JP3812031B2

JP3812031B2 - 車両暖房用熱交換器

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Publication number: JP3812031B2
Application number: JP02415497A
Authority: JP
Inventors: 功畔柳; 敏夫大原; 幹夫福岡; 定行神谷; 新二成瀬; 佳史安芸
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-02-06
Filing date: 1997-02-06
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2017-02-06
Also published as: JPH10217754A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両エンジン（内燃機関）にて加熱された温水（エンジン冷却水）を熱源として空気を加熱する車両暖房用熱交換器において、所定の設定温度にて抵抗値が急増する正の抵抗温度特性を有する電気発熱体（以下ＰＴＣヒータと略称する）を一体化した熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のＰＴＣヒータを一体化した熱交換器は、特開昭６３−２０３４１１号公報において提案されている。この従来装置によれば、温水（エンジン冷却水）を熱源として空気を加熱する暖房用熱交換器にＰＴＣヒータを一体化することにより、エンジン始動直後のように温水温度が低いときには、ＰＴＣヒータへの通電により、ＰＴＣヒータの発熱量を熱交換器の高性能なコルゲートフィンを介して空気中に放熱することができ、ＰＴＣヒータの放熱構造の簡略化を図ことができる。
【０００３】
また、暖房用熱交換器とは別に独立にＰＴＣヒータを設置する必要がないので、ＰＴＣヒータの設置に伴う暖房装置通風系の圧損増加を防止できる。さらに、ＰＴＣヒータは所定の設定温度Ｔ₀にて抵抗値が急増する正の抵抗温度特性を有しているので、その発熱温度を前記設定温度Ｔ₀に自己制御する自己温度制御機能を備えており、このため、温度制御回路等を別途設ける必要がなく、電気回路構成も簡単にすむという利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記公報記載の従来装置では、ＰＴＣヒータの設定温度（キュリー点温度）Ｔ₀について例えば、８０°Ｃと例示しているのみであって、設定温度Ｔ₀の設定の考え方については何ら開示していない。
しかるに、本発明者らの実験検討によると、ＰＴＣヒータの設定温度Ｔ₀の如何によってはＰＴＣヒータの発熱量を暖房用空気の加熱のために有効利用できない場合が生じることが分かった。
【０００５】
すなわち、車両暖房用の熱交換器においては、温水が流通する偏平チューブを多数本並列配置し、この多数本の偏平チューブ相互の間にコルゲートフィンを接合することにより熱交換用コア部が構成されている。それ故、偏平チューブの一部を廃止して、その代わりに、ＰＴＣヒータを設置すると、ＰＴＣヒータはコルゲートフィンを介在して隣接の偏平チューブと熱伝導可能な状態となる。
【０００６】
ここで、ＰＴＣヒータに熱的に接合されているコルゲートフィンの温度分布について考えてみると、温水温度が低いときにＰＴＣヒータに通電すると、コルゲートフィンのうち、ＰＴＣヒータ側の端部が最も高温となり、隣接の偏平チューブ側端部が最も低温となる。その際、ＰＴＣヒータの設定温度Ｔ₀が高すぎると、コルゲートフィンのうち、最低温となる、偏平チューブ側端部でも温水温度よりフィン温度の方が高くなって、ＰＴＣヒータの発熱量が温水側に吸熱されてしまい、暖房用空気の加熱のためにＰＴＣヒータの発熱量を有効利用できない事態が発生する。
【０００７】
かといって、ＰＴＣヒータの設定温度が低すぎると、ＰＴＣヒータから暖房用空気への伝熱が不十分となり、暖房能力不足を発生する。
