JP6106078B2 - Heater and heat pump system - Google Patents
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Description
本発明は、PTC(Positive Temperature Coefficient)素子を発熱源に用いたヒータ及びヒートポンプシステムに関する。 The present invention relates to a heater and a heat pump system using a PTC (Positive Temperature Coefficient) element as a heat source.
従来の自動車室内の暖房用の主熱源としては、エンジン冷却水の排熱を利用して空気を加熱する温水式ヒータが用いられているが、エンジン始動時はエンジン冷却水の温度が低いことなどから補助熱源として電気式ヒータも使われる。また、今後、電気自動車の普及が進むのに伴い電気式ヒータの搭載が促進されるものと思われる。 As a conventional main heat source for heating the interior of an automobile, a hot water heater that heats air using exhaust heat of engine cooling water is used, but the temperature of engine cooling water is low when the engine is started. Therefore, an electric heater is also used as an auxiliary heat source. In addition, it seems that the installation of electric heaters will be promoted with the spread of electric vehicles in the future.
電気式ヒータにおける発熱体としてPTC素子を用いたものが例えば特許文献1に開示されている。特許文献1では、PTC素子を用いた流体加熱装置がヒータコアの流入口に配設され、PTC素子は仕切壁を介してエンジン冷却水の流路に向き合い、その流路内を通過する流体をPTC素子で加熱する構造が開示されている。
A device using a PTC element as a heating element in an electric heater is disclosed in
特許文献1に開示された、流路を通過する液体をPTC素子で加熱する構造の場合、熱効率が悪く、液体が流れるタンクを構成する部品点数が多くなり、結果として重くなり、省スペース化、コストダウンが難しくなる。また、電気的に導通している部分が液体中に浸漬している状態になるので、漏電の可能性も懸念される。
In the case of the structure in which the liquid passing through the flow path is heated by the PTC element disclosed in
そこで、液体が流れるパイプ部分と、電気的に導通しているPTC発熱ユニットが完全に分離されている形での加熱装置が望ましい。しかしながら、従来知られているようなパイプ側面にPTC発熱素子を単純に貼り付けただけでは、効率の良い熱伝導が得られない。 Therefore, a heating device in which the pipe portion through which the liquid flows and the electrically conductive PTC heat generating unit are completely separated is desirable. However, simply attaching a PTC heating element to the side surface of a pipe as conventionally known does not provide efficient heat conduction.
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、より効率よく流体を加熱でき、且つ実使用上の信頼性、安全性に優れ、軽量化、省スペース化、コストダウンを可能としたヒータ及びヒートポンプシステムを提供する。 The present invention has been made in view of the above-described problems. A heater and a heat pump system that can heat a fluid more efficiently, have excellent reliability and safety in actual use, and can be reduced in weight, space, and cost. provide.
本発明の一態様によれば、流体が流れる流路と、前記流路の外側に設けられ、それぞれに発熱ユニットが収容された複数の筒部とを有する金属製の本体であって、前記流路と前記筒部との間の部分、および前記筒部が同じ金属材料で一体に連続している本体と、前記筒部の端部を閉塞する封止体と、を備え、前記発熱ユニットは、電極面を有するPTC(Positive Temperature Coefficient)素子と、前記電極面に接着された電極板と、前記電極板と、前記筒部の内壁との間に設けられ、前記電極板に重ね合わされた絶縁体と、を有し、前記複数の筒部は、前記流路を挟んで対向する位置に設けられた少なくとも一対の筒部を有し、前記複数の筒部内にそれぞれ収容された複数の前記発熱ユニットは、前記流路を挟んで対向する位置に設けられた少なくとも一対の発熱ユニットを有し、前記発熱ユニットは、前記流路を挟んで対向する前記一対の筒部を結ぶ方向に前記筒部の内壁間に狭圧され、前記流路と前記発熱ユニットとの間には、隙間がなく、一体構造の前記金属製の本体のみからなる連続した熱伝導経路が設けられていることを特徴とするヒータが提供される。 According to an aspect of the present invention, there is provided a metal main body having a flow path through which a fluid flows and a plurality of cylindrical portions that are provided outside the flow path and each store a heat generating unit. A portion between the path and the cylindrical portion, and a main body in which the cylindrical portion is integrally continuous with the same metal material, and a sealing body that closes an end of the cylindrical portion, and the heating unit includes A PTC (Positive Temperature Coefficient) element having an electrode surface; an electrode plate bonded to the electrode surface; the electrode plate; A plurality of the heat generation units, each of the plurality of tube portions having at least a pair of tube portions provided at positions facing each other across the flow path. Units are provided at positions facing each other across the flow path. Also has a pair of heating units, the heating unit, the tube portion is pressed narrow between the inner wall of the direction connecting the pair of cylindrical portions facing each other across said flow path, said flow path and the heating unit There is no gap, and there is provided a heater characterized in that a continuous heat conduction path consisting only of the metal main body having an integral structure is provided.
