JP3812011B2

JP3812011B2 - Fluid heating device and PTC element

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Publication number: JP3812011B2
Application number: JP28596696A
Authority: JP
Inventors: 康裕大矢; 喜則秋山; 勲渡部; 泰明辻村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-10-07
Filing date: 1996-10-07
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2016-10-07
Also published as: DE19744020A1; JPH10112376A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は，燃料，オイル，ウオッシャー液，水等の流体を加熱するための流体加熱装置，及びこれに組み込まれるＰＴＣ素子に関する。
【０００２】
【従来技術】
例えばディーゼルエンジンにおける燃料や，オイル，ウオッシャー液等の流体は，低温状態において凍結またはワックス状に凝固する場合がある。このような状態になった流体は流動性が著しく低下して本来の役割を果たせない場合が生じる。そのため，流体の凍結，凝固等を回避するため，流体を加熱するための流体加熱装置が用いられている。
【０００３】
具体例としては，図１８に示すごとく，ディーゼルエンジンの燃料を加熱するための燃料加熱装置９がある。この燃料加熱装置９は，図１８（Ａ）に示すごとく，フィルター装置（図６参照）の上方に設けられたヒータケース７と，加熱部９０とよりなる。
ヒータケース７は流体経路に導通した流体加熱室７０を有しており，その流体加熱室７０内に上記加熱部９０を配設している。
【０００４】
加熱部９０は，図１８（Ａ）に示すごとく，流体を加熱するためのＰＴＣ素子１１を有している。このＰＴＣ素子（正特性サーミスタ発熱体）１１は，電気抵抗がある温度を境に温度と共に急激に増加す特性を有するものであり，定温発熱体として広く応用されているものである。
【０００５】
また，加熱部９０は，図１８に示すごとく，電気絶縁性の絶縁カバー９２によりＰＴＣ素子１１その他の部品を収容，保持している。
即ち，絶縁カバー９２は，図１８（Ａ）（Ｂ）に示すごとく，複数の貫通穴９２４を設けた底部９２１と筒部９２５とを一体的に有するカップ形状を呈している。底部９２１の中心部には，外方へ突出した突出部９２２と内方に突出した内筒部９２３とを有する。
【０００６】
そして，図１８（Ａ）に示すごとく，絶縁カバー９２内部には，下方からリング形状のＰＴＣ素子１０，コイルスプリング９３，導電性部材９４，スイッチ部９５が収められている。
このように，加熱部９０は，一つの絶縁カバー９２によって，ＰＴＣ素子１０，導電性部材９４及びスイッチ部９５とを，ヒータケース７から電気的に絶縁しつつ収納保持することにより構成されている。
【０００７】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来の流体加熱装置９においては次の問題がある。
即ち，流体加熱装置は，上記のように流体経路の一部分に組み込まれる装置であるため，小型化することが強く望まれている。これは，流体が燃料である場合に限らず，オイル，ウオッシャー液，水等の場合においても同様に流体加熱装置の小型化が望まれている。
【０００８】
これに対して従来の流体加熱装置９の加熱部９０は，上記のごとくＰＴＣ素子１１その他の部品を一つの大きな絶縁カバー９２により保持している。したがって，従来の加熱部９０の構造においては，他の部品を包み込む絶縁カバー９２が不可欠であり，その存在が加熱部９０全体の小型化の大きな制約となっていた。
【０００９】
一方，流体加熱装置の加熱部においては，上記ＰＴＣ素子による加熱特性が重要であるが，その加熱特性のさらなる向上も望まれていた。これに対し，例えば特公平４−４７１３号公報においては，ＰＴＣ素子に大きな金属放熱体を配設したＰＴＣ素子が提案されている。
【００１０】
かかる大きな金属放熱体９８は，図１９に示すごとく，方向性を持った長いフィン９８１が備えられている。そのため，この金属放熱体９８を備えたＰＴＣ素子は，その全体の大型化を来すと共に，これを流体加熱装置に適用する場合には流体の流れに対して加熱装置の組み付けに方向性を持つため，加熱装置の組み付け性に制約を受けるという問題を有していた。
【００１１】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，十分に小型化された加熱部を有する流体加熱装置，及び加熱特性に優れたＰＴＣ素子を提供しようとするものである。
【００１２】
【課題の解決手段】
請求項１の発明は，流体経路の途中に設けられ，流体を導入すると共に該流体を加熱するための流体加熱室を有するヒータケースと，該ヒータケースの上記流体加熱室に装着される加熱部とよりなる流体加熱装置であって，
上記加熱部は，上記流体を加熱するためのＰＴＣ素子と，該ＰＴＣ素子を保持するための電気絶縁性の保持部材と，該保持部材を保持する金属ハウジングと，該金属ハウジングの外周側に配設され，上記ヒータケースとの電気絶縁を図る絶縁部材とよりなり，
上記ＰＴＣ素子は，その表側面及び裏側面に一対の電極を有すると共に貫通穴を有し，
上記保持部材は，軸部と該軸部の径方向へ拡開するフランジ部とを有し，上記軸部は上記ＰＴＣ素子の上記貫通穴に貫挿されており，また上記フランジ部は上記金属ハウジングに係合保持されており，
かつ上記ＰＴＣ素子の電極には電源が電気的に接続されていることを特徴とする流体加熱装置にある。
【００１３】
本発明において最も注目すべきことは，上記加熱部は，上記ＰＴＣ素子と，保持部材と，金属ハウジングと，絶縁部材とより構成されており，従来のような部品全体を保持収納する絶縁カバーを有していないことである。そして，ＰＴＣ素子は，上記保持部材の軸部を上記貫通穴に貫挿することにより保持されていることである。
【００１４】
上記流体としては，例えばエンジンにおける燃料，オイル，ウオッシャー液等があり，上記流体経路は，これらの流体が流れる経路及び備蓄されたタンク等を含む。
上記ＰＴＣ素子は，前述したごとく，いわゆる正特性サーミスタ発熱体である。
【００１５】
上記保持部材は，ＰＴＣ素子との電気絶縁を図るために，電気絶縁性の材質により構成されている。そして，上記のごとく，保持部材は，そのフランジ部によって上記金属ハウジングに保持されると共に軸部によってＰＴＣ素子を保持している。ＰＴＣ素子の保持方法としては，軸部をＰＴＣ素子の貫通穴にルーズな状態で貫挿すると共に別途軸部に設けた保持具により固定する方法や，軸部をＰＴＣ素子の貫通穴に圧入固定する方法等がある。
【００１６】
上記金属ハウジングは，導電性を有する金属により構成されており，例えばこれに上記電源を電気的に接続することにより，上記ＰＴＣ素子への導通回路の一部を構成することができる。
上記絶縁部材は，上記のごとく電気絶縁性の部材であって，加熱部をヒータケースに配設した際にヒータケースに係合保持される部材である。したがって，ヒータケースが導電性を有している場合には，この絶縁部材の存在によって，ヒータケースと加熱部の各部品とは電気的に絶縁される。
【００１７】
次に，本発明の作用につき説明する。
本発明においては，上記のごとく，加熱部が上記ＰＴＣ素子と，保持部材と，金属ハウジングと，絶縁部材とより構成されている。そして，ＰＴＣ素子は上記保持部材により保持し，該保持部材は上記金属ハウジングにより保持し，さらに該金属ハウジングは上記絶縁部材により保持するよう構成されている。そして，加熱部とヒータケースとの絶縁は上記絶縁部材により行う。
【００１８】
そのため，本発明の流体加熱装置においては，従来のような部品全体を囲う絶縁カバーのような部品を必要としない。
それ故，加熱部は従来よりも十分に小型化することができ，ひいては流体加熱装置全体を小型化することができる。
【００１９】