本発明は上記点に鑑みてなされたもので、エンジンにて加熱された温水（エンジン冷却水）を熱源として空気を加熱する暖房用熱交換器に、ＰＴＣヒータを一体化するものにおいて、ＰＴＣヒータの発熱量により最大限に効率よく暖房用空気を加熱できるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、車両エンジンからの温水が流通する偏平チューブ（６）を多数本並列配置するとともに、この多数本の偏平チューブ（６）相互の間にフィン部材（７）を配置することにより熱交換用コア部（３）が構成され、多数本の偏平チューブ（６）が設置される部位のうち、一部の部位に、偏平チューブ（６）の代わりに、所定の設定温度（Ｔ0）にて抵抗値が急増する正の抵抗温度特性を有するＰＴＣヒータ（９）を設置する車両暖房用熱交換器において、
フィン部材（７）のうち、ＰＴＣヒータ（９）と偏平チューブ（６）との間に位置するフィン部材（７）の、ＰＴＣヒータ（９）発熱時における温度分布に関して、偏平チューブ（６）内の温水温度（ＴW）≧６０°Ｃ、熱交換用コア部（３）に吸い込まれる暖房用吸込空気温度（Ｔair）≦０°Ｃの条件において、偏平チューブ（６）側の端部のフィン温度が偏平チューブ（６）内の温水温度（ＴW）と同等になるように、ＰＴＣヒータ（９）の設定温度（Ｔ0 ）を設定し、ＰＴＣヒータ（９）の発熱がフィン部材（７）に伝導されてフィン部材（７）から暖房用空気に放熱されることを特徴としている。
【０００９】
ところで、冬期暖房時に、車両用暖房装置では、周知のごとく車両窓ガラスの曇り止めのために、通常、内気に比して低湿度の外気を導入して、車室内の暖房を行うようにしている。従って、熱交換用コア部（３）には外気が暖房用空気として導入されることになる。そこで、請求項１記載の発明では、冬期の平均的外気温から、熱交換用コア部（３）の暖房用吸込空気温度（Ｔ_air）≦０°Ｃという条件を設定している。
【００１０】
また、車両エンジンのうち、燃焼効率の良いディーゼルエンジン等では暖機終了後にも温水温度が十分上昇せず、暖房熱源の不足が発生し、それ故に、補助暖房熱源としてＰＴＣヒータ（９）が必要となる。そして、このような高効率（低熱源）エンジンにおいては、冬期暖房時に、通常の負荷運転では、温水温度が６０°Ｃ程度までしか上昇しない場合が発生する。
【００１１】
そこで、請求項１記載の発明では、暖房用吸込空気温度（Ｔ_air）≦０°Ｃという条件に加えて、偏平チューブ（６）内の温水温度（Ｔ_W）≧６０°Ｃという条件を設定し、この温水温度（Ｔ_W）＝６０°Ｃという比較的低温においても、偏平チューブ（６）側の端部のフィン温度が偏平チューブ（６）内の温水温度（Ｔ_W）と同等になるように、ＰＴＣヒータ（９）の設定温度（Ｔ₀）を設定しているのである。
【００１２】
この結果、偏平チューブ（６）内の温水温度（Ｔ_W）が６０°Ｃ付近までしか上昇しない場合でも、ＰＴＣヒータ（９）の発熱量が温水側に吸熱されることがないので、暖房用空気の加熱のためにＰＴＣヒータの発熱量を有効利用できる。また、上記のような考え方に基づくＰＴＣヒータ（９）の設定温度（Ｔ₀）は、具体的には、請求項２のように８５°Ｃ以上の温度となり、０°Ｃ以下の暖房用吸込空気との間に十分な温度差を持たせることができ、ＰＴＣヒータ（９）による暖房能力向上効果を十分発揮できる。
【００１３】
また、請求項２記載の発明では、多数本の偏平チューブ（６）相互の間に配置されるフィン部材としてコルゲートフィン（７）を用い、このコルゲートフィン（７）のフィン高さ（ｈｆ＝偏平チューブ（６）相互間の距離）を３．９ｍｍ〜５ｍｍにするとともに、ＰＴＣヒータ（９）の設定温度（Ｔ0 ）を８５°Ｃ〜１１０°Ｃとし、ＰＴＣヒータ（９）の発熱がフィン部材（７）に伝導されてフィン部材（７）から暖房用空気に放熱されることを特徴としている。
【００１４】
本発明者の検討によると、フィン高さ（ｈｆ）およびＰＴＣヒータ設定温度（Ｔ₀）を上記のように設定することにより、冬期暖房時における暖房用吸込空気温度（Ｔ_air）≦０°Ｃ、偏平チューブ温水温度（Ｔ_W）≧６０°Ｃという条件において、ＰＴＣヒータ（９）の発熱量が温水側に吸熱されることがなく、請求項１記載の発明と同様の作用効果を奏することができる。
