JP7034047B2 - Vehicle room heating heater element and its usage, and vehicle room heating heater - Google Patents

Vehicle room heating heater element and its usage, and vehicle room heating heater Download PDF

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Description

本発明は車室暖房用ヒーターエレメント及びその使用方法に関する。また、本発明は車室暖房用ヒーターに関する。 The present invention relates to a heater element for heating a vehicle interior and a method of using the same. The present invention also relates to a heater for heating the passenger compartment.

地球環境保護の観点から、自動車からのCO2排出量の低減要求が高まっている。また、都市部での環境基準達成の観点から、自動車からの窒素酸化物等のゼロエミッション化要求が高まっている。これらに対応可能な対策として、電気自動車が注目されている。しかしながら、電気自動車は従来暖房の熱源としていた内燃機関を持たないので、暖房の熱源が不足するという問題がある。 From the viewpoint of protecting the global environment, there is an increasing demand for reduction of CO 2 emissions from automobiles. In addition, from the viewpoint of achieving environmental standards in urban areas, there is an increasing demand for zero emissions of nitrogen oxides and the like from automobiles. Electric vehicles are attracting attention as measures that can deal with these issues. However, since the electric vehicle does not have an internal combustion engine which has been conventionally used as a heat source for heating, there is a problem that the heat source for heating is insufficient.

そこで、バッテリーの電力を有効に用いて暖房を行うために蒸気圧縮ヒートポンプが用いられてきた(特許文献1)。蒸気圧縮ヒートポンプでは、媒体を電動コンプレッサーにより圧縮し、気相-液相間の相変化での吸熱及び放熱を利用して、冷たい外気から車室内へ熱をポンピングするものであり、投入電力に対し、ポンピングできる熱量が大きいので電気エネルギーをより有効に利用できるという利点がある。 Therefore, a steam compression heat pump has been used for heating by effectively using the electric power of the battery (Patent Document 1). In the steam compression heat pump, the medium is compressed by an electric compressor, and heat is pumped from the cold outside air to the passenger compartment by using heat absorption and heat dissipation in the phase change between the gas phase and the liquid phase. Since the amount of heat that can be pumped is large, there is an advantage that electric energy can be used more effectively.

また、通電時の電気抵抗により発生するジュール熱を利用したヒーターも知られている(特許文献2)。ジュール熱を利用したヒーターでは、発熱体が熱交換器に配置されており、熱交換器を通過する流体が加熱される。ジュール熱を利用したヒーターは、車両始動時の急速加熱が必要なときや外気温が非常に低い時に有効である。発熱体としては、熱暴走を防止するためPTC材料を用いることが知られている。 Further, a heater using Joule heat generated by electric resistance at the time of energization is also known (Patent Document 2). In a heater using Joule heat, a heating element is arranged in a heat exchanger, and a fluid passing through the heat exchanger is heated. A heater using Joule heat is effective when rapid heating at the start of the vehicle is required or when the outside air temperature is very low. As the heating element, it is known to use a PTC material in order to prevent thermal runaway.

一方で、ハニカム状のヒーターエレメントを用いたヒーター(以下、「ハニカムヒーター」という。)が知られている。例えば、特許文献3には、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン及び燃焼装置からの排ガスを加熱するのに有効な通電発熱用ハニカム構造体が記載されている。更に、特許文献4においても、内燃機関の排ガスを処理するための電気加熱可能なハニカム体が記載されている。特許文献4には、流体が貫流できる空洞を備え、少なくとも1個の電流分配構造物を有し、該電流分配構造物が電流供給体を介して電源に接続できる電気加熱可能なハニカム体において、a)電流供給体、b)電流分配構造物、の内の少なくとも1つが、正温度係数(PTC)の材料から成る少なくとも1個の制御要素を有し、該制御要素がハニカム体を貫流する流体に少なくとも熱的に接触されることを特徴とする電気加熱可能なハニカム体が記載されている。 On the other hand, a heater using a honeycomb-shaped heater element (hereinafter referred to as "honeycomb heater") is known. For example, Patent Document 3 describes a honeycomb structure for energization heat generation that is effective for heating exhaust gas from a gasoline engine, a diesel engine, and a combustion device. Further, Patent Document 4 also describes an electrically heatable honeycomb body for treating the exhaust gas of an internal combustion engine. Patent Document 4 describes an electrically heatable honeycomb body having a cavity through which a fluid can flow, having at least one current distribution structure, and the current distribution structure can be connected to a power source via a current supply body. At least one of a) a current supply body and b) a current distribution structure has at least one control element made of a material having a positive temperature coefficient (PTC), and the control element is a fluid flowing through the honeycomb body. Described is an electrically heatable honeycomb body, characterized in that it is at least thermally contacted.

特開2017-30724号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-30724 特表2015-519260号公報Special Table 2015-591260 特許第5261256号公報Japanese Patent No. 5261256 特開2008-215351号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-215351

熱効率の観点からはヒートポンプが優れているが、ヒートポンプは外気が極低温の時に作動が困難であること、及び車両始動時に急速に車室を温めることが困難であるといった問題がある。そこで、ヒートポンプを主たる暖房として使用しつつ、車両始動時の急速加熱が必要なときや外気温が非常に低い時に、ジュール熱を利用したヒーターを補助的に活用することは実用的であると考えられる。 Although the heat pump is excellent from the viewpoint of thermal efficiency, the heat pump has problems that it is difficult to operate when the outside air is extremely low temperature and it is difficult to rapidly heat the vehicle interior when the vehicle is started. Therefore, while using the heat pump as the main heating, it is practical to use the heater using Joule heat as an auxiliary when rapid heating at the start of the vehicle is required or when the outside temperature is very low. Be done.

しかしながら、従来のジュール熱を利用したヒーターは大型化しやすく、車内スペースを圧迫するという問題がある。このため、よりコンパクトなヒーターが提供されることが望ましい。この点、ハニカムヒーターは体積当たりの熱伝達面積を大きくすることができるため、ヒーターの小型化に資すると考えられる。しかしながら、特許文献3に記載の通電発熱用ハニカム構造体は、ハニカム構造体がNTC特性を有するため、過剰に発熱してしまい、車室暖房用のヒーターとしては適応しにくいものである。また、特許文献4に記載の技術では、PTC材料からなる制御要素の温度がハニカム体の温度に追随せず、車室暖房用のヒーターとしては、過剰発熱の抑制効果が十分といえるものではなかった。以上のことから、従来、自動車や電車といった車両の車室を暖房する用途において上記の問題を解決するハニカムヒーターは未だ存在していない。 However, the conventional heater using Joule heat tends to be large in size, and has a problem of squeezing the space inside the vehicle. Therefore, it is desirable to provide a more compact heater. In this respect, the honeycomb heater can increase the heat transfer area per volume, which is considered to contribute to the miniaturization of the heater. However, the honeycomb structure for energization heat generation described in Patent Document 3 generates excessive heat because the honeycomb structure has NTC characteristics, and is difficult to adapt as a heater for heating a vehicle interior. Further, in the technique described in Patent Document 4, the temperature of the control element made of PTC material does not follow the temperature of the honeycomb body, and it cannot be said that the effect of suppressing excessive heat generation is sufficient as a heater for heating the passenger compartment. rice field. From the above, conventionally, there is no honeycomb heater that solves the above problem in the application for heating the passenger compartment of a vehicle such as an automobile or a train.

本発明は上記事情に鑑みて創作されたものであり、小型化が可能で、且つ、PTC材料による過剰発熱の抑制効果が改善された車室暖房用ヒーターエレメントを提供することを課題とする。本発明は別の一実施形態において、そのような車室暖房用ヒーターエレメントの使用方法を提供することを課題とする。本発明は更に別の一実施形態において、そのような車室暖房用ヒーターエレメントを備えた車室暖房用ヒーターを提供することを課題とする。 The present invention has been created in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a heater element for heating a vehicle interior, which can be miniaturized and has an improved effect of suppressing excessive heat generation by a PTC material. It is an object of the present invention to provide, in another embodiment, a method of using such a heater element for heating a vehicle interior. It is an object of the present invention to provide, in yet another embodiment, a vehicle compartment heating heater provided with such a vehicle interior heating heater element.

特許文献4に記載のハニカムヒーターでは、PTC材料からなる制御要素が、電流分配構造物よりもハニカム構造体の外周側に配置されているために(特許文献4の図2及び図3参照)、ハニカム構造体からの熱は、電流分配構造物を介してPTC材料からなる制御要素に伝達するため、応答速度が遅くなる。このため、特許文献4の技術では、ハニカム構造体が過熱状態に達しても、PTC材料に迅速に熱が伝達されないため、過剰発熱が生じやすくなっていた。このような知見に基づき、本発明者は、ハニカム構造体が過熱状態に達したときの応答速度を上げるために、PTCサーミスタをハニカム構造体と電極部(特許文献4の電流分配構造物に相当する。)の間に配置することが有効であることを見出し、以下に例示される本発明を完成した。 In the honeycomb heater described in Patent Document 4, since the control element made of PTC material is arranged on the outer peripheral side of the honeycomb structure with respect to the current distribution structure (see FIGS. 2 and 3 of Patent Document 4). The heat from the honeycomb structure is transferred to the control element made of PTC material via the current distribution structure, so that the response speed is slowed down. Therefore, in the technique of Patent Document 4, even if the honeycomb structure reaches an overheated state, heat is not rapidly transferred to the PTC material, so that excessive heat generation is likely to occur. Based on such findings, the present inventor uses a PTC thermistor for the honeycomb structure and the electrode portion (corresponding to the current distribution structure of Patent Document 4) in order to increase the response speed when the honeycomb structure reaches an overheated state. We have found that it is effective to place it between), and completed the present invention exemplified below.