次に，請求項２の発明のように，上記ＰＴＣ素子の一方の電極は上記金属ハウジングに電気的に導通しており，またＰＴＣ素子の他方の電極は上記ヒータケースに設けた電気端子に電気的に接続されており，上記金属ハウジングと上記電気端子とは上記電源に電気的に接続されていることが好ましい。この場合には，ＰＴＣ素子への給電回路を簡単にすることができる。
【００２０】
また，請求項３の発明のように，上記加熱部は上記ＰＴＣ素子への通電をオンオフする通電スイッチを有し，また，上記保持部材の上記軸部は内腔を有する筒状体であって，上記内腔の一端は上記流体経路の下流に導通しており，また上記内腔の他端部には上記下流における圧力によって位置変動するダイヤフラムを内装してなり，該ダイヤフラムは上記通電スイッチのオンオフ作動手段に接続されており，上記下流側の圧力変動に応じて，上記ダイヤフラムを介して上記通電スイッチの開閉を行うよう構成してあることが好ましい。
【００２１】
この場合には，ＰＴＣ素子への通電のオンオフ制御を上記加熱部単体により行うことができる。そのため，いわゆる遠隔操作をするための電気回路等を設ける必要がないため，流体加熱装置の構成を簡単にすることができる。
また，この場合には，流体回路の目詰まり等を圧力変化により直接検知することができるため，加熱部の作動を無駄なく制御することができる。
【００２２】
また，請求項４の発明のように，上記電源は，上記流体の温度を検出して電流通路を開閉する温度スイッチを有する構造にすることもできる。この場合には，流体の温度の低下を確実に検出することができるため，流体の凝固等を事前に防止するよう制御することができる。
【００２３】
また，請求項５の発明のように，上記金属ハウジングと上記ＰＴＣ素子の一方の電極との間には，両者を電気導通させると共に両者間に弾性的に配設した金属性のコイルスプリングを設け，また上記保持部材の下部には，上記ＰＴＣ素子の貫通穴径よりも大きな外形径を有し，上記保持部材に固定された保持金具を設けてなり，かつ上記コイルスプリングは，上記金属ハウジングから上記ＰＴＣ素子に向かってその径が縮小しているコーン状スプリングであることが好ましい。
【００２４】
この場合には，ＰＴＣ素子への給電を金属ハウジングから上記コイルスプリングを介して行うことができ，ＰＴＣ素子への給電回路を簡単にすることができる。また，隣り合うコイルの密着を回避できるので，スプリングの長さ方向の体格を小さくできる。
また，上記コイルスプリングの弾性力によって，ＰＴＣ素子を適度な力で押圧しつつ最適な固定位置に配置させることができる。
【００２５】
即ち，例えばヒータケースに凸状の電気端子を設けた場合には，加熱部をヒータケースに装着した際に，上記電気端子によりＰＴＣ素子が押し上げられた状態でセットされる。これにより，上記金属ハウジング，コイルスプリング，ＰＴＣ素子，電気端子は，を順次互いに押圧しあい，これらを結んだ電気通路は確実に維持される。
また，加熱部をヒータケースから外した状態においては，上記コイルスプリングの弾性力によってＰＴＣ素子が上記保持金具に押圧固定され，ＰＴＣ素子のぐらつきを防止することができる。
【００２６】
また，請求項６の発明のように，上記ＰＴＣ素子は，その表側面又は裏側面の少なくとも一方に，リング状の放熱フィンを外周縁ないしその近傍に有する放熱板を配設してなり，かつ該放熱板と上記ＰＴＣ素子とは熱的に導通していることが好ましい。これにより，ＰＴＣ素子は，優れた放熱特性を発揮する。また，上記放熱フィンはリング状であり，従来のように流体の流れを阻害するということもない。さらに放熱フィンはリング状であるため方向性がなく，加熱部への組み付け性に優れている。
【００２７】
即ち，ＰＴＣ素子単体の発明として，請求項７に示すごとく，流体を導入する流体加熱室内に配設され，上記流体を加熱するためのＰＴＣ素子であって，
該ＰＴＣ素子は，その表側面又は裏側面の少なくとも一方に，リング状の放熱フィンを外周縁ないしその近傍に有する放熱板を配設してなり，該放熱板と上記ＰＴＣ素子とは熱的に導通しており，
かつ，上記放熱フィンは多数の凸状片を有することを特徴とするＰＴＣ素子がある。
本発明のＰＴＣ素子は，上記のごとく，流体加熱装置の発熱体として使用した場合に，流体の流れを阻害することなく，優れた放熱特性を発揮する。
また，上記放熱フィンはリング状であるため，方向性がなく組付性に優れる。
【００２８】
また，上記放熱フィンは多数の凸状片を有する。この場合には，凸状片に隣接して形成される多数の凹所によって，外周縁に設けられた放熱フィンの内側の放熱板部分にも流体を適度に導くことができるので，放熱部を有効に活用でき，ＰＴＣ素子の放熱特性をさらに向上させることができる。
また，請求項８の発明のように，上記放熱フィンは多数の貫通穴を有することもできる。この場合には，上記凸状片を有する場合とほぼ同様の効果が得られる。
【００２９】
また，請求項９の発明のように，上記放熱フィンは，上記ＰＴＣ素子の厚みの半分以上の高さを有していることが好ましい。この場合には，さらにＰＴＣ素子の放熱特性を向上させることができる。
【００３０】
また，請求項１０の発明のように，上記ＰＴＣ素子の外周部には，電気絶縁性の係止帯が巻回してあることが好ましい。この場合には，ＰＴＣ素子に亀裂が入った場合において，その破片が流体中に飛散することを防止することができ，流体回路全体の健全性を長期にわたり維持することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
実施形態例１
本発明の実施形態例にかかる流体加熱装置につき，図１〜図６を用いて説明する。
本例の流体加熱装置１は，図６に示すごとく，後述するフィルタ装置８に組み込まれ，ディーゼルエンジンの燃料を加熱する流体加熱装置として用いられる場合を例にとって説明する。
【００３２】
この流体加熱装置１は，図１，図２，図６に示すごとく，流体経路（図２）の途中に設けられた流体加熱室７０を有するヒータケース７と，該ヒータケース７の流体加熱室７０に装着される加熱部１０とよりなる。
加熱部１０は，図１，図２に示すごとく，流体を加熱するためのＰＴＣ素子１１と，ＰＴＣ素子１１を保持するための電気絶縁性の保持部材２と，保持部材２を保持する金属ハウジング３と，金属ハウジング３の外周側に配設され，ヒータケース７との電気絶縁を図る絶縁部材４とよりなる。
【００３３】
ＰＴＣ素子１１は，図３〜図５に示すごとく，その表側面及び裏側面に一対の電極１１１，１１２を有すると共に貫通穴１１３を有する。
保持部材２は，軸部２１と軸部２１の上部から外方へ拡開するフランジ部２２とを有する。軸部２１はＰＴＣ素子１１の貫通穴１１３に貫挿されており，フランジ部２２は金属ハウジング３に係合保持されている。
またＰＴＣ素子１１の電極１１１，１１２には電源（図示略）が接続されている。
【００３４】
以下，これを詳説する。
ヒータケース７は，図２に示すごとく，小径穴部７１と大径穴部７２とよりなる流体加熱室７０を有している。大径穴部７２は流体経路の上流側に連通しており，一方小径穴部７１は流体経路の下流側に連通している。即ち，大径穴部７２は，後述するフィルタ装置８のフィルタ８２の上流側に，小径穴部７１はフィルタ８２の下流側に連通している。また，大径穴部７２の底部には，突出した複数の電気端子７２１が設けられている。
【００３５】
次に，加熱部１０をヒータケース７から取り外した状態を図１に示す。
加熱部１０は，図１に示すごとく，リング状のＰＴＣ素子１１を保持部材２により保持し，保持部材２を金属ハウジング３により保持し，さらに金属ハウジング３を絶縁部材４により保持するよう構成されている。
【００３６】
また，加熱部１０におけるＰＴＣ素子１１は，図３〜図５に示すごとく，貫通穴１１３を有するドーナツ状の形状であって，表側面の電極１１１の上には保護盤１２と放熱板１３を，裏側面の電極１１２の下には放熱板１４とＳＵＳ盤１５を配設してある。放熱板１３，１４は，図４，図５に示すごとく，いずれもリング状に配列された凸状片１３１，１４１よりなる放熱フィンを有している。
【００３７】