【００１５】
しかも、フィン高さ（ｈｆ）を３．９ｍｍ〜５ｍｍの範囲とすることにより、偏平チューブ（６）とコルゲートフィン（７）との組み合わせからなる熱交換用コア部（３）そのものの放熱性能も良好に確保できる。すなわち、フィン高さ（ｈｆ）を３．９ｍｍ未満にすると、偏平チューブ（６）の設置本数に対するコルゲートフィン（７）の伝熱面積が不足し、必要放熱能力を得ることができない。
【００１６】
一方、フィン高さ（ｈｆ）を５ｍｍ超の大きさにすると、コルゲートフィン（７）のうち、チューブ側端部に比してフィン高さ（ｈｆ）の中央部位おけるフィン温度の低下幅が大きくなって、フィン温度と空気温度との温度差が小さくなり、熱交換効率の低下を招く。
以上の理由から、コルゲートフィン（７）のフィン高さ（ｈｆ）は、実用上、３．９〜５．０ｍｍの範囲に設定することが好ましいのであり、このような範囲にフィン高さ（ｈｆ）を設定することにより、コルゲートフィン型の熱交換用コア部（３）の放熱性能の確保と、ＰＴＣヒータ（９）の発熱による暖房用空気の効率的な加熱とを両立させることができる。
【００１７】
また、請求項３記載の発明においては、熱交換用コア部（３）をアルミニュウム合金の一体ろう付け構造とし、ＰＴＣヒータ（９）は、細長の平板状のＰＴＣ素子（９ａ）と、このＰＴＣ（９ａ）の表裏両面に配置された細長の平板状の電極板（９ｂ、９ｃ）とからなる３層のサンドウイッチ構造とし、熱交換用コア部（３）の一体ろう付けの後に、ＰＴＣヒータ（９）の両電極板（９ｂ、９ｃ）をコルゲートフィン（７）の折り曲げ頂部に接着固定することを特徴としている。
【００１８】
これにより、一体ろう付け構造の熱交換用コア部（３）に対して、ＰＴＣヒータ（９）を簡単かつ確実に組付けできる。
請求項４記載の発明では、請求項１に記載の車両暖房用熱交換器において、熱交換用コア部（３）はアルミニュウム合金の一体ろう付け構造からなり、
ＰＴＣヒータ（９）は、細長の平板状の発熱体素子（９ａ）と、この発熱体素子（９ａ）の表裏両面に配置された細長の平板状の電極板（９ｂ、９ｃ）とからなる３層のサンドウイッチ構造を有し、
熱交換用コア部（３）の一体ろう付けの後に、ＰＴＣヒータ（９）をフィン部材（７）の間に挿入し、両電極板（９ｂ、９ｃ）をフィン部材（７）に接着固定することを特徴とする。
請求項５記載の発明では、請求項１または４に記載の車両暖房用熱交換器において、ＰＴＣヒータ（９）は、電気的な絶縁作用と良好な熱伝導作用とを有する接着剤（１０）によりフィン部材（７）に接着固定されていることを特徴とする。
請求項６記載の発明では、請求項２または３に記載の車両暖房用熱交換器において、ＰＴＣヒータ（９）は、電気的な絶縁作用と良好な熱伝導作用とを有する接着剤（１０）によりコルゲートフィン（７）に接着固定されていることを特徴とする。
請求項７記載の発明では、所定の設定温度（Ｔ 0 ）にて抵抗値が急増する正の抵抗温度特性を有する発熱体素子（９ａ）、およびこの発熱体素子（９ａ）の表裏両面に配置された電極板（９ｂ、９ｃ）とを積層してなるＰＴＣヒータ（９）と、
ＰＴＣヒータ（９）の両面に配置され、ＰＴＣヒータ（９）の発熱が伝導されて暖房用空気に放熱するフィン部材（７）と、
フィン部材（７）と接合され、内部に温水が流通する偏平チューブ（６）とを備え、
偏平チューブ（６）内の温水温度（Ｔ W ）≧６０°Ｃ、フィン部材（７）に流入する暖房用空気温度（Ｔ air ）≦０°Ｃの条件において、
フィン部材（７）のうち偏平チューブ（６）側の端部の温度が偏平チューブ（６）内の温水温度（Ｔ W ）と同等になるように、ＰＴＣヒータ（９）の設定温度（Ｔ 0 ）を設定したことを特徴とする。
請求項８記載の発明では、所定の設定温度（Ｔ 0 ）にて抵抗値が急増する正の抵抗温度特性を有する発熱体素子（９ａ）、およびこの発熱体素子（９ａ）の表裏両面に配置された電極板（９ｂ、９ｃ）とを積層してなるＰＴＣヒータ（９）と、