本発明によれば、より効率よく流体を加熱でき、且つ実使用上の信頼性、安全性に優れ、軽量化、省スペース化、コストダウンが可能となる。 According to the present invention, the fluid can be heated more efficiently, and it is excellent in reliability and safety in actual use, and can be reduced in weight, space-saving, and cost reduction.
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same element in each drawing.
図1(a)は実施形態のヒータ1の外観斜視図であり、図1(b)はそのヒータ1の側面図である。
図2は、図1(b)におけるA−A拡大断面図である。FIG. 1A is an external perspective view of the
FIG. 2 is an AA enlarged cross-sectional view in FIG.
ヒータ1は、本体11と、本体11が延びる長手方向の両端部に設けられた封止体23とを有する。本体11は、例えばアルミニウムなどの金属製である。封止体23は、例えば樹脂等のキャップである。
The
本体11の中心軸近傍には、図2に示すように、流路50が形成されている。流路50は、本体11の長手方向に沿って、その長手方向を貫通して形成されている。
A
本体11の長手方向の両端部には、それぞれ、入口部21と出口部22が本体11に一体に設けられている。入口部21及び出口部22はそれぞれ封止体23の外部に突出している。
An
入口部21は筒状に形成され、その内部は流路50に通じている。出口部22も筒状に形成され、その内部は流路50に通じている。
The
本体11の側面側には、筒部12が設けられている。図2に示すように、筒部12は、流路50の外側に一体に設けられている。流路50のまわりに、例えば90°置きに4つの筒部12が設けられている。
A
入口部21及び出口部22も含めて本体11は、例えば押し出し成形にて一体に形成される。
The
筒部12の内部には断面矩形状の中空部35が形成されている。中空部35は、流路50と同様に、本体11の長手方向に延びている。中空部35には、発熱ユニット10が収容されている。
A
図3は、ある1つの筒部12内に収容された発熱ユニット10の断面図を表す。図4は、図3において下方から見た筒部12の平面図に対応する。
FIG. 3 shows a cross-sectional view of the
発熱ユニット10は、発熱素子としてPTC(Positive Temperature Coefficient)素子16を有する。PTC素子16は、正温度特性をもったセラミック素子であり、キューリー点以上の温度になると急激に抵抗が増加してそれ以上の温度上昇が制限される。
The
PTC素子16は、例えば四角い薄板片状に形成され、その表裏両面には、例えば銀やアルミニウムなどの金属からなる電極面16aが形成されている。複数のPTC素子16が、筒部12の内部で筒部12の長手方向に沿って配置されている。
The
PTC素子16の一対の電極面16aには、それぞれ、電極板41、42が接着されている。PTC素子16は、一対の電極板41、42に挟み込まれている。一対の電極板41、42には、それぞれ逆極性の電圧が印加される。
電極板41、42は、筒部12の内部でPTC素子16の電極面16aに重ね合わされている。電極板41、42と電極面16aとは、熱伝導性に優れた例えばシリコーン系接着剤によって接着されている。
The
PTC素子16の表裏面に、例えばアルミニウムを溶射することで電極面16aが形成される。あるいは、PTC素子16の表裏面に、例えば銀ペーストを塗布することで、電極面16aが形成される。または、PTC素子16の表裏面に銀ペーストを塗布した後に、アルミニウムを溶射することで、電極面16aが形成される。このため、電極面16aには微細な凹凸が形成される。
The
したがって、電極面16aと電極板41、42とを接着するための接着剤が絶縁性であっても、電極面16aの凹凸における凸部が接着剤を突き抜けて電極板41、42に接し、PTC素子16と電極板41、42との導通は確保できる。なお、接触抵抗の低減には、アルミニウムの溶射がより望ましい。
Therefore, even if the adhesive for adhering the
