JP2019045059A

JP2019045059A - 流体加熱装置

Info

Publication number: JP2019045059A
Application number: JP2017167713A
Authority: JP
Inventors: 神山　直久; Naohisa Kamiyama; 直久神山; 宏起吉岡; Hiroki Yoshioka
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2019-03-22

Abstract

【課題】ヒータが流体を加熱する流体加熱装置において、成形体に鋳込まれるヒータの位置ずれを防止すること。【解決手段】温水（流体）を加熱する流体加熱装置１００は、発熱するヒータ２１と、ヒータ２１によって囲まれてヒータ２１を支持する支持体３０と、支持体３０との間にヒータ２１が介在するように成形され、ヒータ２１の熱によって温水を加熱する成形体２０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ヒータが流体を加熱する流体加熱装置に関する。

特許文献１には、流体が流通する螺旋状のパイプ、及び発熱するシーズヒータが熱伝導性金属からなる成形体に鋳込まれた熱交換器が開示されている。

この種の熱交換器の製造時には、鋳型内にパイプ及びシーズヒータといった構造物が設置された後に、鋳型内に金属の溶湯が充填される。こうして充填された溶湯が凝固することで成形体が形成される。鋳型内から取り出された成形体には、パイプ及びシーズヒータが埋設される。

実開昭４７−３００５３号公報

しかしながら、上記シーズヒータが鋳型内に例えば片持ち支持される場合には、シーズヒータの支持剛性を十分に確保することが難しい。このため、上記成形体が例えばダイキャスト工法によって形成される場合に、鋳型内に高速で射出される溶湯がシーズヒータに当たると、溶湯流から受ける負荷によってシーズヒータの位置ずれが生じるおそれがある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ヒータが流体を加熱する流体加熱装置において、成形体に鋳込まれるヒータの位置ずれを防止することを目的とする。

本発明のある態様によれば、流体を加熱する流体加熱装置であって、発熱するヒータと、前記ヒータによって囲まれて前記ヒータを支持する支持体と、前記支持体との間に前記ヒータが介在するように成形されて前記ヒータの熱によって流体を加熱する成形体と、を備えることを特徴とする流体加熱装置が提供される。

上記態様によれば、ヒータが成形体に鋳込まれる際に、ヒータはその内側に設置される支持体によって支持される。これにより、溶湯流から受ける負荷によるヒータの位置ずれが防止される。

図１は、本発明の実施形態に係る流体加熱装置の断面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図３は、支持体の斜視図である。図４は、変形例に係る支持体の斜視図である。図５は、支持体及びヒータの斜視図である。図６は、鋳造装置の断面図である。

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。

流体加熱装置１００は、ＥＶ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ：電動車両）やＨＥＶ（ＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ：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（媒体）としての温水を加熱する。

まず、図１、図２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。なお、説明の簡略化のため、流体加熱装置１００は一部を省略して図示している。

流体加熱装置１００は、温水が流通するタンク１０と、タンク１０内に収容される電熱式ヒータユニット１９と、を備える。

タンク１０は、流体室８を形成する内壁面１４と、上方に開口してヒータユニット１９が組み付けられる開口部１５と、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。

ヒータユニット１９は、通電により発熱する螺旋状のヒータ２１と、ヒータ２１の内側に介在してヒータ２１を支持する筒状の支持体３０（図４参照）と、ヒータ２１及び支持体３０が鋳込まれる成形体２０と、を備える。

ヒータ２１は、ニクロム線が絶縁材を介して金属パイプで包まれたシーズヒータである。なお、これに限らず、ヒータ２１は、ＰＴＣ（ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）ヒータ又は他のヒータであってもよい。

ヒータ２１は、発熱する発熱部２１ａと、発熱部２１ａの両端部２１ｂ（図４参照）から突出する一対の端子２１ｃと、を有する。ヒータ２１は、端子２１ｃを介して通電されることによって発熱部２１ａが発熱する。

ヒータユニット１９は、その内側に温水が流通する流路７を有する。発熱部２１ａは支持体３０を介して流路７を囲むように螺旋状に巻かれる。なお、発熱部２１ａは、螺旋状に限らず、支持体３０を介して流路７を囲むように往復する形状であってもよい。

支持体３０は、その内側を貫通する中空部３５（貫通孔）と、その外周に形成されてヒータ２１の外形に沿って窪む螺旋状の外周溝３４（図４参照）と、を有する。

中空部３５は、温水の流れ方向に沿って突出する複数の内周フィン３５ｂを有する。これにより、支持体３０は、内周フィン３５ｂによって流体室８に面する伝熱面積が十分に確保される。