ＰＴＣヒータ（９）の両面に配置され、ＰＴＣヒータ（９）の発熱が伝導されて暖房用空気に放熱するフィン部材（７）と、
フィン部材（７）と接合され、内部に温水が流通する偏平チューブ（６）とを備え、
フィン部材（７）のフィン高さ（ｈｆ）を３．９ｍｍ〜５ｍｍにするとともに、ＰＴＣヒータ（９）の設定温度（Ｔ 0 ）を８５°Ｃ〜１１０°Ｃとしたことを特徴とする。
請求項９記載の発明では、請求項７または８に記載の車両暖房用熱交換器において、フィン部材（７）と偏平チューブ（６）とはアルミニュウム合金の一体ろう付け構造からなり、
ＰＴＣヒータ（９）は、電気的な絶縁作用と良好な熱伝導作用とを有する接着剤（１０）によりフィン部材（７）に接着固定されていることを特徴とする。
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。図１は車両暖房用熱交換器の具体例を示すもので、温水入口側タンク１と、温水出口側タンク２と、この両タンク１、２の間に設けられた熱交換用コア部３とを有している。温水入口側タンク１には図示しない車両エンジンからの温水（冷却水）が流入する入口パイプ４が設けられ、温水出口側タンク２には温水を外部へ流出させ、エンジン側に還流させる出口パイプ５が設けられている。なお、本例の熱交換器は図１に示すように左右対称形であるので、温水入口側タンク１と温水出口側タンク２とを左右逆転してもよい。
【００２０】
各タンク１、２はそれぞれタンク本体部１ａ、２ａと、このタンク本体部１ａ、２ａの開口端面を閉じるシートメタル１ｂ、２ｂとからなり、図１の上下方向が長手方向となる周知のタンク構造である。そして、シートメタル１ｂ、２ｂには偏平状のチューブ挿入穴（図示せず）が多数個、図１の上下方向に１列または複数列並んで形成されている。
【００２１】
熱交換用コア部３は暖房用空気の流れ方向（図１の紙面垂直方向）に対して平行な偏平状に形成された偏平チューブ６を多数個図１の上下方向に並列配置している。そして、この多数個の偏平チューブ６相互の間に波形状に成形されたコルゲートフィン（フィン部材）７を配置し接合している。このコルゲートフィン７には周知のごとく暖房用空気の流れ方向に対して所定角度で斜めに多数のルーバ７ａ（図２参照）が切り起こし成形されており、このルーバ７ａの成形によりフィン熱伝達率を向上させている。
【００２２】
偏平チューブ６の両端開口部はシートメタル１ｂ、２ｂのチューブ挿入穴内にそれぞれ挿通され、接合される。また、コア部３の最外側のコルゲートフィン７のさらに外側には断面Ｕ形のサイドプレート８ａ、８ｂが配設され、このサイドプレート８ａ、８ｂは最外側のコルゲートフィン７およびシートメタル１ｂ、２ｂに接合される。
【００２３】
ところで、本例における熱交換器では、上記各構成部品１〜８ｂのすべてがアルミニュウム合金にて成形されており、部品相互間の接合はアルミニュウム合金にクラッドされたろう材を用いて一体ろう付けで行う。この一体ろう付けは下記のＰＴＣヒータ９を組付けてない状態で行う。ここで、ＰＴＣヒータ９の設置部位（図１の例では４箇所）では、偏平チューブ６を廃止して、その代わりに、ＰＴＣヒータ９に相当する体格を持ち、かつろう付けされない材質からなるダミーの板部材を仮組付けしておいて、コルゲートフィン７の組付位置を保持する。
【００２４】
そして、熱交換器全体の仮組付け状態を適宜の治具により保持しながら、炉中に搬入して、炉中にてろう付け温度まで加熱して熱交換器全体を一体ろう付けする。ろう付けが完了して一体構造に接合された熱交換器のコア部３から上記ダミーの板部材を取り除いて、その代わりに図１に示すように、ＰＴＣヒータ９をコア部３の４箇所に等間隔で配置し、組付ける。
【００２５】
図１では便宜上、ＰＴＣヒータ９の配置部位を斜線部で示している。図２はＰＴＣヒータ９の配置部位の具体的構造を示すもので、ＰＴＣヒータ９は細長の平板状のＰＴＣ素子（発熱体素子）９ａと、このＰＴＣ素子９ａの表裏両面に配置され接合された細長の平板状の電極板９ｂ、９ｃとからなる３層のサンドウイッチ構造になっている。ここで、ＰＴＣ素子９ａは所定の設定温度Ｔ₀にて抵抗値が急増する正の抵抗温度特性を有する抵抗体材料（例えば、チタン酸バリウム）からなるものであって、上記両電極板９ｂ、９ｃ間に車載電源から電圧を加えることにより、ＰＴＣ素子９ａが通電され発熱する。