電極板41、42及びこれらに挟まれたPTC素子16は、絶縁シート21に包まれている。絶縁シート21は、可撓性、熱伝導性及び電気絶縁性を有し、例えばポリイミドフィルムである。絶縁シート21の両端縁部21a、21bは互いに重ね合わされ、絶縁シート21は、PTC素子16に接着された電極板41、42を覆っている。
The
筒部12は、流路50側に設けられた内側内壁31と、その反対側に設けられた外側内壁32とを有する。PTC素子16は、一方の電極面16aを内側内壁31側、すなわち流路50側に向け、他方の電極面16aを外側内壁32側に向けている。
The
一方の電極板41は、内側内壁31と一方の電極面16aとの間に介在され、他方の電極42は、他方の電極面16aと外側内壁32との間に介在されている。
One
絶縁シート21の両端縁部21a、21bを、PTC素子16の電極面16aと、内側内壁31との間ではなく、筒部12の側面12bの裏側で重なり合うようにしている。これにより、PTC素子16から流路50への熱伝達効率の低下を抑制できる。
Both
筒部12は、互いに対向する内側内壁31及び外側内壁32と、それらに対して略直角に形成され、互いに対向する一対の側面12bとを有する扁平形状に形成されている。内側内壁31及び外側内壁32の方が側面12bより幅が広く面積が大きい。
The
PTC素子16及び電極板41、42は、絶縁シート21で周囲を覆われた状態で、筒部12の内部に収容される。一方の電極面16aと内側内壁31との間には、電極板41と絶縁シート21が狭圧されている。他方の電極面16aと外側内壁32との間には、電極板42と絶縁シート21が狭圧されている。
The
絶縁シート21で包んだPTC素子16及び電極板41、42を筒部12の中に挿入した後、内側内壁31と外側内壁32とを結ぶ方向に機械的圧力を加えて筒部12を押しつぶす。これにより、PTC素子16、電極板41、42及び絶縁シート21は、内側内壁31と外側内壁32との間で狭圧された状態となり、筒部12内で固定される。
After inserting the
したがって、PTC素子16の電極面16aと、流路50との間には隙間が形成されず、金属製の本体11の一部33が一体に介在される。このため、PTC素子16と流路50を流れる液体との間に、空気層が介在しない熱伝達経路を広い面積にわたって確保することができ、熱伝達効率を向上できる。
Therefore, no gap is formed between the
筒部12の側面12bには、長手方向に沿って溝、もしくはくぼみが形成されているため、筒部12を押しつぶしたときに側面12bが外側に膨らんでしまうのを防ぐことができる。
Since a groove or a depression is formed in the
図1(a)及び(b)に示すように、筒部12の両端部の開口には、電気絶縁性、防水性及び耐熱性を有する封止体23が設けられる。また、筒部12と封止体23との間の隙間には、電気絶縁性、防水性及び耐熱性を有する例えばシリコーン系の封止材が充填される。これにより、筒部12の内部への液体の浸入が防止される。
As shown in FIGS. 1A and 1B, sealing
電極板41、42のそれぞれの一端部には後述する電気ケーブルが接続され、その電気ケーブルは封止体23を貫通して外部に導出される。外部に導出された電気ケーブルは、電源と接続される。電気ケーブルが封止体23を貫通する部分には、電気絶縁性、防水性及び耐熱性を有する例えばシリコーン系の封止材が充填される。
An electric cable described later is connected to one end of each of the
実施形態における筒部12の端部を閉塞する封止体は、封止体23と、筒部12と封止体23との間の隙間に充填される例えばシリコーン系の封止材と、電気ケーブルが封止体23を貫通する部分に充填される例えばシリコーン系の封止材と、を含む。
The sealing body that closes the end of the
本実施形態のヒータ1は、例えば自動車に搭載して、車内暖房用のヒータとして用いることができる。そして、自動車に搭載されたバッテリからの電力が、電気ケーブル及び電極板41、42を介して、PTC素子16に供給され、PTC素子16が発熱する。
The
この熱は、電極板41、42及び絶縁シート21を介して、金属製の本体11へと伝わり、さらに流路50を流れる液体に伝わる。流路50内には、例えば水、不凍液などの液体が導入される。液体は、入口部21から流路50内に流入して、流路50を流れる。