[1]
車両の車室暖房用ヒーターエレメントであって、
外周側壁と、外周側壁の内周側に配設され、一方の底面から他方の底面まで流体の流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁とを有する通電発熱可能な柱状ハニカム構造部、
当該柱状ハニカム構造部の外周側壁の外周側に対向するように形成された一対の電極部、及び、
当該柱状ハニカム構造部の外周側壁と前記一対の電極部の少なくとも一方の電極部との間に挟まれた位置で、当該柱状ハニカム構造部の外周側壁を被覆するように配設されたPTCサーミスタ、
を備えた車室暖房用ヒーターエレメント。
[2]
前記柱状ハニカム構造部の容積Vに対する、前記PTCサーミスタによって前記柱状ハニカム構造部の外周側壁が被覆される部分の合計面積Sの比(S/V)が、0.1cm2/cm3以上である[1]に記載の車室暖房用ヒーターエレメント。
[3]
前記S/Vが、0.2cm2/cm3以上である[2]に記載の車室暖房用ヒーターエレメント。
[4]
前記複数のセルの流体の流路に直交する方向の断面において、前記複数のセルは放射状に配列されている[1]~[3]の何れか一項に記載の車室暖房用ヒーターエレメント。
[5]
前記PTCサーミスタは、キュリー点が100℃以上250℃以下のPTC材料で構成される[1]~[4]の何れか一項に記載の車室暖房用ヒーターエレメント。
[6]
前記柱状ハニカム構造部がSi結合SiCを含有する[1]~[5]の何れか一項に記載の車室暖房用ヒーターエレメント。
[7]
前記PTCサーミスタは、前記少なくとも一方の電極部が前記柱状ハニカム構造部の外周側壁と直接接触する部分がないように配設される[1]~[6]の何れか一項に記載の車室暖房用ヒーターエレメント。
[8]
前記柱状ハニカム構造部の外周側壁と前記一対の電極部の各電極部との間に挟まれた位置にPTCサーミスタがそれぞれ配設されており、
少なくとも一方のPTCサーミスタの一部と、前記柱状ハニカム構造部の外周側壁との間に位置する電気絶縁層であって、前記一対の電極部に電圧を印加したときのハニカム構造部内における電流分布の均一性を高めることが可能な位置に延設された電気絶縁層を更に備える[1]~[7]の何れか一項に記載の車室暖房用ヒーターエレメント。
[9]
前記外周側壁がPTCサーミスタによって被覆される部分の合計面積Sと、当該合計面積Sから前記外周側壁が前記電気絶縁層に接する部分の面積を除いた面積Seは、0.3≦Se/S<1を満たす[8]に記載のヒーターエレメント。
[10]
車両の車室暖房用ヒーターエレメントであって、
外周側壁と、内周側壁と、外周側壁及び内周側壁の間に配設され、一方の底面から他方の底面まで流体の流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁と、を有する通電発熱可能な中空状ハニカム構造部、
当該中空状ハニカム構造部の外周側壁の外周側に形成された外側電極部、
当該中空状ハニカム構造部の内周側壁の内周側に形成された内側電極部、
及び、
当該中空状ハニカム構造部の内周側壁と前記内側電極部との間に挟まれた位置で、当該中空状ハニカム構造部の内周側壁を被覆するように配設されている、及び/又は、当該中空状ハニカム構造部の外周側壁と前記外側電極部との間に挟まれた位置で、当該中空状ハニカム構造部の外周側壁を被覆するように配設されている、PTCサーミスタ、
を備えた車室暖房用ヒーターエレメント。
[11]
前記中空状ハニカム構造部の容積Vに対する、前記PTCサーミスタによって前記中空状ハニカム構造部の内周側壁及び/又は外周側壁が被覆される部分の合計面積Sの比(S/V)が、0.1cm2/cm3以上である[10]に記載の車室暖房用ヒーターエレメント。
[12]
前記S/Vが、0.2cm2/cm3以上である[11]に記載の車室暖房用ヒーターエレメント。
[13]
前記複数のセルの流体の流路に直交する方向の断面において、前記複数のセルは放射状に配列されている[10]~[12]の何れか一項に記載の車室暖房用ヒーターエレメント。
[14]
前記PTCサーミスタは、キュリー点が100℃以上250℃以下のPTC材料で構成される[10]~[13]の何れか一項に記載の車室暖房用ヒーターエレメント。
[15]
前記中空状ハニカム構造部がSi結合SiCを含有する[10]~[14]の何れか一項に記載の車室暖房用ヒーターエレメント。
[16]
前記PTCサーミスタが中空状ハニカム構造部の内周側壁を被覆するように配設されている場合、当該PTCサーミスタは前記内側電極部が前記中空状ハニカム構造部の内周側壁と直接接触する部分がないように配設され、前記PTCサーミスタが中空状ハニカム構造部の外周側壁を被覆するように配設されている場合、当該PTCサーミスタは前記外側電極部が前記中空状ハニカム構造部の外周側壁と直接接触する部分がないように配設される[10]~[15]の何れか一項に記載の車室暖房用ヒーターエレメント。
[17]
二つの電極間に200V以上の電圧を印加する[1]~[16]の何れか一項に記載のヒーターエレメントの使用方法。
[18]
-60℃~20℃のガスがセルを通過することを含む[17]に記載のヒーターエレメントの使用方法。
[19]
[1]~[16]の何れか一項に記載のヒーターエレメント、
外気又は車室内空気と前記ヒーターエレメントの一方の底面を連通する流入配管、
前記ヒーターエレメントに電圧を印加するためのバッテリー、及び
前記ヒーターエレメントの他方の底面と車室内を連通する流出配管、
を備えた車室暖房用ヒーター。
[1]
It is a heater element for heating the passenger compartment of a vehicle.
A columnar honeycomb structure capable of energizing and generating heat, having an outer peripheral side wall and a partition wall arranged on the inner peripheral side of the outer peripheral side wall and forming a plurality of cells forming a fluid flow path from one bottom surface to the other bottom surface.
A pair of electrode portions formed so as to face the outer peripheral side of the outer peripheral side wall of the columnar honeycomb structure portion, and
A PTC thermistor arranged so as to cover the outer peripheral side wall of the columnar honeycomb structure portion at a position sandwiched between the outer peripheral side wall of the columnar honeycomb structure portion and at least one electrode portion of the pair of electrode portions.
A heater element for heating the passenger compartment.
[2]
The ratio (S / V) of the total area S of the portion covered with the outer peripheral side wall of the columnar honeycomb structure by the PTC thermistor to the volume V of the columnar honeycomb structure is 0.1 cm 2 / cm 3 or more. The heater element for heating the passenger compartment according to [1].
[3]
The heater element for heating a vehicle interior according to [2], wherein the S / V is 0.2 cm 2 / cm 3 or more.
[4]
The heater element for heating a vehicle interior according to any one of [1] to [3], wherein the plurality of cells are arranged radially in a cross section in a direction orthogonal to the fluid flow path of the plurality of cells.
[5]
The heater element for heating a vehicle interior according to any one of [1] to [4], wherein the PTC thermistor is made of a PTC material having a Curie point of 100 ° C. or higher and 250 ° C. or lower.
[6]
The heater element for heating a vehicle interior according to any one of [1] to [5], wherein the columnar honeycomb structure portion contains Si-bonded SiC.
[7]
The vehicle interior according to any one of [1] to [6], wherein the PTC thermistor is arranged so that at least one of the electrode portions does not come into direct contact with the outer peripheral side wall of the columnar honeycomb structure portion. Heater element for heating.
[8]
A PTC thermistor is disposed at a position sandwiched between the outer peripheral side wall of the columnar honeycomb structure portion and each electrode portion of the pair of electrode portions.
An electrically insulating layer located between a part of at least one PTC thermistor and the outer peripheral side wall of the columnar honeycomb structure portion, and the current distribution in the honeycomb structure portion when a voltage is applied to the pair of electrode portions. The heater element for heating a passenger compartment according to any one of [1] to [7], further comprising an electrically insulating layer extended at a position capable of enhancing uniformity.
[9]
The total area S of the portion where the outer peripheral side wall is covered with the PTC thermistor and the area Se obtained by subtracting the area of the portion where the outer peripheral side wall is in contact with the electrical insulating layer from the total area S are 0.3 ≦ Se / S <. The heater element according to [8], which satisfies 1.
[10]
It is a heater element for heating the passenger compartment of a vehicle.
Energization having an outer peripheral side wall, an inner peripheral side wall, and a partition wall disposed between the outer peripheral side wall and the inner peripheral side wall and partitioning a plurality of cells forming a fluid flow path from one bottom surface to the other bottom surface. Hollow honeycomb structure that can generate heat,
The outer electrode portion formed on the outer peripheral side of the outer peripheral side wall of the hollow honeycomb structure portion,
The inner electrode portion formed on the inner peripheral side of the inner peripheral side wall of the hollow honeycomb structure portion,
as well as,
It is arranged so as to cover the inner peripheral side wall of the hollow honeycomb structure portion at a position sandwiched between the inner peripheral side wall of the hollow honeycomb structure portion and the inner electrode portion, and / or. A PTC thermista, which is arranged so as to cover the outer peripheral side wall of the hollow honeycomb structure portion at a position sandwiched between the outer peripheral side wall of the hollow honeycomb structure portion and the outer electrode portion.
A heater element for heating the passenger compartment.
[11]
The ratio (S / V) of the total area S of the portion covered with the inner peripheral side wall and / or the outer peripheral side wall of the hollow honeycomb structure portion by the PTC thermistor with respect to the volume V of the hollow honeycomb structure portion is 0. The heater element for heating the passenger compartment according to [10], which is 1 cm 2 / cm 3 or more.
[12]
The heater element for heating a vehicle interior according to [11], wherein the S / V is 0.2 cm 2 / cm 3 or more.
[13]
The heater element for heating a passenger compartment according to any one of [10] to [12], wherein the plurality of cells are arranged radially in a cross section in a direction orthogonal to the flow path of the fluid of the plurality of cells.
[14]
The heater element for heating a vehicle interior according to any one of [10] to [13], wherein the PTC thermistor is made of a PTC material having a Curie point of 100 ° C. or higher and 250 ° C. or lower.
[15]
The heater element for heating a vehicle interior according to any one of [10] to [14], wherein the hollow honeycomb structure portion contains Si-bonded SiC.
[16]
When the PTC thermistor is arranged so as to cover the inner peripheral side wall of the hollow honeycomb structure portion, the PTC thermistor has a portion where the inner electrode portion directly contacts the inner peripheral side wall of the hollow honeycomb structure portion. When the PTC thermistor is arranged so as not to cover the outer peripheral side wall of the hollow honeycomb structure portion, the outer electrode portion of the PTC thermistor is arranged with the outer peripheral side wall of the hollow honeycomb structure portion. The heater element for heating a passenger compartment according to any one of [10] to [15], which is arranged so as not to have a portion that comes into direct contact with the vehicle interior.
[17]
The method for using a heater element according to any one of [1] to [16], wherein a voltage of 200 V or more is applied between two electrodes.
[18]
The method of using the heater element according to [17], which comprises passing a gas of -60 ° C to 20 ° C through the cell.
[19]
The heater element according to any one of [1] to [16].
An inflow pipe that communicates the outside air or vehicle interior air with the bottom surface of one of the heater elements,
A battery for applying a voltage to the heater element, and an outflow pipe that communicates the other bottom surface of the heater element with the passenger compartment.
A heater for heating the passenger compartment.

本発明の一実施形態に係る車室暖房用ヒーターエレメントによれば、ハニカム構造によって、体積当たりの熱伝達面積を大きくすることができるため、ヒーターエレメントの小型化が可能である。また、本発明の一実施形態に係るヒーターエレメントによれば、PTCサーミスタが少なくとも一方の電極部とハニカム構造部の外周側壁又は内周側壁との間に挟まれて配置されているので、ハニカム構造部の熱が迅速にPTCサーミスタに伝達される。これにより、PTCサーミスタによる過剰発熱の抑制効果を改善することが可能となる。 According to the vehicle interior heating heater element according to the embodiment of the present invention, the heat transfer area per volume can be increased by the honeycomb structure, so that the heater element can be miniaturized. Further, according to the heater element according to the embodiment of the present invention, the PTC thermistor is arranged so as to be sandwiched between at least one electrode portion and the outer peripheral side wall or the inner peripheral side wall of the honeycomb structure portion. The heat of the part is quickly transferred to the PTC thermistor. This makes it possible to improve the effect of suppressing excessive heat generation by the PTC thermistor.

本発明の第一実施形態に係るヒーターエレメントについて、ハニカム構造部の底面が長方形状である場合の模式的な斜視図である。It is a schematic perspective view of the heater element which concerns on 1st Embodiment of this invention, when the bottom surface of the honeycomb structure part is rectangular shape. 本発明の第一実施形態に係るヒーターエレメントについて、ハニカム構造部の底面が正方形状である場合の模式的な斜視図である。It is a schematic perspective view of the heater element which concerns on 1st Embodiment of this invention, when the bottom surface of the honeycomb structure part is square shape. 本発明の第一実施形態に係るヒーターエレメントについて、ハニカム構造部の底面がオーバル形状である場合の模式的な斜視図である。It is a schematic perspective view of the heater element which concerns on 1st Embodiment of this invention, when the bottom surface of the honeycomb structure part has an oval shape. 本発明の第一実施形態に係るヒーターエレメントについて、ハニカム構造部の底面が正方形状であり、ハニカム構造部の外周側壁とPTCサーミスタの間に電気絶縁層が挟まれている場合の模式的な斜視図である。Regarding the heater element according to the first embodiment of the present invention, a schematic perspective when the bottom surface of the honeycomb structure portion is square and the electrical insulating layer is sandwiched between the outer peripheral side wall of the honeycomb structure portion and the PTC thermistor. It is a figure. 本発明の第一実施形態に係るヒーターエレメントについて、ハニカム構造部の底面が円形状である場合の模式的な斜視図である。It is a schematic perspective view of the heater element which concerns on 1st Embodiment of this invention, when the bottom surface of the honeycomb structure part is circular shape. 本発明の第一実施形態に係るヒーターエレメントについて、セルの流路に直交する方向から観察したときの、放射状に配列されたセルを示す部分的な模式図である。It is a partial schematic diagram which shows the cell arranged radially when observed from the direction orthogonal to the flow path of a cell about the heater element which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明に係る車室暖房用ヒーターの構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of the heater for room heating which concerns on this invention.

次に本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。本発明は以下の実施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、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。 Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It is understood that the present invention is not limited to the following embodiments, and design changes, improvements, etc. may be appropriately made based on ordinary knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Should be.

(1.ヒーターエレメント)
本発明に係るヒーターエレメントは、車両の車室暖房用のヒーターエレメントとして好適に利用可能である。車両には、限定的ではないが、自動車及び電車が挙げられる。自動車としては、限定的ではないが、ガソリン車、ディーゼル車、燃料電池自動車、電気自動車及びプラグインハイブリッド自動車が挙げられる。本発明に係るヒーターエレメントは、とりわけ電気自動車及び電車のような内燃機関を持たない車両に好適に利用可能である。
(1. Heater element)
The heater element according to the present invention can be suitably used as a heater element for heating the passenger compartment of a vehicle. Vehicles include, but are not limited to, automobiles and trains. Vehicles include, but are not limited to, gasoline vehicles, diesel vehicles, fuel cell vehicles, electric vehicles and plug-in hybrid vehicles. The heater element according to the present invention can be particularly suitably used for a vehicle having no internal combustion engine such as an electric vehicle and a train.

