの外表面が支持体76,77、及び筒体78の穴76a,77a,78aの内面に当接するようにして介装される。   Further, in the assembly process, the bimetal switch 31, the heater temperature sensor 32, and the water temperature sensor 33 are interposed in the supports 76 and 77 and the cylindrical body 78 of the heater unit 20, respectively. The bimetal switch 31, the heater temperature sensor 32, and the water temperature sensor 33 are interposed such that the outer surfaces thereof are in contact with the inner surfaces of the supports 76 and 77 and the holes 76 a, 77 a, and 78 a of the cylindrical body 78.

最後に、ヒータユニット20上にバスバーモジュール30、制御基板40、及びカバー50を組み付ける。   Finally, the bus bar module 30, the control board 40, and the cover 50 are assembled on the heater unit 20.

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。   According to the above embodiment, there exist the effects shown below.

流体加熱装置100は、ヒータ21の周りを覆うように成形される加熱部22と、加熱部22を成形する金型60にヒータ21を支持した状態で加熱部22が成形されて加熱部22に一体に鋳込まれる支持体71,76,77、及び筒体78と、を備える構成とした。   In the fluid heating apparatus 100, the heating unit 22 is molded so as to cover the heater 21, and the heating unit 22 is molded in a state where the heater 21 is supported on the mold 60 that molds the heating unit 22. It was set as the structure provided with the support bodies 71,76,77 casted integrally, and the cylinder 78. FIG.

そして、流体加熱装置100の製造方法は、金型60に支持体71,76,77、及び筒体78を介してヒータ21を設置する設置工程と、金型60内に溶融金属を充填してヒータ21の周りを覆う加熱部22を支持体71,76,77、及び筒体78を鋳込んで一体に成形する成形工程と、を備える。   The manufacturing method of the fluid heating apparatus 100 includes an installation process in which the heater 21 is installed in the mold 60 via the supports 71, 76, 77 and the cylinder 78, and the mold 60 is filled with molten metal. The heating part 22 which covers the circumference | surroundings of the heater 21 is provided with the shaping | molding process which casts support body 71,76,77 and the cylindrical body 78, and shape | molds it integrally.

上記構成に基づき、加熱部22にヒータ21及び支持体71が鋳込まれる構造のために、ヒータ21の表面に温水が直接接触することがない。これにより、ヒータ21と温水とを直接接触させる場合と比較して、温水と熱交換を行う伝熱面積が十分に確保され、温水が局所的に加熱されることが抑制される。   Based on the above configuration, the structure in which the heater 21 and the support 71 are cast into the heating unit 22, the hot water does not directly contact the surface of the heater 21. Thereby, compared with the case where the heater 21 and warm water are made to contact directly, the heat transfer area which heat-exchanges with warm water is fully ensured, and it is suppressed that warm water is heated locally.

なお、加熱部22に支持体71,76,77、及び筒体78が鋳込まれない構造では、加熱部22を成形する金型60にヒータ21を支持するピンを差し込み、成形された加熱部22からピンが抜き取られる。この場合に、加熱部22にはピンが抜き取られた穴がヒータ21に開口するために、温水がヒータ21に直接接触する。このために、ヒータ21の出力を大きくした場合に、ヒータ21に直接接触する温水が局所的に加熱されるおそれがある。   In the structure in which the supports 71, 76, 77 and the cylindrical body 78 are not cast into the heating unit 22, a pin that supports the heater 21 is inserted into the mold 60 that molds the heating unit 22, and the molded heating unit A pin is extracted from the pin 22. In this case, since the hole from which the pin has been extracted opens in the heater 21 in the heating unit 22, the hot water directly contacts the heater 21. For this reason, when the output of the heater 21 is increased, there is a possibility that the hot water that directly contacts the heater 21 is locally heated.

流体加熱装置100は、加熱部22及び支持体71の周りを温水が流通する構成とした。   The fluid heating device 100 is configured such that warm water flows around the heating unit 22 and the support 71.