上記ＳＵＳ盤１５は，銅製の放熱板１４とアルミ合金製のヒータケース７との電食を防止するためのものである。また，保護盤１２は，図４に示すごとく，ＰＴＣ素子１１の外周角部に係合する突出部１２１を有しており，ＰＴＣ素子１１が破損した際の破片の飛散を防止している。そして，保護盤１２，放熱板１３，１４，ＳＵＳ盤１５は，いずれも熱的及び電気的にＰＴＣ素子１１に導通している。
そして，このように構成されたＰＴＣ素子１１は，図１，図２に示すごとく，その貫通穴１１３に保持部材２の軸部２１を貫挿させて保持されている。
【００３８】
保持部材２は，図１に示すごとく，内腔２３を有する軸部２１とフランジ部２２とよりなる。軸部２１における内腔２３は，後述するダイヤフラム５５をフィルタ８２の下流側に連通させるものである。また，軸部２１の上部から外方へ拡開したフランジ部２２は，リング状の金属ハウジング３の内壁３１にＯリング６２を介して固定，保持されている。
【００３９】
また，保持部材２の軸部２１にはＰＴＣ素子１１を配設していると共に，その下部にはＰＴＣ素子１１の落下を防止するためのストッパ部材２８を配設してある。
そして，ＰＴＣ素子１１と金属ハウジング３との間には金属製のコーン状スプリング３９を弾性的に配設している。このコーン状スプリング３９は，加熱部１０を単体で扱う場合にはストッパ部材２８（図１）に，ヒータケース７に組み込んだ際には上記電気端子７２１（図２）に，それぞれＰＴＣ素子１１を押圧して保持する。また，コーン状スプリング３９は金属製であって導電性を有するため，金属ハウジング３とＰＴＣ素子１１との間の通電回路としての役割も果たす。
【００４０】
金属ハウジング３は，図１に示すごとく，上記のごとく保持部材２のフランジ部２２を外方から挟持して保持部材２を保持すると共に，ＰＴＣ素子１１への通電をオンオフする通電スイッチ５１と，これをオンオフ作動させるシャフト部５３に接続されたダイヤフラム５５を内装している。
【００４１】
ダイヤフラム５５は，図１に示すごとく，その外周縁部を，保持部材２のフランジ部２２の上面に設けたリング部材２２９と樹脂製の固定板５４とによって挟持され，液密的に配設されている。また，ダイヤフラム５５の裏側面には，保持部材２の内腔２３内に上下動可能に配設された付勢部材５６が係合している。
【００４２】
付勢部材５６は，座板５８との間にスプリング５７を介設してなり，常にダイヤフラム５５を上方に，即ち通電スイッチ５１をオフする方向に付勢している。また，付勢部材５６と座板５８とは，いずれも貫通穴５６１，５８１を有しており，後述するフィルタ８２の下流側に連通している。
【００４３】
また，ダイヤフラム５５の上方には，固定板５４の中央部に上下動可能に配設されたシャフト部５３が接続されている。このシャフト部５３は，ダイヤフラム５５の動きに応じて上下動するよう構成さていると共に，その先端を後述する通電スイッチ５１における移動端子５１２の軸部５１３に当接させている。
【００４４】
通電スイッチ５１は，固定板５４上に固定配設された固定端子５１１と，弾性部材よりなる軸部５１３によって上下移動可能に配設された移動端子５１２とよりなる。固定端子５１１は金属ハウジング３に電気的に接続しており，一方，移動端子５１２はターミナル５８１に電気的に接続されている。
【００４５】
移動端子５１２は，軸部５１３の弾性力によって，常に固定端子５１１に向かって付勢されていると共に上記シャフト部５３の付勢力によって逆方向に付勢されている。そして，通常は，シャフト部５３の付勢力が軸部の弾性力より勝っており，通電スイッチ５１のオフ状態が維持されている。
また，通電スイッチ５１は，電気絶縁性の樹脂部材５８により覆われている。樹脂部材５８には，上記ターミナル５８１及び移動端子５１２への導通回路を有している。
【００４６】
このような構成の加熱部１０は，図２に示すごとく，フィルタ装置８のアッパボディ８０１内に設けられたヒータケース７内に装着されている。加熱部１０を装着した状態においては，絶縁部材４をヒータケース７の大径穴部７２に，保持部材１２の先端部をヒータケース７の小径穴部７１に，それぞれＯリング６１，６３を介して液密的に挿入，固定される。
また，加熱部１０のターミナル５８１には，カバー５９１に覆われた給電端子５９２を有する給電ケーブル５９３が接続される。
【００４７】
ここで，フィルタ装置８について簡単に説明する。
フィルタ装置８は，図６に示すごとく，上記の流体加熱装置１を備えたアッパボディ８０１と，フィルタ８２を備えたフィルタ組立体８０２と，レベルスイッチ８０３と，ハンドポンプ８０４とよりなる。
【００４８】
アッパボディ８０１には，燃料を導入する入口ポート８１１と，燃料をハンドポンプ８０４側のダイヤフラム室８４１に導く入側通路８１２と，ダイヤフラム室８４１から流体加熱室７０（図２）の大径穴部７２に導く第１上流燃料通路（図示略）と，流体加熱室７０からフィルタ組立体入口８２１に導く第２上流通路８１３とが設けられている。また，流体加熱室７０の小径穴部７１には，下流側燃料通路８１９に通ずる負圧通路８１８が設けられている。
【００４９】
即ち，フィルタ装置８に導入された燃料は，入口ポート８１１，入側通路８１２，ダイヤフラム室８４１，第１上流側燃料通路を介して流体加熱室７０の大径穴部７２に導かれ，次いで流体加熱室７０の大径穴部７２から第２上流側燃料通路８１３，フィルタ組立体入口８２１を介してフィルタ組立体８０２に導入される。そして，フィルタ組立体８０２において濾過された燃料は，上記負圧通路８１８に連通した下流側燃料通路８１９を通って噴射ポンプに導出される。
【００５０】
なお，レベルスイッチ８０３は，フィルタ組立体８０２の内部にドレン水が一定量以上溜まったことを検出するためのものであり，その検出結果が運転席のインストルメントパネルに表示されるよう構成されている。
また，ハンドポンプ８０４は，上記のドレン水を抜くため，又はフィルタ組立体８０２を新品に交換した際に燃料をその内部に一時的に供給するために用いられる。
【００５１】
次に，フィルタ装置８に配設された流体加熱装置１の作動について簡単に説明する。
フィルタ装置８に導入される燃料は，低温になることによって徐々にワックス状に凝固し，フィルタ８２の目詰まりを進行させる。
【００５２】
フィルタ８２の目詰まりの進行に伴い，フィルタ８２の下流側燃料通路８１９は徐々に負圧状態となっていく。そのため，下流側燃料通路８１９に連通している保持部材２の内腔２３内も徐々に負圧状態となる。
そして，保持部材２の内腔２３内の負圧状態が一定以上に進行した時点において，ダイヤフラム５５（図１）がスプリング５７に抗して下降する。これに伴い，シュフト部５３も下降して，通電スイッチ５１の移動端子５１２が固定端子５１１に当接する。
【００５３】
そのため，給電ケーブル５９３から通電スイッチ５１，金属ハウジング３，コーン状スプリング３９，ＰＴＣ素子１１，ヒータケース７の電気端子７２１が電気的に導通する。
これにより，ＰＴＣ素子１１に電流が流れて発熱し，大径穴部７２を流れる流体（燃料）が順次加熱される。
【００５４】
加熱された燃料は，フィルタ組立体８０２内に送られ，フィルタ８２の目詰まりの原因となっているワックス状の燃料に熱を与えて溶かす。そのため，フィルタ８２の目詰まりは解消し，再び燃料がスムーズに流れ始める。また，フィルタ８２の目詰まり解消と同時に下流側燃料通路８１９の負圧状態も解消されて正常圧力となる。これにより，加熱部１０の保持部材２の内腔２３内部も正常圧力にもどり，ダイヤフラム５５が上昇して通電スイッチ５１が再びオフ状態となる。
このような一連の作動が繰り返されて，フィルタ８２の目詰まりはその都度解消される。
【００５５】
このように，本例における流体加熱装置１は，ディーゼルエンジンの燃料経路のフィルタ装置８に配設され，フィルタ８２の不具合解消に大きく貢献している。一方，フィルタ装置８は，狭いエンジンルーム内に配設されており，フィルタ装置８に設けられた流体加熱装置１は，小型化が強く求められていた。
【００５６】
これに対し，本例の流体加熱装置１は，図１に示すごとく，その加熱部１０を非常にコンパクトに構成してある。即ち，上記のごとく，加熱部１０のＰＴＣ素子１１は保持部材２により保持し，保持部材２は金属ハウジング３により保持し，さらに金属ハウジング３は絶縁部材４により保持するよう構成されている。そして，従来のような部品全体を囲う絶縁カバーのような部品を必要としない。そのため，加熱部１０を，従来よりも十分に小型化することができる。