(1.1 ヒーターエレメントの第一実施形態)
図1-1、図1-2及び図1-3にはそれぞれ、本発明の第一実施形態に係るヒーターエレメント100についての、模式的な斜視図が示されている。ヒーターエレメント100は、外周側壁112と、外周側壁112の内周側に配設され、一方の底面114から他方の底面116まで流体の流路を形成する複数のセル115を区画形成する隔壁113とを有する通電発熱可能な柱状ハニカム構造部を備える。また、ヒーターエレメント100は、当該柱状ハニカム構造部の外周側壁112の外周側に対向するように形成された一対の電極部120を備える。また、ヒーターエレメント100は、該柱状ハニカム構造部の外周側壁112と一対の電極部120の少なくとも一方の電極部120との間に挟まれた位置で、当該柱状ハニカム構造部の外周側壁112を被覆するように配設されたPTCサーミスタ122を備える。
(1.1 First Embodiment of Heater Element)
FIG. 1-1, FIG. 1-2, and FIG. 1-3 show schematic perspective views of the heater element 100 according to the first embodiment of the present invention, respectively. The heater element 100 includes an outer peripheral side wall 112 and a partition wall 113 which is disposed on the inner peripheral side of the outer peripheral side wall 112 and forms a plurality of cells 115 which form a fluid flow path from one bottom surface 114 to the other bottom surface 116. It is provided with a columnar honeycomb structure capable of generating heat by energization. Further, the heater element 100 includes a pair of electrode portions 120 formed so as to face the outer peripheral side of the outer peripheral side wall 112 of the columnar honeycomb structure portion. Further, the heater element 100 covers the outer peripheral side wall 112 of the columnar honeycomb structure portion at a position sandwiched between the outer peripheral side wall 112 of the columnar honeycomb structure portion and at least one electrode portion 120 of the pair of electrode portions 120. The PTC thermistor 122 is provided so as to be provided.

(1.1.1 柱状ハニカム構造部)
柱状ハニカム構造部は、例えば、底面が多角形(四角形(長方形(図1-1参照))、正方形(図1-2参照)、五角形、六角形、七角形、八角形等)の多角柱状、底面が円形の柱状(円柱状)(図2参照)、底面がオーバル形状(図1-3参照)の柱状等の任意の形状とすることができる。底面が多角形の場合、角部は面取りしてもよい。また、柱状ハニカム構造部は中空状にすることもできる。
(1.1.1 Columnar honeycomb structure)
The columnar honeycomb structure has, for example, a polygonal columnar surface having a polygonal bottom surface (quadrangle (rectangle (see Fig. 1-1)), square (see Fig. 1-2), pentagon, hexagon, heptagon, octagon, etc.). The bottom surface can be any shape such as a circular columnar shape (cylindrical column) (see FIG. 2) and an oval-shaped bottom surface (see FIG. 1-3). If the bottom surface is polygonal, the corners may be chamfered. Further, the columnar honeycomb structure can be made hollow.

セルの流路に直交する断面におけるセルの形状に制限はないが、四角形(長方形、正方形)、六角形、八角形、又はこれらの二種以上の組み合わせであることが好ましい。これらのなかでも、正方形及び六角形が好ましい。セル形状をこのようにすることにより、ハニカム構造部にガスを流したときの圧力損失を小さくすることができる。例えば図1-1に示すヒーターエレメント100の柱状ハニカム構造部において、セルの流路に直交する断面におけるセルの形状は正方形である。 The shape of the cell in the cross section orthogonal to the flow path of the cell is not limited, but is preferably a quadrangle (rectangle, square), hexagon, octagon, or a combination of two or more thereof. Of these, squares and hexagons are preferred. By making the cell shape in this way, it is possible to reduce the pressure loss when gas is passed through the honeycomb structure portion. For example, in the columnar honeycomb structure portion of the heater element 100 shown in FIG. 1-1, the shape of the cell in the cross section orthogonal to the flow path of the cell is square.

セルの流路に直交する断面において、複数のセルを放射状に配列してもよい。図2-2には、後述する第二実施形態に関するが、複数のセルが放射状に配列されている例が示されている。図2-2に示す例においては、複数のセルはそれぞれが、柱状ハニカム構造部の中心側から外周側に向かって伸びる一対の隔壁と、当該一対の隔壁を連結する中心側及び外周側の隔壁と、によって区画形成される。より詳細には、図2-2の(a)に示す例においては、セルの流路に直交する断面において、複数のセル115はそれぞれが、柱状ハニカム構造部の中心側から外周側に向かって伸びる一対の直線状隔壁113aと、同心の一対の弧状隔壁113bとによって区画形成されている。図2-2の(b)に示す実施態様においては、セルの流路に直交する断面において、複数のセル115はそれぞれが六角形状であり、柱状ハニカム構造部の中心側から外周側に向かって伸びる一対の直線状隔壁113cと、当該一対の隔壁113cを連結する中心側及び外周側のそれぞれの折れ線状隔壁113dと、によって区画形成されている。なお、図2-2において、点線で示されている箇所は図示されている部分と同様に複数のセルが放射状に配列されていることを意味する。 A plurality of cells may be arranged radially in a cross section orthogonal to the cell flow path. FIG. 2-2 shows an example in which a plurality of cells are arranged radially with respect to the second embodiment described later. In the example shown in FIG. 2-2, each of the plurality of cells has a pair of partition walls extending from the center side of the columnar honeycomb structure toward the outer peripheral side, and partition walls on the central side and the outer peripheral side connecting the pair of partition walls. And, the partition is formed by. More specifically, in the example shown in FIG. 2-2 (a), in the cross section orthogonal to the cell flow path, each of the plurality of cells 115 is directed from the center side to the outer peripheral side of the columnar honeycomb structure portion. It is partitioned by a pair of extending linear partition walls 113a and a pair of concentric arc-shaped partition walls 113b. In the embodiment shown in FIG. 2-2 (b), in the cross section orthogonal to the cell flow path, each of the plurality of cells 115 has a hexagonal shape, and the columnar honeycomb structure portion is directed from the center side to the outer peripheral side. The partition is formed by a pair of extending linear partition walls 113c and a polygonal linear partition wall 113d on the center side and the outer peripheral side connecting the pair of partition walls 113c. In addition, in FIG. 2-2, the part shown by the dotted line means that a plurality of cells are arranged radially in the same manner as the part shown in the figure.

ガス流量を確保するという観点から、柱状ハニカム構造部の各底面積の大きさ(柱状ハニカム構造部が中空状である場合は、その部分を除く。)の下限は、50cm2以上とすることが好ましく、70cm2以上とすることがより好ましく、100cm2以上とすることが更により好ましい。ヒーターエレメントをコンパクトにするという観点から、柱状ハニカム構造部の各底面積の大きさの上限は、300cm2以下とすることが好ましく、200cm2以下とすることがより好ましく、更には150cm2以下とすることが更により好ましい。柱状ハニカム構造部の各底面積の大きさは、例えば50~300cm2とすることができる。 From the viewpoint of ensuring the gas flow rate, the lower limit of the size of each bottom area of the columnar honeycomb structure (excluding the hollow columnar honeycomb structure if it is hollow) should be 50 cm 2 or more. It is more preferably 70 cm 2 or more, and even more preferably 100 cm 2 or more. From the viewpoint of making the heater element compact, the upper limit of the size of each bottom area of the columnar honeycomb structure is preferably 300 cm 2 or less, more preferably 200 cm 2 or less, and further 150 cm 2 or less. It is even more preferable to do so. The size of each bottom area of the columnar honeycomb structure can be, for example, 50 to 300 cm 2 .

ヒーターエレメントをコンパクトにするという観点から、柱状ハニカム構造部の高さ(各セルの流路長さ)の上限は、例えば40mm以下とすることが好ましく、20mm以下とすることがより好ましく、10mm以下とすることが更により好ましく、5mm以下とすることが更により好ましい。加熱性能及び強度を確保するという観点からは、柱状ハニカム構造部の高さ(各セルの流路長さ)の下限は3mm以上とすることが好ましい。柱状ハニカム構造部の高さ(各セルの流路長さ)は、例えば3~40mmとすることができる。 From the viewpoint of making the heater element compact, the upper limit of the height of the columnar honeycomb structure (flow path length of each cell) is preferably, for example, 40 mm or less, more preferably 20 mm or less, and 10 mm or less. It is even more preferable that the thickness is 5 mm or less, and even more preferably. From the viewpoint of ensuring heating performance and strength, the lower limit of the height of the columnar honeycomb structure (flow path length of each cell) is preferably 3 mm or more. The height of the columnar honeycomb structure (flow path length of each cell) can be, for example, 3 to 40 mm.

通電時の初期電流が過大になることを抑制するという観点及び通風抵抗を抑えて送風機の出力を抑制するという観点から、隔壁を薄くすることが有利である。従って、ハニカム構造部における隔壁113の平均厚みの上限は、0.15mm以下であることが好ましく、0.13mm以下であることがより好ましく、0.10mm以下であることがさらに好ましい。但し、ハニカム構造部の強度を確保するという観点からは、隔壁113の平均厚みの下限は、0.02mm以上であることが好ましく、0.04mm以上であることがより好ましく、0.06mm以上であることが更により好ましい。 It is advantageous to make the partition wall thin from the viewpoint of suppressing the initial current at the time of energization from becoming excessive and from the viewpoint of suppressing the ventilation resistance and suppressing the output of the blower. Therefore, the upper limit of the average thickness of the partition wall 113 in the honeycomb structure portion is preferably 0.15 mm or less, more preferably 0.13 mm or less, and further preferably 0.10 mm or less. However, from the viewpoint of ensuring the strength of the honeycomb structure portion, the lower limit of the average thickness of the partition wall 113 is preferably 0.02 mm or more, more preferably 0.04 mm or more, and 0.06 mm or more. It is even more preferable to have.

本発明において、隔壁の厚みは、セルの流路に直交する断面において、隣接するセルの重心同士を線分で結んだときに当該線分が隔壁を横切る長さを指す。隔壁の平均厚みは、すべての隔壁の厚みの平均値を指す。 In the present invention, the thickness of the partition wall refers to the length at which the line segment crosses the partition wall when the centers of gravity of adjacent cells are connected by a line segment in a cross section orthogonal to the flow path of the cell. The average thickness of partition walls refers to the average value of the thickness of all partition walls.

柱状ハニカム構造部は、セル密度が40セル/cm2以上であることが好ましく、80セル/cm2以上であることがより好ましい。先述した隔壁の平均厚みの好適な範囲と組み合わせてセル密度を上記範囲に規制することで、初期電流を抑えながら、急速加熱に適したヒーターエレメントとすることができる。通風抵抗を抑えて送風機の出力を抑制するという観点から、柱状ハニカム構造部は、セル密度が150セル/cm2以下であることが好ましく、120セル/cm2以下であることがより好ましい。本発明において、柱状ハニカム構造部のセル密度は、柱状ハニカム構造部の各底面の面積(柱状ハニカム構造部が中空状である場合は、その部分を除く。)でセル数を除して得られる値である。 The columnar honeycomb structure preferably has a cell density of 40 cells / cm 2 or more, and more preferably 80 cells / cm 2 or more. By limiting the cell density to the above range in combination with the above-mentioned suitable range of the average thickness of the partition wall, it is possible to obtain a heater element suitable for rapid heating while suppressing the initial current. From the viewpoint of suppressing the ventilation resistance and suppressing the output of the blower, the cell density of the columnar honeycomb structure portion is preferably 150 cells / cm 2 or less, and more preferably 120 cells / cm 2 or less. In the present invention, the cell density of the columnar honeycomb structure is obtained by dividing the number of cells by the area of each bottom surface of the columnar honeycomb structure (excluding the hollow columnar honeycomb structure if the columnar honeycomb structure is hollow). The value.

通風抵抗を抑えるという観点から、開口率(OFA)は大きいほうが有利である。従って、柱状ハニカム構造部の各底面における開口率の下限は、0.7以上であることが好ましく、0.75以上であることがより好ましく、0.8以上であることが更により好ましい。また、熱伝導性確保という観点からは、柱状ハニカム構造部の各底面における開口率の上限は0.9以下であることが好ましく、0.88以下であることがより好ましく、0.85以下であることが更により好ましい。本発明において、柱状ハニカム構造部の各底面における開口率は、セルの開口部を含む各底面の面積(柱状ハニカム構造部が中空状である場合は、その部分を除く。)に対する当該底面におけるセルの開口部の面積の比率を指す。 From the viewpoint of suppressing ventilation resistance, it is advantageous to have a large aperture ratio (OFA). Therefore, the lower limit of the aperture ratio on each bottom surface of the columnar honeycomb structure portion is preferably 0.7 or more, more preferably 0.75 or more, and even more preferably 0.8 or more. From the viewpoint of ensuring thermal conductivity, the upper limit of the aperture ratio on each bottom surface of the columnar honeycomb structure is preferably 0.9 or less, more preferably 0.88 or less, and 0.85 or less. It is even more preferable to have. In the present invention, the aperture ratio on each bottom surface of the columnar honeycomb structure is the cell on the bottom surface with respect to the area of each bottom surface including the opening of the cell (if the columnar honeycomb structure is hollow, that portion is excluded). Refers to the ratio of the area of the opening of.