【００２６】
ＰＴＣ素子９ａの両電極板９ｂ、９ｃはそれぞれ隣接するコルゲートフィン７の折り曲げ頂部に絶縁接着剤１０により接着固定される。また、ＰＴＣ素子９ａの長手方向（図１の左右方向）の両端部は、シートメタル１ｂ、２ｂに絶縁接着剤１０により接着固定される。ここで、絶縁接着剤１０は電気的な絶縁作用を果たすものであって、熱的には良好な熱伝導作用を有する、樹脂系の接着剤からなる。従って、ＰＴＣ素子９ａの発熱はコルゲートフィン７に伝導されて、このコルゲートフィン７から暖房用空気に放熱される。
【００２７】
図３はＰＴＣヒータ９の通電回路を示すもので、４個のＰＴＣヒータ９は電気的に並列接続され、スイッチ１１を介して車載電源１２から通電される。スイッチ１１は制御回路１３により開閉される。制御回路１３にはエンジンから暖房用熱交換器に流入する温水温度を検出する水温センサ１４、暖房運転に連動するスイッチ１５等の信号が入力される。そして、暖房運転であって、かつ、温水温度が所定温度（例えば、８０°Ｃ）以下のとき、制御回路１３はスイッチ１１を閉成状態として、４個のＰＴＣヒータ９に通電するようになっている。
【００２８】
次に、上記構成において作動を説明する。図１の熱交換器は車両用空調装置のヒータケース（図示せず）内に設置され、暖房時には空調用送風機が作動して、コア部３の偏平チューブ６とコルゲートフィン７との間の空隙部に暖房用空気が送風される。一方、車両用エンジンのウォータポンプ（図示せず）の作動によりエンジンから温水が入口パイプ４より温水入口側タンク１内に流入する。そして、温水は、入口側タンク１にて多数本の偏平チューブ６に分配され、この偏平チューブ６を同時に流れる間にコルゲートフィン７を介して暖房用空気に放熱する。多数本の偏平チューブ６を通過した温水は、温水出口側タンク２に流入し、ここで集合され、出口パイプ５から温水は熱交換器外部へ流出し、エンジン側に還流する。
【００２９】
一方、暖房時において、エンジンからの温水の温度が低いときは、図３の電気回路においてスイッチ１１が閉成して、４個のＰＴＣヒータ９に通電され、ＰＴＣヒータ９が発熱する。ここで、ＰＴＣヒータ９は自己制御の設定温度Ｔ₀まで上昇し、その発熱量を隣接するコルゲートフィン７を介して暖房用空気に放熱することにより、温水の低温時でも暖房空気を速やかに加熱して即効暖房を行うことができる。
【００３０】
ところで、ＰＴＣヒータ９の発熱量を暖房用空気の加熱のために有効利用するためには、前述のごとくＰＴＣヒータ９の自己制御の設定温度Ｔ₀をどのように決定するかが重要となる。
そこで、まず、ＰＴＣヒータ９から伝熱されるコルゲートフィン７における温度分布について考察してみると、図４はＰＴＣヒータ９の壁面と、隣接の偏平チューブ６の壁面との間に介在されたコルゲートフィン７の温度分布を概略的に説明するモデル図である。ここで、図４の紙面垂直方向に流れて、熱交換器に吸い込まれる暖房用吸込空気温度をＴ_air、ＰＴＣヒータ９の設定温度（壁面温度）をＴ₀、コルゲートフィン７のフィン高さをｈｆ、コルゲートフィン７の任意のフィン高さをｘとし、この任意のフィン高さｘでのフィン温度をθとしたとき、下記の数式１、２が成立することが知られている。
【００３１】
【数１】

【００３２】
【数２】

但し、
ｍは下記の数式３にて求められる無次元数である。
【００３３】
【数３】

【００３４】
数式３において、ｈ₀：フィン表面の熱伝達率、ｂ：フィン板厚、
λｆ：フィン材の熱伝導率である。
ＰＴＣヒータ９の発熱量を暖房用空気の加熱のために有効利用するためにはコルゲートフィン７のうち、偏平チューブ６側の端部（すなわち、ｘ＝ｈｆの部位）において、フィン温度θがチューブ壁面温度Ｔｗ（すなわち、チューブ内温水温度）と同等にして、ＰＴＣヒータ９の発熱量が温水側に吸熱されないようにすることが重要である。
【００３５】
そこで、ｘ＝ｈｆ、およびθ＝Ｔｗを数式１に適用すると、数式１は下記の数式４で表すことができる。