This heat is transmitted to the metal
流路50を流れる液体は、発熱ユニット10によって加熱された本体11における流路50と筒部12との間の部分33との熱交換により加熱され、出口部22から温水として外部に流出する。
The liquid flowing in the
流路50及び筒部12を有する本体11は、例えば押し出し成形で形成された一体物であり、流路50と筒部12との間の部分33、および筒部12は同じ金属材料で一体に連続している。また、流路50には、本体11と別体のパイプは設けられていない。したがって、内側内壁31と流路50との間には同じ材料の一体の金属が連続して介在している。また、発熱ユニット10は、筒部12内で狭圧され、発熱ユニット10は内側内壁31に対して空気層を介在させずに密着している。そのため、発熱ユニット10の熱を効率よく、流路50を流れる液体に伝達することができる。
The
PTC素子16は冷えれば冷えるほどエネルギーを放出するという特性を有する。そのため、より温度が低い液体が流れる流路50側から効率的に発熱ユニット10の熱が奪われ、結果として、筒部12の外側内壁32側から流路50の反対側に逃げる熱量は抑えられる。
The
また、本体11において、流路50と内側内壁31との間の部分33の体積は、外側内壁32よりも外側の部分34の体積よりも大きい。このため、図2において矢印Aで表すように、本体11において流路50の反対側の部分34に伝わった熱は、流路50に向かう経路の断面積がより大きくされた部分33を介して効率よく流路50に伝わることができる。
Further, in the
以上説明したPTC素子16の特性、および本体11の構造の工夫により、発熱ユニット10が流路50の外側に位置していても、発熱ユニット10のエネルギーのほとんどは、内側の流路50側に向かって伝達する。すなわち、流路50の反対側に逃げる熱を抑えつつ、効率よく液体を加熱することができる。
Due to the characteristics of the
本発明者等は、実施形態のヒータ1を使って以下の実験を行った。
The present inventors performed the following experiment using the
発熱ユニット10に電力を供給する前の初期状態において、流水の入口水温は9.0℃、環境温度は18℃、流水量は10リットル/分であった。
In an initial state before supplying power to the
そして、印加電圧を直流350V、電流値を9.2A、電力量を3220Wとして、発熱ユニット10に電力を供給した状態で、流水の出口水温は13.6℃になった。
The outlet water temperature of the running water was 13.6 ° C. in a state where the applied voltage was 350 V DC, the current value was 9.2 A, the amount of power was 3220 W, and power was supplied to the
熱量(J)=4.2×水の質量(g)×水の上昇温度(℃)であるため、熱量(J)は、4.2×10000(g)×4.6(℃)=193200(J)となる。
また、電力量(J)=電力(W)×時間(秒)であるため、193200(J)/60秒(分)=3220(W)となる。Since calorie (J) = 4.2 × mass of water (g) × rising temperature of water (° C.), calorie (J) is 4.2 × 10000 (g) × 4.6 (° C.) = 193200 (J).
Further, since electric energy (J) = power (W) × time (seconds), 193200 (J) / 60 seconds (minutes) = 3220 (W).
すなわち、3220Wの電気エネルギーを3220Wの熱量に変換できたことになり、効率は100%となる。 That is, 3220 W of electrical energy can be converted into 3220 W of heat, and the efficiency is 100%.