柱状ハニカム構造部の材質は、通電によって発熱可能な材質であれば特に制限はなく、金属やセラミックス等を使用可能である。外気又は車室内空気のようなガスが、柱状ハニカム構造部の一方の底面から流入してから、複数のセル115を通過し、他方の底面から流出するまでに、当該ガスは発熱する柱状ハニカム構造部からの伝熱によって加熱されることが可能である。特に、耐熱性と導電性の両立の観点から、柱状ハニカム構造部の材質は、Si結合SiC又はSiCを主成分とするものであることが好ましく、Si結合SiC又はSiCであることが更に好ましい。柱状ハニカム構造部の電気抵抗率を下げるために、ケイ化タンタル(TaSi2)及び/又はケイ化クロム(CrSi2)を配合することもできる。柱状ハニカム構造部がSi結合SiCを主成分とするというのは、柱状ハニカム構造部がSi結合SiC(合計質量)を、ハニカム構造部全体の90質量%以上含有していることを意味する。ここで、Si結合SiCは、骨材としての炭化珪素粒子、及び炭化珪素粒子を結合させる結合材としての珪素を含有するものである。また、柱状ハニカム構造部がSiCを主成分とするというのは、柱状ハニカム構造部がSiC(合計質量)を、ハニカム構造部全体の90質量%以上含有していることを意味する。 The material of the columnar honeycomb structure is not particularly limited as long as it can generate heat by energization, and metal, ceramics, or the like can be used. A columnar honeycomb structure in which a gas such as outside air or vehicle interior air generates heat from flowing in from one bottom surface of the columnar honeycomb structure to passing through a plurality of cells 115 and flowing out from the other bottom surface. It can be heated by heat transfer from the part. In particular, from the viewpoint of achieving both heat resistance and conductivity, the material of the columnar honeycomb structure portion preferably contains Si-bonded SiC or SiC as a main component, and more preferably Si-bonded SiC or SiC. In order to reduce the electrical resistivity of the columnar honeycomb structure, tantalum silicate (TaSi 2 ) and / or chromium silicate (CrSi 2 ) can also be blended. The fact that the columnar honeycomb structure portion contains Si-bonded SiC as a main component means that the columnar honeycomb structure portion contains Si-bonded SiC (total mass) in an amount of 90% by mass or more of the entire honeycomb structure portion. Here, the Si-bonded SiC contains silicon carbide particles as an aggregate and silicon as a binder for binding silicon carbide particles. Further, the fact that the columnar honeycomb structure portion contains SiC as a main component means that the columnar honeycomb structure portion contains SiC (total mass) in an amount of 90% by mass or more of the entire honeycomb structure portion.

柱状ハニカム構造部の材質としては、チタン酸バリウムに代表されるPTC(Positive Temperature Coefficient)材料を採用することも可能である。つまり、柱状ハニカム構造部自体が、温度が上昇してキュリー点を超えると急激に抵抗値が上昇して電気が流れにくくなるという特性を有していてもよい。しかしながら、熱伝導率、強度、適切な電気抵抗を満足するハニカム材料選定という観点からは、Si結合SiC又はSiCのようなNTC(Negative Temperature Coefficient)特性を有する材料が総合的には好ましい。 As the material of the columnar honeycomb structure, it is also possible to use a PTC (Positive Temperature Coefficient) material typified by barium titanate. That is, the columnar honeycomb structure itself may have a characteristic that when the temperature rises and exceeds the Curie point, the resistance value rises sharply and it becomes difficult for electricity to flow. However, from the viewpoint of selecting a honeycomb material that satisfies thermal conductivity, strength, and appropriate electrical resistance, a material having NTC (Negative Temperature Coefficient) characteristics such as Si-bonded SiC or SiC is generally preferable.

(1.1.2 電極部)
ヒーターエレメント100は、柱状ハニカム構造部の外周側壁112の外周側に対向するように形成された一対の電極部120を備える。柱状ハニカム構造部は、一対の電極部間に電圧を印加すると通電してジュール熱により発熱することが可能である。好ましい実施形態においては、一対の電極部120が、ハニカム構造部の中心軸を挟んで、ハニカム構造部の外周側壁112の外周側にセルの流路方向に帯状に延設される。これにより、ハニカム構造体は、一対の電極部120間に電圧を印加した時に、ハニカム構造部内を流れる電流の偏りを抑制することができ、ハニカム構造部内の温度分布の偏りを抑制することができる。各電極部120には電線を拡散接合、機械的な加圧機構、溶接等により接続することができ、例えばバッテリーから電線を介して給電可能である。
(1.1.2 Electrode part)
The heater element 100 includes a pair of electrode portions 120 formed so as to face the outer peripheral side of the outer peripheral side wall 112 of the columnar honeycomb structure portion. When a voltage is applied between the pair of electrode portions, the columnar honeycomb structure portion can be energized and generate heat by Joule heat. In a preferred embodiment, the pair of electrode portions 120 are extended in a band shape in the flow path direction of the cell on the outer peripheral side of the outer peripheral side wall 112 of the honeycomb structure portion with the central axis of the honeycomb structure portion interposed therebetween. As a result, the honeycomb structure can suppress the deviation of the current flowing in the honeycomb structure portion when a voltage is applied between the pair of electrode portions 120, and can suppress the deviation of the temperature distribution in the honeycomb structure portion. .. An electric wire can be connected to each electrode portion 120 by diffusion bonding, a mechanical pressurizing mechanism, welding, or the like, and power can be supplied from a battery, for example, via the electric wire.

各電極部120は、例えばCu、Ag、Al及びSiから選択される少なくとも一種を含有する電極を使用することができる。後述するPTCサーミスタとオーミック接触の得られるオーミック電極を使用することもできる。オーミック電極は、例えば、ベース金属としてAu、Ag及びInから選択される少なくとも一種を含有し、ドーパントとしてn型半導体用のNi、Si、Ge、Sn、Se及びTeから選択される少なくとも一種を含有するオーミック電極を使用することができる。 For each electrode portion 120, for example, an electrode containing at least one selected from Cu, Ag, Al and Si can be used. It is also possible to use an ohmic electrode that can obtain ohmic contact with the PTC thermistor described later. The ohmic electrode contains, for example, at least one selected from Au, Ag and In as the base metal and at least one selected from Ni, Si, Ge, Sn, Se and Te for n-type semiconductors as the dopant. Ohmic electrodes can be used.

一対の電極部120はそれぞれ、柱状ハニカム構造部のセルの流路方向に一方の底面から他方の底面まで延びる帯状に形成することが好ましい。このように、一対の電極部120が、柱状ハニカム構造部の両底面間に亘って配設されていることにより、一対の電極部120間に電圧を印加した時に、柱状ハニカム構造部内を流れる電流の偏りをより効果的に抑制することができる。そして、柱状ハニカム構造部内を流れる電流の偏りを抑制することにより、ハニカム構造部内の温度分布の偏りをより効果的に抑制することができる。「一対の電極部はそれぞれ、柱状ハニカム構造部のセルの流路方向に一方の底面から他方の底面まで延びる帯状に形成されている」とは、各電極部120の一方のセル流路方向端部が柱状ハニカム構造部の一方の底面の周縁に接し、且つ、各電極部120の他方のセル流路方向端部が柱状ハニカム構造部の他方の底面の周縁に接していることを意味する。 It is preferable that each of the pair of electrode portions 120 is formed in a band shape extending from one bottom surface to the other bottom surface in the flow path direction of the cell of the columnar honeycomb structure portion. As described above, since the pair of electrode portions 120 are arranged between both bottom surfaces of the columnar honeycomb structure portion, the current flowing in the columnar honeycomb structure portion when a voltage is applied between the pair of electrode portions 120. The bias can be suppressed more effectively. Then, by suppressing the bias of the current flowing in the columnar honeycomb structure portion, the bias of the temperature distribution in the honeycomb structure portion can be suppressed more effectively. "The pair of electrode portions are each formed in a band shape extending from one bottom surface to the other bottom surface in the cell flow path direction of the columnar honeycomb structure portion" means that one of the cell flow path direction ends of each electrode portion 120 is formed. It means that the portion is in contact with the peripheral edge of one bottom surface of the columnar honeycomb structure portion, and the end portion of each electrode portion 120 in the direction of the other cell flow path is in contact with the peripheral edge of the other bottom surface of the columnar honeycomb structure portion.

(1.1.3 PTCサーミスタ)
ヒーターエレメント100は、柱状ハニカム構造部の外周側壁112と一対の電極部120の少なくとも一方の電極部120との間に挟まれた位置で、当該柱状ハニカム構造部の外周側壁112を被覆するように配設されたPTCサーミスタ122を備える。このようなサンドイッチ構造を有することで、柱状ハニカム構造部からの熱は迅速にPTCサーミスタ122に伝えられるので、柱状ハニカム構造部が過剰発熱したときに、PTCサーミスタ122が速やかに作動し、電極部120を介して柱状ハニカム構造部を通る電流を抑制することが可能となる。PTCサーミスタ122は、柱状ハニカム構造部の外周側壁112と一対の電極部120の一方の電極部120との間に挟まれた位置にのみ設けてもよいし、柱状ハニカム構造部の外周側壁112と一対の電極部120の両方の電極部120との間に挟まれた位置に設けてもよい。PTCサーミスタを両方の電極部に対して設ける場合は、電流の偏りを防止するため、各電極部用のPTCサーミスタ同士を分離させて設けることが好ましい。
(1.1.3 PTC thermistor)
The heater element 100 covers the outer peripheral side wall 112 of the columnar honeycomb structure portion at a position sandwiched between the outer peripheral side wall 112 of the columnar honeycomb structure portion and at least one electrode portion 120 of the pair of electrode portions 120. The PTC thermistor 122 is provided. By having such a sandwich structure, the heat from the columnar honeycomb structure portion is quickly transferred to the PTC thermistor 122. Therefore, when the columnar honeycomb structure portion overheats, the PTC thermistor 122 operates quickly and the electrode portion. It is possible to suppress the current passing through the columnar honeycomb structure via 120. The PTC thermistor 122 may be provided only at a position sandwiched between the outer peripheral side wall 112 of the columnar honeycomb structure portion and one of the electrode portions 120 of the pair of electrode portions 120, or may be provided with the outer peripheral side wall 112 of the columnar honeycomb structure portion. It may be provided at a position sandwiched between the pair of electrode portions 120 and both electrode portions 120. When the PTC thermistors are provided for both electrode portions, it is preferable to provide the PTC thermistors for each electrode portion separately in order to prevent current bias.

過熱防止性能を高めるという観点から、柱状ハニカム構造部の容積Vに対する、PTCサーミスタ122によって柱状ハニカム構造部の外周側壁112が被覆される部分の合計面積Sの比(S/V)の下限は、0.1cm2/cm3以上であることが好ましく、0.2cm2/cm3以上であることがより好ましく、0.4cm2/cm3以上であることが更により好ましい。また、円断面、四角断面の単純形状の側面全てを覆う以上に複雑形状にしてS/Vを稼ぐことは可能ではあるが電流の分布が複雑化して温度分布に不均一を生じやすくなってしまうので、単純形状を維持する観点から、S/Vの上限は、0.8cm2/cm3以下であることが好ましく、0.7cm2/cm3以下であることがより好ましく、0.6cm2/cm3以下であることが更により好ましい。ここで、ハニカムの容積Vは、柱状ハニカム構造部の外形寸法に基づいて測定される容積値を指す(中空部分は容積Vに算入しない。)。また、合計面積Sは、PTCサーミスタが複数設置されている場合には、複数のPTCサーミスタによって柱状ハニカム構造部の外周側壁が被覆される部分の合計面積を指す。 From the viewpoint of enhancing the overheat prevention performance, the lower limit of the ratio (S / V) of the total area S of the portion covered by the outer peripheral side wall 112 of the columnar honeycomb structure portion by the PTC thermistor 122 with respect to the volume V of the columnar honeycomb structure portion is It is preferably 0.1 cm 2 / cm 3 or more, more preferably 0.2 cm 2 / cm 3 or more, and even more preferably 0.4 cm 2 / cm 3 or more. In addition, although it is possible to obtain S / V by making the shape more complicated than covering all the sides of the simple shape of the circular cross section and the square cross section, the current distribution becomes complicated and the temperature distribution tends to be non-uniform. Therefore, from the viewpoint of maintaining the simple shape, the upper limit of S / V is preferably 0.8 cm 2 / cm 3 or less, more preferably 0.7 cm 2 / cm 3 or less, and 0.6 cm 2 or less. It is even more preferable that it is / cm 3 or less. Here, the volume V of the honeycomb refers to a volume value measured based on the external dimensions of the columnar honeycomb structure portion (the hollow portion is not included in the volume V). Further, the total area S refers to the total area of the portion where the outer peripheral side wall of the columnar honeycomb structure portion is covered by the plurality of PTC thermistors when a plurality of PTC thermistors are installed.

