JP2023045947A - ヒータケース、ヒータ装置および車載用ヒータユニット - Google Patents

Abstract

【課題】ヒータに悪影響を与えることなく、ヒータと筐体とを十分に密着および近接させて熱の伝達効率を高めることができるヒータケース、ヒータ装置および車載用ヒータユニットを提供することを目的とする。【解決手段】本発明の一態様は、発熱素子を含むヒータを収容するヒータケースであって、内部に媒体が流れる流路を有し、第１方向に延在する角柱型の外形を有するケース本体と、ケース本体の外面に沿って設けられ、第１方向に延在し、ヒータを収容する空間を有する筒部と、を備え、筒部は、ケース本体の外面と第１方向と直交する第２方向に所定の間隔を開けて外面と略平行に設けられる外装部と、第１方向および第２方向と直交する方向を第３方向として、第３方向における外装部の両端部のそれぞれと、外面と、の間に設けられる複数の支持部と、を有し、複数の支持部のそれぞれは、第１方向に延在するくびれ部分を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、ヒータケース、ヒータ装置および車載用ヒータユニットに関し、より詳しくは、電圧印加によって発熱する発熱素子を用いた絶縁防水型のヒータに適用されるヒータケース、ヒータ装置および車載用ヒータユニットに関するものである。

電圧の印加によって発熱する発熱素子を用いた車載用ヒータは、エンジンの始動直後などエンジンの熱を車内暖房に利用できない場合の補助用として利用されている。車載用ヒータの発熱素子としては、例えばＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子が用いられる。ＰＴＣ素子は正温度特性を有しており、温度制御の容易性および消費電力の抑制を図ることができる。

本願発明者は、絶縁性および防水性に優れたヒータとして、特許文献１に開示される絶縁防水型ヒータを提案している。この絶縁防水型ヒータは、発熱素子を挟み込んだ一対の電極部材と、発熱素子および一対の電極部材を包む絶縁シートと、これらを収容する筒体と、筒体の両端部を閉塞するキャップと、筒体の中空部の両端などを塞ぐ封止材とを備えている。

さらに、本願発明者は、特許文献２に開示される車載用ヒータを提案している。この車載用ヒータは、発熱素子を挟み込んだ一対の電極部材と、発熱素子および一対の電極部材を包む絶縁シートと、これらを収容する筒体と、少なくともフィンを含む放熱体ユニットとを備えている。この車載用ヒータにおいては、発熱素子の電極面と筒体の放熱面の裏面との間で絶縁シートが挟圧され、絶縁シートの両端縁部が発熱素子の側面に対して略平行に重なり合うよう構成される。

特許第４３８８５１９号公報 特許第４４５５４７３号公報

筒体の中空部にヒータを収容したヒータ装置においては、中空部に収容したヒータを筒体で挟持してヒータと筒体とを密着させている。ヒータと筐体とが密着するほどヒータの熱を効率良く筐体に伝えることができる。一方、筐体でヒータを挟持する際、挟持の力が強すぎるとヒータに傷を付けたり、破損したりする可能性がある。したがって、ヒータに悪影響を与えることなく、ヒータと筐体とを十分に密着および近接させる構造が望まれる。

本発明は、ヒータに悪影響を与えることなく、安価で量産性に優れ、ヒータと筐体とを十分に密着および近接させて熱の伝達効率を高めることができるヒータケース、ヒータ装置および車載用ヒータユニットを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、発熱素子を含むヒータを収容するヒータケースであって、内部に媒体が流れる流路を有し、第１方向に延在する角柱型の外形を有するケース本体と、ケース本体の外面に沿って設けられ、第１方向に延在し、ヒータを収容する空間を有する筒部と、を備え、筒部は、ケース本体の外面と第１方向と直交する第２方向に所定の間隔を開けて外面と略平行に設けられる外装部と、第１方向および第２方向と直交する方向を第３方向として、第３方向における外装部の両端部のそれぞれと、外面と、の間に設けられる複数の支持部と、を有し、複数の支持部のそれぞれには、支持部の内外側面のそれぞれから幅狭になるくびれ部分が第１方向に延在して設けられる。

このような構成によれば、ヒータを内部の空間に収容する筒部において、筒部を構成する複数の支持部のそれぞれにくびれ部分が設けられていることから、筒部でヒータを挟持する際、複数の支持部のそれぞれが第２方向に押圧されても、支持部がヒータ側に突出することがなく、支持部とヒータとの接触を回避することができる。