【００３６】
【数４】

この数式４から、上記条件を満足するＰＴＣヒータ９の設定温度Ｔ₀を下記の数式５により算出することができる。
【００３７】
【数５】
Ｔ₀＝（Ｔｗ−Ｔ_air）ｃｏｓｈ（ｍ・ｈｆ）＋Ｔ_air
上記数式５に対して、Ｔｗ＝６０°Ｃ、
フィン表面の熱伝達率ｈ₀＝３００Ｗ／ｍ²・Ｋ、フィン板厚ｂ＝０．０６ｍｍ、フィン材（Ａ３００３材）の熱伝導率λｆ＝１９３Ｗ／ｍ・Ｋを適用して、フィン高さｈｆおよび空気温度Ｔ_airをパラメータとしてＰＴＣヒータ９の設定温度Ｔ₀をコンピュータシュミレーションにて算出した。その算出結果を図５に示す。ここで、上記数値の適用により前記数式３にてｍ＝２２７．６２６となる。
【００３８】
なお、車両用空調装置では、冬期の暖房運転時には窓ガラスの曇り止めのために通常低湿度の外気を導入して車室内暖房を行うため、Ｔ_airは冬期の外気温とした。また、近年における車両エンジンの燃費向上により車両エンジンの暖機終了後においても、冬期の暖房運転時には、チューブ内温水温度が６０°Ｃ程度の温度までしか上昇しない場合があるので、温水温度Ｔｗを６０°Ｃとした。
【００３９】
図５は、Ｔｗ＝６０°Ｃの条件で、フィン高さｈｆを０〜９ｍｍの範囲で変化させた場合において、上記数式５から求められるＰＴＣヒータ９の設定温度Ｔ₀を、Ｔ_air＝０°Ｃ、−１０°Ｃ、−２０°Ｃの３つの場合について示している。
図６はＴｗ＝８０°Ｃの条件において、上記数式５から求められるＰＴＣヒータ９の設定温度Ｔ₀を同様に示している。
【００４０】
そして、図７は、フィン高さｈｆ＝４．５ｍｍの場合において、上記数式５から求められるＰＴＣヒータ９の設定温度Ｔ₀を、暖房用吸込空気温度（外気温）Ｔ_airおよび温水温度Ｔｗをパラメータとして示すものであって、温水温度Ｔｗ＝６０°Ｃ〜８０°Ｃ、および暖房用吸込空気温度（外気温）Ｔ_air＝０°Ｃ以下の範囲では、ＰＴＣヒータ９の設定温度Ｔ₀＝９６°Ｃ〜１２６°Ｃとなる。
【００４１】
また、図８は、フィン高さｈｆ＝４．０ｍｍの場合において、上記数式５から求められるＰＴＣヒータ９の設定温度Ｔ₀を、暖房用吸込空気温度（外気温）Ｔ_airおよび温水温度Ｔｗをパラメータとして示すものであって、温水温度Ｔｗ＝６０°Ｃ〜８０°Ｃ、および暖房用吸込空気温度（外気温）Ｔ_air＝０°Ｃ以下の範囲では、ＰＴＣヒータ９の設定温度Ｔ₀＝８７°Ｃ〜１１８°Ｃとなる。
【００４２】
図９は上記図７と同一フィン高さｈｆ＝４．５ｍｍの下でのフィン上の温度分布を示し、横軸はＰＴＣヒータ９の壁面からのフィン上の任意の距離ｘである。また、温水温度Ｔｗ＝６０°Ｃ、暖房用吸込空気温度（外気温）Ｔ_air＝０°Ｃである。
図９の条件の場合には、ＰＴＣヒータ９の設定温度Ｔ₀を１００°Ｃより高くすると、偏平チューブ６側端部（ｘ＝４．５ｍｍの部位）のフィン温度が偏平チューブ６内の温水温度Ｔ_W（＝６０°Ｃ）より高くなり、ＰＴＣヒータ９から伝導されたコルゲートフィン７の熱が温水側に吸熱されるので、ＰＴＣヒータ９の発熱を暖房用吸込空気中に効果的に放出できない。従って、図９の条件の場合にはＰＴＣヒータ９の設定温度Ｔ₀を１００°Ｃ以下に設定することがＰＴＣヒータ９の発熱の有効利用のために必要となる。
【００４３】
ところで、車両暖房用熱交換器においては、偏平チューブ６の長円状断面における短径方向の流路幅は、通常、１．４ｍｍ程度であり、このような流路幅を持つ偏平チューブ６にコルゲートフィン７を組み合わせて熱交換用コア部３を構成する場合、本発明者らの検討によると、コルゲートフィン７のフィン高さｈｆは、空気側伝熱面積の確保のために、３．９ｍｍ以上に設定することが好ましいことが分かっている。フィン高さｈｆを３．９ｍｍ未満にすると、偏平チューブ６の設置本数に対するコルゲートフィン７の伝熱面積が不足し、必要放熱能力を得ることができない。
【００４４】
一方、フィン高さｈｆの上限としては、実用上、５ｍｍ以下が好ましい。フィン高さｈｆを５ｍｍ超の大きさにすると、コルゲートフィン７のうち、チューブ側端部に比してフィン高さｈｆの中央部位おけるフィン温度の低下幅が大きくなって、フィン温度と空気温度との温度差が小さくなり、熱交換効率の低下を招く。