【００５７】
それ故，加熱部１０を配設するヒータケース７も小型化でき，流体加熱装置１全体を従来よりも十分に小型化することができる。
したがって，本例においては，狭いスペースに配設される流体加熱装置として非常に有効である。
なお，本例はフィルタ装置に組み込む例を示したが，他の流体の経路においても上記と同様の構成のヒータケース７を設け，上記と同様の加熱部１０を装着することにより，容易にコンパクトな流体加熱装置を構成することができる。
【００５８】
実施形態例２
本例においては，実施形態例１の流体加熱装置１の加熱効率を向上させるべく，ＰＴＣ素子１１に装着する放熱板の放熱フィンの形状と放熱性との関係，及び放熱フィンの高さと放熱性との関係を調べた。
まず，フィン形状の影響を調べるため，図７に示すごとく，実施形態例１と同様の多数の凸状片１３１を有するタイプの放熱板１３と，図８に示すごとく，単にリング状に立設させただけで凹凸を設けていないフィン９３１を有する放熱板９３を準備した。
【００５９】
そして，ＰＴＣ素子への放熱板の配設は，実施形態例１と同様とし，表裏両面側にそれぞれ同形状のものを配設した。
また，この場合のＰＴＣ素子及び放熱板の外形は２２ｍｍ，ＰＴＣ素子の厚みは２ｍｍとした。また，放熱板は全て銅板より作製し，その厚みは全て０．５ｍｍとした。
【００６０】
評価方法は，各放熱板の放熱フィンの高さを順次変更し，そのフィン高さに対する，ＰＴＣ素子の出力値の変化を測定して行った。ここで，ＰＴＣ素子の出力の低下は，ＰＴＣ素子の放熱特性が下がって抵抗値が増加したことを示し，一方，ＰＴＣ素子の出力の向上は，ＰＴＣ素子の放熱特性が向上して抵抗値が下がったことを示す。
【００６１】
評価結果を図９に示す。同図は，横軸にフィン高さを，縦軸にＰＴＣ素子出力を取った。そして，多数の凸状片１３１を有する放熱フィンの場合をＥ１，凹凸を有さない放熱フィンの場合をＣ１として表した。
同図より知られるごとく，評価した全域にわたり，多数の凸状片１３１を有するＥ１の方が高いＰＴＣ素子出力を示した。
【００６２】
また，いずれの場合もフィン高さが約１ｍｍまではＰＴＣ素子出力が向上した。しかしながら，Ｅ１の場合には，１．５ｍｍ以上においてほぼ安定した状態となったが，Ｃ１の場合には１ｍｍを超えてからＰＴＣ素子出力が低下した。
これらのことから，放熱フィンとしては，多数の凸状片を設けることがＰＴＣ素子の放熱特性に有効であることがわかる。
【００６３】
なお，本例の放熱板１３に代えて，図１０に示すごとく，鋭角状片１３５を有する放熱板１３４，或いは図１０に示すごとく，リング状に立設させると共に多数の貫通穴１３７を設けた放熱フィン１３８を有する放熱板１３６を用いた場合においても，上記の多数の凸状片１３１を有する放熱板１３の場合と同様の効果が得られる。
【００６４】
実施形態例３
次に，本例は，実施形態例２の結果に基づき，さらに最適なフィン高さを調査すべく，ＰＴＣ素子の厚みを種々変更して同様の評価を行った。準備した放熱板の放熱フィンの形状はいずれも多数の凸状片を有する実施形態例２と同形状（図７）とした。そして，ＰＴＣ素子の厚みとしては，上記の２ｍｍのもの（Ｅ１）に加え，１．５ｍｍのもの（Ｅ２），２．５ｍｍのもの（Ｅ３）を準備した。
【００６５】
上記と同様に測定した結果を，フィン高さとＰＴＣ素子出力との関係として図１１に示す。同図より知られるごとく，いずれの場合においても，ＰＴＣ素子の厚みの半分以上の高さの放熱フィンを設けることにより，最適なＰＴＣ素子放熱特性を得ることができることがわかる。
【００６６】
実施形態例４
本例は，図１３に示すごとく，実施形態例１におけるＰＴＣ素子１１の保護盤１２に代えて，ＰＴＣ素子１１の外周部に，電気絶縁性の係止体１２４を巻回した。この場合には，ＰＴＣ素子１１の外周をほぼ全域にわたって係止体１２４により覆っているため，ＰＴＣ素子１１が破損した際の破片の飛散を，実施形態例１の場合よりもさらに確実に防止することができる。なお，係止体１２４は電気絶縁性であるため，導電性の上下の放熱板１３，１４等に接触しても電気的問題は生じない。
【００６７】
実施形態例５
本例は，図１４に示すごとく，実施形態例１におけるＰＴＣ素子の保護盤１２と放熱板１３とを一体化した放熱板１２５を用いた例である。即ち，図１４に示すごとく，上方に放熱フィンとしての凸状片１２６を，下方にＰＴＣ素子保護用としての凸状片１２７を，それぞれ交互に設ける。その他は，実施形態例１と同様である。この場合には，部品点数を減少させることができ，生産の合理化を図ることができる。その他，実施形態例１と同様の効果が得られる。
【００６８】
実施形態例６
本例においては，図１５に示すごとく，実施形態例１におけるＰＴＣ素子１１の両面に配設した放熱板１３，１４を，その凸状片１３１，１４１の位置が互いに相違するように配設した。その他は実施形態例１と同様である。
この場合には，さらにＰＴＣ素子１１の放熱特性を向上させることができる。
【００６９】
実施形態例７
本例は，図１６，図１７に示すごとく，実施形態例１における保護盤１２に代えて多数の凸状片１２９を，放熱板１３における凸状片１３１の配置と同じピッチで逆方向に設けた保護盤１２８を用いた。保護盤１２８は，図１６に示すごとく，放熱板１３とＰＴＣ素子１１とを合わせた状態で上方から被せられ，上記の凸状片１２９によりＰＴＣ素子１１破損時の破片飛散防止を図っている。
この場合には，放熱板１３をＰＴＣ素子１１に直接接触させる構成をとることができ，ＰＴＣ素子１１からの発熱を放熱板１３に直接伝えられるという効果が得られる。その他，実施形態例１と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１の流体加熱装置における，加熱部単体の構成を示す断面図。
【図２】実施形態例１の流体加熱装置における，加熱部をヒータケースに組み込んだ状態の断面図。
【図３】実施形態例１における，ＰＴＣ素子の構成を示す展開説明図。
【図４】実施形態例１における，ＰＴＣ素子の構成を示す断面図。
【図５】実施形態例１における，放熱板の平面図。
【図６】実施形態例１における，フィルタ装置の構成を示す説明図。
【図７】実施形態例２における，放熱板の（Ａ）平面図，（Ｂ）正面図。
【図８】実施形態例２における，比較品の放熱板の（Ａ）平面図，（Ｂ）正面図。
【図９】実施形態例２における，フィン高さとＰＴＣ素子出力との関係を示す説明図。
【図１０】実施形態例２における，他の例の放熱板の（Ａ）平面図，（Ｂ）正面図。
【図１１】実施形態例２における，他の例の放熱板の（Ａ）平面図，（Ｂ）正面図。
【図１２】実施形態例３における，フィン高さとＰＴＣ素子出力との関係を示す説明図。
【図１３】実施形態例４における，ＰＴＣ素子の構成を示す断面図。
【図１４】実施形態例５における，放熱板の形状を示す正面図。
【図１５】実施形態例６における，ＰＴＣ素子の構成を示す正面図。
【図１６】実施形態例７における，保護盤の形状を示す断面。
【図１７】実施形態例７における，保護盤の（Ａ）正面図，（Ｂ）底面図。
【図１８】従来例の流体加熱装置における，（Ａ）加熱部の構成を示す断面図，（Ｂ）加熱部の底面図。
【図１９】従来例における，金属放熱体の斜視図。
【符号の説明】
１．．．流体加熱装置，
１０．．．加熱部，
１１．．．ＰＴＣ素子，
２．．．保持部材，
２１．．．軸部，
２２．．．フランジ部，
２３．．．内腔，
３．．．金属ハウジング，
４．．．絶縁部材，
５１．．．通電スイッチ，
５５．．．ダイヤフラム，
６１，６２，６３．．．Ｏリング，
７．．．ヒータケース，
７０．．．流体加熱室，
７１．．．小径穴部，
７２．．．大径穴部，
８．．．フィルタ装置，
８０１．．．アッパボディ，
８０２．．．フィルタ組立体，
８２．．．フィルタ，[0001]
【Technical field】
The present invention relates to a fluid heating device for heating a fluid such as fuel, oil, washer fluid, and water, and a PTC element incorporated therein.
