JP2023110823A - プレート型ヒータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安全性に優れ、省電力なプレート型ヒータ装置を提供すること。【解決手段】本発明の一態様は、セラミック発熱素子を熱源として輻射熱を発生させる暖房機器であって、ベースプレートと、ベースプレートの一方面側に設けられ、平型のセラミック発熱素子を有する発熱部と、ベースプレートの他方面側に設けられる繊維層と、を備える。繊維層は、セラミック塗料を介してベースプレートの他方面に接続される。セラミック塗料は繊維層の繊維間に含浸していてもよいし、繊維層の表面を被覆するように設けられていてもよい。【選択図】図１

Description

本発明は、プレート型ヒータ装置に関し、より詳しくは、セラミック発熱素子を用いた省電力タイプのプレート型ヒータ装置に関するものである。

足下を温める家庭用のヒータや、自動車のダッシュボードなどに配置される車載用のヒータにおいては、プレート型ヒータ装置が適している。このようなプレート型ヒータ装置として、特許文献１には、物体が接触したときの接触部の温度をより迅速に低下させることができる輻射ヒータ装置が開示される。

特許文献２には、外部環境の変化に起因する温度検出部の異常の検出精度の低下を抑制可能な輻射ヒータ装置が開示される。また、特許文献３には、発熱した輻射ヒータへの乗員の接触を抑制可能な輻射ヒータ装置が開示される。

特許第６７２５００５号公報 国際公開第２０１８／０６６２２０号 特開２０１７－０８７７７０号公報

プレート型ヒータ装置においては、装置構成が薄いことから大きな発熱部を組み込むことができない。そこで、十分な加熱出力を得るためにパネル全面にニクロム線を配置したり、発熱部へ供給する電力を高めたりするようにしている。また、発熱部の熱が伝わるプレート部分の面積が広いため、接触による安全性についても考慮する必要がある。プレート部分に被覆材を設けてプレート表面に直接触れられないようにすることもできるが、被覆材によって熱の放出が妨げられることになる。

本発明は、安全性に優れ、省電力なプレート型ヒータ装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、セラミック発熱素子を熱源として輻射熱を発生させる暖房機器であって、ベースプレートと、ベースプレートの一方面側に設けられ、平型のセラミック発熱素子を有する発熱部と、ベースプレートの他方面側に設けられる繊維層と、を備えたプレート型ヒータ装置である。

このような構成によれば、平型のセラミック発熱素子を有する発熱部によって薄さを保ちつつ省電力で輻射熱を発生させることができる。また、ベースプレートの他方面に繊維層が設けられていることで、発熱部で発生した熱がベースプレートを介して繊維層に伝達され、繊維層から輻射熱として効率良く放射できるようになる。さらに、ベースプレートの他方面が繊維層によって覆われているため、ベースプレートに直接触れることがなく安全性を高めることができる。

上記プレート型ヒータ装置において、繊維層は、セラミック塗料を介してベースプレートの他方面に接続されていることが好ましい。これにより、発熱部で発生した熱がセラミック塗料を介して繊維層に伝わり、発熱部から繊維層への熱の伝達効率を高めることができる。

上記プレート型ヒータ装置において、セラミック塗料は、繊維層の繊維間に含浸していることが好ましい。繊維層の繊維間にセラミック塗料が含浸していることで、繊維層とともに繊維間からも輻射熱を発生させることができる。

上記プレート型ヒータ装置において、セラミック塗料は、繊維層の表面を被覆することが好ましい。これにより、ベースプレートの他方面側がセラミック塗料で覆われることになり、ベースプレートに直接触れることがなく安全性を高めることができる。

上記プレート型ヒータ装置において、複数本の発熱部を備え、複数本の発熱部は、ベースプレートの一方面側に所定の間隔で略平行に配置されていてもよい。ベースプレートの他方面に繊維層が設けられることで効率良く輻射熱を放出することができるため、複数本の発熱部でも十分に輻射熱を発生させることができる。すなわち、ベースプレートの全面に発熱部が設けられていなくても、効果的な発熱を行うことができ、省電力化を図ることができる。

上記プレート型ヒータ装置において、ベースプレートの一方面に、ベースプレートと一体に形成され、一方面に沿って延在する筒部をさらに備え、筒部の筒内にセラミック発熱素子が挿入されていてもよい。このように、セラミック発熱素子を挿入する筒部がベースプレートと一体に形成されることで、セラミック発熱素子で発生した熱を効率良くベースプレートに伝えることができる。さらに、プレート型ヒータ装置の部品点数の削減および組み立てが容易となる。

上記プレート型ヒータ装置において、発熱部は、セラミック発熱素子を収容する筒部を有し、ベースプレートの一方面に発熱部の筒部が別体で接続されていてもよい。このように、ベースプレートと筒部とが別体になっていることで、ベースプレートとしては平板を用意すればよい。また、所望のサイズや個数の筒部をベースプレートの適した位置に取り付けることができ、適用するヒータ装置に応じた設計の自由度を高めることができる。