【００４５】
以上の理由から、コルゲートフィン７のフィン高さｈｆは、実用上、３．９〜５．０ｍｍの範囲に設定することが好ましい。
そして、前述の図５において、冬期暖房時での代表的な使用条件である、暖房用吸込空気温度（外気温）Ｔ_air＝０°Ｃの場合に、上記フィン高さｈｆ＝３．９〜５．０ｍｍの範囲を適用すると、ＰＴＣヒータ９の設定温度Ｔ₀＝８５°Ｃ〜１１０°Ｃとなる。
【００４６】
この設定温度Ｔ₀の範囲によれば、偏平チューブ６にコルゲートフィン７を組み合わせて熱交換用コア部３を構成する車両暖房用熱交換器において、熱交換用コア部３の放熱性能を確保しつつ、冬期暖房時での代表的な使用条件の下で、ＰＴＣヒータ９の発熱時に、ＰＴＣヒータ９の発熱がコルゲートフィン７を経て温水に吸熱されるのを防止して、ＰＴＣヒータ９の発熱を暖房用吸込空気の加熱のために有効利用できる。
【００４７】
（他の実施形態）
なお、上記の実施形態では、熱交換器コア部のフィン部材として、波形に成形されたコルゲートフィン７を用いる場合について説明したが、フィンとして、平板状に成形されたプレートフィンを用いる場合でも、本発明は実施可能である。
また、ＰＴＣヒータ９の設置形態を図２の形態に限らず、暖房用熱交換器の仕様の変化に対応して種々変更し得ることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す暖房用熱交換器の正面図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】図１、２に示すＰＴＣヒータの通電回路図である。
【図４】図３に示すＰＴＣヒータ部におけるコルゲートフィンの温度分布を示すモデル図である。
【図５】温水温度＝６０°Ｃの条件下における、ＰＴＣヒータの設定温度とコルゲートフィンのフィン高さとの関係を示すグラフである。
【図６】温水温度＝８０°Ｃの条件下における、ＰＴＣヒータの設定温度とコルゲートフィンのフィン高さとの関係を示すグラフである。
【図７】フィン高さ＝４．５ｍｍの条件下における、ＰＴＣヒータの設定温度と暖房用吸込空気温との関係を示すグラフである。
【図８】フィン高さ＝４．０ｍｍの条件下における、ＰＴＣヒータの設定温度と暖房用吸込空気温との関係を示すグラフである。
【図９】コルゲートフィン上の温度分布を例示するグラフである。
【符号の説明】
３…熱交換用コア部、６…偏平チューブ、７…コルゲートフィン、
９…ＰＴＣヒータ（電気発熱体）、９ａ…ＰＴＣ素子（発熱体素子）、
９ｂ、９ｃ…電極板、１０…絶縁接着剤。

Claims

車両エンジンからの温水が流通する偏平チューブ（６）を多数本並列配置するとともに、この多数本の偏平チューブ（６）相互の間にフィン部材（７）を配置することにより熱交換用コア部（３）が構成されており、
前記多数本の偏平チューブ（６）が設置される部位のうち、一部の部位に、前記偏平チューブ（６）の代わりに、所定の設定温度（Ｔ0）にて抵抗値が急増する正の抵抗温度特性を有する電気発熱体（９）を設置する車両暖房用熱交換器において、
前記フィン部材（７）のうち、前記電気発熱体（９）と前記偏平チューブ（６）との間に位置するフィン部材（７）の、前記電気発熱体（９）発熱時における温度分布に関して、
前記偏平チューブ（６）内の温水温度（ＴW ）≧６０°Ｃ、前記熱交換用コア部（３）に吸い込まれる暖房用吸込空気温度（Ｔair ）≦０°Ｃの条件において、
前記偏平チューブ（６）側の端部のフィン温度が前記偏平チューブ（６）内の温水温度（ＴW ）と同等になるように、前記電気発熱体（９）の設定温度（Ｔ0）を設定し、
前記電気発熱体（９）の発熱が前記フィン部材（７）に伝導されて前記フィン部材（７）から暖房用空気に放熱されることを特徴とする車両暖房用熱交換器。
車両エンジンからの温水が流通する偏平チューブ（６）を多数本並列配置するとともに、この多数本の偏平チューブ（６）相互の間にコルゲートフィン（７）を配置することにより熱交換用コア部（３）が構成されており、