上記ヒータケースにおいて、くびれ部分は、複数の支持部のそれぞれの第２方向における中間部分に設けられることが好ましい。筒部でヒータを挟持する際、第２方向に押圧された支持部は中間部分で折れ曲がりやすい。支持部の中間部分にくびれ部分が設けられていることで、支持部の中間部分での折れ曲がりを回避することができる。

上記ヒータケースにおいて、くびれ部分は、複数の支持部のそれぞれの第１方向の全域に設けられることが好ましい。これにより、支持部の第１方向の全域にわたり、支持部とヒータとの接触を回避することができる。

上記ヒータケースにおいて、ケース本体の外形は矩形であり、筒部はケース本体の少なくとも向かい合う２つの外面のそれぞれに設けられることが好ましい。これにより、ケース本体の向かい合う２つの外面のそれぞれに設けられた筒部にヒータを収容し、２つの筒部に対して互いに向かい合う方向に押圧力を加えることで、１度の押圧によって各筒部でのヒータの挟持を行うことができる。

本発明の他の一形態は、上記ヒータケースと、ヒータケースの筒部の空間に収容され、発熱素子を含むヒータと、を備えたヒータ装置である。このような構成によれば、発熱素子を含むヒータを筒部の空間に収容する際、ヒータと筒部の支持部との接触を回避することができる。

上記ヒータ装置において、発熱素子は、筒部の空間の長手方向に延在する１つのＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子を有していてもよい。このような筒部の空間の長手方向に延在する１つのＰＴＣ素子を有する構成によって、ＰＴＣ素子を効率良く（作業性良く）筒内に収容することができる。

本発明の他の一態様は、上記ヒータ装置と、ヒータ装置を収容する外装ケースと、を備えた車載用ヒータユニットである。このような構成によれば、ヒータと筒部の支持部との接触を回避して、小型かつ発熱効率のよい車載用ヒータユニットが構成される。

本発明によれば、ヒータに悪影響を与えることなく、安価で量産性に優れ、ヒータと筐体とを十分に密着および近接させて熱の伝達効率を高めることができるヒータケース、ヒータ装置および車載用ヒータユニットを提供することが可能になる。

本実施形態に係るヒータケースの構成を例示する斜視図である。 （ａ）および（ｂ）はヒータの構成を例示する斜視図である。 本実施形態に係るヒータケースを第１方向にみた模式図である。 図３のＡ部の拡大図である。 比較例を示す拡大図である。 （ａ）～（ｃ）は、ヒータ装置の製造工程を説明する図である。 （ａ）～（ｃ）は、ヒータ装置の製造工程を説明する図である。 ヒータ装置を例示する斜視図である。 本実施形態に係る車載用ヒータユニットの構成を例示する模式断面図である。 車載用ヒータユニットの適用例（その１）を示す模式図である。 車載用ヒータユニットの適用例（その２）を示す模式図である。 車載用ヒータユニットの適用例（その３）を示す模式図である。 車載用ヒータユニットの適用例（その３）を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。

（ヒータケースの構成）
図１は、本実施形態に係るヒータケースの構成を例示する斜視図である。
図２（ａ）および（ｂ）は、ヒータの構成を例示する斜視図である。
図１、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態に係るヒータケース１は、発熱素子１１０を含むヒータ１００を収容する筒状体である。このような筒状体のヒータケース１は、金属材料（例えば、アルミニウム）を用いた押し出し成形などによって製造される。

ここで、ヒータケース１において筒状体が延在する方向を第１方向、第１方向と直交する方向を第２方向、第１方向および第２方向と直交する方向を第３方向とする。本実施形態では、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向のうち、Ｘ方向を第１方向とし、Ｙ方向およびＺ方向の一方を第２方向、他方を第３方向とする。

ヒータケース１は、Ｘ方向に延在するケース本体１０と、ケース本体１０の外面１０ａに沿って設けられる筒部１１と、を備える。ケース本体１０は、内部に媒体（液体、気体）が流れる流路１５を有し、Ｘ方向に延在する角柱型の外形を有する。本実施形態では、ケース本体１０は四角柱型の外形を有し、４つの外面１０ａを有する。

筒部１１は、ケース本体１０の外面１０ａに沿って設けられ、Ｘ方向に延在する。筒部１１は、ケース本体１０の外面１０ａにおいてＸ方向の全域にわたり延在している。本実施形態では、ケース本体１０の４つの外面１０ａのそれぞれに筒部１１が設けられる。