成形体２０は、ヒータ２１と比較して融点の低い金属によって形成される。支持体３０は、成形体２０と同系の金属によって形成される。ここでは、ヒータ２１の金属パイプは、ステンレスで形成される。そして、成形体２０及び支持体３０は、アルミニウム合金で形成される。

成形体２０は、支持体３０及び螺旋状の発熱部２１ａを埋設する筒状の加熱部２２と、タンク１０の開口部１５を閉塞する天板状の隔壁部２５と、加熱部２２を隔壁部２５に連結する連結部２４、２８と、を有する。

図２に示すように、加熱部２２は、発熱部２１ａの外側を覆うように形成される外周面２２ａと、温水の流れ方向に沿って外周面２２ａから突出する複数の外周フィン２２ｂと、を有する。これにより、加熱部２２は、外周フィン２２ｂによって流体室８に面する加熱部２２の伝熱面積が十分に確保される。

隔壁部２５は、タンク１０内に面して流体室８を形成する流体室壁面２６（下面）と、電装室９を形成する電装室壁面２７（上面）と、を有する。電装室壁面２７には、温度センサ（図示省略）を取り付けるための凹部２３が開口する。電装室９には、電装室壁面２７からヒータ２１の端子２１ｃが突出し、ヒータ２１の作動を制御する電装部品（図示省略）が設けられる。

次に、図３〜図６を参照して、ヒータユニット１９の製造方法について説明する。

まず、支持体３０を成形する一次成形工程が行われる。一次成形工程では、鋳型（図示省略）を用いて支持体３０を成形する。

図３に示すように、成形された支持体３０は、その中心部を貫通する中空部３５と、その外周に螺旋状に延在する外周溝３４と、を有する。中空部３５は、内周面３５ａと、内周面３５ａから放射状に突出する複数の内周フィン３５ｂと、を有する。

なお、上記した構成に限らず、図４に示すように、中空部３５は、円筒面状の内周面３５ｃと、内周面３５ｃに窪むキー溝３５ｄと、を有するものであってもよい。

続いて、ヒータ２１を成形する曲げ工程が行われる。曲げ工程では、ベンダー装置（図示省略）の曲げ中心軸（図示省略）に支持体３０が取り付けられ、ヒータ２１を支持体３０の外周溝３４に巻き付けて曲げる。このとき、支持体３０は、中空部３５の内周フィン３５ｂ（図３参照）又はキー溝３５ｄ（図４参照）が曲げ中心軸のキー状の凸部（図示省略）に係合することで、曲げ中心軸に対する回転止めが行われる。こうして、支持体３０は、ヒータ２１を曲げる治具として用いられる。

続いて、成形体２０を成形する二次成形工程が行われる。二次成形工程では、図６に示す鋳造装置４０を用いて成形体２０を成形する。

ダイキャスト工法による鋳造装置４０は、加圧された溶湯が充填される鋳型４１〜４３を備える。なお、説明の簡略化のため、鋳造装置４０は一部を省略して図示している。

二次成形工程では、まず、鋳型４２、４３の内部に支持体３０及びヒータ２１を設置する。

上記支持体３０の設置時に、支持体３０は、その両端が鋳型４２に支持される。なお、鋳造装置４０は、鋳型４２に対して進退する治具（図示省略）が支持体３０の中空部３５に挿入されることで、鋳型４２に支持体３０を支持する構成としてもよい。

上記ヒータ２１の設置時に、ヒータ２１は、発熱部２１ａの端部２１ｂが鋳型４３の孔４３ａ、４３ｂにそれぞれ挿入され、かつ発熱部２１ａの内側（内周）が支持体３０を介して鋳型４２に支持される。

続いて、加圧された噴霧状の溶湯が図６に矢印で示すように鋳型４１〜４３内に充填される。このときに、溶湯が例えば５０ｍ／ｓ程度の速度で鋳型４１〜４３内に流入し、ヒータ２１の発熱部２１ａに当たる。このときに、ヒータ２１は、螺旋状の発熱部２１ａが支持体３０によって内側から支持されているため、所定位置に保持される。

その後、充填された溶湯が凝固することによって成形体２０が成形される。そして、鋳型４１〜４３を成形体２０から離し、鋳型４１〜４３から成形体２０が取り外される。

こうして、鋳造されたヒータユニット１９は、タンク１０に組み付けられる。そして、ヒータユニット１９の隔壁部２５上には、電装部品及び回路（図示省略）が組み付けられた後に、電装室９を形成するカバー（図示省略）が組み付けられる。