従来、発熱体を収容した金属から、液体などの媒体に熱を伝達するには、放熱板などを取り付けて、接触面積を大きくすることが行われていた。これに対して、本実施形態では、接触面積を大きく確保するのではなく、PTC素子16の特性を利用しつつ、上記部分33の体積を大きく確保することにより、発熱ユニット10から発生した熱を効率的に液体に伝達することを実現した。
Conventionally, in order to transfer heat from a metal containing a heating element to a medium such as a liquid, a heat sink is attached to increase the contact area. On the other hand, in the present embodiment, the heat generated from the
液体が効率よく熱を奪うことで、1枚あたりのPTC素子16の出力を極限まで取り出すことが可能となる。したがって、使用するPTC素子16の数の低減を図れる。この結果、ヒータ全体の軽量化、省スペース化、低コスト化が可能となり、社会に大きく貢献できる。
Since the liquid efficiently removes heat, the output of one
図2に示すように、ヒータ1は、例えば金属製のケース60内に収容される。あるいは、ケース60は樹脂製であってもよい。
As shown in FIG. 2, the
ヒータ1は、その両端部の封止体23もしくは入口部21及び出口部22が、ケース60の壁部に両持ち支持される。すなわち、ヒータ1の両端部がケース60に支えられて、本体11はケース60の内部空間に浮いた状態となっている。したがって、本体11の外側表面は、ケース60の内壁と接触せず、本体11とケース60の内壁との間には、隙間が存在する。
In the
このため、本体11の熱がケース60及びその外側に逃げにくい。また、本体11がケース60で覆われることで、加熱された本体11の表面に人や物が触れてしまうことを防ぐことができ、安全性を高めることができる。
For this reason, it is difficult for the heat of the
本体11とケース60との間には、断熱層として、空気を介在させてもよいし、あるいは例えばフロンガスなどのより断熱性が高いガスを介在させてもよい。
Between the
あるいは、図7に示すように、本体11の外側表面を、例えばシリコーン系のスポンジ状の断熱材70で覆ってもよい。この場合、ケース60はなくてもよい。
Alternatively, as shown in FIG. 7, the outer surface of the
また、本実施形態では、PTC素子16及びPTC素子16に接する電極板41、42は、封止体23によって密閉される筒部12内部に収容され、外部に露出していない。また、電極板41、42と筒部12の内壁との間には絶縁シート21が介在されているので、筒部12は通電されない。高い熱交換効率を得つつ、なおかつ高い安全性及び信頼性が得られる。
In the present embodiment, the
次に、図5は、実施形態の車載温水ヒータシステムを示す模式図である。 Next, FIG. 5 is a schematic diagram illustrating the in-vehicle hot water heater system of the embodiment.
図5は、前述したヒータ1を自動車等の車両に取り付けた具体例を表す。入口部21及び出口部22は、循環路6に接続される。
FIG. 5 shows a specific example in which the
循環路6は管路6a〜6dを有する。管路6aは、出口部22とヒータコア2とを接続する。管路6bは、ヒータコア2と液圧ポンプ3とを接続する。管路6cは、液圧ポンプ3と三方弁4とを接続する。管路6dは、三方弁4と入口部21とを接続する。
The
また、循環路6及びヒータ1は、管路7a、7bを介してエンジン5とも接続されている。三方弁4が管路6cと管路7aとの間を遮断し、管路6cと管路6dとの間を連通させた状態のとき、液圧ポンプ3が駆動されると、ヒータ1内及び循環路6を、図5において白矢印で示す方向に液体が循環する。
The
このとき、車両に搭載されたバッテリーから、ヒータ1の発熱ユニット10に電力を供給することで発熱ユニット10が発熱し、流路50内の液体が加熱される。この加熱により生成された温水は出口部22及び管路6aを通ってヒータコア2に供給される。
At this time, by supplying electric power from the battery mounted on the vehicle to the
ヒータコア2に供給された温水はヒータコア2に具備された管を流れる。ヒータコア2には送風装置8から気体(空気)が送風される。ヒータコア2の管を流れる温水の熱は、ヒータコア2に具備されたフィンなどの熱伝達面を介して、送風装置8から送風された気体に伝達される。これにより、車内に温風が送風される。このモードは、例えばエンジン5の始動時など、エンジン5の排熱を利用できない場合に選択される。
Hot water supplied to the
エンジン5が始動後、三方弁4を切り替えて、管路6cと管路7aとを連通させ、管路6cと管路6dとを遮断すれば、液体はエンジン5に供給されエンジン5の冷却水として機能する。このときの液体の流れを図5において黒矢印で表す。エンジン5を通過しエンジン5との熱交換により温められた温水は管路7b、6d、流入部51、流路50内、出口部22および管路6aを介してヒータコア2に供給される。したがって、このモードの場合には発熱ユニット10を通電(発熱)させなくてもヒータコア2に温水を供給でき、送風装置8を駆動させることで、車内に温風を送ることができる。
After the
流路50の内壁に凹凸を形成することで、その内壁と液体との接触面積を大きくして、熱交換効率をより高めることができる。
By forming irregularities on the inner wall of the
例えば、図6(a)は、星形形状の凹凸を内壁に形成した流路51を表す。また、図6(b)は、波形形状の凹凸を内壁に形成した流路52を表す。
For example, FIG. 6A shows a
あるいは、図6(c)に示すように、断面が十字状の流路53にして、液体との接触面積を増大させてもよい。