[0002]
[Prior art]
For example, fluids such as fuel, oil, and washer fluid in a diesel engine may freeze or solidify in a wax state at low temperatures. In such a fluid, the fluidity is remarkably lowered and the original role may not be played. For this reason, in order to avoid freezing and solidification of the fluid, a fluid heating device for heating the fluid is used.
[0003]
As a specific example, there is a fuel heating device 9 for heating the fuel of a diesel engine as shown in FIG. As shown in FIG. 18A, the fuel heating device 9 includes a heater case 7 provided above the filter device (see FIG. 6) and a heating unit 90.
The heater case 7 has a fluid heating chamber 70 connected to the fluid path, and the heating unit 90 is disposed in the fluid heating chamber 70.
[0004]
As shown in FIG. 18A, the heating unit 90 includes a PTC element 11 for heating the fluid. The PTC element (positive characteristic thermistor heating element) 11 has a characteristic that the electric resistance increases rapidly with a certain temperature as a boundary, and is widely applied as a constant temperature heating element.
[0005]
Further, as shown in FIG. 18, the heating unit 90 houses and holds the PTC element 11 and other components by an electrically insulating insulating cover 92.
That is, as shown in FIGS. 18A and 18B, the insulating cover 92 has a cup shape integrally including a bottom portion 921 provided with a plurality of through holes 924 and a cylindrical portion 925. A center portion of the bottom 921 has a protruding portion 922 that protrudes outward and an inner cylinder portion 923 that protrudes inward.
[0006]
As shown in FIG. 18A, a ring-shaped PTC element 10, a coil spring 93, a conductive member 94, and a switch unit 95 are housed in the insulating cover 92 from below.
As described above, the heating unit 90 is configured by storing and holding the PTC element 10, the conductive member 94, and the switch unit 95 by one insulating cover 92 while being electrically insulated from the heater case 7. .
[0007]
[Problems to be solved]
However, the conventional fluid heating device 9 has the following problems.
That is, since the fluid heating device is a device incorporated in a part of the fluid path as described above, it is strongly desired to reduce the size. This is not limited to the case where the fluid is fuel, but it is also desired to reduce the size of the fluid heating device in the case of oil, washer fluid, water, or the like.
[0008]
On the other hand, the heating unit 90 of the conventional fluid heating device 9 holds the PTC element 11 and other components by one large insulating cover 92 as described above. Therefore, in the structure of the conventional heating unit 90, an insulating cover 92 that encloses other components is indispensable, and the presence of the insulating cover 92 is a major limitation on downsizing of the entire heating unit 90.
[0009]
On the other hand, in the heating part of the fluid heating device, although the heating characteristic by the PTC element is important, further improvement of the heating characteristic has been desired. On the other hand, for example, Japanese Patent Publication No. 4-4713 proposes a PTC element in which a large metal radiator is disposed on the PTC element.
[0010]
Such a large metal heat dissipating body 98 is provided with long fins 981 having directivity as shown in FIG. For this reason, the PTC element provided with the metal heat dissipating body 98 is increased in size as a whole, and when applied to a fluid heating apparatus, the PTC element has directionality in assembling the heating apparatus with respect to the fluid flow. For this reason, there was a problem that the assembly of the heating device was restricted.
[0011]
The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a fluid heating apparatus having a sufficiently miniaturized heating section and a PTC element excellent in heating characteristics.
[0012]
[Means for solving problems]
The invention of claim 1 is a heater case provided in the middle of a fluid path, having a fluid heating chamber for introducing the fluid and heating the fluid, and a heating unit mounted on the fluid heating chamber of the heater case. A fluid heating device comprising:
The heating unit includes a PTC element for heating the fluid, an electrically insulating holding member for holding the PTC element, a metal housing for holding the holding member, and an outer peripheral side of the metal housing. And an insulating member for electrical insulation from the heater case.
The PTC element has a pair of electrodes on the front side surface and the back side surface and a through hole,
The holding member has a shaft portion and a flange portion that expands in a radial direction of the shaft portion, the shaft portion is inserted into the through hole of the PTC element, and the flange portion is the metal member. Engaged and held in the housing,
In the fluid heating apparatus, a power source is electrically connected to the electrode of the PTC element.
[0013]
The most notable aspect of the present invention is that the heating unit is composed of the PTC element, a holding member, a metal housing, and an insulating member. It does not have. The PTC element is held by inserting the shaft portion of the holding member into the through hole.
[0014]
Examples of the fluid include fuel, oil, and washer fluid in an engine, and the fluid path includes a path through which these fluids flow and a stored tank.
As described above, the PTC element is a so-called positive temperature coefficient thermistor heating element.
[0015]
The holding member is made of an electrically insulating material in order to electrically insulate the PTC element. As described above, the holding member is held by the metal housing by the flange portion and holds the PTC element by the shaft portion. As a method for holding the PTC element, the shaft part is inserted into the through hole of the PTC element in a loose state and fixed with a holder provided in the shaft part, or the shaft part is press-fitted and fixed to the through hole of the PTC element. There are ways to do this.
[0016]
The metal housing is made of a conductive metal. For example, a part of a conduction circuit to the PTC element can be formed by electrically connecting the power source to the metal housing.
The insulating member is an electrically insulating member as described above, and is a member that is engaged and held in the heater case when the heating portion is disposed in the heater case. Therefore, when the heater case has conductivity, the heater case and each component of the heating unit are electrically insulated by the presence of the insulating member.
[0017]
Next, the operation of the present invention will be described.
In the present invention, as described above, the heating unit is composed of the PTC element, the holding member, the metal housing, and the insulating member. The PTC element is held by the holding member, the holding member is held by the metal housing, and the metal housing is further held by the insulating member. And insulation with a heating part and a heater case is performed by the said insulating member.
[0018]
Therefore, the fluid heating device of the present invention does not require a component such as an insulating cover that surrounds the entire component as in the prior art.
Therefore, the heating unit can be made smaller than before, and as a result, the entire fluid heating device can be made smaller.
[0019]
Next, as in the invention of claim 2, one electrode of the PTC element is electrically connected to the metal housing, and the other electrode of the PTC element is electrically connected to an electric terminal provided in the heater case. It is preferable that the metal housing and the electrical terminal are electrically connected to the power source. In this case, the power supply circuit to the PTC element can be simplified.
[0020]
According to a third aspect of the present invention, the heating unit includes an energization switch for turning on / off the energization of the PTC element, and the shaft portion of the holding member is a cylindrical body having a lumen. , One end of the lumen is connected downstream of the fluid path, and the other end of the lumen is provided with a diaphragm whose position is changed by the downstream pressure, and the diaphragm is connected to the energizing switch. It is preferably connected to an on / off operation means and configured to open and close the energizing switch via the diaphragm in accordance with the pressure fluctuation on the downstream side.
[0021]
In this case, on / off control of energization to the PTC element can be performed by the heating unit alone. Therefore, it is not necessary to provide an electric circuit or the like for so-called remote operation, so that the configuration of the fluid heating device can be simplified.
In this case, clogging of the fluid circuit or the like can be directly detected by pressure change, so that the operation of the heating unit can be controlled without waste.
[0022]
According to a fourth aspect of the present invention, the power supply may have a structure having a temperature switch that detects the temperature of the fluid and opens and closes the current path. In this case, a decrease in the temperature of the fluid can be reliably detected, so that control can be performed to prevent the fluid from solidifying in advance.
[0023]
Further, as in the invention of claim 5, between the metal housing and one electrode of the PTC element, there is provided a metallic coil spring which is electrically connected and elastically disposed between the two. The holding member has an outer diameter larger than the diameter of the through hole of the PTC element and is provided with a holding fitting fixed to the holding member, and the coil spring is formed from the metal housing. It is preferable that the cone-shaped spring has a diameter decreasing toward the PTC element.
[0024]
In this case, power can be supplied to the PTC element from the metal housing via the coil spring, and the power supply circuit to the PTC element can be simplified. Moreover, since the close contact between adjacent coils can be avoided, the size of the spring in the length direction can be reduced.
Further, the elastic force of the coil spring allows the PTC element to be placed at an optimal fixing position while pressing with an appropriate force.