前記多数本の偏平チューブ（６）が設置される部位のうち、一部の部位に、前記偏平チューブ（６）の代わりに、所定の設定温度（Ｔ0）にて抵抗値が急増する正の抵抗温度特性を有する電気発熱体（９）を設置する車両暖房用熱交換器において、
前記コルゲートフィン（７）の偏平チューブ（６）相互間の距離であるフィン高さ（ｈｆ）を３．９ｍｍ〜５ｍｍにするとともに、前記電気発熱体（９）の設定温度（Ｔ0）を８５°Ｃ〜１１０°Ｃとし、
前記電気発熱体（９）の発熱が前記フィン部材（７）に伝導されて前記フィン部材（７）から暖房用空気に放熱されることを特徴とする車両暖房用熱交換器。
前記熱交換用コア部（３）はアルミニュウム合金の一体ろう付け構造からなり、
前記電気発熱体（９）は、細長の平板状の発熱体素子（９ａ）と、この発熱体素子（９ａ）の表裏両面に配置された細長の平板状の電極板（９ｂ、９ｃ）とからなる３層のサンドウイッチ構造を有し、
前記熱交換用コア部（３）の一体ろう付けの後に、前記電気発熱体（９）を前記コルゲートフィン（７）の間に挿入し、前記両電極板（９ｂ、９ｃ）を前記コルゲートフィン（７）の折り曲げ頂部に接着固定することを特徴とする請求項２に記載の車両暖房用熱交換器。
前記熱交換用コア部（３）はアルミニュウム合金の一体ろう付け構造からなり、
前記電気発熱体（９）は、細長の平板状の発熱体素子（９ａ）と、この発熱体素子（９ａ）の表裏両面に配置された細長の平板状の電極板（９ｂ、９ｃ）とからなる３層のサンドウイッチ構造を有し、
前記熱交換用コア部（３）の一体ろう付けの後に、前記電気発熱体（９）を前記フィン部材（７）の間に挿入し、前記両電極板（９ｂ、９ｃ）を前記フィン部材（７）に接着固定することを特徴とする請求項１に記載の車両暖房用熱交換器。
前記電気発熱体（９）は、電気的な絶縁作用と良好な熱伝導作用とを有する接着剤（１０）により前記フィン部材（７）に接着固定されていることを特徴とする請求項１または４に記載の車両暖房用熱交換器。
前記電気発熱体（９）は、電気的な絶縁作用と良好な熱伝導作用とを有する接着剤（１０）により前記コルゲートフィン（７）に接着固定されていることを特徴とする請求項２または３に記載の車両暖房用熱交換器。
所定の設定温度（Ｔ 0 ）にて抵抗値が急増する正の抵抗温度特性を有する発熱体素子（９ａ）、およびこの発熱体素子（９ａ）の表裏両面に配置された電極板（９ｂ、９ｃ）とを積層してなる電気発熱体（９）と、
前記電気発熱体（９）の両面に配置され、前記電気発熱体（９）の発熱が伝導されて暖房用空気に放熱するフィン部材（７）と、
前記フィン部材（７）と接合され、内部に温水が流通する偏平チューブ（６）とを備え、
前記偏平チューブ（６）内の温水温度（Ｔ W ）≧６０°Ｃ、前記フィン部材（７）に流入する暖房用空気温度（Ｔ air ）≦０°Ｃの条件において、
前記フィン部材（７）のうち前記偏平チューブ（６）側の端部の温度が前記偏平チューブ（６）内の温水温度（Ｔ W ）と同等になるように、前記電気発熱体（９）の設定温度（Ｔ 0 ）を設定したことを特徴とする車両暖房用熱交換器。
所定の設定温度（Ｔ 0 ）にて抵抗値が急増する正の抵抗温度特性を有する発熱体素子（９ａ）、およびこの発熱体素子（９ａ）の表裏両面に配置された電極板（９ｂ、９ｃ）とを積層してなる電気発熱体（９）と、
前記電気発熱体（９）の両面に配置され、前記電気発熱体（９）の発熱が伝導されて暖房用空気に放熱するフィン部材（７）と、
前記フィン部材（７）と接合され、内部に温水が流通する偏平チューブ（６）とを備え、
前記フィン部材（７）のフィン高さ（ｈｆ）を３．９ｍｍ〜５ｍｍにするとともに、前記電気発熱体（９）の設定温度（Ｔ 0 ）を８５°Ｃ〜１１０°Ｃとしたことを特徴とする車両暖房用熱交換器。
前記フィン部材（７）と前記偏平チューブ（６）とはアルミニュウム合金の一体ろう付け構造からなり、
前記電気発熱体（９）は、電気的な絶縁作用と良好な熱伝導作用とを有する接着剤（１０）により前記フィン部材（７）に接着固定されていることを特徴とする請求項７または８に記載の車両暖房用熱交換器。