筒部１１は、外装部１１１と、支持部１１２とを有する。外装部１１１は、ケース本体１０の外面１０ａと第２方向に所定の間隔を開けて外面１０ａと略平行に設けられる。複数の支持部１１２は、第３方向における外装部１１１の両端部のそれぞれに設けられる。ここで、ＸＹ平面に沿った外面１０ａにおいては、Ｚ方向が第２方向であり、Ｙ方向が第３方向である。また、ＸＺ平面に沿った外面１０ａにおいては、Ｙ方向が第２方向であり、Ｚ方向が第３方向である。説明の便宜上、ＸＹ平面に沿った外面１０ａおよびこの外面１０ａに設けられた筒部１１を例として説明する。この場合、Ｚ方向が第２方向、Ｙ方向が第３方向となる。

外装部１１１および支持部１１２によって構成される筒部１１は、ケース本体１０の外面１０ａを囲むように設けられる。外装部１１１のＹ方向の両端に設けられた２つの支持部１１２は、外装部１１１と外面１０ａとの間に所定の空間を設けるための支柱となっている。本実施形態に係るヒータケース１では、複数の支持部１１２のそれぞれに、Ｘ方向に延在するくびれ部分１１５が設けられる。くびれ部分１１５の詳細については後述する。

支持部１１２によって外面１０ａと外装部１１１との間に一定の隙間が構成され、この隙間にヒータ１００が収容される。図２に示すように、ヒータ１００は、発熱素子１１０、発熱素子１１０を間に挟持する一対の電極部１２０、および絶縁性シート１３０を備える。

発熱素子１１０は、電圧の印加によって発熱する素子である。発熱素子１１０には、例えばＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子１１０Ｐが用いられる。ＰＴＣ素子１１０Ｐの表裏面に図示しない電極層（一対の電極部１２０と導通する導電膜）が形成されることで発熱素子１１０が構成される。ＰＴＣ素子１１０Ｐは正温度特性を有する。すなわち、キュリー点以上の温度になると抵抗が増加して、それ以上の温度上昇が制限される。発熱素子１１０としてＰＴＣ素子１１０Ｐを用いることで、温度制御の容易性および消費電力の抑制を図ることができる。

ＰＴＣ素子１１０Ｐの正温度特性は、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）に微量の希土類などを添加することで変化する。本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、薄板状のＰＴＣ素子１１０Ｐによる発熱素子１１０が用いられる。一例として、１つのＰＴＣ素子１１０Ｐは、厚さ約２．５ミリメートル（ｍｍ）、幅約２５ｍｍ、長さ約９０ｍｍの薄板状である。

ここで、発熱素子１１０としてＰＴＣ素子を用いる場合、例えば厚さ約３ｍｍ、幅約２４ｍｍ、長さ約１５ｍｍの略直方体（以下、「直方体タイプ」という。）のＰＴＣ素子が一般的である。直方体タイプのＰＴＣ素子を用いて所定の出力を得るためには複数のＰＴＣ素子を並べて配置する必要がある。このように小さな直方体タイプのＰＴＣ素子を複数並べるようにしてもよいが、図２（ｂ）に示すような薄板状（以下、「薄板タイプ」という。）のＰＴＣ素子１１０Ｐによる発熱素子１１０を用いれば、所定の出力を得るために１つのＰＴＣ素子１１０Ｐで対応可能である。

薄板タイプのＰＴＣ素子１１０Ｐを用いる場合には１つのＰＴＣ素子１１０Ｐで対応可能なため、直方体タイプのＰＴＣ素子を複数並べる場合のようにＰＴＣ素子の間に隙間が発生しない。このため、同じ出力を得るための設置面積は、薄板タイプを１つのほうが、直方体タイプを複数個の場合に比べて狭くなり、装置の小型化を図ることができる。

薄板タイプのＰＴＣ素子１１０Ｐのサイズとしては、例えば、厚さｔが１．５ｍｍ以上３ｍｍ以下、幅Ｗが２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下、長さＬが３０ｍｍ以上である。また、薄板タイプのＰＴＣ素子１１０Ｐでは、厚さｔに対する幅Ｗの比率（Ｗ／ｔ）は約１０以上、厚さｔに対する長さＬの比率（Ｌ／ｔ）は約２０以上である。

薄板タイプのＰＴＣ素子１１０Ｐでは、直方体タイプのＰＴＣ素子に比べて長手方向の隙間がなく、また、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）を含む材料の密度が直方体タイプよりも高く、かつ均一に形成されている。したがって、厚さｔを薄く（例えば、１．５ｍｍ程度）しても、十分な耐圧を得ることができる。例えば、厚さｔが２．５ｍｍの薄板タイプのＰＴＣ素子１１０Ｐにおける耐圧は、３５０Ｖ以上５００Ｖ以下程度である。一方、直方体タイプのＰＴＣ素子を複数個（例えば、６個）並べて上記と同じ耐圧を得るためには、直方体タイプのＰＴＣ素子の厚さとして３．５ｍｍ以上必要となる。