上記プレート型ヒータ装置において、ベースプレートは、セラミック発熱素子に電圧を印加する一対の電極板のうち一方の電極板と兼用になっていてもよい。このように、セラミック発熱素子へ電圧を印加する一対の電極板のうち一方の電極板をベースプレートで兼用することによって、構造の簡素化および部品点数の削減を図ることができる。

上記プレート型ヒータ装置において、ベースプレートと対向する対向プレートをさらに備え、セラミック発熱素子は、ベースプレートと対向プレートとの間で挟持され、セラミック発熱素子に電圧を印加する一対の電極板が、ベースプレートおよび対向プレートで構成されていてもよい。このように、セラミック発熱素子に電圧を印加する一対の電極板をベースプレートおよび対向プレートで構成することで、構造の簡素化および部品点数の削減を図ることができる。

上記プレート型ヒータ装置において、ベースプレートと対向する対向プレートと、対向させたベースプレートと対向プレートとの間に隙間を設けるためのスペーサと、をさらに備えていてもよい。スペーサによってベースプレートと対向プレートとの間に隙間が設けられることで空気の流路が構成され、この隙間を通る空気が発熱部によって加熱される。

上記プレート型ヒータ装置において、スペーサは放熱フィンを有し、ベースプレートと対向プレートとが対向する方向にみて発熱部と重なる位置にスペーサが配置されていてもよい。これにより、発熱部で発生させた熱を放熱フィンに伝えるとともに、放熱フィンに接触しながら通過する空気を効果的に加熱することができる。

上記プレート型ヒータ装置において、セラミック発熱素子およびスペーサは互いに積層された状態でベースプレートと対向プレートとの間で挟持され、セラミック発熱素子に電圧を印加する一対の電極板が、ベースプレートおよび対向プレートで構成されていてもよい。このように、セラミック発熱素子に電圧を印加する一対の電極板をベースプレートおよび対向プレートで構成することで、構造の簡素化および部品点数の削減を図ることができるとともに、スペーサを用いる構成でも装置の厚さの増加を抑制することができる。

上記プレート型ヒータ装置において、ベースプレートと対向プレートとの隙間を対向プレートの面方向に流れてきた空気の方向を変える手段をさらに備えていてもよい。これにより、隙間を流れてきた空気の吹き出し方向を設定することができる。

本発明によれば、安全性に優れ、省電力なプレート型ヒータ装置を提供することが可能となる。

第１実施形態に係るプレート型ヒータ装置の構成を例示する分解斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は、第１実施形態に係るプレート型ヒータ装置の断面図である。 第１実施形態に係るプレート型ヒータ装置の平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、発熱部を例示する斜視図である。 発熱素子を例示する斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は、発熱部の組み込み状態を例示する断面図である。 第２実施形態に係るプレート型ヒータ装置を例示する分解斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は、発熱部の組み込み状態を例示する断面図である。 第３実施形態に係るプレート型ヒータ装置を例示する分解斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は、発熱部の接続状態を例示する断面図である。 第４実施形態に係るプレート型ヒータ装置を例示する分解斜視図である。 発熱部の接続状態を例示する断面図である。 第５実施形態に係るプレート型ヒータ装置を例示する分解斜視図である。 発熱部の挟持状態を例示する断面図である。 第６実施形態に係るプレート型ヒータ装置を例示する分解斜視図である。 隙間への熱の伝達を説明する模式断面図である。 空気の流れを説明する斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は、空気の流れの設定例を説明する模式平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、空気の吹き出し方向の設定について説明する模式断面図である。

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。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るプレート型ヒータ装置の構成を例示する分解斜視図である。
図２（ａ）および（ｂ）は、第１実施形態に係るプレート型ヒータ装置の断面図である。図２（ａ）には図１のＡ－Ａ線断面図が示され、図２（ｂ）には図２（ａ）のＢ部の拡大断面図が示される。
図３は、第１実施形態に係るプレート型ヒータ装置の平面図である。

第１実施形態に係るプレート型ヒータ装置１Ａは、セラミック発熱素子２００を熱源として輻射熱を発生させる薄型の暖房機器である。プレート型ヒータ装置１Ａは、ベースプレート１０と、ベースプレート１０の一方面（裏面１０ｂ）側に設けられ、平型のセラミック発熱素子２００を有する発熱部２０と、ベースプレート１０の他方面（表面１０ａ）側に設けられる繊維層３０と、を備える。

ベースプレート１０には、アルミニウムなど金属、熱伝導性、耐熱性および電気絶縁性に優れた樹脂、ガラスおよびセラミックなどが用いられる。本実施形態では、ベースプレート１０としてアルミニウムを用いる場合を例とする。ベースプレート１０のサイズは適宜決定されるが、足下を温めるヒータの場合には、縦約１００ミリメートル（ｍｍ）以上３００ｍｍ以下程度、横約１００ｍｍ以上３００ｍｍ以下程度、厚さ約１ｍｍ程度である。自動車のダッシュボードに配置する車載用ヒータの場合の好適な例としては、縦約１５０ｍｍ、横約２００ｍｍ、厚さ約１ｍｍである。