以上のようにして製造された流体加熱装置１００は、車両用空調装置に組み付けられる。

流体加熱装置１００の作動時には、温水が以下のようにして循環する。
・ポンプ（図示省略）によって送られる温水は、図１に矢印Ａで示すように、配管（図示省略）を通じて供給口１１からタンク１０内の流体室８に供給され、流路７に流入する。
・続いて、温水は、矢印Ｂで示すように、流路７を図１において右方向に流れ、内周フィン３５ｂとの熱交換によって加熱される。
・続いて、温水は、矢印Ｃで示すように、タンク１０の内壁面１４に当たって方向転換する。
・続いて、温水は、矢印Ｄで示すように、流体室８を図１において左方向に流れ、外周フィン２２ｂとの熱交換によって加熱される。
・続いて、温水は、矢印Ｅで示すように、排出口１２を通じてタンク１０内から排出される。
・続いて、温水は、配管（図示省略）を通じてヒータコア（図示省略）に送られ、ヒータコアを介して空調用空気を暖める。
・続いて、ヒータコアを通過した温水は、配管（図示省略）を通じてポンプに吸い込まれて循環する。

次に、本実施形態の効果について説明する。

本実施形態の流体加熱装置１００は、発熱するヒータ２１と、ヒータ２１によって囲まれてヒータ２１を支持する支持体３０と、支持体３０との間にヒータ２１が介在するように成形され、ヒータ２１の熱によって温水（流体）を加熱する成形体２０と、を備える。

このように構成することで、ヒータ２１が成形体２０に鋳込まれる際に、ヒータ２１の内側が支持体３０によって支持される。これにより、ヒータ２１は、溶湯流から受ける負荷によって位置ずれが生じたり、変形することが防止される。こうして、流体加熱装置１００は、ヒータ２１が精度よく鋳込まれることで、品質の向上が図れる。

また、支持体３０は、成形体２０と同系の金属によって形成される。

このように構成することで、成形体２０を鋳造する際に、支持体３０の表面と成形体２０とは同系の金属どうしが溶融して結合する。これにより、支持体３０と成形体２０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。

なお、上記した構成に限らず、支持体３０は、成形体２０と異なる金属によって形成される構成としてもよい。

また、支持体３０は、ヒータ２１に沿って窪む外周形状を有する。

このように構成することで、ヒータ２１及び支持体３０が成形体２０に鋳込まれる際に、ヒータ２１が支持体３０の外周形状に当接することで、溶湯流から受ける負荷によるヒータ２１の位置ずれが有効に防止される。

また、ヒータ２１は、螺旋状に延在する発熱部２１ａを有する。支持体３０は、発熱部２１ａに沿って螺旋状に窪む外周溝３４を有する。

このように構成することで、ヒータ２１を成形する際に、ヒータ２１を支持体３０の外周溝３４に沿って螺旋状に曲げ加工することができる。これにより、ヒータ２１を曲げ加工する治具が不要になる。

また、支持体３０は、温水（流体）が流通する流路７を形成する。

このように構成することで、流体加熱装置１００は、支持体３０の流路７に面する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ため、熱伝達効率を高められる。

また、支持体３０は、流路７を形成する中空部３５を有する。

このように構成することで、流体加熱装置１００は、中空部３５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ため、温水と熱交換を行うための伝熱面積を大きくして、熱伝達効率を高められる。

また、鋳造装置４０は、スライド式の鋳型等を用いて中空部３５を成形する必要がないため、構造の簡素化が図れる。

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。

本発明は、車両に搭載される流体加熱装置として好適であるが、車両以外に使用される流体加熱装置にも適用できる。

７流路
２０成形体
２１ヒータ
２１ａ発熱部
３０支持体
３４外周溝
３５中空部
１００流体加熱装置

Claims

流体を加熱する流体加熱装置であって、
発熱するヒータと、
前記ヒータによって囲まれて前記ヒータを支持する支持体と、
前記支持体との間に前記ヒータが介在するように成形され、前記ヒータの熱によって流体を加熱する成形体と、
を備えることを特徴とする流体加熱装置。
請求項１に記載の流体加熱装置であって、
前記支持体は、前記成形体と同系の金属によって成形されることを特徴とする流体加熱装置。
請求項１又は２に記載の流体加熱装置であって、
前記支持体は、前記ヒータに沿って窪む外周形状を有することを特徴とする流体加熱装置。
請求項３に記載の流体加熱装置であって、
前記ヒータは、螺旋状に延在する発熱部を有し、
前記支持体は、前記発熱部に沿って螺旋状に窪む外周溝を有することを特徴とする流体加熱装置。
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、流体が流通する流路を形成することを特徴とする流体加熱装置。
請求項５に記載の流体加熱装置であって、
前記支持体は、前記流路を形成する中空部を有することを特徴とする流体加熱装置。