[0025]
That is, for example, when a convex electrical terminal is provided on the heater case, the PTC element is set in a state where the PTC element is pushed up by the electrical terminal when the heating unit is mounted on the heater case. Thereby, the metal housing, the coil spring, the PTC element, and the electric terminal are sequentially pressed against each other, and the electric path connecting them is reliably maintained.
Further, in a state where the heating unit is removed from the heater case, the PTC element is pressed and fixed to the holding metal fitting by the elastic force of the coil spring, so that the PTC element can be prevented from wobbling.
[0026]
According to a sixth aspect of the present invention, the PTC element is provided with a heat radiating plate having a ring-shaped heat radiating fin on the outer peripheral edge or in the vicinity thereof on at least one of the front side surface or the back side surface, and It is preferable that the heat radiating plate and the PTC element are in thermal conduction. As a result, the PTC element exhibits excellent heat dissipation characteristics. Further, the radiating fin has a ring shape, and does not obstruct the flow of fluid as in the conventional case. Furthermore, since the radiation fin is ring-shaped, it has no directionality and is excellent in assembling to the heating part.
[0027]
That is, as an invention of a single PTC element, as shown in claim 7, the PTC element is disposed in a fluid heating chamber for introducing a fluid and heats the fluid .
The PTC element is at least one of its front surface or back surface, it was disposed radiating plate having a ring-shaped heat radiation fins on the outer periphery or the vicinity thereof, thermally the heat radiating plate and the PTC element Is conducting ,
In addition, there is a PTC element in which the radiating fin has a large number of convex pieces .
As described above, when the PTC element of the present invention is used as a heating element of a fluid heating device, it exhibits excellent heat dissipation characteristics without impeding fluid flow.
Moreover, since the said radiation fin is ring-shaped, there is no directionality and it is excellent in assemblability.
[0028]
Moreover , the said radiation fin has many convex-shaped pieces . In this case, the fluid can be appropriately guided to the heat radiating plate portion inside the heat radiating fin provided on the outer peripheral edge by a large number of recesses formed adjacent to the convex piece. It can be used effectively, and the heat dissipation characteristics of the PTC element can be further improved.
Further, as in the invention of claim 8 , the radiating fin may have a plurality of through holes. In this case, substantially the same effect as that obtained when the convex piece is provided can be obtained.
[0029]
Further, as in the ninth aspect of the present invention, it is preferable that the radiating fin has a height that is at least half the thickness of the PTC element. In this case, the heat dissipation characteristics of the PTC element can be further improved.
[0030]
As in the tenth aspect of the present invention, it is preferable that an electrically insulating locking band is wound around the outer peripheral portion of the PTC element. In this case, when a crack occurs in the PTC element, it is possible to prevent the fragments from scattering into the fluid and maintain the soundness of the entire fluid circuit over a long period of time.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1
A fluid heating apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 6, the fluid heating apparatus 1 of this example will be described by taking as an example a case where it is incorporated in a filter device 8 described later and used as a fluid heating apparatus for heating fuel of a diesel engine.
[0032]
1, 2, and 6, the fluid heating apparatus 1 includes a heater case 7 having a fluid heating chamber 70 provided in the middle of a fluid path (FIG. 2), and a fluid heating chamber of the heater case 7. And heating unit 10 attached to 70.
As shown in FIGS. 1 and 2, the heating unit 10 includes a PTC element 11 for heating a fluid, an electrically insulating holding member 2 for holding the PTC element 11, and a metal housing for holding the holding member 2. 3 and an insulating member 4 that is disposed on the outer peripheral side of the metal housing 3 and that electrically insulates from the heater case 7.
[0033]
As shown in FIGS. 3 to 5, the PTC element 11 has a pair of electrodes 111, 112 and a through hole 113 on the front side surface and the back side surface thereof.
The holding member 2 includes a shaft portion 21 and a flange portion 22 that expands outward from the upper portion of the shaft portion 21. The shaft portion 21 is inserted into the through hole 113 of the PTC element 11, and the flange portion 22 is engaged and held by the metal housing 3.
A power source (not shown) is connected to the electrodes 111 and 112 of the PTC element 11.
[0034]
This will be described in detail below.
As shown in FIG. 2, the heater case 7 has a fluid heating chamber 70 composed of a small diameter hole 71 and a large diameter hole 72. The large diameter hole 72 communicates with the upstream side of the fluid path, while the small diameter hole 71 communicates with the downstream side of the fluid path. That is, the large diameter hole portion 72 communicates with the upstream side of the filter 82 of the filter device 8 described later, and the small diameter hole portion 71 communicates with the downstream side of the filter 82. In addition, a plurality of protruding electric terminals 721 are provided at the bottom of the large-diameter hole 72.
[0035]
Next, a state where the heating unit 10 is detached from the heater case 7 is shown in FIG.
As shown in FIG. 1, the heating unit 10 is configured to hold the ring-shaped PTC element 11 by the holding member 2, hold the holding member 2 by the metal housing 3, and further hold the metal housing 3 by the insulating member 4. ing.
[0036]
Further, as shown in FIGS. 3 to 5, the PTC element 11 in the heating unit 10 has a donut shape having a through hole 113, and a protective plate 12 and a heat radiating plate 13 are provided on the electrode 111 on the front side surface. The heat sink 14 and the SUS board 15 are disposed under the electrode 112 on the back side surface. As shown in FIGS. 4 and 5, the heat radiating plates 13, 14 both have heat radiating fins composed of convex pieces 131, 141 arranged in a ring shape.
[0037]
The SUS board 15 is for preventing electrolytic corrosion between the heat sink 14 made of copper and the heater case 7 made of aluminum alloy. Further, as shown in FIG. 4, the protection panel 12 has a protruding portion 121 that engages with the outer peripheral corner of the PTC element 11, and prevents scattering of fragments when the PTC element 11 is damaged. The protective panel 12, the heat sinks 13 and 14, and the SUS board 15 are all electrically and electrically connected to the PTC element 11.
As shown in FIGS. 1 and 2, the PTC element 11 configured as described above is held by inserting the shaft portion 21 of the holding member 2 into the through hole 113.
[0038]
As shown in FIG. 1, the holding member 2 includes a shaft portion 21 having an inner cavity 23 and a flange portion 22. The lumen 23 in the shaft portion 21 communicates a diaphragm 55 described later to the downstream side of the filter 82. Further, the flange portion 22 expanded outward from the upper portion of the shaft portion 21 is fixed and held on the inner wall 31 of the ring-shaped metal housing 3 via an O-ring 62.
[0039]
A PTC element 11 is disposed on the shaft portion 21 of the holding member 2, and a stopper member 28 for preventing the PTC element 11 from dropping is disposed below the PTC element 11.
A metal cone spring 39 is elastically disposed between the PTC element 11 and the metal housing 3. The cone-shaped spring 39 attaches the PTC element 11 to the stopper member 28 (FIG. 1) when the heating unit 10 is handled alone, and to the electrical terminal 721 (FIG. 2) when the heater 10 is assembled. Press and hold. Further, since the cone-shaped spring 39 is made of metal and has conductivity, it also serves as an energization circuit between the metal housing 3 and the PTC element 11.
[0040]
As shown in FIG. 1, the metal housing 3 holds the holding member 2 by sandwiching the flange portion 22 of the holding member 2 from the outside as described above, and an energization switch 51 for turning on / off the energization to the PTC element 11; A diaphragm 55 connected to a shaft portion 53 that turns this on and off is provided.
[0041]
As shown in FIG. 1, the diaphragm 55 is sandwiched between a ring member 229 provided on the upper surface of the flange portion 22 of the holding member 2 and a resin fixing plate 54, and is arranged in a liquid-tight manner. ing. Further, an urging member 56 disposed in the inner cavity 23 of the holding member 2 so as to be movable up and down is engaged with the rear side surface of the diaphragm 55.
[0042]
The urging member 56 has a spring 57 interposed between the urging member 58 and the urging member 56 constantly urges the diaphragm 55 upward, that is, in a direction to turn off the energization switch 51. Further, the biasing member 56 and the seat plate 58 both have through holes 561 and 581 and communicate with the downstream side of the filter 82 described later.
[0043]
Further, a shaft portion 53 is connected to the center portion of the fixed plate 54 so as to be movable up and down. The shaft portion 53 is configured to move up and down in accordance with the movement of the diaphragm 55, and the tip thereof is brought into contact with the shaft portion 513 of the moving terminal 512 in the energizing switch 51 described later.
