JP6093130B2 - heater - Google Patents
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Description
本発明は、クーラントを被加熱媒体とし、車内暖房のため自動車に搭載して使用されるヒーター(クーラント加熱型車載空調用ヒーター)に関する。 The present invention relates to a heater (coolant heating type on-vehicle air conditioner heater) that is used by being mounted on an automobile for heating inside the vehicle using a coolant as a heating medium.
内燃機関車(ICE)やハイブリッド車(HEV)においては、エンジンの高効率化により、エンジンの冷却水(クーラント)の温度が年々低下してきており、このため、エンジン冷却後のクーラントの熱を車内暖房の熱源に利用することが難しくなってきている。また、電気自動車(EV)においては、暖房使用時に、暖房のために消費されるエネルギーの割合が、全消費エネルギーの1/2以上に達する場合があり、その結果、走行に割り当てられるエネルギーが大幅に減少し、走行距離が短くなる。同様に、プラグインハイブリッド車(PHEV)においても、暖房使用時には、多くの電気エネルギーが暖房のために消費され、電気エネルギーによる走行距離が短くなる。また、特にハイブリッド車においては、限られたスペースに多くの部品を搭載する必要があるため、車内暖房用に、大型の熱媒体加熱装置を搭載することは難しい。 In internal combustion locomotives (ICE) and hybrid vehicles (HEV), the engine cooling water (coolant) temperature has been decreasing year by year due to higher engine efficiency. It has become difficult to use as a heat source for heating. In addition, in an electric vehicle (EV), when heating is used, the proportion of energy consumed for heating may reach more than half of the total energy consumption. As a result, the energy allocated to traveling is greatly increased. The travel distance will be shortened. Similarly, in a plug-in hybrid vehicle (PHEV), when heating is used, a lot of electric energy is consumed for heating, and the travel distance by the electric energy is shortened. In particular, in a hybrid vehicle, since it is necessary to mount many parts in a limited space, it is difficult to mount a large heat medium heating device for heating the vehicle interior.
こうした事情から、近年においては、車内暖房用の熱媒体加熱装置に用いられるヒーターに対し、熱効率の向上と小型化の要請が高まってきている。 Under these circumstances, in recent years, there is an increasing demand for improvement in heat efficiency and miniaturization of a heater used in a heat medium heating device for heating a vehicle interior.
従来、自動車に搭載される車内暖房用の熱媒体加熱装置には、空気やクーラント等の被加熱媒体を加熱昇温するためのヒーターとして、PTC素子(正特性サーミスタ素子)を発熱体とするPTCヒーターが主に用いられてきた。 2. Description of the Related Art Conventionally, a heating medium heating device for heating a vehicle mounted on an automobile has a PTC element (positive characteristic thermistor element) as a heating element as a heater for heating and heating a medium to be heated such as air or coolant. Heaters have been mainly used.
このようなPTCヒーターの例として、特許文献1には、PTC素子を、電極板、絶縁層及び熱伝導層を介して、熱媒体流通ボックスで挟んだ構造を有し、PTC素子で発生した熱を、電極板、絶縁層、熱伝導層、熱媒体流通ボックスを介して、被加熱媒体へ伝達するヒーターが開示されている。
As an example of such a PTC heater,
また、特許文献2には、PTC素子を用いない車両用空調装置のヒーターとして、ハニカム状等に形成された、流体の通路を有する担体と、担体の表面に膜状に形成され、通電により発熱して前記流体を加熱する発熱層とを備えたヒーターが開示されている。
In
しかしながら、特許文献1に開示されているようなPTCヒーターは、比抵抗が数十Ω・cm以上と高く、発熱密度を高めるのが困難であるため、小型化が難しいという問題があった。更に、これらのPTCヒーターは、発熱部(PTC素子)と伝熱部(熱媒体流通ボックス等)とが別体であるため、熱抵抗が大きく、熱効率が悪くなるとともに、部品点数が多く、構造が複雑で、組立が困難であるという問題もあった。また、特許文献2に開示されているヒーターは、担体表面に形成された発熱層のみが発熱するものであり、担体自体は発熱しないため、車室内の暖房に必要な発熱を得るためには、寸法をかなり大きくする必要があり、小型化が難しいという問題があった。
However, the PTC heater as disclosed in
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、従来、車内暖房用に使用されているヒーターよりも、熱効率が高く、小型化が可能であるとともに、部品点数が少なく、構造も単純で、容易かつ低コストで製造可能なヒーターを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and has higher thermal efficiency and can be miniaturized than a heater conventionally used for heating a vehicle, has a small number of parts, and has a simple structure. It is an object of the present invention to provide a heater that can be manufactured easily and at low cost.
上記目的を達成するため、本発明によれば、以下のヒーターが提供される。 In order to achieve the above object, according to the present invention, the following heater is provided.
[1] 被加熱媒体であるクーラントの流路となる一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセルを区画形成する隔壁、及び最外周に位置する外周壁を有する筒状のハニカム構造部と、前記ハニカム構造部の側面に接合された一対の電極部とを備え、前記ハニカム構造部が、セラミックスを主成分とする材料からなるとともに、通電により発熱し、前記隔壁の厚さが、0.05〜0.5mmであり、前記ハニカム構造部のセル密度が、9.3〜186セル/cm2であり、前記ハニカム構造部の比抵抗が、4〜25Ω・cmであり、前記セラミックスが、Si含浸SiC、Si結合SiC、再結晶SiC、反応焼結SiC及び焼結SiCからなる群より選ばれる1種のセラミックスであり、前記隔壁の表面に、絶縁破壊強度が10〜1000V/μmである絶縁層を有し、車内暖房のため自動車に搭載して使用されるヒーター。 [1] A cylindrical honeycomb structure portion having partition walls that form a plurality of cells extending from one end face to the other end face that serve as a flow path for coolant that is a medium to be heated, and a peripheral wall located at the outermost periphery; A pair of electrode portions joined to side surfaces of the honeycomb structure portion, the honeycomb structure portion is made of a material mainly composed of ceramics, generates heat when energized, and the thickness of the partition wall is 0.05. Is 0.5 mm, the cell density of the honeycomb structure is 9.3 to 186 cells / cm 2 , the specific resistance of the honeycomb structure is 4 to 25 Ω · cm, and the ceramic is Si It is one kind of ceramic selected from the group consisting of impregnated SiC, Si-bonded SiC, recrystallized SiC, reaction-sintered SiC, and sintered SiC, and has a dielectric breakdown strength of 10 to 1000 on the surface of the partition wall. A heater that has an insulating layer of V / μm and is used by being mounted on an automobile for heating inside the vehicle.
[2] 前記ハニカム構造部の開口率が、60〜90%である[1]に記載のヒーター。 [2] The heater according to [1], wherein an aperture ratio of the honeycomb structure portion is 60 to 90%.
本発明のヒーターにおいては、ハニカム構造部自体が発熱部であるとともに伝熱部でもある。即ち、発熱部と伝熱部とが一体(同一)であり、それらの間に熱抵抗となる中間介在物が存在しないため、熱効率が高く、構造が単純で、部品点数も少ない。また、この一体となった発熱部と伝熱部とが、表面積の大きなハニカム構造であるため、被加熱媒体であるクーラントと接触する面積(伝熱面積)が大きい。更に、ハニカム構造部の比抵抗が低く、出力密度(発熱密度)を高めることが容易である。また、出力密度をかなり高く設定しても、被加熱媒体であるクーラントの加熱に際して、圧力損失及び躯体温度が上昇しすぎることがないように、ハニカム構造部の隔壁の厚さとセル密度との組合せが最適化されている。本発明のヒーターは、このような特徴を有することにより、高い熱効率を発揮し、小型化が可能であるとともに、即温性に優れ、容易かつ低コストで製造することができる。 In the heater of the present invention, the honeycomb structure part itself is a heat generating part as well as a heat generating part. That is, since the heat generating part and the heat transfer part are integrated (same) and there are no intermediate inclusions that become thermal resistance between them, the thermal efficiency is high, the structure is simple, and the number of parts is small. Further, since the integrated heat generating portion and heat transfer portion have a honeycomb structure with a large surface area, the area (heat transfer area) in contact with the coolant that is the medium to be heated is large. Furthermore, the specific resistance of the honeycomb structure portion is low, and it is easy to increase the output density (heat generation density). In addition, even when the power density is set to be considerably high, the combination of the partition wall thickness and the cell density of the honeycomb structure portion does not increase the pressure loss and the body temperature when heating the coolant as the medium to be heated. Has been optimized. By having such characteristics, the heater of the present invention exhibits high thermal efficiency, can be miniaturized, has excellent immediate temperature properties, and can be manufactured easily and at low cost.
以下、本発明の実施の形態について具体的に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and is based on ordinary knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. In addition, it should be understood that modifications, improvements, and the like appropriately added to the following embodiments also fall within the scope of the present invention.
(1)ヒーター:
本発明は、クーラントを被加熱媒体とし、車内暖房のため自動車に搭載して使用されるヒーター(クーラント加熱型車載空調用ヒーター)である。本発明者らは、本発明のヒーターを開発するに当たり、まず、クーラント加熱型車載空調用ヒーターとして満たすべき性能について、熱効率、エネルギー負荷、耐久性等の観点から鋭意検討を行った。その結果、投入電力、電圧、流量及び流体初期温度を表1に示すように設定した場合において、流体温度、躯体温度及び圧力損失の全てが、同表に示す条件を満たすことができる性能を有することが、クーラント加熱型車載空調用ヒーターとして必要であるという知見を得た。本発明者らは、このような知見に基づいて、各種設計因子の最適化を行うことにより、前記条件を満たすとともに、従来の車載空調用ヒーターよりも熱効率が高く、小型化が可能なクーラント加熱型車載空調用ヒーターを完成した。
(1) Heater:
The present invention is a heater (coolant heating type on-vehicle air conditioner heater) that is used by being mounted on an automobile for heating inside the vehicle using a coolant as a heating medium. In developing the heater of the present invention, the present inventors first conducted intensive studies on the performance to be satisfied as a coolant heating type on-vehicle air conditioning heater from the viewpoint of thermal efficiency, energy load, durability, and the like. As a result, when the input power, voltage, flow rate and fluid initial temperature are set as shown in Table 1, all of the fluid temperature, the housing temperature and the pressure loss have the performance capable of satisfying the conditions shown in the table. It was found that this is necessary as a coolant heating type on-vehicle air conditioning heater. Based on such knowledge, the present inventors have optimized the various design factors to satisfy the above conditions, and have higher heat efficiency than conventional in-vehicle air conditioning heaters, and coolant heating that can be downsized. Completed on-board air conditioning heater.