S/Vを大きくするために、PTCサーミスタによって柱状ハニカム構造部の外周側壁が被覆される部分の合計面積Sを大きくすると、各電極部用に配設したPTCサーミスタ同士の距離が短くなるので、ハニカム構造部内の電気伝導経路が短い部分ができてしまう。この場合、電気抵抗が低いためその部分に電流が集中して流れてしまい、局所的に高温になり、温度の不均一が生じる。そこで、ハニカム構造部中の電気伝導経路が短くなってしまう部分は電気伝導に関して絶縁し、熱伝導は可能な状態にすると、PTCサーミスタへの熱の伝わりは良好なので過熱防止効果に優れ、かつ、電気伝導経路の短い部分を作らないので、ハニカム構造部内での発熱均一性が向上するという効果が得られる。 If the total area S of the portion covered with the outer peripheral side wall of the columnar honeycomb structure portion by the PTC thermistor is increased in order to increase the S / V, the distance between the PTC thermistors arranged for each electrode portion becomes short. There will be a short electrical conduction path in the honeycomb structure. In this case, since the electric resistance is low, the current is concentrated and flows in that portion, the temperature becomes locally high, and the temperature becomes non-uniform. Therefore, if the portion of the honeycomb structure where the electrical conduction path is shortened is insulated with respect to electrical conduction and heat conduction is possible, heat transfer to the PTC thermista is good, so the effect of preventing overheating is excellent, and Since the short portion of the electric conduction path is not formed, the effect of improving the heat generation uniformity in the honeycomb structure can be obtained.

従って、本発明に係るヒーターエレメントは一実施形態において、
前記柱状ハニカム構造部の外周側壁と前記一対の電極部の各電極部との間に挟まれた位置にPTCサーミスタがそれぞれ配設されており、
少なくとも一方のPTCサーミスタの一部と、前記柱状ハニカム構造部の外周側壁との間に位置する電気絶縁層であって、前記一対の電極部に電圧を印加したときのハニカム構造部内における電流分布の均一性を高めることが可能な位置に延設された電気絶縁層を更に備える。
Therefore, the heater element according to the present invention is, in one embodiment,.
A PTC thermistor is disposed at a position sandwiched between the outer peripheral side wall of the columnar honeycomb structure portion and each electrode portion of the pair of electrode portions.
An electrically insulating layer located between a part of at least one PTC thermistor and the outer peripheral side wall of the columnar honeycomb structure portion, and the current distribution in the honeycomb structure portion when a voltage is applied to the pair of electrode portions. It is further provided with an electrically insulating layer extended at a position where the uniformity can be enhanced.

好ましい実施形態において、電気絶縁層はそれぞれのPTCサーミスタの一部と、前記柱状ハニカム構造部の外周側壁との間に挟まれた位置に一対配設される。 In a preferred embodiment, a pair of electrically insulating layers are arranged at positions sandwiched between a part of each PTC thermistor and the outer peripheral side wall of the columnar honeycomb structure portion.

前記一対の電極部に電圧を印加したときのハニカム構造部内における電流分布の均一性を高めることが可能な電気絶縁層の配設位置としては、各電極部用に配設したPTCサーミスタ同士が周方向に最も近接する各PTCサーミスタの端縁部が挙げられる。電気絶縁層は各PTCサーミスタの一方の端縁部に設けてもよいし、各PTCサーミスタの両方の端縁部に設けてもよい。ここで、周方向とはハニカム構造部の高さ方向(セルの延びる方向)に垂直な方向を指す。 As the arrangement position of the electric insulating layer capable of improving the uniformity of the current distribution in the honeycomb structure portion when a voltage is applied to the pair of electrode portions, the PTC thermistors arranged for each electrode portion are peripheral to each other. The edge of each PTC thermistor closest to the direction is mentioned. The electrically insulating layer may be provided on one edge of each PTC thermistor, or may be provided on both edges of each PTC thermistor. Here, the circumferential direction refers to a direction perpendicular to the height direction (direction in which the cell extends) of the honeycomb structure portion.

前記外周側壁がPTCサーミスタによって被覆される部分の合計面積Sに対する、当該合計面積Sから前記外周側壁が前記電気絶縁層に接する部分の面積を除いた面積Seの比率(Se/S)は小さいほうが、ハニカム構造部内での発熱均一性が向上するという効果が得られやすい。一方で、Se/Sが小さすぎると過昇温防止効果が低下しやすくなる。このため、好ましい実施形態においては0.3≦Se/S<1を満たし、より好ましい実施形態においては、0.3≦Se/S≦0.8を満たし、更により好ましい実施形態においては0.4≦Se/S≦0.7を満たす。 The smaller the ratio (Se / S) of the area Se to the total area S of the portion where the outer peripheral side wall is covered with the PTC thermistor, excluding the area of the portion where the outer peripheral side wall is in contact with the electrical insulating layer from the total area S. , It is easy to obtain the effect of improving the heat generation uniformity in the honeycomb structure. On the other hand, if Se / S is too small, the effect of preventing overheating tends to decrease. Therefore, 0.3 ≦ Se / S <1 is satisfied in the preferred embodiment, 0.3 ≦ Se / S ≦ 0.8 is satisfied in the more preferable embodiment, and 0. 4 ≦ Se / S ≦ 0.7 is satisfied.

例えば、図1-4には、図1-2の実施形態に対して、ハニカム構造部の外周側壁112とPTCサーミスタ122の間に電気絶縁層118を部分的に挟むように改変した変形例が示されている。図1-4の実施形態においては、一対の対向するPTCサーミスタ122はそれぞれ、外周側壁112の電圧印加面及び当該電圧印加面に対して垂直な外周側壁112の隣接側面に断面L字状に延設されている。電気絶縁層118は、各PTCサーミスタ122と外周側壁112の間に挟まれた位置で、外周側壁112の当該隣接側面を被覆するように設置されている。 For example, FIG. 1-4 shows a modification of the embodiment of FIG. 1-2 modified so that the electrical insulating layer 118 is partially sandwiched between the outer peripheral side wall 112 of the honeycomb structure portion and the PTC thermistor 122. It is shown. In the embodiment of FIG. 1-4, the pair of opposing PTC thermistors 122 extend in an L-shaped cross section on the voltage application surface of the outer peripheral side wall 112 and the adjacent side surface of the outer peripheral side wall 112 perpendicular to the voltage application surface, respectively. It is set up. The electrical insulating layer 118 is installed so as to cover the adjacent side surface of the outer peripheral side wall 112 at a position sandwiched between each PTC thermistor 122 and the outer peripheral side wall 112.

電気絶縁層118の材質としては、特に制限はないが、例えば、SiO2、Al23、MgO、ZrO2、TiO2、CeO2等の酸化物や、AlN、Si34等の窒化物が挙げられる。これらは単独で使用してもよいし、二種以上を組み合わせて使用してもよい。電気絶縁層118の形成方法としては乾式法及び湿式法が挙げられる。乾式法としては、CVD(化学蒸着)法、PVD(物理蒸着)法、イオンプレーティング法、スパッタリング法及び静電スプレー法が例示される。湿式法としては、電気絶縁層形成用スラリーを外周側壁の所定位置に塗布し、乾燥させた後、焼成する方法が例示される。 The material of the electrically insulating layer 118 is not particularly limited, but for example, oxides such as SiO 2, Al 2 O 3 , MgO, ZrO 2 , TiO 2 , and CeO 2 and nitrides such as AlN and Si 3 N 4 are nitrided. Things can be mentioned. These may be used alone or in combination of two or more. Examples of the method for forming the electrically insulating layer 118 include a dry method and a wet method. Examples of the dry method include a CVD (chemical vapor deposition) method, a PVD (physical vapor deposition) method, an ion plating method, a sputtering method, and an electrostatic spray method. Examples of the wet method include a method in which a slurry for forming an electric insulating layer is applied to a predetermined position on the outer peripheral side wall, dried, and then fired.

PTCサーミスタ122は、少なくとも一方の電極部120が柱状ハニカム構造部の外周側壁112と直接接触する部分がないように配設されることが好ましい。当該構成によればPTCサーミスタが作動したときに、電流経路を完全に遮断することが可能となるので、過熱防止性能を高める効果が得られる。 The PTC thermistor 122 is preferably arranged so that at least one of the electrode portions 120 does not come into direct contact with the outer peripheral side wall 112 of the columnar honeycomb structure portion. According to this configuration, when the PTC thermistor is operated, the current path can be completely cut off, so that the effect of enhancing the overheat prevention performance can be obtained.

PTC特性を有するという観点から、PTCサーミスタ122は、チタン酸バリウムを主成分とする材料で構成されるセラミックスであることが好ましく、チタン酸バリウムを70質量%以上含有する材料で構成されるセラミックスであることがより好ましく、チタン酸バリウムを90質量%以上含有する材料で構成されるセラミックスであることが更により好ましい。当該セラミックスは希土類元素等の添加物を一種又は二種以上含有することが所望のPTC特性を得る上で好ましい。添加物としては、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuのような半導体化剤、Sr、Sn及びZrのような低温側のシフター、(Bi-Na)、(Bi-K)のような高温側のシフター、Mnのような特性改善剤、酸化バナジウム及び酸化イットリウムのような金属酸化物(特に希土類元素の酸化物)、並びに、カーボンブラック及びニッケルのような導電体粉末が挙げられる。このほかのPTC材料として、クリストバライト相SiO2を母材とし導電フィラーを含む複合材がある。クリストバライト相SiO2母材の代替にトリジマイト相SiO2、クリストバライト相AlPO4、トリジマイト相AlPO4を用いることもできる。 From the viewpoint of having PTC characteristics, the PTC thermistor 122 is preferably a ceramic composed of a material containing barium titanate as a main component, and is a ceramic composed of a material containing 70% by mass or more of barium titanate. It is more preferable that the ceramic is made of a material containing 90% by mass or more of barium titanate. It is preferable that the ceramics contain one or more additives such as rare earth elements in order to obtain desired PTC characteristics. Additives include semiconductor agents such as Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu, and low temperatures such as Sr, Sn and Zr. Side shifters, high temperature side shifters such as (Bi-Na), (Bi-K), property improvers such as Mn, metal oxides such as vanadium oxide and ytterbium oxide (especially oxides of rare earth elements). , And conductor powders such as carbon black and nickel. Other PTC materials include composite materials containing cristobalite phase SiO 2 as a base material and a conductive filler. As a substitute for the cristobalite phase SiO 2 base material, tridimite phase SiO 2 , cristobalite phase AlPO 4 , and tridimite phase AlPO 4 can also be used.

PTCサーミスタ122を構成する材料のキュリー点の下限値は、暖房用に空気を効率良く加熱する観点から、100℃以上であることが好ましく、125℃以上であることがより好ましく、150℃以上であることが更により好ましい。また、PTCサーミスタ122を構成する材料のキュリー点の上限値は、車室または車室近傍に置かれる部品としての安全性の観点から、250℃以下であることが好ましく、225℃以下であることがより好ましく、200℃以下であることが更により好ましい。 The lower limit of the Curie point of the material constituting the PTC thermistor 122 is preferably 100 ° C. or higher, more preferably 125 ° C. or higher, and 150 ° C. or higher from the viewpoint of efficiently heating air for heating. It is even more preferable to have. Further, the upper limit of the Curie point of the material constituting the PTC thermistor 122 is preferably 250 ° C. or lower, preferably 225 ° C. or lower, from the viewpoint of safety as a component placed in or near the vehicle interior. Is more preferable, and it is even more preferable that the temperature is 200 ° C. or lower.

PTCサーミスタ122を構成する材料のキュリー点は、シフターの種類及び添加量によって調整可能である。例えば、チタン酸バリウム(BaTiO3)のキュリー点は約120℃であるが、Ba及びTiの一部をSr、Sn及びZrの一種以上で置換することにより、キュリー点を低温側にシフトさせることができる。また、Baの一部をPbで置換することにより、キュリー温度を高温側にシフトさせることができる。 The Curie point of the material constituting the PTC thermistor 122 can be adjusted by the type of shifter and the amount of addition. For example, the Curie point of barium titanate (BaTIO 3 ) is about 120 ° C., but the Curie point is shifted to the low temperature side by substituting a part of Ba and Ti with one or more of Sr, Sn and Zr. Can be done. Further, by substituting a part of Ba with Pb, the Curie temperature can be shifted to the high temperature side.