Alternatively, as shown in FIG. 6 (c), the
また、筒部12は、角筒状の扁平形状に限らず、楕円もしくは円形状であってもよい。PTC素子16と内側内壁31との間の距離が短いほど、本体11の部分33への熱伝達効率を高くすることができる。
Further, the
筒部12及び発熱ユニット10のそれぞれの数は4つに限らず、求められるヒータ1の大きさや出力に応じて任意である。例えば、図8に示すように、筒部12及び発熱ユニット10の組み合わせは2つでもよい。図8に示す例では、本体71において流路50を挟んで対向する位置に筒部12及び発熱ユニット10が設けられている。
The number of each of the
実施形態のヒータ1は、車載以外の用途にも広く適用でき、いずれの用途にしても、小型、シンプル且つ低コストな構成にて、効率良く液体を加熱して、温水を生成できる。
The
次に、電極板41、42の取出構造について説明する。
Next, the extraction structure of the
図9(a)は、図1(a)及び(b)に示す一対の封止体23のうちの一方(図9(a)においては符号23aで表す)の外側の端面図である。
FIG. 9A is an end view of the outer side of one of the pair of sealing
本体11における例えば前述した出口部22が、封止体(第1の封止体)23aの中央を貫通して外部に突出している。その出口部22が封止体23aを貫通する部分には、電気絶縁性、防水性及び耐熱性を有する例えばシリコーン系の封止材91が設けられている。
For example, the above-described
封止体23aの端面の外周側には、ひとつながりの電極連結プレート72が設けられている。封止体23aの端面において、電極連結プレート72よりも内側(中央側)には、4つのスリット74が形成されている。4つのスリット74はそれぞれ4つの筒部12の位置に対応する位置に形成されている。
A continuous
各スリット74からは、電極端子43が突出している。電極端子43は、発熱ユニット10が有する一対の電極板41、42のいずれか一方の電極板(例えば負極側電極板)の端部に一体に設けられている。
The
各電極端子43は、電極連結プレート72側に折り曲げられて、電極連結プレート72の下に重ね合わされている。そして、電極端子43と電極連結プレート72とは、ネジ81によって、封止体23aに対して共締め固定されている。
Each
したがって、4つの発熱ユニット10のそれぞれの負極側電極板は、共通の電極連結プレート72に電気的に接続されている。さらに、4つのネジ止め部のうちの一つには、電気ケーブル85の一端部85aもネジ止めされている。したがって、4つの発熱ユニット10のそれぞれの負極側電極板は、共通の電気ケーブル85に電気的に接続されている。
Therefore, the negative electrode plates of the four
図9(b)は、封止体23aとは反対側(流路50の長手方向の反対側)の端部に設けられた封止体(第2の封止体)23bの外側の端面図である。
FIG. 9B is an end view of the outer side of the sealing body (second sealing body) 23b provided at the end opposite to the sealing
本体11における例えば前述した入口部21が、封止体23bの中央を貫通して外部に突出している。その入口部21が封止体23bを貫通する部分には、電気絶縁性、防水性及び耐熱性を有する例えばシリコーン系の封止材92が設けられている。
For example, the
封止体23bの端面の外周側には、2つの電極連結プレート77、78が設けられている。2つの電極連結プレート77、78は空間的にも電気的にもつながっていない。
Two
封止体23bの端面において、電極連結プレート77、78よりも内側(中央側)には、4つのスリット75が形成されている。4つのスリット75はそれぞれ4つの筒部12の位置に対応する位置に形成されている。
On the end face of the sealing
各スリット75からは、電極端子44が突出している。電極端子44は、発熱ユニット10が有する一対の電極板41、42の他方の電極板(例えば正極側電極板)の端部に一体に設けられている。
The
4つの電極端子44のうち2つは、電極連結プレート77側に折り曲げられて、電極連結プレート77の下に重ね合わされている。そして、電極端子44と電極連結プレート77とは、ネジ82によって、封止体23aに対して共締め固定されている。
Two of the four
4つの電極端子44のうち他の2つは、電極連結プレート78側に折り曲げられて、電極連結プレート78の下に重ね合わされている。そして、電極端子44と電極連結プレート78とは、ネジ82によって、封止体23aに対して共締め固定されている。
The other two of the four
すなわち、4つの発熱ユニット10のそれぞれの正極側電極板のうち2つは、電極連結プレート77に電気的に接続されている。他の2つの正極側電極板は、電極連結プレート78に電気的に接続されている。
That is, two of the positive electrode plates of each of the four
電極連結プレート77における2つのネジ止め部のうちの一つには、電気ケーブル86の一端部86aもネジ止めされている。したがって、4つの発熱ユニット10のそれぞれの正極側電極板のうち2つは、電気ケーブル86に電気的に接続されている。
One
電極連結プレート78における2つのネジ止め部のうちの一つには、電気ケーブル87の一端部87aもネジ止めされている。したがって、他の2つの正極側電極板は、電気ケーブル87に電気的に接続されている。
One
なお、4つの正極側電極板も、負極側と同様に、1つにまとめてもよい。
正極側電極板を複数系統に分けると、複数の発熱ユニット10間で与える電力を異ならせることができる。すなわち、状況に応じて一部の発熱ユニット10だけを発熱させたり、一部の発熱ユニット10の発熱量を他よりも上げるまたは下げる制御が可能になる。Note that the four positive electrode plates may be combined into one, similarly to the negative electrode side.