ここで、「流体」とは、本発明においては、被加熱媒体であるクーラント(冷却液)のことである。また、「流体初期温度」とは、ヒーターにより加熱される前のクーラントの温度である。この「流体初期温度」は、ヒーター(ハニカム構造部)に通電していない状態において、ヒーターの流体出口側に配置された熱電対により測定される。「流体温度」とは、ヒーターにより加熱されたクーラントの温度である。この「流体温度」は、ヒーター(ハニカム構造部)に通電している状態において、ヒーターの流体出口側に配置された熱電対により測定される。尚、表1に示す前記条件は、成分がエチレングリコール50質量%及び水50質量%であるクーラントを流体(被加熱媒体)とした場合に満たすべき条件であるが、本発明のヒーターの被加熱媒体であるクーラントの成分は、これに限られるものではない。 Here, “fluid” refers to a coolant (coolant) that is a medium to be heated in the present invention. The “fluid initial temperature” is the temperature of the coolant before being heated by the heater. This “fluid initial temperature” is measured by a thermocouple arranged on the fluid outlet side of the heater in a state where the heater (honeycomb structure) is not energized. “Fluid temperature” is the temperature of the coolant heated by the heater. This “fluid temperature” is measured by a thermocouple disposed on the fluid outlet side of the heater while the heater (honeycomb structure) is energized. In addition, although the said conditions shown in Table 1 are conditions which should be satisfy | filled when the coolant whose components are ethylene glycol 50 mass% and water 50 mass% is made into a fluid (to-be-heated medium), the to-be-heated of the heater of this invention The component of the coolant as the medium is not limited to this.
また、「躯体温度」とは、本発明においては、通電による発熱時のハニカム構造部の温度のことである。この「躯体温度」は、ハニカム構造部の外周壁に接触させた熱電対により測定される。また、「圧力損失」とは、本発明においては、ハニカム構造部にクーラントを流通させた場合における、ハニカム構造部のクーラントの入口側(上流側)と出口側(下流側)との圧力差のことである。この「圧力損失」は、ヒーター(ハニカム構造部)の入口側(上流側)及び出口側(下流側)に取り付けられた圧力計により測定されたそれぞれの圧力の値から算出される。 In addition, the “body temperature” in the present invention is the temperature of the honeycomb structure portion when heat is generated by energization. This “body temperature” is measured by a thermocouple brought into contact with the outer peripheral wall of the honeycomb structure portion. Further, in the present invention, the “pressure loss” means a pressure difference between the coolant inlet side (upstream side) and the outlet side (downstream side) of the honeycomb structure portion when coolant is circulated through the honeycomb structure portion. That is. This “pressure loss” is calculated from pressure values measured by pressure gauges attached to the inlet side (upstream side) and the outlet side (downstream side) of the heater (honeycomb structure).
図1は、本発明のヒーターの一の実施形態を模式的に示す斜視図である。また、図2は、図1に示すヒーターの一方の端面を模式的に示す平面図である。これらの図に示すように、本発明のヒーター100は、ハニカム構造部4とハニカム構造部4の側面に接合された一対の電極部21,21とを備える。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing one embodiment of the heater of the present invention. FIG. 2 is a plan view schematically showing one end face of the heater shown in FIG. As shown in these drawings, the
ハニカム構造部4は、被加熱媒体であるクーラントの流路となる一方の端面11から他方の端面12まで延びる複数のセル2を区画形成する隔壁1、及び最外周に位置する外周壁3を有する筒状の構造体である。このハニカム構造部4は、セラミックスを主成分とする材料からなり、ハニカム構造部4の側面に接合された一対の電極部21,21を通じて通電することにより発熱する。ここで、セラミックスを主成分とするとは、セラミックスを50質量%以上含むことをいう。
The
また、本発明のヒーター100において、ハニカム構造部4は、その比抵抗が4〜25Ω・cm、好ましくは3〜20Ω・cm、更に好ましくは2.5〜10Ω・cmである。このハニカム構造部4の比抵抗は、PTCヒーターに用いられているPTC素子の比抵抗に比べ、著しく低いものである。このため、本発明のヒーター100は、低比抵抗化により出力密度(単位体積あたりの出力)を高めることができ、これにより熱効率が向上して、小型化が可能となる。具体的には、本発明のヒーターと、特許文献1に記載されているような、PTC素子を、電極板、絶縁層及び熱伝導層を介して、熱媒体流通ボックスで挟んだ構造のPTCヒーターとを比べた場合、本発明のヒーターは、PTCヒーターの1/20程度の容積にまで小型化しても同等の出力密度を得ることができる。
In the
尚、ハニカム構造部の比抵抗が4Ω・cm未満である場合には、表1に示す条件の内、躯体温度が100℃以下という条件を満たすことが困難となる。一方、ハニカム構造部の比抵抗が25Ω・cmを超える場合には、表1に示す条件の内、流体温度が70℃以上という条件を満たすことが困難となる。即ち、これらの場合には、クーラント加熱型車載空調用ヒーターとして必要な性能が得られない可能性がある。 When the specific resistance of the honeycomb structure portion is less than 4 Ω · cm, among the conditions shown in Table 1, it is difficult to satisfy the condition that the body temperature is 100 ° C. or less. On the other hand, when the specific resistance of the honeycomb structure part exceeds 25 Ω · cm, it becomes difficult to satisfy the condition that the fluid temperature is 70 ° C. or higher among the conditions shown in Table 1. That is, in these cases, there is a possibility that performance required as a coolant heating type on-vehicle air conditioning heater cannot be obtained.
ハニカム構造部4の主成分として用いた場合において、ハニカム構造部4に4〜25Ω・cmの比抵抗を持たせることが可能なセラミックスとしては、Si含浸SiC、Si結合SiC、再結晶SiC、反応焼結SiC及び焼結SiCが挙げられる。これらのセラミックスの内でも、特にSi含浸SiCは、低比抵抗化が容易であるため好ましい。尚、「Si含浸SiC」とは、SiC粒子の表面を金属Siの凝固物が取り囲むことにより、金属Siを介してSiC粒子同士が接合した構造を有するものである。
In the case of using as the main component of the
ハニカム構造部4が、Si含浸SiCを主成分とする材料からなる場合、含浸させる金属Siの量を調整することにより、ハニカム構造部の比抵抗を変化させることができる。一般に、含浸させる金属Siの量が多くなるにつれて、ハニカム構造部の比抵抗がより小さくなる。
When the
また、ハニカム構造部4の比抵抗は、ハニカム構造部4の隔壁1の気孔率を調整することによっても変化させることができる。一般に、隔壁1の気孔率が小さくなるほど、比抵抗がより小さくなり、その結果、隔壁1に電気が流れ易くなる。
The specific resistance of the
更に、ハニカム構造部4の比抵抗は、原料として使用するSiCの種類(α−SiC、β−SiC)やこれらの原料の混合割合、あるいは原料として使用する金属中の不純物量によっても変化させることができる。
Furthermore, the specific resistance of the
本発明のヒーター100においては、ハニカム構造部4の隔壁1の厚さが、0.05〜0.5mmであるとともに、セル2の密度(セル密度)が、9.3〜186セル/cm2であることを要する。
In the
本発明のように、ハニカム構造部4を発熱部とするヒーター100において、ハニカム構造部4の全体寸法やヒーター出力を一定とした場合、躯体温度及び圧力損失は、主にハニカム構造部4の隔壁1の厚さとセル密度とによって変化する。そして、本発明者らが、隔壁1の厚さとセル密度とについて種々検討を行ったところ、隔壁1の厚さが、0.05〜0.5mmであり、セル密度が、9.3〜186セル/cm2である場合には、出力密度をかなり高く設定しても、表1に示す躯体温度及び圧力損失を満たし得ることが分かった。
As in the present invention, in the
尚、本発明のヒーターの出力密度は、例えば、ハニカム構造部の大きさを調整することによって、調節することができる。ハニカム構造部の大きさとは、ハニカム構造部のセルの延びる方向の長さや、ハニカム構造部のセルの延びる方向に直交する断面の大きさのことを意味する。以下、「ハニカム構造部のセルの延びる方向の長さ」のことを、単に「ハニカム構造部の長さ」ということがある。また、「ハニカム構造部のセルの延びる方向に直交する断面の大きさ」のことを、単に「ハニカム構造部の断面の大きさ」ということがある。 The output density of the heater of the present invention can be adjusted, for example, by adjusting the size of the honeycomb structure portion. The size of the honeycomb structure part means the length in the cell extending direction of the honeycomb structure part or the size of the cross section orthogonal to the cell extending direction of the honeycomb structure part. Hereinafter, “the length of the honeycomb structure portion in the cell extending direction” may be simply referred to as “the length of the honeycomb structure portion”. Further, “the size of the cross section perpendicular to the cell extending direction of the honeycomb structure portion” may be simply referred to as “the size of the cross section of the honeycomb structure portion”.