本発明において、キュリー点は以下の方法により測定される。試料を測定用の試料ホルダーに取りつけ、測定槽(例:MINI-SUBZERO MC-810P タバイ エスペック社製)内に装着して、10℃から昇温したときの温度変化に対する試料の電気抵抗の変化を直流抵抗計(例:マルチメーター3478A YHP製)を用いて測定する。測定により得られた電気抵抗-温度プロットにより、抵抗値が20℃における抵抗値の2倍になるときの温度をキュリー点とする。 In the present invention, the Curie point is measured by the following method. The sample is attached to a sample holder for measurement, mounted in a measuring tank (eg, MINI-SUBZERO MC-810P manufactured by Tabi Espec), and the change in the electrical resistance of the sample with respect to the temperature change when the temperature rises from 10 ° C. Measure using a DC resistance meter (eg, multimeter 3478A manufactured by YHP). According to the electrical resistance-temperature plot obtained by the measurement, the temperature at which the resistance value becomes twice the resistance value at 20 ° C. is defined as the Curie point.

PTCサーミスタ122の平均厚みの下限は、過熱防止性能を高めるという観点から、0.5mm以上であることが好ましく、1mm以上であることがより好ましく、2mm以上であることが更により好ましい。PTCサーミスタ122の平均厚みの上限は、全体としての初期電気抵抗値を過剰に大きくしないという観点から、50mm以下であることが好ましく、40mm以下であることがより好ましく、30mm以下であることが更により好ましい。PTCサーミスタ122の平均厚みは、セルの流路に直交する断面でPTCサーミスタ122の厚みを任意に10か所以上測定したときの平均値として求める。 The lower limit of the average thickness of the PTC thermistor 122 is preferably 0.5 mm or more, more preferably 1 mm or more, still more preferably 2 mm or more, from the viewpoint of enhancing the overheat prevention performance. The upper limit of the average thickness of the PTC thermistor 122 is preferably 50 mm or less, more preferably 40 mm or less, and further preferably 30 mm or less, from the viewpoint of not excessively increasing the initial electric resistance value as a whole. More preferred. The average thickness of the PTC thermistor 122 is obtained as an average value when the thickness of the PTC thermistor 122 is arbitrarily measured at 10 or more points in a cross section orthogonal to the flow path of the cell.

(1.2 ヒーターエレメントの第二実施形態)
図2には、本発明の第二実施形態に係るヒーターエレメント200についての、模式的な斜視図が示されている。ヒーターエレメント200は、外周側壁112と、内周側壁117と、外周側壁112及び内周側壁117の間に配設され、一方の底面から他方の底面まで流体の流路を形成する複数のセル115を区画形成する隔壁113と、を有する通電発熱可能な中空状ハニカム構造部を備える。また、ヒーターエレメント200は、中空状ハニカム構造部の外周側壁112の外周側に形成された外側電極部120aと、中空状ハニカム構造部の内周側壁117の内周側に形成された内側電極部120bを備える。また、ヒーターエレメント200は、中空状ハニカム構造部の内周側壁117と内側電極部120bとの間に挟まれた位置で、中空状ハニカム構造部の内周側壁117を被覆するように配設されている、及び/又は、中空状ハニカム構造部の外周側壁112と外側電極部120aとの間に挟まれた位置で、中空状ハニカム構造部の外周側壁112を被覆するように配設されている、PTCサーミスタ122を備える。
(1.2 Second Embodiment of Heater Element)
FIG. 2 shows a schematic perspective view of the heater element 200 according to the second embodiment of the present invention. The heater element 200 is arranged between the outer peripheral side wall 112, the inner peripheral side wall 117, the outer peripheral side wall 112, and the inner peripheral side wall 117, and forms a flow path of the fluid from one bottom surface to the other bottom surface. A hollow honeycomb structure portion capable of generating heat by energization is provided with a partition wall 113 for forming a partition. Further, the heater element 200 has an outer electrode portion 120a formed on the outer peripheral side of the outer peripheral side wall 112 of the hollow honeycomb structure portion and an inner electrode portion formed on the inner peripheral side of the inner peripheral side wall 117 of the hollow honeycomb structure portion. 120b is provided. Further, the heater element 200 is arranged so as to cover the inner peripheral side wall 117 of the hollow honeycomb structure portion at a position sandwiched between the inner peripheral side wall 117 of the hollow honeycomb structure portion and the inner electrode portion 120b. And / or arranged so as to cover the outer peripheral side wall 112 of the hollow honeycomb structure portion at a position sandwiched between the outer peripheral side wall 112 of the hollow honeycomb structure portion and the outer electrode portion 120a. , PTC thermista 122.

(1.2.1 柱状ハニカム構造部)
中空状ハニカム構造部の全体形状及びセルの形状は、中空状であるという限定がある点を除き、第一実施形態で述べた柱状ハニカム構造部における説明と同様であるので、詳細な説明を省略する。但し、第二実施形態においては、電極部が中空状ハニカム構造部の外周側及び内周側の両方に配置されているため、セルを放射状に配列することで、電気が径方向に流れやすくなる。このため、セルを放射状に配列することは、本実施形態のように電極部を中空状ハニカム構造部の外周側及び内周側の両方に配置するときに均一加熱性能が高くなるという点で特に有利である。
(1.2.1 Columnar honeycomb structure)
The overall shape of the hollow honeycomb structure and the shape of the cell are the same as those described in the columnar honeycomb structure described in the first embodiment, except that the hollow honeycomb structure is limited, and therefore detailed description thereof is omitted. do. However, in the second embodiment, since the electrode portions are arranged on both the outer peripheral side and the inner peripheral side of the hollow honeycomb structure portion, by arranging the cells radially, electricity easily flows in the radial direction. .. Therefore, arranging the cells in a radial pattern is particularly advantageous in that the uniform heating performance is improved when the electrode portions are arranged on both the outer peripheral side and the inner peripheral side of the hollow honeycomb structure portion as in the present embodiment. It is advantageous.

中空状ハニカム構造部の各底面積の大きさ、高さ、隔壁の平均厚み、セル密度、開口率、及び材質は、第一実施形態で述べた柱状ハニカム構造部における説明と同様であるので詳細な説明を省略する。 The size, height, average thickness of the partition wall, cell density, aperture ratio, and material of each bottom area of the hollow honeycomb structure are the same as those described in the columnar honeycomb structure described in the first embodiment. Explanation is omitted.

PTC材料がハニカムと接触する面積を確保する観点から、セルの流路に直交する断面において、中空部分及びセル開口部を含む中空状ハニカム構造部全体の断面積に対する中空部分の占める面積の割合は、5%以上であることが好ましく、10%以上であることがより好ましい。また、ハニカム部を十分確保し、ガスの流動抵抗を抑える観点から、セルの流路に直交する断面において、中空部分及びセル開口部を含む中空状ハニカム構造部全体の断面積に対する中空部分の占める面積の割合は、80%以下であることが好ましく、60%以下であることがより好ましく、50%以下であることが更により好ましい。なお、中空部分の占める面積の算出には電極部及びPTCサーミスタは考慮しない。 From the viewpoint of ensuring the area where the PTC material contacts the honeycomb, the ratio of the area occupied by the hollow portion to the cross-sectional area of the entire hollow honeycomb structure including the hollow portion and the cell opening in the cross section orthogonal to the cell flow path is It is preferably 5% or more, and more preferably 10% or more. Further, from the viewpoint of sufficiently securing the honeycomb portion and suppressing the flow resistance of the gas, the hollow portion occupies the cross-sectional area of the entire hollow honeycomb structure including the hollow portion and the cell opening in the cross section orthogonal to the cell flow path. The area ratio is preferably 80% or less, more preferably 60% or less, and even more preferably 50% or less. The electrode portion and the PTC thermistor are not considered in the calculation of the area occupied by the hollow portion.

(1.2.2 電極部)
ヒーターエレメント200は、中空状ハニカム構造部の外周側壁112の外周側に形成された外側電極部120aと、中空状ハニカム構造部の内周側壁117の内周側に形成された内側電極部120bを備える。中空状ハニカム構造部は、一対の電極部間に電圧を印加すると通電してジュール熱により発熱することが可能である。好ましい実施形態においては、均一発熱の観点から、外側電極部120aは中空状ハニカム構造部の外周側壁の外周側全体を被覆するように形成される。また、好ましい実施形態においては、均一発熱の観点から、内側電極部120bは、中空状ハニカム構造部の内周側壁117の内周側全体を被覆するように形成される。これにより、ハニカム構造体は、一対の電極部120a、120b間に電圧を印加した時に、ハニカム構造部内を流れる電流の偏りを抑制することができ、ハニカム構造部内の温度分布の偏りを抑制することができる。内側電極部120bは、図2-2の(a)に示すように、ハニカム構造部の中空部分を完全に閉塞するように設けることも可能であり、これによって、ヒーターエレメントの構造強度を高めることができる。各電極部120a、120bには電線を拡散接合、機械的な加圧機構、溶接等により接続することができ、例えばバッテリーから電線を介して給電可能である。
(1.2.2 Electrode part)
The heater element 200 includes an outer electrode portion 120a formed on the outer peripheral side of the outer peripheral side wall 112 of the hollow honeycomb structure portion and an inner electrode portion 120b formed on the inner peripheral side of the inner peripheral side wall 117 of the hollow honeycomb structure portion. Be prepared. The hollow honeycomb structure can be energized by applying a voltage between the pair of electrodes and generate heat by Joule heat. In a preferred embodiment, from the viewpoint of uniform heat generation, the outer electrode portion 120a is formed so as to cover the entire outer peripheral side of the outer peripheral side wall of the hollow honeycomb structure portion. Further, in a preferred embodiment, from the viewpoint of uniform heat generation, the inner electrode portion 120b is formed so as to cover the entire inner peripheral side of the inner peripheral side wall 117 of the hollow honeycomb structure portion. As a result, the honeycomb structure can suppress the deviation of the current flowing in the honeycomb structure portion when a voltage is applied between the pair of electrode portions 120a and 120b, and suppress the deviation of the temperature distribution in the honeycomb structure portion. Can be done. As shown in FIG. 2-2 (a), the inner electrode portion 120b can be provided so as to completely close the hollow portion of the honeycomb structure portion, thereby increasing the structural strength of the heater element. Can be done. An electric wire can be connected to each of the electrode portions 120a and 120b by diffusion bonding, a mechanical pressurizing mechanism, welding, or the like, and power can be supplied from a battery, for example, via the electric wire.

各電極部120a、120bの材質は、第一実施形態で述べた電極部における説明と同様であるので詳細な説明を省略する。 Since the materials of the electrode portions 120a and 120b are the same as those described in the electrode portions described in the first embodiment, detailed description thereof will be omitted.

(1.2.3 PTCサーミスタ)
ヒーターエレメント200は、中空状ハニカム構造部の内周側壁117と内側電極部120bとの間に挟まれた位置で、中空状ハニカム構造部の内周側壁117を被覆するように配設されているPTCサーミスタ122を備えることができる。代替的に又は追加的に、ヒーターエレメント200は、中空状ハニカム構造部の外周側壁112と外側電極部120aとの間に挟まれた位置で、中空状ハニカム構造部の外周側壁112を被覆するように配設されている、PTCサーミスタ122を備える。
(12.3 PTC thermistor)
The heater element 200 is arranged so as to cover the inner peripheral side wall 117 of the hollow honeycomb structure portion at a position sandwiched between the inner peripheral side wall 117 of the hollow honeycomb structure portion and the inner electrode portion 120b. A PTC thermistor 122 can be provided. Alternatively or additionally, the heater element 200 covers the outer peripheral side wall 112 of the hollow honeycomb structure at a position sandwiched between the outer peripheral side wall 112 of the hollow honeycomb structure and the outer electrode portion 120a. The PTC thermistor 122 is provided.

このようなPTCサーミスタのサンドイッチ構造を有することで、柱状ハニカム構造部からの熱は迅速にPTCサーミスタ122に伝えられるので、柱状ハニカム構造部が過剰発熱したときに、PTCサーミスタ122が速やかに作動し、電極部120を介して柱状ハニカム構造部を通る電流を抑制することが可能となる。過熱防止性能を高めるという観点からは、被覆面積を大きくすることができる外周電極側に少なくともPTCサーミスタが配設されていることが好ましい。 By having such a sandwich structure of the PTC thermistor, the heat from the columnar honeycomb structure portion is rapidly transferred to the PTC thermistor 122, so that the PTC thermistor 122 operates quickly when the columnar honeycomb structure portion overheats. It is possible to suppress the current passing through the columnar honeycomb structure portion via the electrode portion 120. From the viewpoint of enhancing the overheat prevention performance, it is preferable that at least the PTC thermistor is arranged on the outer peripheral electrode side where the covering area can be increased.