ベースプレート１０の裏面１０ｂには発熱部２０を収容する筒部１５が設けられる。筒部１５はベースプレート１０と一体に形成される。例えば、アルミニウムを押し出し成形することで、ベースプレート１０と筒部１５とが一体成形された部材を製造することができる。本実施形態では、ベースプレート１０の裏面１０ｂに２つの筒部１５が設けられる。２つの筒部１５は、所定の間隔で互いに略平行に設けられる。

発熱部２０は筒部１５の筒内に収容される。本実施形態では、２つの筒部１５のそれぞれに発熱部２０が収容される。発熱部２０には、電圧の印加によって発熱するセラミック発熱素子２００が用いられる。発熱部２０には導通ケーブル２５が設けられ。導通ケーブル２５に所定の電圧を印加することでセラミック発熱素子２００が発熱する。発熱部２０の構成については後述する。

ベースプレート１０の表面１０ａには繊維層３０が設けられる。繊維層３０には、ガラス繊維層、カーボン繊維層、アラミド繊維層、合成繊維層、樹脂繊維層、フェルト層、不織布層、スパッタシートなどが用いられる。本実施形態では、繊維層３０としてガラス繊維層を用いる場合を例とする。繊維層３０はベースプレート１０の表面１０ａのほぼ全面に設けられる。繊維層３０は、ベースプレート１０の表面１０ａに接着剤によって接続される。接着剤には、耐熱性および熱伝導性に優れたものが用いられる。

本実施形態では、接着剤としてセラミック塗料４０が用いられる。セラミック塗料４０は、アルミナ、ジルコニアなどのセラミック系材料を含有する接着剤（セラミック系接着剤）である。セラミック塗料４０は少なくともベースプレート１０の表面１０ａと繊維層３０との間に設けられる。セラミック塗料４０は繊維層３０の繊維間に含浸していることが好ましい。また、セラミック塗料４０は繊維層３０の表面を被覆することがより好ましい。

このように、ベースプレート１０の表面１０ａに繊維層３０が設けられていることで、発熱部２０で発生した熱がベースプレート１０を介して繊維層３０に伝達され、繊維層３０から輻射熱として効率良く放射される。また、繊維層３０がセラミック塗料４０を介してベースプレート１０の表面１０ａに接続されることで、発熱部２０で発生した熱がベースプレート１０からセラミック塗料４０を介して繊維層３０に伝わり、繊維層３０から輻射熱として外部へ効率良く放射できることになる。

特に、繊維層３０の繊維間にセラミック塗料４０が含浸していることで、繊維層３０とともに繊維間からも効果的に輻射熱を発生させることができる。

本実施形態に係るプレート型ヒータ装置１Ａの熱の伝達は次のようになる。すなわち、先ず、発熱部２０で発生した熱がベースプレート１０に伝達される。ベースプレート１０は熱伝導率の高いアルミニウム等の金属で構成されているため、発熱部２０がベースプレート１０の全面に設けられていなくても、ベースプレート１０の全体に効率良く伝達される。そして、ベースプレート１０に伝達された熱は、表面１０ａを覆う繊維層３０に伝わり、熱を吸収した繊維層３０から輻射熱（遠赤外線）が放射される。繊維層３０はベースプレート１０よりも放射率が高いため、ベースプレート１０の熱を効率良く輻射熱として放射することができる。繊維層３０がセラミック塗料４０によって接続されている場合には、ベースプレート１０からセラミック塗料４０にも熱が伝わり、セラミック塗料４０からも輻射熱が放射される。

本実施形態のようにベースプレート１０の表面１０ａを覆うように繊維層３０を設けることで、ベースプレート１０の熱を繊維層３０を介して効率良く放射できるため、ベースプレート１０を加熱するための発熱部２０を全面に設ける必要がない。したがって、プレート型ヒータ装置１Ａの小型化、簡素化および省電力化を図ることができる。

一方、ベースプレート１０の表面１０ａに繊維層３０が設けられていない場合には、ベースプレート１０の表面１０ａから加熱の対象物までの媒体（空気）を介して熱を伝えることになり（熱の伝わり方が主として対流）、十分な加熱を行うためには大きな発熱部２０や多くの電力が必要になる。さらに、ベースプレート１０の表面１０ａが高温になることから、直接触れた場合の安全性が懸念される。