隔壁1の厚さが、0.05〜0.5mmの範囲に含まれない場合、及び/又は、セル密度が、9.3〜186セル/cm2の範囲に含まれない場合には、表1に示す躯体温度及び/又は圧力損失を満たすことが困難となる。即ち、この場合には、クーラント加熱型車載空調用ヒーターとして必要な性能が得られない可能性がある。
When the thickness of the
本発明のヒーター100においては、隔壁1の厚さが、0.05〜0.3mmであるとともに、セル密度が、23.2〜186セル/cm2であることが好ましい。また、隔壁1の厚さが、0.05〜0.1mmであるとともに、セル密度が、48〜186セル/cm2であることが更に好ましい。
In the
隔壁1の厚さとセル密度とが、このような範囲に含まれる場合、ハニカム構造部の大きさを小さくする(例えば、ハニカム構造部の長さを短くする)などして、より出力密度を高めた場合においても、表1に示す躯体温度及び圧力損失を満たすこができる。例えば、特許文献1に記載されているような、PTC素子を、電極板、絶縁層及び熱伝導層を介して、熱媒体流通ボックスで挟んだ構造のPTCヒーターの5倍以上の出力密度に設定した場合においても、表1に示す躯体温度及び圧力損失を満たし得る。
When the thickness of the
本発明のヒーター100は、ハニカム構造部4の開口率が、60〜90%であることが好ましい。圧力損失と発熱密度を考慮すると、ハニカム構造部4の開口率が、前記範囲外となるものは、あまり現実的ではないからである。尚、ここで言う「開口率」とは、ハニカム構造部のセルの延びる方向に直交する断面の全面積(隔壁及び外周壁の断面積に、セルの断面積を加えた面積)に対するセルの断面積の割合を意味する。
In the
ハニカム構造部の形状は特に限定されず、例えば、端面が円形の筒状(円筒形状)、端面がオーバル形状の筒状、端面が多角形(四角形、五角形、六角形、七角形、八角形等)の筒状等の形状とすることができる。図1に示されるハニカム構造部4の形状は、端面が四角形(正方形)の筒状である。
The shape of the honeycomb structure is not particularly limited. For example, the end surface is a cylindrical tube (cylindrical shape), the end surface is an oval tube, the end surface is a polygon (square, pentagon, hexagon, heptagon, octagon, etc. ) Or the like. The shape of the
外周壁3は、ハニカム構造部4の側面5を構成する壁である。外周壁3は、ハニカム構造部を作製する過程において、隔壁1とともに形成されたものであってもよい。例えば、隔壁1と外周壁3とを一度に押出成形して作製してもよい。また、先に、隔壁1のみを押出成形等により作製し、その隔壁1の外周部分に、セラミック材料を塗工して外周壁3を形成することもできる。
The outer
外周壁3は、厚肉であることが好ましい。外周壁3が厚肉であるとは、外周壁3が隔壁1より厚いことを意味する。外周壁3が厚肉であると、外周壁3の構造体としての強度が増大する。そのため、電極部21,21の接合時における熱応力に対する耐性を向上させることができる。その結果、外周壁におけるクラック等の損傷の発生を抑制し易くなる。また、ヒーターをハウジング内に収納した状態で使用する場合において、ハウジングの少なくとも一部に樹脂が使用されているときは、ヒーターが局所的に過熱することによって当該樹脂が劣化し、損傷することがある。外周壁3を厚肉として熱容量を増大させ、外周壁3の温度上昇を抑えるようにすると、当該樹脂の劣化による損傷を抑制することが可能となる。
The outer
外周壁3の厚さは、外周壁3の気孔率などにも拠るが、0.3〜5mmが好ましく、0.5〜3mmが更に好ましい。
Although the thickness of the outer
本発明のヒーター100は、ハニカム構造部4の隔壁1の表面に、絶縁破壊強度が10〜1000V/μmである絶縁層を有するものである。絶縁層の絶縁破壊強度は、100〜1000V/μmであることが好ましい。被加熱媒体としてセル2内を流通するクーラントは、自動車の部品から生じた金属性磨耗粉などを含んでいることがある。そのため、ヒーター100を長期間使用することより、金属性磨耗粉が隔壁1に付着したり、堆積したりして、目詰まりすることがある。このような場合、ヒーター100が短絡してしまう可能性がある。ハニカム構造部4の隔壁1の表面に、絶縁破壊強度が10〜1000V/μmである絶縁層を有すると、被加熱媒体であるクーラントに含まれる金属性磨耗粉が隔壁1に付着や堆積して目詰まりすることに起因するヒーター100の短絡を防ぐことができる。
前記絶縁層としては、隔壁1に含まれるセラミックス成分が酸化して作られる酸化膜を挙げることができる。このような酸化膜は、ハニカム構造部4を酸化雰囲気下で高温処理することにより形成することができる。
An example of the insulating layer is an oxide film formed by oxidizing a ceramic component contained in the
あるいは、隔壁1の表面を絶縁性樹脂によってコーティングすることにより、絶縁層を設けることも可能である。本発明のヒーターでは、隔壁の表面の絶縁層が絶縁性樹脂からなる場合、絶縁性樹脂としては、例えば、EPDM、エチレンプロピレン共重合体、ポリイミド、ポリアミドイミドなどの一般的に用いられている樹脂を用いることができる。
Alternatively, an insulating layer can be provided by coating the surface of the
絶縁層として、セラミックコート層、SiO2系のガラスコート層、又は、セラミックスと「SiO2系のガラス」との混合物のコート層からなるものを設けることも可能である。 As the insulating layer, a ceramic coating layer, a SiO 2 glass coating layer, or a coating layer of a mixture of ceramics and “SiO 2 glass” may be provided.
セラミックコート層としては、Al2O3、MgO、ZrO2、TiO2、CeO2などの酸化物を主成分とするものや、窒化物を主成分とするものを挙げることができる。酸化物を主成分とするものと窒化物を主成分とするものでは、酸化物を主成分とするものの方が大気中における安定性が高い。一方、窒化物を主成分とするものは、より熱伝導に優れる。SiO2系のガラスコート層としては、SiO2を主成分とするものを挙げることができる。セラミックとSiO2系のガラスとの混合物のコート層としては、SiO2と「Al2O3、MgO、ZrO2、TiO2、CeO2などの成分」との混合物を主成分とするものを挙げることができる。尚、絶縁層の構成成分は、耐電圧の要求値に応じて適宜選択することができる。 Examples of the ceramic coating layer include a layer mainly composed of oxides such as Al 2 O 3 , MgO, ZrO 2 , TiO 2 , and CeO 2 and a layer mainly composed of nitride. Among the oxide-based component and the nitride-based component, the oxide-based component is more stable in the atmosphere. On the other hand, those containing nitride as a main component are more excellent in heat conduction. Examples of the SiO 2 -based glass coat layer include those containing SiO 2 as a main component. As a coating layer of a mixture of ceramic and SiO 2 -based glass, a layer mainly composed of a mixture of SiO 2 and “components such as Al 2 O 3 , MgO, ZrO 2 , TiO 2 , and CeO 2 ” can be cited. be able to. In addition, the structural component of an insulating layer can be suitably selected according to the required value of withstand voltage.
セラミックコート層、SiO2系のガラスコート層、及びセラミックとSiO2系のガラスとの混合物のコート層の形成には、それぞれ湿式による方法または乾式による方法を採用することができる。 A wet method or a dry method can be employed to form the ceramic coat layer, the SiO 2 glass coat layer, and the coat layer of the mixture of ceramic and SiO 2 glass, respectively.
湿式による方法としては、ハニカム構造部を、絶縁層形成用スラリー、絶縁層形成用コロイド、及び絶縁層形成用溶液の何れかに浸漬し、その後、余剰分を除去し、乾燥させた後、焼成する方法を挙げることができる。 As a wet method, the honeycomb structure is immersed in one of the insulating layer forming slurry, the insulating layer forming colloid, and the insulating layer forming solution, and then the excess is removed, dried, and fired. The method of doing can be mentioned.
例えば、「酸化物を主成分とする絶縁層」を形成する場合、絶縁層形成用スラリー、及び絶縁層形成用コロイドとしては、Al、Mg、Si、Zr、Ti、Ce等の金属源またはその酸化物を含むものを用いることができる。「酸化物を主成分とする絶縁層」は、Al2O3、MgO、SiO2、ZrO2、TiO2、CeO2などを主成分とする絶縁層のことである。また、絶縁層形成用溶液としては、Al(OC3H7)3、Si(OC2H5)4などの金属アルコキシド溶液を用いることができる。湿式による方法における焼結温度は、主成分によって適宜決定することができる。湿式による方法における焼結温度は、例えばSiO2を主成分とする絶縁層の場合、1100〜1200℃であることが好ましい。また、Al2O3を主成分とする絶縁層の場合、1300〜1400℃であることが好ましい。 For example, when forming an “insulating layer mainly composed of oxide”, the insulating layer forming slurry and the insulating layer forming colloid include a metal source such as Al, Mg, Si, Zr, Ti, Ce, or the like Those containing an oxide can be used. The “insulating layer mainly composed of oxide” is an insulating layer mainly composed of Al 2 O 3 , MgO, SiO 2 , ZrO 2 , TiO 2 , CeO 2 or the like. As the insulating layer forming solution, a metal alkoxide solution such as Al (OC 3 H 7 ) 3 , Si (OC 2 H 5 ) 4 can be used. The sintering temperature in the wet method can be appropriately determined depending on the main component. The sintering temperature in the wet method is preferably 1100 to 1200 ° C., for example, in the case of an insulating layer mainly composed of SiO 2 . In the case of an insulating layer mainly composed of Al 2 O 3 , the temperature is preferably 1300 to 1400 ° C.