過熱防止性能を高めるという観点から、柱状ハニカム構造部の容積Vに対する、PTCサーミスタ122によって中空状ハニカム構造部の内周側壁及び/又は外周側壁112が被覆される部分の合計面積Sの比(S/V)の下限は、0.1cm2/cm3以上であることが好ましく、0.2cm2/cm3以上であることがより好ましく、0.4cm2/cm3以上であることが更により好ましい。また、単純形状を維持する観点から、S/Vの上限は、0.8cm2/cm3以下であることが好ましく、0.7cm2/cm3以下であることがより好ましく、0.6cm2/cm3以下であることが更により好ましい。ここで、ハニカムの容積Vは、柱状ハニカム構造部の外形寸法に基づいて測定される容積値を指す(中空部分は容積Vに算入しない。)。また、合計面積Sは、PTCサーミスタが複数設置されている場合には、複数のPTCサーミスタによって柱状ハニカム構造部の内周側壁及び/又は外周側壁が被覆される部分の合計面積を指す。 From the viewpoint of enhancing the overheat prevention performance, the ratio of the total area S of the portion covered with the inner peripheral side wall and / or the outer peripheral side wall 112 of the hollow honeycomb structure portion by the PTC thermistor 122 to the volume V of the columnar honeycomb structure portion (S). The lower limit of / V) is preferably 0.1 cm 2 / cm 3 or more, more preferably 0.2 cm 2 / cm 3 or more, and even more preferably 0.4 cm 2 / cm 3 or more. preferable. Further, from the viewpoint of maintaining a simple shape, the upper limit of S / V is preferably 0.8 cm 2 / cm 3 or less, more preferably 0.7 cm 2 / cm 3 or less, and 0.6 cm 2 or less. It is even more preferable that it is / cm 3 or less. Here, the volume V of the honeycomb refers to a volume value measured based on the external dimensions of the columnar honeycomb structure portion (the hollow portion is not included in the volume V). Further, the total area S refers to the total area of the portion where the inner peripheral side wall and / or the outer peripheral side wall of the columnar honeycomb structure portion is covered by the plurality of PTC thermistors when a plurality of PTC thermistors are installed.

PTCサーミスタ122が中空状ハニカム構造部の内周側壁117を被覆するように配設されている場合、当該PTCサーミスタ122は内側電極部120bが中空状ハニカム構造部の内周側壁117と直接接触する部分がないように配設されていることが好ましい。同様に、PTCサーミスタ122が中空状ハニカム構造部の外周側壁112を被覆するように配設されている場合、当該PTCサーミスタ122は外側電極部120aが中空状ハニカム構造部の外周側壁112と直接接触する部分がないように配設されていることが好ましい。当該構成によればPTCサーミスタが作動したときに、電流経路を完全に遮断することが可能となるので、過熱防止性能を高める効果が得られる。 When the PTC thermistor 122 is arranged so as to cover the inner peripheral side wall 117 of the hollow honeycomb structure portion, the inner electrode portion 120b of the PTC thermistor 122 comes into direct contact with the inner peripheral side wall 117 of the hollow honeycomb structure portion. It is preferable that they are arranged so that there are no portions. Similarly, when the PTC thermistor 122 is arranged so as to cover the outer peripheral side wall 112 of the hollow honeycomb structure portion, the outer electrode portion 120a of the PTC thermistor 122 is in direct contact with the outer peripheral side wall 112 of the hollow honeycomb structure portion. It is preferable that the arrangement is made so that there is no portion to be formed. According to this configuration, when the PTC thermistor is operated, the current path can be completely cut off, so that the effect of enhancing the overheat prevention performance can be obtained.

第二実施形態におけるPTCサーミスタ122の材質、キュリー点及び平均厚みは、第一実施形態で述べたPTCサーミスタにおける説明と同様であるので詳細な説明を省略する。 Since the material, Curie point, and average thickness of the PTC thermistor 122 in the second embodiment are the same as those in the PTC thermistor described in the first embodiment, detailed description thereof will be omitted.

(2.ヒーターエレメントの使用方法)
本発明に係るヒーターエレメントは、例えば、一対の電極間に電圧を印加することで発熱させることができる。印加電圧としては、急速加熱の観点から、200V以上の電圧を印加することが好ましく、250V以上の電圧を印加することがより好ましい。先述したように、本発明に係るヒーターエレメントは高電圧を印加したときにでも初期電流を抑えることができるので、安全性が高い。また、安全仕様が重くならないため、ヒーター周りの機器を低コストで製造可能である。
(2. How to use the heater element)
The heater element according to the present invention can generate heat by applying a voltage between a pair of electrodes, for example. As the applied voltage, from the viewpoint of rapid heating, it is preferable to apply a voltage of 200 V or more, and it is more preferable to apply a voltage of 250 V or more. As described above, the heater element according to the present invention is highly safe because it can suppress the initial current even when a high voltage is applied. In addition, since the safety specifications do not become heavy, the equipment around the heater can be manufactured at low cost.

ヒーターエレメントが、電圧の印加によって発熱しているときに、セルにガスを流すことで、ガスを加熱することができる。セルに流入するガスの温度としては、例えば-60℃~20℃とすることができ、典型的には-10℃~20℃とすることができる。 When the heater element is generating heat by applying a voltage, the gas can be heated by flowing the gas through the cell. The temperature of the gas flowing into the cell can be, for example, −60 ° C. to 20 ° C., and typically −10 ° C. to 20 ° C.

(3.ヒーターエレメントの製造方法)
次に、本発明に係るヒーターエレメントを製造する方法について例示的に説明する。
(3. Manufacturing method of heater element)
Next, a method for manufacturing the heater element according to the present invention will be exemplified.

(3.1 ハニカム構造部の作製)
柱状ハニカム構造部(中空状ハニカム構造部を含む)の作製は、公知のハニカム構造体の製造方法に準じて行うことができる。例えば、まず、炭化珪素粉末(炭化珪素)に、金属珪素粉末(金属珪素)、バインダ、界面活性剤、造孔材、水等を添加して成形原料を作製する。炭化珪素粉末の質量と金属珪素の質量との合計に対して、金属珪素の質量が10~40質量%となるようにすることが好ましい。尚、これは、ハニカム構造部の材質を、Si結合SiCとする場合の成形原料の配合であり、ハニカム構造部の材質をSiCとする場合には、金属珪素は添加しない。
(3.1 Fabrication of honeycomb structure)
The columnar honeycomb structure portion (including the hollow honeycomb structure portion) can be manufactured according to a known method for manufacturing a honeycomb structure. For example, first, a metal silicon powder (metal silicon), a binder, a surfactant, a pore-forming material, water, or the like is added to silicon carbide powder (silicon carbide) to prepare a molding raw material. It is preferable that the mass of the metallic silicon is 10 to 40% by mass with respect to the total of the mass of the silicon carbide powder and the mass of the metallic silicon. It should be noted that this is a blending of molding raw materials when the material of the honeycomb structure portion is Si-bonded SiC, and when the material of the honeycomb structure portion is SiC, metallic silicon is not added.

バインダとしては、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロポキシルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等を挙げることができる。これらの中でも、メチルセルロースとヒドロキシプロポキシルセルロースとを併用することが好ましい。バインダの含有量は、炭化珪素粉末及び金属珪素粉末の合計質量を100質量部としたときに、2.0~10.0質量部であることが好ましい。 Examples of the binder include methyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, hydroxypropoxyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, polyvinyl alcohol and the like. Among these, it is preferable to use methyl cellulose and hydroxypropoxyl cellulose in combination. The binder content is preferably 2.0 to 10.0 parts by mass when the total mass of the silicon carbide powder and the metallic silicon powder is 100 parts by mass.

水の含有量は、炭化珪素粉末及び金属珪素粉末の合計質量を100質量部としたときに、20~60質量部であることが好ましい。 The water content is preferably 20 to 60 parts by mass when the total mass of the silicon carbide powder and the metallic silicon powder is 100 parts by mass.

界面活性剤としては、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等を用いることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。界面活性剤の含有量は、炭化珪素粉末及び金属珪素粉末の合計質量を100質量部としたときに、0.1~2.0質量部であることが好ましい。 As the surfactant, ethylene glycol, dextrin, fatty acid soap, polyalcohol and the like can be used. These may be used individually by 1 type, or may be used in combination of 2 or more types. The content of the surfactant is preferably 0.1 to 2.0 parts by mass when the total mass of the silicon carbide powder and the metallic silicon powder is 100 parts by mass.

造孔材としては、焼成後に気孔となるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、グラファイト、澱粉、発泡樹脂、吸水性樹脂、シリカゲル等を挙げることができる。造孔材の含有量は、炭化珪素粉末及び金属珪素粉末の合計質量を100質量部としたときに、0.5~10.0質量部であることが好ましい。 The pore-forming material is not particularly limited as long as it becomes pores after firing, and examples thereof include graphite, starch, foamed resin, water-absorbent resin, silica gel, and the like. The content of the pore-forming material is preferably 0.5 to 10.0 parts by mass when the total mass of the silicon carbide powder and the metallic silicon powder is 100 parts by mass.

次に、得られた成形原料を混練して坏土を形成した後、坏土を押出成形してハニカム成形体を作製する。押出成形に際しては、所望の全体形状、セル形状、隔壁厚み、セル密度等を有する口金を用いることができる。 Next, the obtained molding raw materials are kneaded to form a clay, and then the clay is extruded to produce a honeycomb molded body. In extrusion molding, a base having a desired overall shape, cell shape, partition wall thickness, cell density and the like can be used.

次いで、得られたハニカム成形体を乾燥する。乾燥工程においては、例えば、熱風乾燥、マイクロ波乾燥、誘電乾燥、減圧乾燥、真空乾燥、凍結乾燥等の従来公知の乾燥方法を用いることができる。なかでも、成形体全体を迅速かつ均一に乾燥することができる点で、熱風乾燥と、マイクロ波乾燥又は誘電乾燥とを組み合わせた乾燥方法が好ましい。 Then, the obtained honeycomb molded body is dried. In the drying step, conventionally known drying methods such as hot air drying, microwave drying, dielectric drying, vacuum drying, vacuum drying, and freeze drying can be used. Among them, a drying method combining hot air drying and microwave drying or dielectric drying is preferable in that the entire molded product can be dried quickly and uniformly.

次いで、乾燥後のハニカム成形体に対して焼成を行うことで柱状ハニカム構造部を作製可能である。焼成の前にバインダを除去するための脱脂工程を行うこともできる。焼成条件は、ハニカム成形体の材質によって適宜決定することができる。例えば、柱状ハニカム構造部の材質がSi結合SiCを主成分とする場合、ハニカム成形体をAr等の不活性ガス雰囲気中においてSiC粒子間をSi金属が結合する条件で焼成することにより、柱状ハニカム構造部を作製することができる。 Next, the columnar honeycomb structure can be produced by firing the dried honeycomb molded body. A degreasing step to remove the binder can also be performed before firing. The firing conditions can be appropriately determined depending on the material of the honeycomb molded body. For example, when the material of the columnar honeycomb structure is mainly composed of Si-bonded SiC, the columnar honeycomb is formed by firing the honeycomb molded body in an inert gas atmosphere such as Ar under the condition that the Si metal is bonded between the SiC particles. The structural part can be manufactured.

焼成炉としては、特に限定されないが、電気炉、ガス炉等を用いることができる。 The firing furnace is not particularly limited, but an electric furnace, a gas furnace, or the like can be used.

(3.2 PTCサーミスタの作製)
PTCサーミスタは例えば以下の手順により作製可能である。セラミックス原料に、分散媒及びバインダを含有する原料組成物を混ぜ合わせ、混練してペースト又はスラリーを調製する。原料組成物中には分散剤、半導体化剤、シフター、金属酸化物、特性改善剤、導電体粉末等の添加剤を必要に応じて配合することができる。
(3.2 Preparation of PTC thermistor)
The PTC thermistor can be manufactured, for example, by the following procedure. A raw material composition containing a dispersion medium and a binder is mixed with the ceramic raw material and kneaded to prepare a paste or slurry. Additives such as a dispersant, a semiconductor agent, a shifter, a metal oxide, a property improving agent, and a conductor powder can be added to the raw material composition, if necessary.