本実施形態のように、ベースプレート１０の表面１０ａが繊維層３０で覆われていたり、セラミック塗料４０によって覆われていたりすることで、ベースプレート１０に直接触れることがなくなる。繊維層３０やセラミック塗料４０の表面温度は、ベースプレート１０の表面温度に比べて低いため、繊維層３０やセラミック塗料４０に直接触れたとしても、ベースプレート１０に直接触れる場合に比べて安全性は高い。すなわち、繊維層３０の表面の粗さ（凹凸）はベースプレート１０の表面１０ａの粗さよりも粗いため、直接触れた場合の接触面積がベースプレート１０よりも繊維層３０のほうが狭い。また、繊維層３０の表面の凹凸によって熱が外部に放出されやすいことから、繊維層３０の表面温度はベースプレート１０の表面温度よりも低下しやすい。例えば、ベースプレート１０の表面１０ａの温度は１２０℃から１３０℃程度となる。一方、繊維層３０（セラミック塗料４０）の表面温度はベースプレート１０の表面１０ａの温度に対して５℃から１０℃程度低くなる。したがって、表面に露出している繊維層３０やセラミック塗料４０に触れたとしても、短時間であれば問題はない。

図４（ａ）および（ｂ）は、発熱部を例示する斜視図である。図４（ａ）には発熱部の構成を例示する斜視図が示され、図４（ｂ）には発熱素子および電極の分解斜視図が示される。
図５は、発熱素子を例示する斜視図である。
本実施形態に係るプレート型ヒータ装置１Ａで適用される発熱部２０には、セラミック発熱素子２００としてＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子が用いられる。ＰＴＣ素子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。セラミック発熱素子２００としてＰＴＣ素子を用いることで、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１つの発熱部２０に１つの平型のＰＴＣ素子が用いられる。ＰＴＣ素子から成るセラミック発熱素子２００のサイズは、幅Ｗと長さＬとの比（Ｗ：Ｌ）が１：５以上１：２０以下程度の長尺状となっている。

一例として、車載用ヒータとして用いる場合、ＰＴＣ素子から成る１つのセラミック発熱素子２００のサイズは、幅Ｗが約１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下程度、長さＬが約９０ｍｍ以上２００ｍｍ以下程度、厚さｔは約１ｍｍ以上５ｍｍ以下程度である。

車載用ヒータの場合の好適な例として、ベースプレート１０のサイズが縦約１５０ｍｍ、横約２００ｍｍ、厚さ約１ｍｍの場合、ＰＴＣ素子から成る１つのセラミック発熱素子２００のサイズは、幅Ｗが約１５ｍｍ、長さＬが約９０ｍｍ、厚さｔが約１．５ｍｍである。

発熱部２０は、上記のような平型長尺のセラミック発熱素子２００と、セラミック発熱素子２００を間に挟持する一対の電極板２１と、絶縁性シート２２とを備える。セラミック発熱素子２００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。これらの金属をセラミック発熱素子２００の表裏面に例えば溶射することで電極層が形成される。電極層はセラミック発熱素子２００とオーミックコンタクトしている。

セラミック発熱素子２００を間に挟持する一対の電極板２１としては、例えばステンレスやアルミニウムが用いられる。セラミック発熱素子２００と電極板２１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続される。一対の電極板２１のそれぞれには導通ケーブル２５が接続される。導通ケーブル２５は電極板２１に例えばかしめによって接続される。

絶縁性シート２２は、一対の電極板２１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２２は、セラミック発熱素子２００を間に挟持した一対の電極板２１の周囲を包むように設けられる。絶縁性シート２２の材料としては、可撓性、熱伝導性および電気絶縁性を有する、例えば厚さ０．０５ｍｍ程度のポリイミドフィルムが好ましい。

図６（ａ）および（ｂ）は、発熱部の組み込み状態を例示する断面図である。図６（ａ）には発熱部の拡大断面図が示され、図６（ｂ）には図６（ａ）のＣ部の拡大断面図が示される。
発熱部２０はベースプレート１０の裏面１０ｂに設けられた筒部１５の筒内に収容される。発熱部２０は絶縁性シート２２によって覆われているため、筒部１５に組み込んだ状態でベースプレート１０および筒部１５を介して発熱部２０の一対の電極板２１の間が導通（短絡）することはない。

筒部１５の筒内に発熱部２０を挿入した状態で筒部１５を押圧することで筒部１５を潰し、発熱部２０を筒内で挟持する。この際、筒部１５の側壁１５ｓにくびれ部分１５１を設けておくことで、側壁１５ｓが潰されても発熱部２０側に突出することがない。すなわち、側壁１５ｓは折れ曲がることなく縮む（潰れる）ようになって、発熱部２０を筒部１５の筒内で挟持できるようになる。これにより、筒部１５が押圧されても筒部１５の空間内で側壁１５ｓと発熱部２０とが接触することを回避できる。

第１実施形態に係るプレート型ヒータ装置１Ａでは、ベースプレート１０と筒部１５とが一体に設けられているため、部品点数の削減につながる。また、平型長尺のセラミック発熱素子２００を用いることで、セラミック発熱素子２００を筒部１５に挿入する際の手間を大幅に減らすことができる。また、第１実施形態に係るプレート型ヒータ装置１Ａは電気絶縁性に優れていることから、例えば数十ボルトから数百ボルトの電圧を印加することによって加熱するヒータ（例えば、電気自動車用の車載ヒータ）に適している。