「窒化物を主成分とする絶縁層」を形成する場合、ハニカム構造部を、絶縁層形成用スラリー、及び絶縁層形成用コロイド、絶縁層形成用溶液の何れかに浸漬し、その後、余剰分を除去し、乾燥させる。その後、窒素またはアンモニアを含む還元雰囲気にて窒化する。このようにして、窒化物を主成分とする絶縁層を形成することができる。窒化物としては、絶縁性を有しながら熱伝導が高いAlN、Si3N4等を挙げることができる。 When forming the “insulating layer mainly composed of nitride”, the honeycomb structure is immersed in one of the insulating layer forming slurry, the insulating layer forming colloid, and the insulating layer forming solution, and then the excess Remove and dry. Thereafter, nitriding is performed in a reducing atmosphere containing nitrogen or ammonia. In this manner, an insulating layer containing nitride as a main component can be formed. Examples of the nitride include AlN, Si 3 N 4, and the like that have insulating properties and high thermal conductivity.
乾式による方法は、静電スプレー法などを挙げることができる。静電スプレー法により絶縁層を形成するには、例えば以下のように行うことができる。まず、絶縁性物質の粉末(絶縁性粒子)または「絶縁性粒子を含むスラリー」に電圧を印加して負(または正)に帯電させる。その後、正(または負)に帯電させたハニカム構造部に、帯電させた「絶縁性粒子、または絶縁性粒子を含むスラリー」を吹き付ける。このようにして絶縁層を形成する。 Examples of the dry method include an electrostatic spray method. For example, the insulating layer can be formed by the electrostatic spray method as follows. First, a voltage is applied to an insulating substance powder (insulating particles) or “slurry containing insulating particles” to be negatively (or positively) charged. Thereafter, the charged “insulating particles or slurry containing insulating particles” is sprayed onto the positively (or negatively) honeycomb structure. In this way, an insulating layer is formed.
絶縁層の膜厚は、所望の耐電圧に応じて適宜設定することができる。絶縁層の膜厚が厚いと、絶縁性が高くなるものの、被加熱媒体であるクーラントを加熱するには熱抵抗が大きくなる。これは、絶縁層が隔壁に比較して熱伝導が低くなり易いためである。更に、絶縁層の膜厚が厚いと、ヒーターの圧力損失が大きくなる。そのため、絶縁層の膜厚は絶縁性が確保できる範囲内において薄い方が好ましい。具体的には、絶縁層の膜厚は、隔壁の膜厚よりも薄いことが好ましい。更に具体的には、材質毎の絶縁破壊強度に拠るが、10μm以下であることが好ましく、5μm以下であることが更に好ましく、3μm以下であることが特に好ましい。絶縁層の膜厚が上記範囲であると、熱抵抗を低く維持しつつ、ハニカム構造部の圧力損失が増加することを防止できる。 The film thickness of the insulating layer can be appropriately set according to the desired withstand voltage. When the thickness of the insulating layer is thick, the insulation is improved, but the thermal resistance is increased to heat the coolant that is the medium to be heated. This is because the insulating layer tends to have lower thermal conductivity than the partition. Furthermore, when the insulating layer is thick, the pressure loss of the heater increases. Therefore, it is preferable that the thickness of the insulating layer is as thin as possible within a range where the insulating property can be secured. Specifically, the thickness of the insulating layer is preferably smaller than the thickness of the partition wall. More specifically, although it depends on the dielectric breakdown strength for each material, it is preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less, and particularly preferably 3 μm or less. When the film thickness of the insulating layer is in the above range, it is possible to prevent an increase in pressure loss in the honeycomb structure portion while maintaining a low thermal resistance.
尚、絶縁層の膜厚は、絶縁層の平均膜厚を意味する。また、ここで言う絶縁層の膜厚は、断面サンプルを用いて光学顕微鏡や電子顕微鏡により観察して計測した値である。ここで、「断面サンプル」は、ヒーターの一部を切り出したサンプルであり、隔壁の壁面に直交する切断面を有するサンプルである。また、例えば、絶縁層が酸化膜である場合に、前記のような厚さの酸化膜を形成するためには、焼成温度を1200〜1400℃とすることが好ましい。また、水蒸気雰囲気下で焼成し、酸化膜を形成することも好ましい方法である。更に、焼成時間を調整することにより、酸化膜の膜厚を調整することもできる。焼成時間が長くなるほど、酸化膜の厚さは厚くなる。 In addition, the film thickness of an insulating layer means the average film thickness of an insulating layer. Moreover, the film thickness of an insulating layer said here is the value which observed and measured with the optical microscope or the electron microscope using the cross-sectional sample. Here, the “cross-section sample” is a sample obtained by cutting out a part of the heater, and is a sample having a cut surface perpendicular to the wall surface of the partition wall. For example, when the insulating layer is an oxide film, the firing temperature is preferably set to 1200 to 1400 ° C. in order to form the oxide film having the above thickness. It is also a preferable method to form an oxide film by baking in a water vapor atmosphere. Furthermore, the film thickness of the oxide film can be adjusted by adjusting the baking time. The longer the firing time, the thicker the oxide film.
本発明において、一対の電極部21,21は、ハニカム構造部4に通電するためのものである。本実施形態のヒーター100においては、一対の電極部21,21における一方の電極部21と他方の電極部21とが、ハニカム構造部4を側方から挟み込むように、ハニカム構造部4の側面5に接合されている。一対の電極部21,21間に電圧を印加することにより、隔壁1が通電して、ハニカム構造部4が発熱する。
In the present invention, the pair of
電極部21の材質としては、例えば、ステンレス、銅、ニッケル、アルミニウム、モリブデン、タングステン、ロジウム、コバルト、クロム、ニオブ、タンタル、金、銀、白金、パラジウム、及びこれら金属の合金等を挙げることができる。また、電極部21は、Cu/W複合材、Cu/Mo複合材、Ag/W複合材、SiC/Al複合材、C/Cu複合材等の複合材を用いて形成されたものであってもよい。「Cu/W複合材」とは、銅タングステン複合材を意味する。「Cu/Mo複合材」とは、銅モリブデン複合材を意味する。「Ag/W複合材」とは、銀タングステン複合材を意味する。「SiC/Al複合材」とは、SiCとアルミニウムの複合材を意味する。「C/Cu複合材」とは、炭素と銅の複合材を意味する。
Examples of the material of the
電極部21の材質としては、電気抵抗が低く、熱膨張係数が低く、その熱膨張係数がハニカム構造部4のセラミックスに近くなることが望ましい。電気抵抗が低いことが望ましい理由としては、電気抵抗が高いと、通電時に電極部自身の発熱により問題を生じる場合があるためである。また、熱膨張係数が低いことが望ましい理由としては、以下の通りである。電極材の熱膨張係数がセラミックスに対して高い場合には、電極部21の接合時に発生する熱応力が大きくなり、界面剥離やセラミックス側(ハニカム構造部4側)へのクラック発生により問題を生じる場合があるためである。
As a material of the
電極部21の材質については、熱応力によるセラミックス側へのクラックの発生や電極の界面剥離、電極部自身の発熱、コストの点等のバランスを考慮して適宜選択することができる。例えば、アルミニウムについては、電気抵抗が低いものの熱膨張係数が高いために熱応力によって電極部21が剥離し易くなる場合がある。また、ステンレスについては、電気抵抗が比較的高いために電極部自身の発熱の点で問題となる場合がある。また、金、銀、白金、パラジウム、及びロジウム等の貴金属材質については、特に金、銀の電気抵抗が低いものの、材料コスト上問題となる場合がある。前記複合材を用いて形成された電極部は、電気抵抗が低いことに加え、熱膨張係数が、例えばアルミニウム等の他の純金属よりも低く、その熱膨張係数がハニカム構造部を構成するセラミックスに近いため、熱サイクル時の熱応力を低減する効果を期待できる。また、モリブデンやタングステンのように、他の金属と比較して熱膨張係数が低い材質でも同様の効果が得られる。
The material of the
本発明においては、一対の電極部21,21のそれぞれが、ハニカム構造部4のセル2の延びる方向に延びる帯状に形成されていることが好ましい。また、セル2の延びる方向に直交する断面において、一方の電極部21が、他方の電極部21に対して、ハニカム構造部4の中心を挟んで反対側に配設されていることが好ましい。図1の実施形態においては、端面が四角形の筒状に形成されたハニカム構造部4の向かい合う2つの側面5に、一対の電極部21が配設された場合の例を示している。このように構成することによって、一対の電極部21,21間に電圧を印加したときの、ハニカム構造部4の温度分布の偏りを抑制することができる。
In the present invention, each of the pair of
一対の電極部21,21は、電源等との電気的接続を確保するための端子部22を有していてもよい。端子部22の形状、大きさは、特に限定されない。端子部22の形状、大きさは、通電時に端子部自身の抵抗発熱が問題とならなければ、電極部21の形状、大きさに合わせて適宜決定することができる。
The pair of
本発明のヒーター本体を作製する際には、板状又は膜状の電極部21を、ハニカム構造部4とは別に作製し、作製した電極部21を、ハニカム構造部4の2つの側面5に接合することが好ましい。一対の電極部21,21をハニカム構造部4の側面5に接合する方法としては、例えば、ハニカム構造部4の側面5に導電性接合材を配置し、この導電性接合材によって、電極部21とハニカム構造部4の側面5とを接合する方法を挙げることができる。このような接合方法を採用する場合、上述した導電性接合材が、60〜200℃で焼成されて導電性接合部23を形成していることが好ましい。