[0044]
The energization switch 51 includes a fixed terminal 511 fixedly disposed on the fixed plate 54 and a moving terminal 512 disposed so as to be vertically movable by a shaft portion 513 made of an elastic member. The fixed terminal 511 is electrically connected to the metal housing 3, while the moving terminal 512 is electrically connected to the terminal 581.
[0045]
The moving terminal 512 is always urged toward the fixed terminal 511 by the elastic force of the shaft portion 513 and is urged in the reverse direction by the urging force of the shaft portion 53. Normally, the urging force of the shaft portion 53 is superior to the elastic force of the shaft portion, and the energization switch 51 is maintained in the off state.
The energizing switch 51 is covered with an electrically insulating resin member 58. The resin member 58 has a conduction circuit to the terminal 581 and the moving terminal 512.
[0046]
As shown in FIG. 2, the heating unit 10 having such a configuration is mounted in a heater case 7 provided in the upper body 801 of the filter device 8. In the state where the heating unit 10 is mounted, the insulating member 4 is placed in the large-diameter hole portion 72 of the heater case 7 and the tip of the holding member 12 is placed in the small-diameter hole portion 71 of the heater case 7 via O-rings 61 and 63, respectively. Inserted and fixed in a liquid-tight manner.
In addition, a power supply cable 593 having a power supply terminal 592 covered with a cover 591 is connected to the terminal 581 of the heating unit 10.
[0047]
Here, the filter device 8 will be briefly described.
As shown in FIG. 6, the filter device 8 includes an upper body 801 having the fluid heating device 1, a filter assembly 802 having a filter 82, a level switch 803, and a hand pump 804.
[0048]
The upper body 801 has an inlet port 811 for introducing fuel, an inlet-side passage 812 for introducing the fuel to the diaphragm chamber 841 on the hand pump 804 side, and a large-diameter hole portion of the fluid heating chamber 70 (FIG. 2) from the diaphragm chamber 841. A first upstream fuel passage (not shown) leading to 72 and a second upstream passage 813 leading from the fluid heating chamber 70 to the filter assembly inlet 821 are provided. Further, a negative pressure passage 818 communicating with the downstream fuel passage 819 is provided in the small diameter hole portion 71 of the fluid heating chamber 70.
[0049]
That is, the fuel introduced into the filter device 8 is guided to the large-diameter hole 72 of the fluid heating chamber 70 through the inlet port 811, the inlet-side passage 812, the diaphragm chamber 841, and the first upstream-side fuel passage, and then the fluid The heat is introduced from the large-diameter hole 72 of the heating chamber 70 into the filter assembly 802 through the second upstream fuel passage 813 and the filter assembly inlet 821. The fuel filtered in the filter assembly 802 is led to the injection pump through the downstream fuel passage 819 communicating with the negative pressure passage 818.
[0050]
The level switch 803 is used to detect that a certain amount or more of drain water has accumulated in the filter assembly 802, and the detection result is displayed on the instrument panel of the driver's seat. Yes.
The hand pump 804 is used for draining the drain water or temporarily supplying fuel to the inside of the filter assembly 802 when the filter assembly 802 is replaced with a new one.
[0051]
Next, the operation of the fluid heating device 1 disposed in the filter device 8 will be briefly described.
The fuel introduced into the filter device 8 gradually solidifies into a wax shape as the temperature becomes low, and the clogging of the filter 82 proceeds.
[0052]
As the clogging of the filter 82 progresses, the downstream fuel passage 819 of the filter 82 gradually becomes in a negative pressure state. Therefore, the inside of the lumen 23 of the holding member 2 communicating with the downstream fuel passage 819 gradually becomes a negative pressure state.
The diaphragm 55 (FIG. 1) descends against the spring 57 when the negative pressure state in the lumen 23 of the holding member 2 has progressed beyond a certain level. Along with this, the shuff part 53 is also lowered, and the moving terminal 512 of the energization switch 51 comes into contact with the fixed terminal 511.
[0053]
Therefore, the energization switch 51, the metal housing 3, the cone-shaped spring 39, the PTC element 11, and the electrical terminal 721 of the heater case 7 are electrically connected from the power supply cable 593.
As a result, a current flows through the PTC element 11 to generate heat, and the fluid (fuel) flowing through the large-diameter hole 72 is sequentially heated.
[0054]
The heated fuel is sent into the filter assembly 802 and heats and melts the waxy fuel that causes the filter 82 to be clogged. Therefore, the clogging of the filter 82 is eliminated, and the fuel starts flowing smoothly again. At the same time as the clogging of the filter 82 is eliminated, the negative pressure state of the downstream fuel passage 819 is also eliminated and the normal pressure is obtained. As a result, the inside of the lumen 23 of the holding member 2 of the heating unit 10 also returns to normal pressure, the diaphragm 55 rises, and the energization switch 51 is turned off again.
Such a series of operations is repeated, and the clogging of the filter 82 is resolved each time.
[0055]
As described above, the fluid heating device 1 in this example is arranged in the filter device 8 in the fuel path of the diesel engine, and greatly contributes to eliminating the problem of the filter 82. On the other hand, the filter device 8 is disposed in a narrow engine room, and the fluid heating device 1 provided in the filter device 8 is strongly required to be downsized.
[0056]
On the other hand, as shown in FIG. 1, the fluid heating apparatus 1 of this example has a heating unit 10 that is very compact. That is, as described above, the PTC element 11 of the heating unit 10 is held by the holding member 2, the holding member 2 is held by the metal housing 3, and the metal housing 3 is further held by the insulating member 4. In addition, there is no need for a part such as an insulating cover that surrounds the whole part as in the prior art. Therefore, the heating unit 10 can be made smaller than before.
[0057]
Therefore, the heater case 7 in which the heating unit 10 is disposed can also be reduced in size, and the entire fluid heating device 1 can be sufficiently reduced in size compared to the conventional case.
Therefore, this example is very effective as a fluid heating device disposed in a narrow space.
Although this example shows an example of incorporation in a filter device, a compact case can be easily obtained by providing a heater case 7 having the same configuration as the above in other fluid paths and mounting the heating unit 10 similar to the above. A simple fluid heating device can be configured.
[0058]
Embodiment 2
In this example, in order to improve the heating efficiency of the fluid heating device 1 of the first embodiment, the relationship between the shape of the heat radiating fin of the heat radiating plate attached to the PTC element 11 and the heat radiating property, and the height and heat radiating property of the heat radiating fin. I investigated the relationship with.
First, in order to investigate the influence of the fin shape, as shown in FIG. 7, the heat radiating plate 13 having the same number of convex pieces 131 as in the first embodiment, and as shown in FIG. A heat radiating plate 93 having fins 931 that were simply formed and not provided with irregularities was prepared.
[0059]
Then, the heat radiating plate was disposed on the PTC element in the same manner as in the first embodiment, and the same shape was disposed on both the front and back surfaces.
In this case, the outer shape of the PTC element and the heat sink was 22 mm, and the thickness of the PTC element was 2 mm. Moreover, all the heat sinks were produced from the copper plate, and all the thickness was 0.5 mm.
[0060]
The evaluation method was performed by sequentially changing the height of the radiating fin of each heat radiating plate and measuring the change in the output value of the PTC element with respect to the fin height. Here, the decrease in the output of the PTC element indicates that the heat dissipation characteristic of the PTC element is lowered and the resistance value is increased. On the other hand, the improvement of the output of the PTC element is that the heat dissipation characteristic of the PTC element is improved and the resistance value is increased. Indicates that it has fallen.
[0061]
The evaluation results are shown in FIG. In the figure, the horizontal axis represents the fin height, and the vertical axis represents the PTC element output. And the case of the radiation fin which has many convex-shaped pieces 131 was represented as E1, and the case of the radiation fin which does not have an unevenness | corrugation was represented as C1.
As can be seen from the figure, E1 having a large number of convex pieces 131 showed a higher PTC element output over the entire area evaluated.
[0062]
In either case, the PTC element output was improved up to a fin height of about 1 mm. However, in the case of E1, it became almost stable at 1.5 mm or more, but in the case of C1, the output of the PTC element decreased after exceeding 1 mm.
From these facts, it can be seen that providing a large number of convex pieces as the heat radiating fins is effective for the heat radiating characteristics of the PTC element.
[0063]
Instead of the heat radiating plate 13 of this example, as shown in FIG. 10, a heat radiating plate 134 having an acute-angled piece 135, or as shown in FIG. Even when the heat radiating plate 136 having the heat radiating fins 138 is used, the same effect as the case of the heat radiating plate 13 having the many convex pieces 131 can be obtained.