（第２実施形態）
図７は、第２実施形態に係るプレート型ヒータ装置を例示する分解斜視図である。
図８（ａ）および（ｂ）は、発熱部の組み込み状態を例示する断面図である。図８（ａ）には発熱部の拡大断面図が示され、図８（ｂ）には図８（ａ）のＤ部の拡大断面図が示される。
第２実施形態に係るプレート型ヒータ装置１Ｂでは、ベースプレート１０と筒部１５とが別体となっている。ベースプレート１０の表面１０ａ側の構成は第１実施形態と同様である。ベースプレート１０は表面１０ａおよび裏面１０ｂが平坦な薄板状となっている。筒部１５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筒形に製造される。筒部１５の筒内には発熱部２０が収容される。

発熱部２０を収容した筒部１５は、ベースプレート１０の裏面１０ｂに接続される。筒部１５は、熱伝導性に優れた例えばシリコーン系接着剤によってベースプレート１０の裏面１０ｂに、ベースプレート１０とは別体で接着される。

第２実施形態に係るプレート型ヒータ装置１Ｂでは、ベースプレート１０と筒部１５とが別体になっているため、ベースプレート１０としては平板を用意すればよい。また、所望のサイズや個数の筒部１５をベースプレート１０の適した位置に取り付けることができ、適用するヒータ装置に応じた設計の自由度を高めることができる。

（第３実施形態）
図９は、第３実施形態に係るプレート型ヒータ装置を例示する分解斜視図である。
図１０（ａ）および（ｂ）は、発熱部の接続状態を例示する断面図である。
第３実施形態に係るプレート型ヒータ装置１Ｃでは、ベースプレート１０の裏面１０ｂに接続される発熱部２０が筒部１５（図１参照）を介すことなく接続されている。ベースプレート１０の表面１０ａ側の構成は第１実施形態と同様である。発熱部２０は、一対の電極板２１の間にセラミック発熱素子２００が挟持された構成である。発熱部２０は、ベースプレート１０の裏面１０ｂに絶縁性部材５０を介して接続される。また、ベースプレート１０の裏面１０ｂに接続された発熱部２０の表面は、絶縁性被覆材６０によって覆われている。

絶縁性部材５０には例えばポリイミドが用いられる。絶縁性部材５０は、図１０（ａ）に示すように、ベースプレート１０の裏面１０ｂの発熱部２０と対向する位置に設けられていてもよいし、図１０（ｂ）に示すように、ベースプレート１０の裏面１０ｂの全面に設けられていてもよい。絶縁性部材５０は、熱伝導性に優れた例えばシリコーン系接着剤によってベースプレート１０の裏面１０ｂに接着される。また、発熱部２０は、熱伝導性に優れた例えばシリコーン系接着剤によって絶縁性部材５０に接着される。

絶縁性被覆材６０には例えばポリイミドが用いられる。絶縁性被覆材６０は、発熱部２０の表面を含むベースプレート１０の裏面１０ｂの全面を覆うように設けられる。

第３実施形態に係るプレート型ヒータ装置１Ｃでは、筒部１５を介すことなく発熱部２０が接続される構成のため、構造の簡素化および部品点数の削減を図ることができる。

（第４実施形態）
図１１は、第４実施形態に係るプレート型ヒータ装置を例示する分解斜視図である。
図１２は、発熱部の接続状態を例示する断面図である。
第４実施形態に係るプレート型ヒータ装置１Ｄは、発熱部２０の一方の電極板２１をベースプレート１０で兼用した構成である。ベースプレート１０の表面１０ａ側の構成は第１実施形態と同様である。発熱部２０のセラミック発熱素子２００は、熱伝導性および導電性に優れた例えばシリコーン系接着剤によってベースプレート１０の裏面１０ｂに接続される。複数のセラミック発熱素子２００が設けられている場合、セラミック発熱素子２００の一方の電極がベースプレート１０で共通となっている。したがって、セラミック発熱素子２００に電圧を印加する一方の導通ケーブル２５はベースプレート１０に接続される。

ベースプレート１０の裏面１０ｂに接続された発熱部２０の表面は、絶縁性被覆材６０によって覆われている。絶縁性被覆材６０には例えばポリイミドが用いられる。絶縁性被覆材６０は、発熱部２０の表面を含むベースプレート１０の裏面１０ｂの全面を覆うように設けられる。

第４実施形態に係るプレート型ヒータ装置１Ｄでは、発熱部２０の一方の電極板２１をベースプレート１０で兼用しているため、構造の簡素化および部品点数の削減を図ることができる。

（第５実施形態）
図１３は、第５実施形態に係るプレート型ヒータ装置を例示する分解斜視図である。
図１４は、発熱部の挟持状態を例示する断面図である。
第５実施形態に係るプレート型ヒータ装置１Ｅは、発熱部２０の一方の電極板２１をベースプレート１０で兼用するとともに、他方の電極板２１を対向プレート７０にした構成である。ベースプレート１０の表面１０ａ側の構成は第１実施形態と同様である。