発熱素子１１０の表裏面（厚さ方向の表裏面）のそれぞれには図示しない電極層が設けられる。電極層には、銀（Ａｇ）やアルミニウム（Ａｌ）等の金属が用いられる。これらの金属を発熱素子１１０の表裏面に例えば溶射することで電極層が形成される。電極層は発熱素子１１０とオーミックコンタクトしている。

発熱素子１１０は、一対の電極部１２０の間に挟持される。電極部１２０には、例えばステンレスやアルミニウム（Ａｌ）が用いられる。電極部１２０の発熱素子１１０と接する部分（板状部分）の厚さは約０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下程度である。電極部１２０と発熱素子１１０の電極層とは、導電性および熱伝導性に優れた例えばシリコーン系接着剤によって接着される。一対の電極部１２０のそれぞれには導通ケーブル１４０が接続される。

絶縁性シート１３０は、一対の電極部１２０の周囲を覆う絶縁性のシート材である。すなわち、絶縁性シート１３０は、複数の発熱素子１１０を間に挟持した一対の電極部１２０の周囲を包むように設けられる。絶縁性シート１３０の材料としては、可撓性、熱伝導性および電気絶縁性を有し、例えば厚さ０．０５ｍｍ程度のポリイミドフィルムが好ましい。

次に、支持部１１２に設けられたくびれ部分１１５の詳細について説明する。
図３は、本実施形態に係るヒータケースを第１方向にみた模式図である。
図４は、図３のＡ部の拡大図である。
図５は、比較例を示す拡大図である。
図３および図４に示すように、支持部１１２に設けられたくびれ部分１１５は、支持部１１２のＺ方向（第２方向）における中間部分に設けられた幅細の部分である。くびれ部分１１５は、支持部１１２のＹ方向（第３方向）の両側からそれぞれ支持部１１２の中心に向けて凹型となるように設けられる。すなわち、支持部１１２の幅は、くびれ部分１１５でＹ方向（第３方向）の内外側面（内側面１１２ａおよび外側面１１２ｂ）の両側からそれぞれ支持部１１２の内方に向けて幅が狭くなるように設けられる。

筒部１１の空間にはヒータ１００が挿入され、筒部１１を押圧することでヒータ１００が空間内で挟持される。ヒータ１００を筒部１１で挟持する際、筒部１１の外装部１１１をＺ方向（第２方向）に押圧して筒部１１を潰すようにする。この際、支持部１１２にくびれ部分１１５が設けられていることで、支持部１１２が潰されてもヒータ１００側に突出することがない。すなわち、支持部１１２は折れ曲がることなくＺ方向（第２方向）に縮む（潰れる）ようになって、ヒータ１００を筒部１１の空間内で挟持できるようになる。これにより、筒部１１が押圧されても筒部１１の空間内で支持部１１２とヒータ１００とが接触することを回避できる。

図５に示す比較例に係るヒータケース１Ｂでは、支持部１１２にくびれ部分１１５が設けられていない。この支持部１１２にＺ方向（第２方向）に押圧力が加わり、支持部１１２が潰れると、支持部１１２は途中で折れ曲がることになる。この支持部１１２の折れ曲がりがヒータ１００側に突出すると、支持部１１２とヒータ１００との接触を起こす可能性がある。支持部１１２を潰した際にヒータ１００と接触すると、絶縁性シート１３０の破ってしまったり、発熱素子１１０を破損してしまったりする恐れがある。支持部１１２はヒータ１００の両側にあることから、それぞれの支持部１１２が内側に折れ曲がることで、支持部１１２とヒータ１００との接触の可能性がより高まる。

比較例に係るヒータケース１Ｂにおいて、このような支持部１１２とヒータ１００との接触を回避するためには、支持部１１２が折れ曲がってヒータ１００側に突出してもヒータ１００と接触しないように筒部１１の空間の幅を拡げる設計を行い、支持部１１２とヒータ１００との隙間に十分な余裕を持たせることが考えられる。

しかし、筒部１１の幅を拡げると、その分、筒部１１が大きくなり、それに伴いヒータケース１のサイズも大きくなって、省スペース化の妨げとなる。また、筒部１１の幅を拡げることで、支持部１１２とヒータ１００との距離が広くなり、ヒータ１００からの熱を支持部１１２へ効率良く伝えることができなくなる。ヒータ１００から支持部１１２へ効率良く熱を伝えるためには、筒部１１の空間内でヒータ１００と筒部１１との隙間を極力少なくする必要がある。外装部１１１とヒータ１００とは密着することから、支持部１１２とヒータ１００との隙間をできるだけ少なくすることが望まれる。