When producing the heater body of the present invention, the plate-like or film-
これは、導電性接合材が60〜200℃で焼成される際に、ハニカム構造部4と一対の電極部21,21とが、導電性接合材(焼成後は、導電性接合部23)を介して接合されることを意味する。本明細書において、被焼成物(例えば、導電性接合材)を「焼成する」とは、加熱により被焼成物の一部を溶融させ、被焼成物の構成要素同士を結合させて、被焼成物を焼成物(例えば、導電性接合部)とすることを意味する。導電性接合材が、焼成されて焼成物である導電性接合部23になる際に、ハニカム構造部4及び電極部21が、当該導電性接合部23を介して接合される。
This is because when the conductive bonding material is fired at 60 to 200 ° C., the
ここで、「ポリアミド樹脂、脂肪族アミン及び銀フレーク」を含有する導電性ペーストを導電性ペーストAとする。また、「銀化合物、ケイ酸塩溶液及び水」を含有する導電性ペーストを導電性ペーストBとする。また、「ニッケル粉末及びケイ酸塩溶液」を含有する導電性ペーストを導電性ペーストCとする。ここで、ニッケル粉末は、導電性ペーストC全体に対して30〜60質量%含有されていることが好ましい。また、「酸化アルミニウム、グラファイト及びケイ酸塩溶液」を含有する導電性ペーストを導電性ペーストDとする。この場合、導電性接合材としては、導電性ペーストA、導電性ペーストB、導電性ペーストC、及び、導電性ペーストDからなる群から選択される1種であることが好ましい。従って、導電性接合部23は、導電性ペーストA、導電性ペーストB、導電性ペーストC、及び導電性ペーストDからなる群から選択される1種を焼成したものであることが好ましい。導電性接合部23の材質を前記のようにすることにより、本実施形態のヒーター100は、通電による発熱性能が良好になる。更に、前記のような導電性接合材を用いて接合する場合は、一般的なロウ接合などに比べて接合温度が低い。即ち、接合温度が200℃以下である。そのため、熱応力が低減されることから、セラミックスを主成分とするハニカム構造部4と電極部21とを接合した際に、ハニカム構造部4にクラックが発生することを防止することができる。更に、電極部21がハニカム構造部4から剥れることを防止することができる。
Here, the conductive paste containing “polyamide resin, aliphatic amine and silver flake” is referred to as conductive paste A. Also, a conductive paste containing “silver compound, silicate solution and water” is referred to as conductive paste B. A conductive paste containing “nickel powder and silicate solution” is referred to as conductive paste C. Here, it is preferable that 30-60 mass% of nickel powder is contained with respect to the whole conductive paste C. Further, a conductive paste containing “aluminum oxide, graphite and silicate solution” is referred to as a conductive paste D. In this case, the conductive bonding material is preferably one selected from the group consisting of conductive paste A, conductive paste B, conductive paste C, and conductive paste D. Therefore, it is preferable that the
また、一対の電極部21,21とハニカム構造部4とを接合する導電性接合部23は、溶射法、コールドスプレー法、又はメッキ法によって形成された、金属を含有するものであってもよい。このような導電性接合部23は、一対の電極部21,21とともに「電極」としての機能を発揮する。また、このような導電性接合部23は、ハニカム構造部4の表面上に、電気抵抗が低い層として直接形成することができる点で好ましい。これにより、ハニカム構造部4に大きな電流を流すことができる。
In addition, the conductive
溶射法、コールドスプレー法、又はメッキ法によって導電性接合部23を形成する場合、導電性接合部23の材質としては、これまでに説明した電極部21の材質と同様の材質を挙げることができる。導電性接合部23の材質としては、上述した電極21部と同様に、電気抵抗が低く、熱膨張係数が低く、その熱膨張係数がハニカム構造部4のセラミックスに近くなることが望ましい。電気抵抗が高いと、通電時に導電性接合部自身の発熱により問題が発生することがある。また、熱膨張係数がセラミックスに対して高いと、導電性接合部23とハニカム構造部4との界面が剥離したり、ハニカム構造部4にクラックが発生したりすることがある。
When the conductive joint 23 is formed by a thermal spraying method, a cold spray method, or a plating method, the material of the conductive joint 23 can be the same as the material of the
溶射法としては、例えば、プラズマ溶射法、高速フレーム溶射法(HVOF法)、アーク溶射法、フレーム溶射法などを挙げることができる。 Examples of the thermal spraying method include a plasma spraying method, a high-speed flame spraying method (HVOF method), an arc spraying method, and a flame spraying method.
溶射法による導電性接合部23の形成方法としては、具体的には、以下のような方法を挙げることができる。まず、ハニカム構造部4の側面のうち電極部21を配設する2つの側面(電極部配設面)をサンドブラスト処理する。このサンドブラスト処理により前記電極部配設面を表面粗化するとともに、前記電極部配設面から酸化膜層を除去する。次に、前記電極部配設面以外の側面に、この側面を覆うように保護カバーを配設する。次いで、前記電極部配設面に、加熱溶融させた粉末原料を吹き付ける。このようにして電極部配設面上に、導電性接合部23となる塗膜を形成することができる。粉末原料としては、例えば、純ニッケル、ニッケル合金、純アルミニウム、アルミニウム合金、純銅、銅合金、純モリブデン、純タングステンなどを挙げることができる。また、粉末原料を加熱溶融させる温度は、前記の溶射法によって異なり、適宜設定することが好ましい。
Specific examples of the method for forming the conductive
このような溶射法によれば、導電性接合部23が完全には緻密化し難い。即ち、溶射法によれば、その内部に複数の気孔が形成された導電性接合部23を作製することができる。このような導電性接合部23は、気孔が形成されていることによりヤング率が低下するため、熱応力に対する緩和機能が向上したものとなる。
According to such a thermal spraying method, it is difficult to completely densify the conductive joint 23. That is, according to the thermal spraying method, it is possible to produce the conductive
コールドスプレー法による導電性接合部23の形成方法としては、具体的には、以下のような方法を挙げることができる。まず、前記溶射法と同様にして、電極部配設面をサンドブラスト処理し、前記電極部配設面以外の側面にこの側面を覆うように保護カバーを配設する。次に、キャリアガスとして約200〜600℃程度の窒素ガス、アルゴンガス、空気などのガスを用いて、粉末原料を前記電極部配設面に超高速で衝突させる。このように、超高速で粉末原料を前記電極部配設面に衝突させることにより、粉末原料が固相状態のまま塑性変形する。このようにして前記電極部配設面上に前記粉末原料に由来する塗膜を形成することができる。キャリアガスは、粉末原料の融点又は軟化点よりも低い温度に設定される。
Specific examples of the method for forming the conductive
コールドスプレー法において粉末原料として用いることができるものは、主に、前記溶射法で用いることができる粉末原料に比べて塑性変形し易い軟質金属である。また、コールドスプレー法は、粉末原料の溶融温度が溶射法に比べて低いため、粉末原料の熱変質や酸化が発生し難い。そのため、バルク(固体状の固まり)の材料特性に近いという利点がある。 What can be used as a powder raw material in the cold spray method is mainly a soft metal that is more easily plastically deformed than the powder raw material that can be used in the thermal spraying method. Moreover, since the melting temperature of the powder raw material is lower than that of the thermal spraying method in the cold spray method, thermal alteration and oxidation of the powder raw material are difficult to occur. Therefore, there is an advantage that it is close to the material characteristics of the bulk (solid mass).
粉末原料としては、例えば、純ニッケル、純アルミニウム、純銅などを挙げることができる。 Examples of the powder raw material include pure nickel, pure aluminum, and pure copper.
メッキ法による導電性接合部23の形成方法としては、具体的には、以下のような方法を挙げることができる。まず、前記溶射法と同様にして、前記電極部配設面をサンドブラスト処理し、前記電極部配設面以外の側面にこの側面を覆うように保護カバーを配設する。次に、前記電極部配設面にメッキ処理を行う。このようにして前記電極部配設面上に導電性接合部23となる塗膜を形成することができる。
Specific examples of the method for forming the conductive
メッキ法としては、無電解メッキ法、電解メッキ法、又はこれらを組み合わせた方法などを挙げることができる。尚、無電解メッキ法では、膜厚が厚い導電性接合部を形成することが困難になる傾向がある。そのため、無電解メッキ法により下層(即ち、導電性接合部からなる第1層)を形成した後、この下層上に電解メッキ法により上層(即ち、導電性接合部からなる第2層)を形成することができる。このように無電解メッキ法と電解メッキ法とを組み合わせることにより、膜厚の厚い導電性接合部を形成することができる。 Examples of the plating method include an electroless plating method, an electrolytic plating method, or a combination of these. In the electroless plating method, it is difficult to form a conductive joint having a large film thickness. Therefore, after forming a lower layer (ie, a first layer made of a conductive joint) by an electroless plating method, an upper layer (ie, a second layer made of a conductive joint) is formed on the lower layer by an electrolytic plating method. can do. By combining the electroless plating method and the electrolytic plating method in this way, a thick conductive joint can be formed.
メッキ法に用いるメッキ材料としては、例えば、純ニッケル、純銅などを挙げることができる。 Examples of the plating material used for the plating method include pure nickel and pure copper.