対向プレート７０には、アルミニウムなどの金属が用いられる。対向プレート７０のサイズはベースプレート１０のサイズと同等である。ベースプレート１０と対向プレート７０との間にセラミック発熱素子２００が挟持される。ベースプレート１０および対向プレート７０のそれぞれには、セラミック発熱素子２００に電圧を印加するための導通ケーブル２５が接続される。

セラミック発熱素子２００は、熱伝導性および導電性に優れた例えばシリコーン系接着剤によってベースプレート１０の裏面１０ｂおよび対向プレート７０の表面７０ａに接続される。また、ベースプレート１０と対向プレート７０との間であってセラミック発熱素子２００が配置されていない部分には絶縁性部材８０が設けられる。絶縁性部材８０には、熱伝導性および電気絶縁性に優れた例えばシリコーン系接着剤が用いられる。

第５実施形態に係るプレート型ヒータ装置１Ｅでは、発熱部２０の一対の電極板２１をベースプレート１０および対向プレート７０で構成しているため、構造の簡素化および部品点数の削減を図ることができる。また、複数のセラミック発熱素子２００を備えていても、それぞれ個別に電極板２１や導通ケーブル２５を設ける必要がなくなる。

（第６実施形態）
図１５は、第６実施形態に係るプレート型ヒータ装置を例示する分解斜視図である。
図１６は、隙間への熱の伝達を説明する模式断面図である。
第６実施形態に係るプレート型ヒータ装置１Ｇは、ベースプレート１０と対向する対向プレート７０と、この対向させたベースプレート１０と対向プレート７０との間に隙間Ｇを設けるためのスペーサ９０と、をさらに備えた構成となっている。

プレート型ヒータ装置１Ｇでは、発熱部２０の一方の電極板２１をベースプレート１０で兼用し、他方の電極板２１を対向プレート７０で兼用している。また、スペーサ９０は放熱フィン９５を有している。放熱フィン９５を有するスペーサ９０は、ベースプレート１０と対向プレート７０とが対向する方向にみて発熱部２０と重なる位置に配置される。

具体的には、ベースプレート１０の裏面１０ｂにセラミック発熱素子２００が熱伝導性および導電性に優れた例えばシリコーン系接着剤によって接続され、セラミック発熱素子２００の対向プレート７０側の面に放熱フィン９５を有するスペーサ９０が上記と同様な例えばシリコーン系接着剤によって接続される。さらに、スペーサ９０と対向プレート７０とが上記と同様な例えばシリコーン系接着剤によって接続される。すなわち、セラミック発熱素子２００およびスペーサ９０は互いに積層された状態でベースプレート１０と対向プレート７０との間に挟持される。そして、ベースプレート１０および対向プレート７０のそれぞれには、セラミック発熱素子２００に電圧を印加するための導通ケーブル２５が接続される。

このように、ベースプレート１０と対向プレート７０との間にスペーサ９０が設けられることで、ベースプレート１０の裏面１０ｂと対向プレート７０の表面７０ａとの間に隙間Ｇが設けられる。図１６に示すように、プレート型ヒータ装置１Ｇでは、ベースプレート１０の表面１０ａ側からは輻射熱（矢印Ａ参照）が放射される。一方、ベースプレート１０の裏面１０ｂ側においては、発熱部２０で発生した熱がスペーサ９０に伝わり、放熱フィン９５から隙間Ｇを通過する空気を加熱する。加熱された空気は、隙間Ｇを流路として対向プレート７０の面方向に流れる（矢印Ｂ参照）。

図１７は、空気の流れを説明する斜視図である。
プレート型ヒータ装置１Ｇにおいて、隙間Ｇの横から隙間Ｇ内に空気を送り込むようにする（矢印Ｃ参照）。隙間Ｇに送り込まれた空気は、隙間Ｇ内においてスペーサ９０の放熱フィン９５と接触して効果的に熱を吸収し加熱される。隙間Ｇ内の空気は放熱フィン９５の間を通過して外部に出て行く（矢印Ｄ参照）。これにより、プレート型ヒータ装置１Ｇでは、ベースプレート１０の表面１０ａ側からは輻射熱が放射され（矢印Ａ参照）、ベースプレート１０の面方向には対流熱が出て行くことになる（矢印Ｄ参照）。

図１８（ａ）および（ｂ）は、空気の流れの設定例を説明する模式平面図である。
プレート型ヒータ装置１Ｇにおいて、隙間Ｇにおける空気の流れを設定する構成を備えていてもよい。図１８（ａ）に示す例では、ベースプレート１０と対向プレート７０との間に蓋部１１１および１１２が設けられる。例えば、略平行に配置された２つの発熱部２０およびスペーサ９０の互いの両端をつなぐように蓋部１１１および１１２が設けられる。これにより、隙間Ｇ内の空気の流れを蓋部１１１と１１２との間に制限することができる。