図４に示すように、本実施形態に係るヒータケース１では、支持部１１２にくびれ部分１１５が設けられていることから、支持部１１２にＺ方向（第２方向）に押圧力が加わり、支持部１１２が潰れても、支持部１１２は途中で折れ曲がることなく幅細のくびれ部分１１５で潰れ、ヒータ１００側に突出することはない。

特に、くびれ部分１１５が支持部１１２の両側からそれぞれ中心に向けて同程度のくびれ量で設けられていると、支持部１１２はＺ方向（第２方向）に沿ってバランス良く潰れることになる。

また、くびれ部分１１５が支持部１１２のＸ方向の全域にわたり設けられていると、支持部１１２のＸ方向の全体でバランス良く潰れ、Ｘ方向のどの位置でもヒータ１００側に突出することがなくなる。

支持部１１２にこのようなくびれ部分１１５を設けることで、筒部１１の幅（２つの支持部１１２による内寸）をヒータ１００の幅とほぼ同等にすることができる。これにより、ヒータケース１の全体の省スペース化を図ることができる。さらに、ヒータ１００と支持部１１２との隙間を極小にすることができ、ヒータ１００から支持部１１２へ効率良く熱を伝えることができる。

支持部１１２はＸ方向（ヒータ１００の長手方向）に延在するとともに、支持部１１２はヒータ１００の両側に設けられるため、ヒータ１００と支持部１１２との距離の僅かな違いがヒータ１００から支持部１１２への熱の伝達に大きな影響を与える。

例えば、図５に示す比較例に係るヒータケース１Ｂの場合、ヒータ１００と支持部１１２との間に余裕を持たせる必要があるため、図４に示す本実施形態に係るヒータケース１に比べて、ヒータ１００と支持部１１２との間隔が１ｍｍ程度広くなる。言い換えると、本実施形態に係るヒータケース１では、比較例に係るヒータケース１Ｂに比べてヒータ１００と支持部１１２との間隔が１ｍｍ程度（ヒータ１００の両側で合計１．５ｍｍ～２．５ｍｍ程度）狭くすることができる。この差によって、ヒータ１００の熱のヒータケース１への伝達効率が、ヒータ１００の一つあたり約１０％程度向上する。ヒータ１００が４つ設けられている場合、合計で約４０％程度、ヒータ１００からヒータケース１への熱の伝達効率が向上することになる。

（ヒータ装置の構成）
次に、本実施形態に係るヒータ装置について説明する。
図６（ａ）～図７（ｃ）は、ヒータ装置の製造工程を説明する図である。
図７は、ヒータ装置の構成を例示する斜視図である。
ヒータ装置３００を製造するには、先ず、図６（ａ）に示すようにヒータケース１を用意する。次に、図６（ｂ）に示すように、ヒータケース１の向かい合う２つの筒部１１の空間内にそれぞれヒータ１００を挿入する。筒部１１を潰す前には、外装部１１１と外面１０ａとの間にヒータ１００を挿入するための隙間が確保されている。なお、この際、１つの筒部１１に対して薄板タイプのＰＴＣ素子１１０Ｐを用いた１つのヒータ１００を組み込むようにすると、ヒータ１００の組み込みの作業性が高まる。

次に、図６（ｃ）に示すように、ヒータ１００が挿入された向かい合う２つの筒部１１のそれぞれに、互いに反対向きの押圧力を加える。例えば、一方の筒部１１を下にして定盤に載置し、上側の筒部１１の上から押圧力を加える。これにより、上側の筒部１１は上から押圧力が印加され、下側の筒部１１には定盤から押圧力の抗力が印加される。したがって、上下両側の筒部１１を一度の押圧で潰すことができる。筒部１１が潰れることでヒータ１００が筒部１１の空間内で挟持される。この際、支持部１１２にくびれ部分１１５が設けられていることから、支持部１１２がヒータ１００側に突出せずに真っ直ぐに潰れ、支持部１１２とヒータ１００とが接触することはない。

次に、図７（ａ）に示すように、残りの２つの筒部１１の空間内にヒータ１００を挿入し、図７（ｂ）に示すように、先と同様に２つの筒部１１のそれぞれに、互いに反対向きの押圧力を加える。２つの筒部１１が潰れることで、ヒータ１００が筒部１１の空間内で挟持される。これにより、図７（ｃ）に示すように、ヒータケース１にヒータ１００が組み込まれたヒータ装置３００が製造される。