When the positive electrode plate is divided into a plurality of systems, the power applied between the plurality of
図9(a)に示す負極側の電気ケーブル85は、封止体23aの端面に形成された貫通孔73を通じて、本体11の側面側に導出される。
The
そして、図10に示すように、本体11の側面には筒状のケーブルガイド100が設けられている。ケーブルガイド100は、電気絶縁性及び耐熱性を有し、例えば石英管である。
As shown in FIG. 10, a
電気ケーブル85は、そのケーブルガイド100の内部を通されて、図9(b)に示す他方の封止体23bの端面に形成された貫通孔76を通じて、封止体23bの端面側に導かれる。
The
したがって、すべての電気ケーブル85、86、87を、同じ端面側から本体11の外部に導出させることができる。また、前述した電極連結プレート72、77、78を使うことで、外部に引き出される電気ケーブルの本数を少なくすることができる。したがって、実施形態によれば、電気ケーブル85、86、87と外部電源との接続作業が容易になる。
Therefore, all the
また、正極側の電極連結プレート77、78を本体11における長手方向の一方の端部に設け、負極側の電極連結プレート72を本体11における長手方向の他方の端部に設けている。この電極取出構造は、正負両極の電極連結プレートを本体11の同じ端部に設けた構造に比べて、正負の電極間の沿面距離を長くでき、高い安全性が確保できる。また、実施形態の電極取出構造は、正負両極の電極連結プレートが本体11の同じ端部に設けられた構造に比べて、本体11の端部における電極取出部の面積を小さくでき、ヒータ1全体の小型化を図れる。
The positive
次に、実施形態のヒータ1をヒートポンプシステムに適用した具体例について説明する。
Next, a specific example in which the
図11は、そのヒートポンプシステムの模式図である。このヒートポンプシステムは、2つの熱交換器101、105と、膨張弁103と、圧縮機107と、前述した実施形態のヒータ1とを含む。
FIG. 11 is a schematic diagram of the heat pump system. This heat pump system includes two
このシステム内を冷媒が循環する。冷媒は、圧縮機107で圧縮されて、高温高圧ガスの状態で配管108を通じて熱交換器101に送られる。そして、熱交換器101における、加熱対象の流体(空気や液体)との熱交換により、上記冷媒は凝縮され、高温高圧の液体の状態で、配管102を通じて膨張弁103に送られる。
A refrigerant circulates in the system. The refrigerant is compressed by the
膨張弁で膨張された冷媒は、低温低圧の液体の状態で、配管104を通じて熱交換器105に送られる。熱交換器105における大気などとの熱交換により、上記冷媒は蒸発され、低温低圧ガスの状態で、配管106を通じて圧縮機107に送られ、以上説明したサイクルが繰り返される。
The refrigerant expanded by the expansion valve is sent to the
ヒータ1は、圧縮機107と熱交換器101との間の配管108に接続され、圧縮機107から熱交換器101に送られる圧縮ガスを加熱する。すなわち、ヒータ1は、圧縮機107と熱交換器101との間の経路における冷媒加熱を補助する。
The
ヒータ1の前述した流路50内を圧縮ガスが流れ、そのガスは発熱ユニット10によって加熱される。すなわち、ヒータ1は、液体に限らず、気体の加熱にも有効である。
The compressed gas flows in the
また、ヒータ1は、図12に示すように、熱交換器101と膨張弁103との間の配管102に接続して、その配管102を流れる液体を加熱してもよい。
In addition, as shown in FIG. 12, the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…ヒータ、10…発熱ユニット、11…本体、12…筒部、16…PTC素子、16a…電極面、21…絶縁シート、31…内側内壁、32…外側内壁、41…電極板、50〜53…流路
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記筒部の端部を閉塞する封止体と、
を備え、
前記発熱ユニットは、
電極面を有するPTC(Positive Temperature Coefficient)素子と、
前記電極面に接着された電極板と、
前記電極板と、前記筒部の内壁との間に設けられ、前記電極板に重ね合わされた絶縁体と、
を有し、
前記複数の筒部は、前記流路を挟んで対向する位置に設けられた少なくとも一対の筒部を有し、前記複数の筒部内にそれぞれ収容された複数の前記発熱ユニットは、前記流路を挟んで対向する位置に設けられた少なくとも一対の発熱ユニットを有し、
前記発熱ユニットは、前記流路を挟んで対向する前記一対の筒部を結ぶ方向に前記筒部の内壁間に狭圧され、前記流路と前記発熱ユニットとの間には、隙間がなく、一体構造の前記金属製の本体のみからなる連続した熱伝導経路が設けられていることを特徴とするヒータ。 A metal main body having a flow path through which a fluid flows and a plurality of cylindrical portions provided outside the flow path and each containing a heat generating unit, between the flow path and the cylindrical portion And a main body in which the portion and the cylindrical portion are integrally continuous with the same metal material;
A sealing body for closing the end of the cylindrical portion;
With
The heating unit is
A PTC (Positive Temperature Coefficient) element having an electrode surface;
An electrode plate bonded to the electrode surface;