上記構成に基づき、温水が加熱部22及び支持体71の周りを流通することにより、温水と熱交換を行う伝熱面が十分に確保され、温水が局所的に加熱されることが抑制される。   Based on the above configuration, the hot water circulates around the heating unit 22 and the support 71, so that a heat transfer surface that exchanges heat with the hot water is sufficiently secured, and the hot water is prevented from being locally heated. .

なお、上記した構成に限らず、例えば支持体71がタンク10の底面13に当接するように設けられ、温水が支持体71の周りを流れないように構成しても良い。この場合、加熱部22とタンク10の底部とは、支持体71を介して互いに連結される。そして、支持体71を加熱部22またはタンク10より熱伝導性の低い材質で形成することにより、ヒータ21の熱が支持体71及びタンク10を介して外気に伝えられることが抑えられる。   For example, the support 71 may be provided so as to come into contact with the bottom surface 13 of the tank 10 so that the hot water does not flow around the support 71. In this case, the heating unit 22 and the bottom of the tank 10 are connected to each other via the support 71. Then, by forming the support 71 with a material having lower thermal conductivity than the heating unit 22 or the tank 10, it is possible to suppress the heat of the heater 21 from being transmitted to the outside air via the support 71 and the tank 10.

本実施形態の流体加熱装置100では、ヒータ21の表面に温水が直接接触する上記構造に比べて、ヒータ21の出力を大きくした場合に温水が沸騰することが防止され、ヒータ21が温水を加熱する熱交換効率が高められる。   In the fluid heating apparatus 100 according to the present embodiment, compared to the above-described structure in which hot water directly contacts the surface of the heater 21, the hot water is prevented from boiling when the output of the heater 21 is increased, and the heater 21 heats the hot water. Heat exchange efficiency is increased.

加熱部22は、ヒータ21の外面を形成する金属(例えばアルミニウム合金)とは異なる金属(例えばステンレス)によって形成される構成とした。   The heating unit 22 is formed of a metal (for example, stainless steel) different from a metal (for example, an aluminum alloy) that forms the outer surface of the heater 21.

上記構成に基づき、加熱部22にヒータ21が鋳込まれる工程で、ヒータ21の外面が溶融することが防止される。   Based on the above configuration, the outer surface of the heater 21 is prevented from melting in the process of casting the heater 21 into the heating unit 22.

支持体71,76,77、及び筒体78の少なくとも加熱部22と当接する表面は、加熱部22と同系の金属によって形成される構成とした。   At least the surfaces of the supports 71, 76, 77, and the cylindrical body 78 that are in contact with the heating unit 22 are made of a metal similar to the heating unit 22.

上記構成に基づき、支持体71,76,77、及び筒体78が加熱部22に鋳込まれる際に、支持体71,76,77、及び筒体78の表面と加熱部22とは同系の金属どうしが溶融して結合する。この場合にも、支持体71が温水とヒータ21との間に介在するために、温水がヒータ21に直接接触することが回避され、温水が沸騰することが防止できる。そして、支持体71と加熱部22とが密着して両者の間に空隙が生じることが防止されるため、ヒータ21が温水を加熱する際の熱交換効率が高められる。   Based on the above configuration, when the support bodies 71, 76, 77 and the cylinder body 78 are cast into the heating unit 22, the surfaces of the support bodies 71, 76, 77 and the cylinder body 78 and the heating section 22 are similar. Metals melt and bond. Also in this case, since the support body 71 is interposed between the hot water and the heater 21, it is avoided that the hot water is in direct contact with the heater 21, and the hot water can be prevented from boiling. And since the support body 71 and the heating part 22 closely_contact | adhere and it is prevented that a space | gap arises between both, the heat exchange efficiency at the time of the heater 21 heating warm water is improved.