図８は、ヒータ装置を例示する斜視図である。
図８に示すように、ヒータ装置３００において、ヒータケース１の両端には封止体３１０およびパイプ３２０が取り付けられる。パイプ３２０から媒体を流路１５に送ることで、ヒータ１００の熱をヒータケース１から媒体に伝えることができる。

また、ヒータケース１の１つの筒部１１に対して、筒部１１の空間の長手方向（Ｘ方向）に延在する１つのＰＴＣ素子１１０Ｐ（薄板タイプ）を組み込むことで、安価で高性能なヒータ装置３００を実現することができる。

すなわち、本実施形態に係るヒータケース１では、筒部１１の支持部１１２にくびれ部分１１５が設けられているため、筒部１１の内部領域を有効に利用でき、幅広のＰＴＣ素子１１０Ｐを組み込むことができる。これにより、小型でありながら高出力のヒータ装置３００を構成することができる。

また、薄板タイプのＰＴＣ素子１１０Ｐを用いることで１つの筒部１１に１つのＰＴＣ素子１１０Ｐを組み込めばよいため、複数のＰＴＣ素子を並べて組み込む場合に比べて製造工程が大幅に簡素化され、量産性を向上させることができる。

さらに、薄板タイプのＰＴＣ素子１１０Ｐでは、直方体タイプのＰＴＣ素子に比べて焼成温度を低くすることができ、焼成時のコスト（電気費用など）を抑制することができる。これらのことから、ヒータケース１の１つの筒部１１に対して薄板タイプのＰＴＣ素子１１０Ｐを組み込む構成によって、安価で高性能なヒータ装置３００を量産することができる。

なお、図８に示すヒータ装置３００では、主として液体から成る媒体を流路１５に送るため、封止体３１０やパイプ３２０が設けられているが、空気（気体）を媒体とするヒータ装置３００では、封止体３１０やパイプ３２０は必ずしも設けられていなくてもよい。

（車載用ヒータユニットの構成）
次に、本実施形態に係る車載用ヒータユニットについて説明する。
図９は、本実施形態に係る車載用ヒータユニットの構成を例示する模式断面図である。
図９に示すように、車載用ヒータユニット５００は、本実施形態に係るヒータケース１を用いて構成されたヒータ装置３００と、ヒータ装置３００を収容する外装ケース５０１とを備える。

次に、本実施形態に係る車載用ヒータユニット５００の適用例について説明する。
図１０は、車載用ヒータユニットの適用例（その１）を示す模式図である。
図１０では、先に説明した車載用ヒータユニット５００を自動車等のエンジン５を備えた車両に取り付けた具体例が示される。
車載用ヒータユニット５００の外装ケース５０１は、循環路６に接続される。循環路６は管路６ａ～６ｄを有する。管路６ａは、外装ケース５０１とヒータコア２Ｈとを接続する。管路６ｂは、ヒータコア２Ｈと液圧ポンプ３とを接続する。管路６ｃは、液圧ポンプ３と三方弁４とを接続する。管路６ｄは、三方弁４と外装ケース５０１とを接続する。管路６ｄは、外装ケース５０１の流入口５０１１と接続され、管路６ａはケースの流出口５０１２と接続される。

また、循環路６および外装ケース５０１は、管路７ａ、７ｂを介してエンジン５とも接続されている。三方弁４が管路６ｃと管路７ａとの間を遮断し、管路６ｃと管路６ｄとの間を連通させた状態のとき、液圧ポンプ３が駆動されると、外装ケース５０１内および循環路６を、図１０に示す矢印Ａ１１で示す方向に液体が循環する。

このとき、車両に搭載されたバッテリーから車載用ヒータユニット５００に電力を供給することで車載用ヒータユニット５００が発熱し、外装ケース５０１内の液体が過熱される。この過熱により生成された温水は流出口５０１２および管路６ａを通ってヒータコア２Ｈに供給される。

ヒータコア２Ｈに供給された温水はヒータコア２Ｈに具備された管を流れる。ヒータコア２Ｈには送風装置８から気体（空気）が送風される。ヒータコア２Ｈの管を流れる温水の熱は、ヒータコア２Ｈに具備されたフィンなどの熱伝達面を介して、送風装置８から送風された気体に伝達される。これにより、車内に温風が送風される。このモードは、例えばエンジン５の始動時など、エンジン５の排熱を利用できない場合に選択される。