尚、導電性接合部は、溶射法、コールドスプレー法、メッキ法などの方法を組み合わせて形成することもできる。例えば、無電解メッキ法により前記下層を形成した後、この下層上にコールドスプレー法により前記上層を形成することができる。この場合、この下層と上層とからなるものが導電性接合部23となる。このように複数の方法を組み合わせることにより、導電性接合部23を厚く形成することができる。尚、上記各方法において、サンドブラスト処理及び保護カバーを配設する操作は、適宜採用すればよい。
The conductive joint can be formed by a combination of methods such as thermal spraying, cold spraying, and plating. For example, after forming the lower layer by an electroless plating method, the upper layer can be formed on the lower layer by a cold spray method. In this case, the
本発明のヒーターは、通常、流体(被加熱媒体であるクーラント)の循環路の中に格納された状態で使用される。本発明のヒーターにおいて、通電によりハニカム構造部が発した熱は、ハニカム構造部の隔壁からセル内を流通するクーラントに伝達され、クーラントの温度を上昇させる。このように、本発明のヒーターでは、ハニカム構造部自体が発熱部であるとともに伝熱部でもある。即ち、発熱部と伝熱部とが一体(同一)であり、それらの間に熱抵抗となる中間介在物が存在しないため、熱効率が高く、部品点数も少ない。また、この一体となった発熱部と伝熱部とが、表面積の大きなハニカム構造であるため、被加熱媒体であるクーラントと接触する面積(伝熱面積)が大きい。更に、既述のとおり、ハニカム構造部の比抵抗は、PTCヒーターに用いられているPTC素子の比抵抗に比べ、著しく低いものであるため、低比抵抗化により出力密度(単位体積あたりの出力)を高めることができる。また、出力密度をかなり高く設定しても、被加熱媒体であるクーラントの加熱に際して、圧力損失及び躯体温度が上昇しすぎることがないように、ハニカム構造部の隔壁の厚さとセル密度との組合せが最適化されている。本発明のヒーターは、このような構成を有することにより、熱効率が高く、小型化が可能であるとともに、即温性に優れ、容易かつ低コストで製造することができる。 The heater of the present invention is usually used in a state where it is stored in a circulation path of a fluid (a coolant to be heated). In the heater of the present invention, the heat generated by the honeycomb structure part by energization is transmitted from the partition walls of the honeycomb structure part to the coolant flowing through the cells, thereby increasing the temperature of the coolant. As described above, in the heater of the present invention, the honeycomb structure itself is not only a heat generating part but also a heat transfer part. That is, since the heat generating part and the heat transfer part are integrated (same) and there are no intermediate inclusions that become thermal resistance between them, the thermal efficiency is high and the number of parts is small. Further, since the integrated heat generating portion and heat transfer portion have a honeycomb structure with a large surface area, the area (heat transfer area) in contact with the coolant that is the medium to be heated is large. Furthermore, as described above, since the specific resistance of the honeycomb structure is significantly lower than the specific resistance of the PTC element used in the PTC heater, the output density (output per unit volume) is reduced by reducing the specific resistance. ) Can be increased. In addition, even when the power density is set to be considerably high, the combination of the partition wall thickness and the cell density of the honeycomb structure portion does not increase the pressure loss and the body temperature when heating the coolant as the medium to be heated. Has been optimized. By having such a configuration, the heater of the present invention has high thermal efficiency, can be reduced in size, is excellent in immediate temperature, and can be manufactured easily and at low cost.
(2)ヒーターの製造方法:
次に、本実施形態のヒーターを製造する方法について説明する。尚、ここでは、ハニカム構造部が、Si含浸SiCを主成分とする材料で構成されたヒーターの製造方法の一例を示すが、本実施形態のヒーターを製造する方法については、以下の製造方法に限定されることはない。
(2) Heater manufacturing method:
Next, a method for manufacturing the heater of this embodiment will be described. Here, an example of a manufacturing method of a heater in which the honeycomb structure portion is made of a material mainly composed of Si-impregnated SiC is shown, but the manufacturing method of the heater of the present embodiment is described in the following manufacturing method. There is no limit.
まず、SiC粉体、金属Si粉体、水、有機バインダーなどを混ぜ合わせ、混練して坏土を調製する。そして、この坏土をハニカム形状に成形してハニカム成形体を作製する。その後、得られたハニカム成形体を不活性ガス雰囲気中において焼成することによりハニカム構造体を形成する。その後、得られたハニカム構造体に、不活性ガス雰囲気中においてSiを含浸することにより、Si含浸SiCを主成分とするハニカム構造部を作製することができる。 First, SiC powder, metal Si powder, water, an organic binder, etc. are mixed and kneaded to prepare a clay. Then, this clay is formed into a honeycomb shape to produce a honeycomb formed body. Thereafter, the resulting honeycomb formed body is fired in an inert gas atmosphere to form a honeycomb structure. Thereafter, the resulting honeycomb structure is impregnated with Si in an inert gas atmosphere, whereby a honeycomb structure portion mainly composed of Si-impregnated SiC can be produced.
尚、上記したSi含浸SiCを主成分とするハニカム構造部の作製方法において、SiC粉体、水、有機バインダーなどを混ぜ合わせ、混練して坏土を調製してもよい。即ち、坏土の原料には、金属Si粉体が含まれていなくともよい。 In the above-described method for manufacturing a honeycomb structure mainly composed of Si-impregnated SiC, SiC powder, water, an organic binder, and the like may be mixed and kneaded to prepare a clay. That is, the raw material for the clay does not need to contain the metal Si powder.
また、Si含浸SiCを主成分とするハニカム構造部を作製する際には、{金属Siの含有量/(金属Siの含有量+SiCの含有量)}×100(%)という式によって算出される金属Siの含有率が5〜50%であることが好ましい。また、この金属Siの含有率が10〜40%であることが更に好ましい。このように構成することによって、隔壁や外周壁の強度を保ちながら、その比抵抗を適当な大きさにすることができる。 Further, when a honeycomb structure part mainly composed of Si-impregnated SiC is manufactured, it is calculated by the formula {content of metal Si / (content of metal Si + content of SiC)} × 100 (%). The metal Si content is preferably 5 to 50%. The metal Si content is more preferably 10 to 40%. By comprising in this way, the specific resistance can be made into a suitable magnitude | size, maintaining the intensity | strength of a partition or an outer peripheral wall.
隔壁の表面には、絶縁層として、SiCが酸化して形成されたSiO2膜(酸化膜)が形成されていることが好ましい。隔壁の表面に酸化膜を形成する際には、大気などの酸化雰囲気下で高温処理を施すことが好ましい。隔壁の主成分がSi含浸SiCである場合には、例えば、大気中、1200℃、6時間の条件で処理することが好ましい。これにより、隔壁の表面に酸化膜を形成することができる。 An SiO 2 film (oxide film) formed by oxidizing SiC is preferably formed on the surface of the partition as an insulating layer. When forming the oxide film on the surface of the partition wall, it is preferable to perform high temperature treatment in an oxidizing atmosphere such as air. When the main component of the partition walls is Si-impregnated SiC, for example, the treatment is preferably performed in the atmosphere at 1200 ° C. for 6 hours. Thereby, an oxide film can be formed on the surface of the partition wall.
次に、ハニカム構造部の側面に配置する一対の電極部を形成する。電極部の材質としては、例えば、ステンレス、銅、ニッケル、アルミニウム、モリブデン、タングステン、ロジウム、コバルト、クロム、ニオブ、タンタル、金、銀、白金、パラジウム、及びこれら金属の合金等を挙げることができる。電極部の材質については、上述したように、熱応力によるセラミックスへのクラックの発生や電極の界面剥離、電極部自身の発熱、コストの点等のバランスを考慮して適宜選択することができる。また、電極部には、熱膨張係数が低く、その熱膨張係数がハニカム構造部のセラミックスに近くなるために、熱サイクル時の熱応力の低減に効果がある、モリブデン、タングステン、Cu/W複合材、Cu/Mo複合材、Ag/W複合材、SiC/Al複合材、C/Cu複合材等の複合材を用いて形成してもよい。 Next, a pair of electrode portions disposed on the side surface of the honeycomb structure portion is formed. Examples of the material of the electrode part include stainless steel, copper, nickel, aluminum, molybdenum, tungsten, rhodium, cobalt, chromium, niobium, tantalum, gold, silver, platinum, palladium, and alloys of these metals. . As described above, the material of the electrode part can be appropriately selected in consideration of the balance of the generation of cracks in the ceramic due to thermal stress, the peeling of the electrode interface, the heat generation of the electrode part itself, the cost, and the like. In addition, the electrode part has a low thermal expansion coefficient, and its thermal expansion coefficient is close to that of ceramics in the honeycomb structure part, so that it is effective in reducing thermal stress during thermal cycling. Molybdenum, tungsten, Cu / W composite You may form using composite materials, such as a material, Cu / Mo composite material, Ag / W composite material, SiC / Al composite material, C / Cu composite material.
次いで、電極部を形成するために、ハニカム構造部の側面から酸化膜層を、機械加工により除去することが好ましい。それにより、ハニカム構造部の側面に、Si−SiC層を露出させることが好ましい。ハニカム構造部における、酸化膜層が除去される側面は、電極部を配設する2つの側面である。そして、導電性を有するSi−SiC層を露出させた後に、当該2つの側面に、導電性接合材を塗布することが好ましい。 Next, in order to form the electrode portion, it is preferable to remove the oxide film layer from the side surface of the honeycomb structure portion by machining. Thereby, it is preferable to expose the Si—SiC layer on the side surface of the honeycomb structure portion. Side surfaces from which the oxide film layer is removed in the honeycomb structure portion are two side surfaces on which the electrode portions are disposed. And after exposing the Si-SiC layer which has electroconductivity, it is preferable to apply | coat an electroconductive joining material to the said 2 side surface.
導電性接合材としては、上述の導電性ペーストA、導電性ペーストB、導電性ペーストC、及び、導電性ペーストDからなる群から選択される1種であることが好ましい。 The conductive bonding material is preferably one type selected from the group consisting of the conductive paste A, the conductive paste B, the conductive paste C, and the conductive paste D described above.
続いて、導電性接合材の上から電極部を貼り付ける。これにより、ハニカム構造部の側面に、導電性接合材によって電極部が貼り付けられた状態となる。 Then, an electrode part is affixed on the conductive bonding material. Thereby, it will be in the state by which the electrode part was affixed on the side surface of the honeycomb structure part with the electroconductive bonding material.
最後に、電極部が貼り付けられたハニカム構造部を焼成して、ハニカム構造部と電極部とを接合し、本発明のヒーターを得る。焼成条件は、大気中、60〜200℃、0.5〜2時間とすることが好ましい。 Finally, the honeycomb structure part to which the electrode part is attached is fired, and the honeycomb structure part and the electrode part are joined to obtain the heater of the present invention. The firing conditions are preferably 60 to 200 ° C. and 0.5 to 2 hours in the air.