An insulator provided between the electrode plate and the inner wall of the cylindrical portion and overlaid on the electrode plate;
Have
The plurality of cylindrical portions have at least a pair of cylindrical portions provided at positions facing each other with the flow channel interposed therebetween, and the plurality of heat generating units respectively accommodated in the plurality of cylindrical portions include the flow channel. Having at least a pair of heat generating units provided at positions facing each other,
The heat generating unit is confined between the inner walls of the cylindrical portion in a direction connecting the pair of cylindrical portions facing each other with the flow channel interposed therebetween, and there is no gap between the flow channel and the heat generating unit. A heater having a continuous heat conduction path formed only of the metal main body having an integral structure.
前記本体において、前記流路と前記内側内壁との間の部分の体積は、前記外側内壁よりも外側の部分の体積よりも大きいことを特徴とする請求項1記載のヒータ。 The cylindrical portion has an inner inner wall provided on the flow path side and an outer inner wall provided on the opposite side of the inner inner wall,
2. The heater according to claim 1, wherein a volume of a portion between the flow path and the inner inner wall of the main body is larger than a volume of an outer portion of the outer inner wall.
前記複数の発熱ユニットのそれぞれが有する同極性の前記電極板が、前記電極連結プレートに共通に接続されていることを特徴とする請求項1記載のヒータ。 An electrode connection plate is provided on an end surface of the sealing body,
The heater according to claim 1, wherein the electrode plates having the same polarity included in each of the plurality of heat generating units are connected in common to the electrode connection plate.
前記第1の封止体の端面に負極側の前記電極連結プレートが設けられ、前記第2の封止体の端面に正極側の前記電極連結プレートが設けられていることを特徴とする請求項4記載のヒータ。 The sealing body has a first sealing body provided on one end side in the longitudinal direction of the flow path, and a second sealing body provided on the other end side,
The negative electrode side electrode connection plate is provided on an end surface of the first sealing body, and a positive electrode side electrode connection plate is provided on an end surface of the second sealing body. 4. The heater according to 4.
前記圧縮機で圧縮された前記冷媒が送られ、前記冷媒が凝縮される熱交換器と、
前記熱交換器で凝縮された前記冷媒が送られ、前記冷媒が膨張される膨張弁と、
前記圧縮機と前記熱交換器との間、または前記熱交換器と前記膨張弁との間の配管に接続された請求項1記載のヒータと、
を備えたことを特徴とするヒートポンプシステム。 A compressor for compressing the refrigerant;
A heat exchanger in which the refrigerant compressed by the compressor is sent and the refrigerant is condensed;
An expansion valve through which the refrigerant condensed in the heat exchanger is sent and the refrigerant is expanded;
The heater according to claim 1, connected to a pipe between the compressor and the heat exchanger or between the heat exchanger and the expansion valve;
A heat pump system characterized by comprising:
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