エンジン５が始動後、三方弁４を切り替えて、管路６ｃと管路７ａとを連通させ、管路６ｃと管路６ｄとを遮断すれば、液体はエンジン５に供給されエンジン５の冷却水として機能する。このときの液体の流れを図１０の矢印Ａ１２に示す。エンジン５を通過しエンジン５との熱交換により温められた温水は管路７ｂ、６ｄ、流入口５０１１、外装ケース５０１内、流出口５０１２および管路６ａを介してヒータコア２Ｈに供給される。したがって、このモードの場合には、車載用ヒータユニット５００を通電（発熱）させなくてもヒータコア２Ｈに温水を供給でき、送風装置８を駆動させることで、車内に温風を送ることができる。

本実施形態に係る車載用ヒータユニット５００は、エンジン５の排熱によって加熱された冷却水を利用した既存の車載温水生成システムにそのまま組み込んで使用することができる。

図１１は、車載用ヒータユニットの適用例（その２）を示す模式図である。
図１１では、先に説明した車載用ヒータユニット５００を、電気自動車等のエンジン５を備えていない車両に取り付けた具体例が示される。
電気自動車等のエンジン５を備えていない車両では、エンジン５の代わりに駆動源としてモータＭが用いられる。この場合、車載用ヒータユニット５００の外装ケース５０１は、循環路６に接続される。循環路６には、図１０に示すような三方弁４や管路７ａ、７ｂは接続されていない。

モータＭの排熱を利用しないため、先に説明したエンジン５の始動時などのエンジン５の排熱を利用できない場合に選択されるモードと同様な動作で車内に温風が送られる。すなわち、液圧ポンプ３が駆動されると、外装ケース５０１内および循環路６を、図１１に示す矢印Ａ１３で示す方向に液体が循環する。

このとき、車両に搭載されたバッテリーから、外装ケース５０１内の車載用ヒータユニット５００に電力を供給することで車載用ヒータユニット５００が発熱し、外装ケース５０１内の液体が過熱される。この過熱により生成された温水は流出口５０１２および管路６ａを通ってヒータコア２Ｈに供給される。そして、ヒータコア２Ｈの管を流れる温水の熱が送風装置８から送風された気体に伝達され、車内に温風が送風される。

本実施形態に係る車載用ヒータユニット５００は、エンジン５を利用しない電気自動車等の車両の温風生成システムに組み込んで使用することができる。

図１２および図１３は、車載用ヒータユニットの適用例（その３）を示す模式図である。
図１２では、先に説明した車載用ヒータユニット５００をヒートポンプシステムに適用した例が示される。ヒートポンプシステムは、２つの熱交換器１０１、１０５と、膨張弁１０３と、圧縮機１０７と、前述した実施形態の車載用ヒータユニット５００とを含む。

このシステム内を冷媒（ノンフロンガスなどの媒体）が循環する。冷媒は、圧縮機１０７で圧縮されて、高温高圧ガスの状態で配管１０８を通じて熱交換器１０１に送られる。そして、熱交換器１０１における、加熱対象の媒体（液体、気体）との熱交換により、上記冷媒は凝縮され、高温高圧の液体の状態で、配管１０２を通じて膨張弁１０３に送られる。

膨張弁で膨張された冷媒は、低温低圧の液体の状態で、配管１０４を通じて熱交換器１０５に送られる。熱交換器１０５における大気などとの熱交換により、上記冷媒は蒸発され、低温低圧ガスの状態で、配管１０６を通じて圧縮機１０７に送られ、以上説明したサイクルが繰り返される。

本実施形態に係る車載用ヒータユニット５００は、熱交換器１０５と圧縮機１０７との間の配管１０６に接続され、熱交換器１０５から圧縮機１０７に送られる低圧ガスを加熱する。すなわち、車載用ヒータユニット５００は、熱交換器１０５と圧縮機１０７との間の経路における冷媒加熱を補助する。

車載用ヒータユニット５００内においては、前述した流路１５内を低圧ガスが流れ、そのガスは発熱素子１１０によって加熱される。すなわち、車載用ヒータユニット５００は、液体に限らず、気体の加熱にも有効である。

また、車載用ヒータユニット５００は、図１３に示すように、圧縮機１０７と熱交換器１０１との間の配管１０８に接続して、その配管１０８を流れる液体を加熱してもよい。また、図示しないが、車載用ヒータユニット５００は、配管１０２に接続してもよい。また、ヒートポンプシステムにおいて、２つ以上の車載用ヒータユニット５００を適宜の配管に接続してもよい。車載用ヒータユニット５００は、ヒートポンプシステムにおけるいずれの配管１０２、１０６および１０８に接続されていてもよいが、低圧の配管１０６に接続されていることが好ましい。