図１８（ｂ）に示す例では、略平行に配置された２つの発熱部２０およびスペーサ９０の互いの両端をつなぐように蓋部１１１および１１２が設けられ、一方の蓋部１１１の間に空気の送り込み口１１１ｈが設けられる。これにより、送り込み口１１１ｈから隙間Ｇに送られた空気は隙間Ｇ内で左右に分かれて流れ、それぞれ吹き出していくことになる（矢印Ｄ１、Ｄ２参照）。

図１９（ａ）および（ｂ）は、空気の吹き出し方向の設定について説明する模式断面図である。
プレート型ヒータ装置１Ｇにおいて、隙間Ｇにおける空気の吹き出し方向を設定する手段を備えていてもよい。図１９（ａ）に示す例では、隙間Ｇを面方向に流れる空気を前方（ベースプレート１０側）に向ける壁部１２１が設けられる。壁部１２１は、例えば対向プレート７０の縁部分に設けられ、対向プレート７０の表面７０ａと交差する方向に立設される。壁部１２１とベースプレート１０の縁との間には吹き出し口１２１ｈが設けられる。これにより、隙間Ｇを対向プレート７０の面方向に流れてきた空気が壁部１２１に当たって方向を変えられ、吹き出し口１２１ｈから吹き出すことになる。

図１９（ｂ）に示す例では、隙間Ｇの端部に可変翼１２５が設けられる。可変翼１２５は、例えば対向プレート７０の縁部分に設けられ、対向プレート７０の表面７０ａに対する角度を変えられるようになっている。隙間Ｇを対向プレート７０の面方向に流れてきた空気は、可変翼１２５に当たって可変翼１２５の角度に応じて方向を変えられ、吹き出し口１２１ｈから吹き出すことになる。可変翼１２５はルーバ型であってもよい。

上記説明したプレート型ヒータ装置１Ｇにおいて、スペーサ９０は放熱フィン９５を有するものに限定されず、支柱型や壁型、板型であってもよい。また、ベースプレート１０および対向プレート７０を電極板２１と兼用する場合、ベースプレート１０と対向プレート７０との電気的な短絡を防止するため、両者間に絶縁部材を介在させたり、プレート面に絶縁膜を形成したりしてもよい。また、対向プレート７０の裏面７０ｂに断熱部材を設けてもよい。対向プレート７０の裏面７０ｂは自動車のダッシュボードなどの取付面と接するため、断熱部材を設けておくことで取付面を熱から保護することができる。

このように、第６実施形態に係るプレート型ヒータ装置１Ｇでは、放熱フィン９５を有するスペーサ９０によってベースプレート１０と対向プレート７０との間に空気の流路となる隙間Ｇが設けられる。これにより、この隙間Ｇを通る空気を加熱することができ、ベースプレート１０の表面１０ａ側で輻射熱を得るとともに、裏面１０ｂ側で対流熱を得ることが可能となる。輻射熱および対流熱を利用できるプレート型ヒータ装置１Ｇでは、輻射熱のみの場合に比べて２～３倍程度の熱量を得ることができる。

また、第３実施形態に係るプレート型ヒータ装置１Ｃ、第４実施形態に係るプレート型ヒータ装置１Ｄ、第５実施形態に係るプレート型ヒータ装置１Ｅおよび第６実施形態に係るプレート型ヒータ装置１Ｇでは、第１実施形態に係るプレート型ヒータ装置１Ａや第２実施形態に係るプレート型ヒータ装置１Ｂのような筒部１５が不要になるため、構造の簡素化および部品点数の削減を図ることができる。特に、プレート型ヒータ装置１Ｃ、１Ｄ、１Ｅおよび１Ｇでは、数ボルトから十数ボルト程度の低電圧、数十ボルト程度の中電圧で加熱するヒータ（例えば、１２Ｖや２４Ｖの車載バッテリーの電圧で駆動する車載ヒータ）に適している。

例えば、上記のような足下を温めるヒータや、自動車のダッシュボードに配置する車載用ヒータに適したサイズのベースプレート１０を用いる場合、図３に示すように、１つのベースプレート１０に対して２つの発熱部２０を所定の間隔で略平行に配置することが好ましい。また、この場合、発熱部２０（筒部１５が設けられていない場合はセラミック発熱素子２００）の幅をＷ１、２つの発熱部２０の間隔をＷ２、発熱部２０の縁からベースプレート１０の縁までの距離をＷ３として、幅Ｗ１に対する間隔Ｗ２および距離Ｗ３をそれぞれ１～１．５倍程度にするとよい。これにより、２つの発熱部２０であってもベースプレート１０の全体を効果的に温めることができるため、省電力、発熱量および均一性のバランスに優れた暖房器具を構成することができる。また、１つのベースプレート１０に３つ以上の発熱部２０が互いに略平行に設けられている場合も上記と同様な比率で配置されているとよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、安全性に優れ、省電力なプレート型ヒータ装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅおよび１Ｇ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、上記実施形態では、１つの筒部１５に１つの発熱部２０を組み込む例を示したが、１つの筒部１５に複数の発熱部２０を組み込んでもよい。また、１つの発熱部２０に複数のセラミック発熱素子２００を並べるようにしてもよい。