なお、上記した構成に限らず、支持体71,76,77、及び筒体78は、加熱部22と異なる金属によって形成される構成としてもよい。   The support members 71, 76, 77 and the cylinder body 78 are not limited to the above-described configuration, and may be formed of a metal different from the heating unit 22.

上記構成に基づき、例えば、支持体71,76,77、及び筒体78を熱伝達率の高い銅系の金属で形成することが可能になる。この場合にも、支持体71が温水とヒータ21との間に介在するために、温水がヒータ21に直接接触することが回避され、温水が沸騰することが防止できる。そして、支持体71をアルミ系の金属で形成する場合に比べて、熱伝導性の高い支持体71を介してヒータ21が温水を加熱する熱交換効率が高められる。   Based on the above configuration, for example, the supports 71, 76, 77 and the cylinder 78 can be formed of a copper-based metal having a high heat transfer coefficient. Also in this case, since the support body 71 is interposed between the hot water and the heater 21, it is avoided that the hot water is in direct contact with the heater 21, and the hot water can be prevented from boiling. And compared with the case where the support body 71 is formed with an aluminum-based metal, the heat exchange efficiency by which the heater 21 heats the hot water through the support body 71 having a high thermal conductivity is enhanced.

また、例えば、支持体71,76,77、及び筒体78の表面をアルミ系の金属で形成し、表面以外の本体部を熱伝達率の高い銅系の金属で形成してもよい。この場合には、支持体71,76,77、及び筒体78が加熱部22に鋳込まれる際に、支持体71,76,77、及び筒体78の表面と加熱部22とは同系の金属どうしが溶融して結合する。そして、熱伝導性の高い銅系の金属を主体とする支持体71を介してヒータ21が温水を加熱する熱交換効率が高められる。   Further, for example, the surfaces of the supports 71, 76, 77 and the cylinder 78 may be formed of an aluminum-based metal, and the main body portion other than the surface may be formed of a copper-based metal having a high heat transfer coefficient. In this case, when the supports 71, 76, 77 and the cylinder 78 are cast into the heating unit 22, the surfaces of the supports 71, 76, 77 and the cylinder 78 and the heating unit 22 are the same. Metals melt and bond. And the heat exchange efficiency in which the heater 21 heats warm water through the support body 71 mainly composed of copper-based metal having high thermal conductivity is enhanced.

支持体71,76,77、及び筒体78は、金型60に対して進退するピン63〜68の先端部に支持される構成とした。   The support bodies 71, 76, 77 and the cylinder body 78 are configured to be supported by the tip portions of the pins 63 to 68 that advance and retreat with respect to the mold 60.

上記構成に基づき、加熱部22に対して任意の位置に支持体71,76,77、及び筒体78を鋳込むことができる。   Based on the above configuration, the supports 71, 76, 77 and the cylindrical body 78 can be cast at arbitrary positions with respect to the heating unit 22.

支持体76は、ヒータ21とバイメタルスイッチ31との間に設けられる。ヒータ21の熱は、支持体76の底部を介してバイメタルスイッチ31に伝えられる。   The support body 76 is provided between the heater 21 and the bimetal switch 31. Heat of the heater 21 is transmitted to the bimetal switch 31 through the bottom of the support 76.

支持体77は、ヒータ21とヒータ温度センサ32とのの間に設けられる。ヒータ21の熱は、支持体77の底部を介してヒータ温度センサ32に伝えられる。   The support body 77 is provided between the heater 21 and the heater temperature sensor 32. Heat of the heater 21 is transmitted to the heater temperature sensor 32 through the bottom of the support 77.