[0064]
Embodiment 3
Next, in this example, the same evaluation was performed by changing the thickness of the PTC element variously in order to investigate the optimum fin height based on the result of the second embodiment. The heat radiating fins of the prepared heat radiating plate had the same shape as that of the second embodiment having a large number of convex pieces (FIG. 7). In addition to the 2 mm thickness (E1), 1.5 mm thickness (E2) and 2.5 mm thickness (E3) were prepared as the thickness of the PTC element.
[0065]
The results measured in the same manner as described above are shown in FIG. 11 as the relationship between the fin height and the PTC element output. As can be seen from the figure, in any case, it is understood that an optimum PTC element heat radiation characteristic can be obtained by providing a heat radiation fin having a height more than half the thickness of the PTC element.
[0066]
Embodiment 4
In this example, as shown in FIG. 13, instead of the protective panel 12 of the PTC element 11 in Embodiment 1, an electrically insulating locking body 124 is wound around the outer periphery of the PTC element 11. In this case, since the outer periphery of the PTC element 11 is almost entirely covered by the locking body 124, the scattering of fragments when the PTC element 11 is damaged is more reliably prevented than in the first embodiment. be able to. In addition, since the latching body 124 is electrically insulating, an electrical problem does not occur even if it contacts the conductive upper and lower heat sinks 13 and 14.
[0067]
Embodiment 5
As shown in FIG. 14, this example is an example using a heat radiating plate 125 in which the protection panel 12 and the heat radiating plate 13 of the PTC element in the first embodiment are integrated. That is, as shown in FIG. 14, convex pieces 126 as heat radiating fins are alternately provided on the upper side, and convex pieces 127 for protecting the PTC element are alternately provided on the lower side. Others are the same as in the first embodiment. In this case, the number of parts can be reduced, and production can be rationalized. In addition, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
[0068]
Embodiment 6
In this example, as shown in FIG. 15, the heat radiation plates 13 and 14 provided on both surfaces of the PTC element 11 in the first embodiment are arranged so that the positions of the convex pieces 131 and 141 are different from each other. . Others are the same as the first embodiment.
In this case, the heat dissipation characteristics of the PTC element 11 can be further improved.
[0069]
Embodiment 7
In this example, as shown in FIGS. 16 and 17, a large number of convex pieces 129 are provided in the opposite direction at the same pitch as the arrangement of the convex pieces 131 in the heat radiating plate 13 in place of the protective panel 12 in the first embodiment. A protective panel 128 was used. As shown in FIG. 16, the protection panel 128 is covered from above with the heat sink 13 and the PTC element 11 being combined, and the convex piece 129 prevents the fragments from being scattered when the PTC element 11 is damaged.
In this case, it is possible to adopt a configuration in which the heat radiating plate 13 is brought into direct contact with the PTC element 11, and the effect that heat generated from the PTC element 11 can be directly transmitted to the heat radiating plate 13 can be obtained. In addition, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a heating unit alone in a fluid heating apparatus according to Embodiment 1;
FIG. 2 is a cross-sectional view of the fluid heating apparatus according to Embodiment 1 in a state where a heating unit is incorporated in a heater case.
FIG. 3 is a development explanatory view showing a configuration of a PTC element in the first embodiment.
4 is a cross-sectional view showing a configuration of a PTC element in Embodiment 1; FIG.
FIG. 5 is a plan view of a heat radiating plate in Embodiment 1;
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a filter device according to the first embodiment.
7A is a plan view and FIG. 7B is a front view of a heat sink in Embodiment 2. FIG.
8A is a plan view and FIG. 8B is a front view of a comparative heat sink in Embodiment 2. FIG.
9 is an explanatory diagram showing a relationship between fin height and PTC element output in Embodiment 2. FIG.
10A is a plan view and FIG. 10B is a front view of another example of a heat radiating plate in Embodiment 2. FIG.
11A is a plan view and FIG. 11B is a front view of another example of a heat sink in Embodiment 2. FIG.
12 is an explanatory diagram showing a relationship between fin height and PTC element output in Embodiment 3. FIG.
13 is a cross-sectional view showing a configuration of a PTC element in Embodiment 4. FIG.
14 is a front view showing the shape of a heat sink in Embodiment 5. FIG.
15 is a front view showing a configuration of a PTC element in Embodiment 6. FIG.
FIG. 16 is a cross section showing the shape of a protective board in Embodiment 7.
17A is a front view and FIG. 17B is a bottom view of a protection board in Embodiment 7. FIG.
18A is a sectional view showing a configuration of a heating unit in a conventional fluid heating apparatus, and FIG. 18B is a bottom view of the heating unit.
FIG. 19 is a perspective view of a metal radiator in a conventional example.
[Explanation of symbols]
1. . . Fluid heating device,
10. . . Heating section,
11. . . PTC element,
2. . . Holding member,
21. . . Shaft,
22. . . Flange,
23. . . lumen,
3. . . Metal housing,
4). . . Insulation member,
51. . . Power switch,
55. . . Diaphragm,
61, 62, 63. . . O-ring,
7). . . Heater case,
70. . . Fluid heating chamber,
71. . . Small diameter hole,
72. . . Large diameter hole,
8). . . Filter device,
801. . . Upper body,
802. . . Filter assembly,
82. . . filter,

Claims

A fluid heating device provided in the middle of a fluid path, comprising a heater case having a fluid heating chamber for introducing the fluid and heating the fluid, and a heating unit attached to the fluid heating chamber of the heater case. There,
The heating unit includes a PTC element for heating the fluid, an electrically insulating holding member for holding the PTC element, a metal housing for holding the holding member, and an outer peripheral side of the metal housing. And an insulating member for electrical insulation from the heater case.
The PTC element has a pair of electrodes on the front side surface and the back side surface and a through hole,
The holding member has a shaft portion and a flange portion that expands in a radial direction of the shaft portion, the shaft portion is inserted into the through hole of the PTC element, and the flange portion is the metal member. Engaged and held in the housing,
A fluid heating apparatus, wherein a power source is electrically connected to the electrodes of the PTC element.

In Claim 1, one electrode of the PTC element is electrically connected to the metal housing, and the other electrode of the PTC element is electrically connected to an electric terminal provided in the heater case,
The fluid heating apparatus, wherein the metal housing and the electrical terminal are electrically connected to the power source.

In Claim 1 or 2, the said heating part has an electricity supply switch which turns on and off electricity supply to the said PTC element,
In addition, the shaft portion of the holding member is a cylindrical body having a lumen, one end of the lumen is conducted downstream of the fluid path, and the other end portion of the lumen is connected to the downstream side. It is equipped with a diaphragm that changes its position depending on the pressure at
The diaphragm is connected to the on / off operation means of the energizing switch,
A fluid heating apparatus configured to open and close the energization switch via the diaphragm in accordance with the pressure fluctuation on the downstream side.

3. The fluid heating apparatus according to claim 1, wherein the power source includes a temperature switch that detects a temperature of the fluid and opens and closes a current path.

5. The metallic coil spring according to claim 1, wherein the metallic housing and the one electrode of the PTC element are electrically connected to each other and elastically disposed therebetween. A holding metal fitting fixed to the holding member and having an outer diameter larger than the diameter of the through hole of the PTC element is provided at a lower portion of the holding member; A fluid heating device, characterized in that the fluid heating device is a cone-shaped spring whose diameter is reduced toward the PTC element.

In any one of Claims 1-5, the said PTC element arrange | positions the heat sink which has a ring-shaped heat radiation fin in the outer periphery or its vicinity in at least one of the front side surface or a back side surface, The fluid heating device is characterized in that the heat radiating plate and the PTC element are in thermal conduction.

A PTC element disposed in a fluid heating chamber for introducing a fluid and for heating the fluid ,
The PTC element is at least one of its front surface or back surface, it was disposed radiating plate having a ring-shaped heat radiation fins on the outer periphery or the vicinity thereof, thermally the heat radiating plate and the PTC element Is conducting ,
The PTC element is characterized in that the radiating fin has a large number of convex pieces .

8. The PTC element according to claim 7, wherein the radiating fin has a plurality of through holes.

9. The PTC element according to claim 7, wherein the heat radiation fin has a height that is at least half the thickness of the PTC element.

10. The PTC element according to claim 7, wherein an electrically insulating locking band is wound around the outer periphery of the PTC element. 11.