また、発熱部２０の個数やベースプレート１０に対する発熱部２０の配置（レイアウト）は上記に限定されない。例えば、上記実施形態では、ベースプレート１０の短手方向と発熱部２０の長手方向とを合わせてレイアウトした例を示したが、ベースプレート１０の長手方向と発熱部２０の長手方向とを合わせてレイアウトしてもよい。

また、セラミック発熱素子２００としてＰＴＣ素子を例としたが、ＰＴＣ素子以外の発熱素子であってもよい。さらには、ベースプレート１０は矩形以外の形状（丸形、楕円形、多角形など）であってもよいし、湾曲した形状や立体的な形状であってもよい。また、繊維層３０と同等の機能を有する部材として、ベースプレート１０の表面１０ａの粗さ（凹凸）よりも粗い（凹凸が多い）もの（例えば、ディンプルを有する部材、凹みを有する部材、格子状の部材など）や、ベースプレート１０よりも表面積が狭いもの（例えば、微小な孔が多数設けられた部材など）を用いてもよい。

また、前述の各実施形態またはその適用例に対して、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、家庭用ヒータ、自動車（エンジン自動車、電気自動車、ハイブリッド車など）に用いられる車載用ヒータのほか、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。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｇ…プレート型ヒータ装置
１０…ベースプレート
１０ａ…表面
１０ｂ…裏面
１５…筒部
１５ｓ…側壁
２０…発熱部
２１…電極板
２２…絶縁性シート
２５…導通ケーブル
３０…繊維層
４０…セラミック塗料
５０…絶縁性部材
６０…絶縁性被覆材
７０…対向プレート
７０ａ…表面
８０…絶縁性部材
９０…スペーサ
９５…放熱フィン
１１１，１１２…蓋部
１１１ｈ…送り込み口
１２１…壁部
１２１ｈ…吹き出し口
１２５…可変翼
１５１…くびれ部分
２００…セラミック発熱素子
Ｇ…隙間
Ｌ…長さ
Ｗ…幅
ｔ…厚さ

Claims (13)

1. セラミック発熱素子を熱源として輻射熱を発生させる暖房機器であって、
   ベースプレートと、
   前記ベースプレートの一方面側に設けられ、平型の前記セラミック発熱素子を有する発熱部と、
   前記ベースプレートの他方面側に設けられる繊維層と、
   を備えたプレート型ヒータ装置。
2. 前記繊維層は、セラミック塗料を介して前記ベースプレートの前記他方面に接続された、請求項１記載のプレート型ヒータ装置。
3. 前記セラミック塗料は、前記繊維層の繊維間に含浸している、請求項２記載のプレート型ヒータ装置。
4. 前記セラミック塗料は、前記繊維層の表面を被覆する、請求項２記載のプレート型ヒータ装置。
5. 複数本の前記発熱部を備え、
   前記複数本の発熱部は、前記ベースプレートの前記一方面側に所定の間隔で略平行に配置された、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプレート型ヒータ装置。
6. 前記ベースプレートの前記一方面に、前記ベースプレートと一体に形成され、前記一方面に沿って延在する筒部をさらに備え、
   前記筒部の筒内に前記セラミック発熱素子が挿入された、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプレート型ヒータ装置。
7. 前記発熱部は、前記セラミック発熱素子を収容する筒部を有し、
   前記ベースプレートの前記一方面に前記発熱部の前記筒部が別体で接続された、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプレート型ヒータ装置。
8. 前記ベースプレートは、前記セラミック発熱素子に電圧を印加する一対の電極板のうち一方の電極板と兼用である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプレート型ヒータ装置。
9. 前記ベースプレートと対向する対向プレートをさらに備え、
   前記セラミック発熱素子は、前記ベースプレートと前記対向プレートとの間で挟持され、
   前記セラミック発熱素子に電圧を印加する一対の電極板が、前記ベースプレートおよび前記対向プレートで構成される、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプレート型ヒータ装置。
10. 前記ベースプレートと対向する対向プレートと、
    対向させた前記ベースプレートと前記対向プレートとの間に隙間を設けるためのスペーサと、
    をさらに備えた、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプレート型ヒータ装置。
11. 前記スペーサは放熱フィンを有し、
    前記ベースプレートと前記対向プレートとが対向する方向にみて前記発熱部と重なる位置に前記スペーサが配置される、請求項１０記載のプレート型ヒータ装置。
12. 前記セラミック発熱素子および前記スペーサは、互いに積層された状態で前記ベースプレートと前記対向プレートとの間で挟持され、
    前記セラミック発熱素子に電圧を印加する一対の電極板が、前記ベースプレートおよび前記対向プレートで構成される、請求項１１記載のプレート型ヒータ装置。
13. 前記ベースプレートと前記対向プレートとの前記隙間を前記対向プレートの面方向に流れてきた空気の方向を変える手段をさらに備えた請求項１０記載のプレート型ヒータ装置。

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