以下、本発明のヒーターを実施例により更に具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例によって何ら限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the heater of the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
(実施例1:従来品の約2倍の出力密度を有するヒーターにおけるハニカム構造部の隔壁の厚さとセル密度との組合せの検討)
まず、SiC粉体、有機質バインダー、及び水を混ぜ合わせ、混練して坏土を調製した。次に、この坏土をハニカム状に成形して、ハニカム成形体を作製した。次いで、得られた成形体上に金属Siの塊を載置し、減圧アルゴン(Ar)ガス雰囲気中において焼成することにより、成形体中にSi含浸させ、Si含浸SiCを主成分とするハニカム構造部を作製した。
(Example 1: Examination of the combination of the partition wall thickness and cell density of the honeycomb structure in a heater having a power density approximately twice that of the conventional product)
First, SiC powder, an organic binder, and water were mixed and kneaded to prepare a clay. Next, this clay was formed into a honeycomb shape to prepare a honeycomb formed body. Next, a metallic Si lump is placed on the obtained molded body and fired in a reduced pressure argon (Ar) gas atmosphere to impregnate the molded body with Si, and a honeycomb structure mainly composed of Si-impregnated SiC. Part was produced.
このような手順で、2mil、4mil、12mil、20mil、30milという5通りの隔壁の厚さに対し、50cpsi、100cpsi、300cpsi、600cpsi、900cpsi、1200cpsiという6通りのセル密度を組合せたハニカム構造部を作製した。但し、それら隔壁の厚さとセル密度との組合せの内、開口率が60〜90%とならないような組合せ(表2中において、「−」となっているセル密度と隔壁の厚さとの組合せ)のハニカム構造部は、圧力損失と発熱密度を考慮すると、あまり現実的ではないため作製していない。このため、実際に作製されたハニカム構造部における隔壁の厚さとセル密度との組合せは全部で12通りである。尚、1milは、1000分の1インチであり、約0.025mmに相当する。また、cpsiはセル/平方インチのことであり、100cpsiは、約15.5セル/cm2に相当する。 In such a procedure, a honeycomb structure portion in which six cell densities of 50 cpsi, 100 cpsi, 300 cpsi, 600 cpsi, 900 cpsi, and 1200 cpsi are combined with five types of partition wall thicknesses of 2 mil, 4 mil, 12 mil, 20 mil, and 30 mil. Produced. However, among the combinations of the partition wall thickness and the cell density, a combination in which the aperture ratio does not become 60 to 90% (the combination of the cell density and the partition wall thickness that is “−” in Table 2). This honeycomb structure is not manufactured because it is not practical considering pressure loss and heat generation density. For this reason, there are a total of 12 combinations of partition wall thickness and cell density in the actually manufactured honeycomb structure. Note that 1 mil is 1/1000 of an inch and corresponds to about 0.025 mm. Moreover, cpsi is a cell / square inch, and 100 cpsi is equivalent to about 15.5 cells / cm 2 .
これらハニカム構造部の形状(全体形状)は、端面が正方形の筒状であった。また、ハニカム構造部の寸法は、ハニカム構造部の端面における正方形の一辺の長さが、75mmであり、ハニカム構造部のセルの延びる方向の長さは、40mmであった。 The shape (overall shape) of these honeycomb structures was a cylindrical shape with end faces being square. As for the dimensions of the honeycomb structure part, the length of one side of the square on the end face of the honeycomb structure part was 75 mm, and the length of the honeycomb structure part in the cell extending direction was 40 mm.
これらハニカム構造部の4つの側面のうち平行な一対の面、及び、2つの電極部の、それぞれの片方の面に、導電性接合材を塗布した。導電性接合材としては、ニッケル粉末及びケイ酸塩溶液を含有する導電性ペースト用いた。ハニカム構造部の前記平行な一対の面に、それぞれ導電性接合材を塗布した電極部を貼り付けた後、焼成して、ハニカム構造部の側面に一対の電極部を接合した。尚、導電性接合材を焼成する(電極部をハニカム構造部に接合する)際の条件は、温度100℃、保持時間60分間とした。電極部の材質は、純金属Ni(純度99.9%以上)とした。また、電極部は、表面をサンドブラストにより表面粗化処理したものを用いた。 A conductive bonding material was applied to a pair of parallel surfaces among the four side surfaces of the honeycomb structure portion and one surface of each of the two electrode portions. As the conductive bonding material, a conductive paste containing nickel powder and a silicate solution was used. An electrode portion coated with a conductive bonding material was attached to the parallel pair of surfaces of the honeycomb structure portion, and then fired to bond the pair of electrode portions to the side surfaces of the honeycomb structure portion. The conditions for firing the conductive bonding material (bonding the electrode portion to the honeycomb structure portion) were a temperature of 100 ° C. and a holding time of 60 minutes. The material of the electrode part was pure metal Ni (purity 99.9% or more). The electrode portion used was a surface roughened by sandblasting.
こうしてハニカム構造部の隔壁の厚さとセル密度との組合せが異なる12通りのヒーターを作製した。尚、これらのヒーターは、出力が一定(5kW)となるように、ハニカム構造部の比抵抗が調整されている。また、これらのヒーターは、ハニカム構造部の寸法を前記のような値にすることにより、従来品の約2倍の出力密度を有するように調整されている。ここで言う従来品とは、特許文献1に記載された構造のPTCヒーターであって、PTC素子、電極板、絶縁層、及び、熱媒体流通ボックスを組み合わせた状態での寸法が、幅55mm×高さ45mm×長さ175mmとなるように作製したものであり、その具体的な出力密度は、11.5kW/Lであった。
In this way, 12 types of heaters having different combinations of the partition wall thickness and cell density of the honeycomb structure portion were produced. Note that the specific resistance of the honeycomb structure is adjusted so that the output of these heaters is constant (5 kW). In addition, these heaters are adjusted to have a power density approximately twice that of conventional products by setting the dimensions of the honeycomb structure portion to the above values. The conventional product referred to here is a PTC heater having a structure described in
これらの12通りのヒーターを用い、投入電力、電圧、流量及び流体初期温度を表1に示すように設定して、流体(被加熱媒体であるクーラント)の加熱を行い、当該加熱時における躯体温度と圧力損失とを測定し、その測定結果に基づいて、各ヒーターの評価を行った。具体的な評価方法としては、躯体温度と圧力損失との両方が表1に示す条件を満たしている場合を「A」とし、躯体温度と圧力損失との両方又は一方が表1に示す条件を満たしていない場合を「B」とした。その評価結果を表2に示す。 Using these 12 types of heaters, the input power, voltage, flow rate and fluid initial temperature are set as shown in Table 1, and the fluid (coolant as the medium to be heated) is heated, and the body temperature at the time of the heating And pressure loss were measured, and each heater was evaluated based on the measurement results. As a specific evaluation method, the case where both the housing temperature and the pressure loss satisfy the conditions shown in Table 1 is “A”, and the housing temperature and the pressure loss are both shown in Table 1. The case where it was not satisfied was designated as “B”. The evaluation results are shown in Table 2.
表2に示すとおり、ハニカム構造部の隔壁の厚さが、0.05〜0.5mmの範囲内に含まれるとともに、セル密度が、9.3〜186セル/cm2の範囲内に含まれるヒーターは、従来品の約2倍の出力密度であっても、評価結果が「A」であった。一方、ハニカム構造部の隔壁の厚さ及び/又はセル密度が、前記範囲内に含まれないヒーターは、評価結果が「B」、即ち、躯体温度及び/又は圧力損失が表1に示す条件を満足しないものであった。 As shown in Table 2, the partition wall thickness of the honeycomb structure part is included in the range of 0.05 to 0.5 mm, and the cell density is included in the range of 9.3 to 186 cells / cm 2. The evaluation result of the heater was “A” even when the output density was about twice that of the conventional product. On the other hand, heaters whose honeycomb structure partition wall thicknesses and / or cell densities are not included in the above ranges have an evaluation result of “B”, that is, the conditions in which the body temperature and / or pressure loss are shown in Table 1. I was not satisfied.
(実施例2:従来品の約5倍の出力密度を有するヒーターにおけるハニカム構造部の隔壁の厚さとセル密度との組合せの検討)
実施例1と同様にして、ハニカム構造部の隔壁の厚さとセル密度との組合せが異なる12通りのヒーターを作製した。但し、これらのヒーターは、ハニカム構造部の寸法を実施例1よりも小型にすることにより、従来品の約5倍の出力密度を有するように調整されている。ハニカム構造部の具体的な寸法は、ハニカム構造部の端面における正方形の一辺の長さが、55mmであり、ハニカム構造部のセルの延びる方向の長さは、30mmであった。
(Example 2: Examination of combination of partition wall thickness and cell density of honeycomb structure in heater having power density about 5 times that of conventional product)
In the same manner as in Example 1, 12 types of heaters having different combinations of the partition wall thickness and cell density of the honeycomb structure portion were produced. However, these heaters are adjusted to have a power density about five times that of the conventional product by making the size of the honeycomb structure portion smaller than that of the first embodiment. The specific dimensions of the honeycomb structure part were such that the length of one side of the square on the end face of the honeycomb structure part was 55 mm, and the length of the honeycomb structure part in the cell extending direction was 30 mm.
これらの12通りのヒーターを用い、投入電力、電圧、流量及び流体初期温度を表1に示すように設定して、流体(被加熱媒体であるクーラント)の加熱を行い、当該加熱時における躯体温度と圧力損失とを測定し、その測定結果に基づいて、各ヒーターの評価を行った。具体的な評価方法は、実施例1の場合と同様である。その評価結果を表3に示す。 Using these 12 types of heaters, the input power, voltage, flow rate and fluid initial temperature are set as shown in Table 1, and the fluid (coolant as the medium to be heated) is heated, and the body temperature at the time of the heating And pressure loss were measured, and each heater was evaluated based on the measurement results. The specific evaluation method is the same as in the case of Example 1. The evaluation results are shown in Table 3.