筒体78は、加熱部22に包囲される。外周流路28を流れる温水の熱は、加熱部22及び筒体78の底部を介して水温センサ33に伝えられる。なお、これに限らず、筒体78の底部は、加熱部22からタンク10内に露出し、外周流路28を流れる温水にさらされるようにしてもよい。この場合、外周流路28を流れる温水の熱は、筒体78を介して水温センサ33に伝えられる。   The cylindrical body 78 is surrounded by the heating unit 22. The heat of the hot water flowing through the outer peripheral flow path 28 is transmitted to the water temperature sensor 33 via the heating unit 22 and the bottom of the cylindrical body 78. Not limited to this, the bottom of the cylindrical body 78 may be exposed from the heating unit 22 to the tank 10 and exposed to warm water flowing through the outer peripheral flow path 28. In this case, the heat of the hot water flowing through the outer peripheral flow path 28 is transmitted to the water temperature sensor 33 via the cylindrical body 78.

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。   The embodiment of the present invention has been described above. However, the above embodiment only shows a part of application examples of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to the specific configuration of the above embodiment. Absent.

21 ヒータ
22 加熱部
60 金型
63〜68 ピン(治具)
68a 先端部
71 支持体
100 流体加熱装置
21 Heater 22 Heater 60 Die 63-68 Pin (Jig)
68a Tip portion 71 Support body 100 Fluid heating device

Claims (7)

ヒータが流体を加熱する流体加熱装置であって、
前記ヒータの周りを覆うように成形される加熱部と、
前記加熱部を成形する金型に前記ヒータを支持した状態で前記加熱部が成形されて前記加熱部に一体に鋳込まれる支持体と、を備えることを特徴とする流体加熱装置。
A fluid heating device in which a heater heats a fluid,
A heating unit that is molded to cover the heater;
A fluid heating apparatus comprising: a support body in which the heating section is molded in a state where the heater is supported on a mold for molding the heating section and is integrally cast into the heating section.
請求項1に記載の流体加熱装置であって、
前記加熱部及び前記支持体の周りに流体が流通することを特徴とする流体加熱装置。
The fluid heating device according to claim 1,
A fluid heating apparatus, wherein a fluid flows around the heating unit and the support.
請求項1又は2に記載の流体加熱装置であって、
前記加熱部は、前記ヒータの外面を形成する金属とは異なる金属によって形成されることを特徴とする流体加熱装置。
The fluid heating device according to claim 1 or 2,
The fluid heating device, wherein the heating unit is formed of a metal different from a metal forming an outer surface of the heater.
請求項1から3のいずれか一つに記載の流体加熱装置であって、
前記支持体の少なくとも前記加熱部と当接する表面は、前記加熱部と同系の金属によって形成されることを特徴とする流体加熱装置。
The fluid heating apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The fluid heating apparatus according to claim 1, wherein at least a surface of the support that contacts the heating unit is formed of a metal similar to the heating unit.
請求項1から4のいずれか一つに記載の流体加熱装置であって、
前記支持体は、前記加熱部と異なる金属によって形成されることを特徴とする流体加熱装置。
The fluid heating device according to any one of claims 1 to 4,
The fluid heating device according to claim 1, wherein the support is formed of a metal different from the heating unit.
ヒータが流体を加熱する流体加熱装置の製造方法であって、
金型に支持体を介して前記ヒータを設置する設置工程と、
前記金型内に溶融金属を充填して前記ヒータの周りを覆う加熱部を前記支持体を鋳込んで一体に成形する成形工程と、を備えることを特徴とする流体加熱装置の製造方法。
A method of manufacturing a fluid heating apparatus in which a heater heats a fluid,
An installation step of installing the heater through a support in a mold;
A heating step of filling the mold with molten metal and covering the periphery of the heater, and casting the support to form a unitary body.
請求項6に記載の流体加熱装置の製造方法であって、
前記支持体は、前記金型に対して進退する治具の先端部に支持されることを特徴とする流体加熱装置の製造方法。
It is a manufacturing method of the fluid heating device according to claim 6,
The method of manufacturing a fluid heating apparatus, wherein the support is supported by a tip portion of a jig that advances and retreats with respect to the mold.
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