以上説明したように、本実施形態によれば、ヒータ１００に悪影響を与えることなく、安価で量産性に優れ、ヒータ１００と筒部１１とを十分に密着および近接させて熱の伝達効率を高めることができるヒータケース１、ヒータ装置３００および車載用ヒータユニット５００を提供することが可能となる。

なお、上記に本実施形態およびその適用例（変形例、具体例）を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、ケース本体１０として四角柱型の外形を有するものを示したが、四角柱型以外の多角柱型の外形を有していてもよい。また、ケース本体１０の全ての外面１０ａに筒部１１が設けられている例を示したが、少なくとも１つの外面１０ａに筒部１１が設けられていればよい。また、１つの筒部１１に対して１つのＰＴＣ素子１１０Ｐ（薄板タイプ）を組み込む例を示したが、１つの筒部１１に対して複数の薄板タイプのＰＴＣ素子１１０Ｐを組み込んでもよい。例えば、薄板タイプのＰＴＣ素子１１０Ｐを筒部１１の長手方向に２つ並べるようにすると、筒部１１の両方の開口からそれぞれ１つずつＰＴＣ素子１１０Ｐを挿入すれば、効率良く２つのＰＴＣ素子１１０Ｐを筒部１１に収容することができる。

また、前述の各実施形態またはその適用例（変形例、具体例）に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に包含される。

本発明は、自動車（電気自動車、ハイブリッド車など）のほか、電車その他の移動体、産業用装置の加熱用、水槽用のヒータなど、電圧で駆動する加熱装置として好適に利用可能である。

１，１Ｂ…ヒータケース
２Ｈ…ヒータコア
３…液圧ポンプ
４…三方弁
５…エンジン
６…循環路
６ａ～６ｄ…管路
７ａ～７ｂ…管路
８…送風装置
１０…ケース本体
１０ａ…外面
１１…筒部
１５…流路
１００…ヒータ
１０１…熱交換器
１０２…配管
１０３…膨張弁
１０４…配管
１０５…熱交換器
１０６…配管
１０７…圧縮機
１０８…配管
１１０…発熱素子
１１０Ｐ…ＰＴＣ素子
１１１…外装部
１１２…支持部
１１２ａ…内側面
１１２ｂ…外側面
１１５…くびれ部分
１２０…電極部
１３０…絶縁性シート
１４０…導通ケーブル
３００…ヒータ装置
３１０…封止体
３２０…パイプ
５００…車載用ヒータユニット
５０１…外装ケース
５０１１…流入口
５０１２…流出口
Ｍ…モータ
ｔ…厚さ
Ｗ…幅
Ｌ…長さ

Claims (7)

1. 発熱素子を含むヒータを収容するヒータケースであって、
   内部に媒体が流れる流路を有し、第１方向に延在する角柱型の外形を有するケース本体と、
   前記ケース本体の外面に沿って設けられ、前記第１方向に延在し、前記ヒータを収容する空間を有する筒部と、
   を備え、
   前記筒部は、
   前記ケース本体の前記外面と前記第１方向と直交する第２方向に所定の間隔を開けて前記外面と略平行に設けられる外装部と、
   前記第１方向および前記第２方向と直交する方向を第３方向として、前記第３方向における前記外装部の両端部のそれぞれと、前記外面と、の間に設けられる複数の支持部と、を有し、
   前記複数の支持部のそれぞれには、前記支持部の内外側面のそれぞれから幅狭になるくびれ部分が前記第１方向に延在して設けられる、ヒータケース。
2. 前記くびれ部分は、前記複数の支持部のそれぞれの前記第２方向における中間部分に設けられる、請求項１記載のヒータケース。
3. 前記くびれ部分は、前記複数の支持部のそれぞれの前記第１方向の全域に設けられる、請求項１または請求項２に記載のヒータケース。
4. 前記ケース本体の外形は矩形であり、
   前記筒部は前記ケース本体の少なくとも向かい合う２つの外面のそれぞれに設けられる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のヒータケース。
5. 請求項１記載のヒータケースと、
   前記ヒータケースの前記筒部の前記空間に収容され、発熱素子を含むヒータと、
   を備えたヒータ装置。
6. 前記発熱素子は、前記筒部の前記空間の長手方向に延在する１つのＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子を有する、請求項５記載のヒータ装置。
7. 請求項５または請求項６に記載のヒータ装置と、
   前記ヒータ装置を収容する外装ケースと、
   を備えた車載用ヒータユニット。
   

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