表3に示すとおり、ハニカム構造部の隔壁の厚さが、0.05〜0.3mmの範囲内に含まれるとともに、セル密度が、23.2〜186セル/cm2の範囲内に含まれるヒーターは、従来品の約5倍の出力密度であっても、評価結果が「A」であった。 As shown in Table 3, the partition wall thickness of the honeycomb structure part is included in the range of 0.05 to 0.3 mm, and the cell density is included in the range of 23.2 to 186 cells / cm 2. The evaluation result of the heater was “A” even if the output density was about 5 times that of the conventional product.
(実施例3:従来品の約10倍の出力密度を有するヒーターにおけるハニカム構造部の隔壁の厚さとセル密度との組合せの検討)
実施例1と同様にして、ハニカム構造部の隔壁の厚さとセル密度との組合せが異なる12通りのヒーターを作製した。但し、これらのヒーターは、ハニカム構造部の寸法を実施例2よりも更に小型にすることにより、従来品の約10倍の出力密度を有するように調整されている。ハニカム構造部の具体的な寸法は、ハニカム構造部の端面における正方形の一辺の長さが、41mmであり、ハニカム構造部のセルの延びる方向の長さは、25mmであった。
(Example 3: Examination of combination of partition wall thickness and cell density of honeycomb structure in heater having power density about 10 times that of conventional product)
In the same manner as in Example 1, 12 types of heaters having different combinations of the partition wall thickness and cell density of the honeycomb structure portion were produced. However, these heaters are adjusted to have a power density about 10 times that of the conventional product by making the size of the honeycomb structure portion smaller than that of the second embodiment. The specific dimensions of the honeycomb structure part were such that the length of one side of the square on the end face of the honeycomb structure part was 41 mm, and the length of the honeycomb structure part in the cell extending direction was 25 mm.
これらの12通りのヒーターを用い、投入電力、電圧、流量及び流体初期温度を表1に示すように設定して、流体(被加熱媒体であるクーラント)の加熱を行い、当該加熱時における躯体温度と圧力損失とを測定し、その測定結果に基づいて、各ヒーターの評価を行った。具体的な評価方法は、実施例1の場合と同様である。その評価結果を表4に示す。 Using these 12 types of heaters, the input power, voltage, flow rate and fluid initial temperature are set as shown in Table 1, and the fluid (coolant as the medium to be heated) is heated, and the body temperature at the time of the heating And pressure loss were measured, and each heater was evaluated based on the measurement results. The specific evaluation method is the same as in the case of Example 1. The evaluation results are shown in Table 4.
表4に示すとおり、ハニカム構造部の隔壁の厚さが、0.05〜0.1mmの範囲内に含まれるとともに、セル密度が、48〜186セル/cm2の範囲内に含まれるヒーターは、従来品の約10倍の出力密度であっても、評価結果が「A」であった。 As shown in Table 4, the heater in which the partition wall thickness of the honeycomb structure part is included in the range of 0.05 to 0.1 mm and the cell density is included in the range of 48 to 186 cells / cm 2 Even if the output density was about 10 times that of the conventional product, the evaluation result was “A”.
(実施例4:ハニカム構造部の比抵抗の検討)
ハニカム構造部の形状及び寸法、並びに隔壁の厚さ及びセル密度が同一であり、比抵抗のみが異なる複数のヒーターを作製した。これらのヒーターにおけるハニカム構造部の具体的な形状は、端面が正方形の筒状であった。また、これらのヒーターにおけるハニカム構造部の具体的な寸法は、ハニカム構造部の端面における正方形の一辺の長さが、75mmであり、ハニカム構造部のセルの延びる方向の長さは、40mmであった。また、ハニカム構造部の隔壁の厚さは、4mil(0.1mm)であり、セル密度は、600cpsi(93セル/cm2)であった。尚、このような構造のハニカム構造部を有するヒーターの圧力損失が、表1に示す条件を満たすことは、予め確認している。これらヒーターの作製方法は、基本的に実施例1と同様であるが、ハニカム構造部の焼成時において、金属Siの含浸量を変えることにより、それぞれのヒーターの比抵抗を異なる値に調整した。
(Example 4: Examination of specific resistance of honeycomb structure)
A plurality of heaters having the same shape and size of the honeycomb structure part, the thickness of the partition walls and the cell density, and different only in specific resistance were manufactured. The specific shape of the honeycomb structure portion in these heaters was a cylindrical shape having a square end face. The specific dimensions of the honeycomb structure in these heaters are such that the length of one side of the square on the end face of the honeycomb structure is 75 mm, and the length of the honeycomb structure in the cell extending direction is 40 mm. It was. Further, the partition wall thickness of the honeycomb structure portion was 4 mil (0.1 mm), and the cell density was 600 cpsi (93 cells / cm 2 ). It has been confirmed in advance that the pressure loss of the heater having the honeycomb structure having such a structure satisfies the conditions shown in Table 1. The manufacturing method of these heaters is basically the same as in Example 1, but the specific resistance of each heater was adjusted to a different value by changing the amount of metal Si impregnation during firing of the honeycomb structure.
これらハニカム構造部の比抵抗のみが異なる複数のヒーターを用い、投入電力、電圧、流量及び流体初期温度を表1に示すように設定して、流体(被加熱媒体であるクーラント)の加熱を行い、当該加熱時における流体温度と躯体温度とを測定した。 Using a plurality of heaters that differ only in the specific resistance of the honeycomb structure part, the input power, voltage, flow rate, and fluid initial temperature are set as shown in Table 1 to heat the fluid (coolant that is the medium to be heated). The fluid temperature and the body temperature during the heating were measured.
その結果、ハニカム構造部の比抵抗が、6.8〜9.5Ω・cmであるヒーターは、流体温度と躯体温度とが表1に示す条件を満たすことが確認された。また、ハニカム構造部の隔壁の厚さとセル密度とを、圧力損失、発熱密度等を考慮した現実的な範囲内で様々な値に変更して、比抵抗が異なる複数のヒーターを作製し、同様に流体温度と躯体温度とを測定した。その結果、比抵抗が、4〜25Ω・cmであるヒーターは、流体温度と躯体温度とが表1に示す条件を満たし得ることが確認された。一方、ハニカム構造部の比抵抗が4Ω・cm未満であるヒーターは、躯体温度が100℃を超え、表1に示す条件を満たすことができなかった。また、ハニカム構造部の比抵抗が25Ω・cmを超えるヒーターは、流体温度が70℃未満となり、表1に示す条件を満たすことができなかった。 As a result, it was confirmed that the heater having the honeycomb structure having a specific resistance of 6.8 to 9.5 Ω · cm satisfies the conditions shown in Table 1 for the fluid temperature and the body temperature. In addition, by changing the thickness and cell density of the partition walls of the honeycomb structure to various values within a practical range considering pressure loss, heat generation density, etc., a plurality of heaters having different specific resistances were produced. The fluid temperature and the body temperature were measured. As a result, it was confirmed that the heater having a specific resistance of 4 to 25 Ω · cm can satisfy the conditions shown in Table 1 in terms of fluid temperature and enclosure temperature. On the other hand, the heater having a honeycomb structure having a specific resistance of less than 4 Ω · cm has a body temperature exceeding 100 ° C. and cannot satisfy the conditions shown in Table 1. Further, a heater having a honeycomb structure having a specific resistance exceeding 25 Ω · cm had a fluid temperature of less than 70 ° C., and could not satisfy the conditions shown in Table 1.
本発明は、クーラントを被加熱媒体とし、車内暖房のため自動車に搭載して使用されるヒーター(クーラント加熱型車載空調用ヒーター)として、好適に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be suitably used as a heater (coolant heating type on-vehicle air conditioner heater) that is used by being mounted on an automobile for heating inside the vehicle using a coolant as a medium to be heated.
1:隔壁、2:セル、3:外周壁、4:ハニカム構造部、5:側面、11:一方の端面、12:他方の端面、21:電極部、22:端子部、23:導電性接合部、100:ヒーター。 1: partition wall, 2: cell, 3: outer peripheral wall, 4: honeycomb structure part, 5: side face, 11: one end face, 12: other end face, 21: electrode part, 22: terminal part, 23: conductive joint Part, 100: heater.
Claims (2)
前記ハニカム構造部が、セラミックスを主成分とする材料からなるとともに、通電により発熱し、
前記隔壁の厚さが、0.05〜0.5mmであり、
前記ハニカム構造部のセル密度が、9.3〜186セル/cm2であり、
前記ハニカム構造部の比抵抗が、4〜25Ω・cmであり、
前記セラミックスが、Si含浸SiC、Si結合SiC、再結晶SiC、反応焼結SiC及び焼結SiCからなる群より選ばれる1種のセラミックスであり、
前記隔壁の表面に、絶縁破壊強度が10〜1000V/μmである絶縁層を有し、
車内暖房のため自動車に搭載して使用されるヒーター。 A tubular honeycomb structure having a partition wall defining a plurality of cells extending from one end face to the other end face as a flow path for coolant that is a medium to be heated, and a tubular honeycomb structure portion having an outer peripheral wall located at the outermost periphery, and the honeycomb structure A pair of electrode parts joined to the side surface of the part,
The honeycomb structure part is made of a material mainly composed of ceramics, and generates heat when energized,
The partition wall has a thickness of 0.05 to 0.5 mm;
The honeycomb structure has a cell density of 9.3 to 186 cells / cm 2 ;
The specific resistance of the honeycomb structure part is 4 to 25 Ω · cm,
The ceramic is one kind of ceramic selected from the group consisting of Si-impregnated SiC, Si-bonded SiC, recrystallized SiC, reaction-sintered SiC, and sintered SiC.
An insulating layer having a dielectric breakdown strength of 10 to 1000 V / μm on the surface of the partition;
A heater used in automobiles for heating inside the car.
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