セラミックス原料は、焼成後に残存し、セラミックスとしてPTCサーミスタの骨格を構成する部分の原料である。セラミックス原料は例えば粉末の形態で提供することができる。セラミックス原料としては、チタン酸バリウムの主成分となるTiO2やBaCO3など酸化物や炭酸塩原料が使用可能である。また、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuのような半導体化剤、Sr、Sn及びZrのような低温側のシフター、(Bi-Na)、(Bi-K)のような高温側のシフター、Mnのような特性改善剤等も、酸化物や炭酸塩、あるいは焼成後酸化物になるシュウ酸塩を用いてもよい。導電率を制御するため、カーボンブラック及びニッケルのような導電体粉末を添加してもよい。 The ceramic raw material remains after firing and is a raw material for the portion constituting the skeleton of the PTC thermistor as ceramics. The ceramic raw material can be provided, for example, in the form of powder. As the ceramic raw material, oxides and carbonate raw materials such as TiO 2 and BaCO 3 , which are the main components of barium titanate, can be used. Also, semiconductor agents such as Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu, and low temperature shifters such as Sr, Sn and Zr. , (Bi-Na), (Bi-K) and other high temperature shifters, Mn and other property improvers, even if oxides, carbonates, or oxalates that become oxides after firing are used. good. Conductor powders such as carbon black and nickel may be added to control conductivity.

分散媒としては、水、又は水とアルコール等の有機溶媒との混合溶媒等を挙げることができるが、特に水を好適に用いることができる。 Examples of the dispersion medium include water or a mixed solvent of water and an organic solvent such as alcohol, and water can be particularly preferably used.

バインダとしては、メチルセルロース、ヒドロキシプロポキシルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等の有機バインダを例示することができる。特に、メチルセルロース及びヒドロキシプロポキシルセルロースを併用することが好適である。また、バインダの含有量は、成形体の強度を維持する観点から、セラミックス原料100質量部に対して4質量部以上であることが好ましく、5質量部以上であるのがより好ましく、6質量部以上であるのが更により好ましい。バインダの含有量は、バインダ除去加熱における成形体の割れを抑制する観点から、セラミックス原料100質量部に対して9質量部以下であることが好ましく、8質量部以下であるのがより好ましく、7質量部以下であるのが更により好ましい。バインダは、1種類を単独で使用するものであっても、2種類以上を組み合わせて使用するものであってもよい。 Examples of the binder include organic binders such as methyl cellulose, hydroxypropoxyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, and polyvinyl alcohol. In particular, it is preferable to use methyl cellulose and hydroxypropoxyl cellulose in combination. Further, from the viewpoint of maintaining the strength of the molded product, the binder content is preferably 4 parts by mass or more, more preferably 5 parts by mass or more, and 6 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the ceramic raw material. The above is even more preferable. The binder content is preferably 9 parts by mass or less, more preferably 8 parts by mass or less, and 7 by mass with respect to 100 parts by mass of the ceramic raw material, from the viewpoint of suppressing cracking of the molded product during binder removal heating. It is even more preferably less than or equal to parts by mass. The binder may be one that uses one type alone or one that uses two or more types in combination.

分散剤には、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等の界面活性剤を用いることができる。分散剤は、1種類を単独で使用するものであっても、2種類以上を組み合わせて使用するものであってもよい。分散剤の含有量は、セラミックス原料100質量部に対して0~2質量部であることが好ましい。 As the dispersant, a surfactant such as ethylene glycol, dextrin, fatty acid soap, or polyalcohol can be used. The dispersant may be used alone or in combination of two or more. The content of the dispersant is preferably 0 to 2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the ceramic raw material.

次いで、得られたペースト又はスラリーをハニカム構造体の外周側壁及び/又は内周側壁の所望の場所に塗布後、ペースト又はスラリーを焼成する。焼成の前に、バインダ等を除去するため、仮焼成を行ってもよい。焼成条件としては、窒素、アルゴン、真空等の不活性雰囲気において、950~1300℃で、10分~120分加熱することが好ましい。 Next, the obtained paste or slurry is applied to desired locations on the outer peripheral side wall and / or the inner peripheral side wall of the honeycomb structure, and then the paste or slurry is fired. Prior to firing, temporary firing may be performed to remove the binder and the like. As the firing conditions, it is preferable to heat at 950 to 1300 ° C. for 10 to 120 minutes in an inert atmosphere such as nitrogen, argon or vacuum.

代替的に、PTCサーミスタは、先述した原料組成物を混練して坏土を得て、所望のPTCサーミスタ形状に成形し、次いで、乾燥、脱脂及び焼成を行うことで作製してもよい。焼成条件は、PTCサーミスタの材質によって適宜決定することができる。例えば、PTCサーミスタの材質がチタン酸バリウムを主成分とする場合、焼成温度は、1100~1400℃が好ましく、1200~1300℃が更に好ましい。また、焼成時間は、1~4時間程度とすることが好ましい。作製したPTCサーミスタは、ハニカム構造体の外周側壁及び/又は内周側壁の所望の場所に、メタライズ接合(ロウ付け)、拡散接合、無機接着剤などの方法で接合することができる。 Alternatively, the PTC thermistor may be produced by kneading the raw material composition described above to obtain clay, forming it into a desired PTC thermistor shape, and then drying, degreasing and firing. The firing conditions can be appropriately determined depending on the material of the PTC thermistor. For example, when the material of the PTC thermistor contains barium titanate as a main component, the firing temperature is preferably 1100 to 1400 ° C, more preferably 1200 to 1300 ° C. The firing time is preferably about 1 to 4 hours. The produced PTC thermistor can be bonded to a desired location on the outer peripheral side wall and / or the inner peripheral side wall of the honeycomb structure by a method such as metallizing bonding (brazing), diffusion bonding, or an inorganic adhesive.

(3.3 電極部の形成)
このようにして得られたPTCサーミスタ付きハニカム構造部には、電極部を接合することができる。電極部は、PTCサーミスタの表面上に、スパッタリング、蒸着、電解析出、化学析出のような金属析出法によって形成することができる。また、電極部は、PTCサーミスタの表面上に電極ペーストを塗布した後、焼き付けることによって形成することもできる。更には溶射によって形成することもできる。いずれの方法によっても、PTCサーミスタの表面にコーティングされた電極部を形成することができる。電極部は単層で構成してもよいが、組成の異なる複数の電極層で構成することもできる。例えば、電極部の厚みはペーストの焼付けでは5~30μm程度、スパッタリング及び蒸着のような乾式めっきでは100~1000nm程度、溶射では10~100μm程度、電解析出及び化学析出のような湿式めっきでは5~30μm程度とすることが好ましい。内側電極部は、ハニカム構造部の中空部分を完全に閉塞するように設けることも可能であり、これによって、ヒーターエレメントの構造強度を高めることができる。
(3.3 Formation of electrode part)
An electrode portion can be joined to the honeycomb structure portion with a PTC thermistor thus obtained. The electrode portion can be formed on the surface of the PTC thermistor by a metal precipitation method such as sputtering, vapor deposition, electrolytic precipitation, or chemical precipitation. Further, the electrode portion can also be formed by applying the electrode paste on the surface of the PTC thermistor and then baking the electrode portion. Furthermore, it can also be formed by thermal spraying. By either method, the electrode portion coated on the surface of the PTC thermistor can be formed. The electrode portion may be composed of a single layer, but may also be composed of a plurality of electrode layers having different compositions. For example, the thickness of the electrode portion is about 5 to 30 μm for baking paste, about 100 to 1000 nm for dry plating such as sputtering and vapor deposition, about 10 to 100 μm for thermal spraying, and 5 for wet plating such as electrolytic precipitation and chemical precipitation. It is preferably about 30 μm. The inner electrode portion can also be provided so as to completely close the hollow portion of the honeycomb structure portion, whereby the structural strength of the heater element can be increased.

(4.車室暖房用ヒーター)
図3には、本発明の一実施形態に係る車室暖房用ヒーター300の構成が模式的に示されている。本実施形態に係るヒーターは、本発明に係るヒーターエレメント100(又は200)、外気又は車室130内空気とヒーターエレメント100(又は200)の一方の底面114を連通する流入配管132(132a、132b)、ヒーターエレメント100(又は200)に電圧を印加するためのバッテリー134、及びヒーターエレメント100(又は200)の他方の底面116と車室130内空気を連通する流出配管136を備える。
(4. Heater for heating the passenger compartment)
FIG. 3 schematically shows the configuration of the vehicle interior heating heater 300 according to the embodiment of the present invention. The heater according to the present embodiment is an inflow pipe 132 (132a, 132b) that communicates the heater element 100 (or 200) according to the present invention, the outside air or the air inside the vehicle interior 130, and the bottom surface 114 of one of the heater elements 100 (or 200). ), A battery 134 for applying a voltage to the heater element 100 (or 200), and an outflow pipe 136 for communicating the air in the passenger compartment 130 with the other bottom surface 116 of the heater element 100 (or 200).

ヒーターエレメント100(又は200)は、例えば、バッテリー134と電線119で接続し、その途中の電源スイッチをONにすることでヒーターエレメント100(又は200)を通電発熱するように構成することが可能である。 The heater element 100 (or 200) can be configured to energize and generate heat by connecting to the battery 134 with an electric wire 119 and turning on the power switch in the middle of the connection, for example. be.

ヒーターエレメント100(又は200)の上流側又は下流側には送風機138を設置することができる。高電圧の部品をできるだけ車室から離して配置して安全を確保する観点から、送風機はヒーターエレメント100(又は200)の下流側に設置することが好ましい。送風機138を駆動すると、車室内又は車室外から空気が流入配管132(132a、132b)を通ってヒーターエレメント100(又は200)に流入する。発熱中のヒーターエレメント100(又は200)を通過する間に空気は加熱される。加熱された空気は、ヒーターエレメント100(又は200)から流出し、流出配管136を通って車室内に送られる。流出配管出口は車室内でも特に暖房効果の高くなるよう乗員の足元近傍に配置しても良いし、座席シート内へ配管出口を配置して座席シートを内側から温めるようにしても良いし、ウィンドウ近傍に配置してウィンドウの曇りを抑制する効果を合わせ持たせても良い。 A blower 138 can be installed on the upstream side or the downstream side of the heater element 100 (or 200). The blower is preferably installed on the downstream side of the heater element 100 (or 200) from the viewpoint of arranging the high voltage parts as far away from the passenger compartment as possible to ensure safety. When the blower 138 is driven, air flows into the heater element 100 (or 200) from the inside or outside of the vehicle through the inflow pipes 132 (132a, 132b). The air is heated while passing through the heating element 100 (or 200) during heat generation. The heated air flows out from the heater element 100 (or 200) and is sent into the vehicle interior through the outflow pipe 136. The outflow pipe outlet may be placed near the occupant's feet so that the heating effect is particularly high even in the passenger compartment, or the pipe outlet may be placed inside the seat to warm the seat from the inside, or the window. It may be arranged in the vicinity to have the effect of suppressing fogging of the window.

図3の実施形態に係る車室暖房用ヒーター300は、外気とヒーターエレメント100(又は200)の一方の底面114を連通する流入配管132aを備える。更に、図3の実施形態に係る車室暖房用ヒーターは、車室130内空気とヒーターエレメント100(又は200)の一方の底面114を連通する流入配管132bを備える。流入配管132aと流入配管132bは途中で合流する。流入配管132a及び流入配管132bには、合流地点よりも上流側において、バルブ139(139a、139b)を設置することができる。バルブ139(139a、139b)の開閉を制御することで、外気をヒーターエレメント100(又は200)に導入するモードと、車室130内空気をヒーターエレメント100(又は200)に導入するモードの間で切り替えることができる。例えば、バルブ139aを開き、バルブ139bを閉じると、外気をヒーターエレメント100(又は200)に導入するモードとなる。バルブ139a及びバルブ139bの両者を開いて、外気及び車室130内空気を同時にヒーターエレメント100(又は200)に導入することも可能である。 The vehicle interior heating heater 300 according to the embodiment of FIG. 3 includes an inflow pipe 132a that communicates the outside air with the bottom surface 114 of one of the heater elements 100 (or 200). Further, the vehicle interior heating heater according to the embodiment of FIG. 3 includes an inflow pipe 132b that communicates the air inside the vehicle interior 130 with the bottom surface 114 of one of the heater elements 100 (or 200). The inflow pipe 132a and the inflow pipe 132b merge in the middle. Valves 139 (139a and 139b) can be installed in the inflow pipe 132a and the inflow pipe 132b on the upstream side of the confluence. By controlling the opening and closing of the valve 139 (139a, 139b), between the mode in which the outside air is introduced into the heater element 100 (or 200) and the mode in which the air inside the passenger compartment 130 is introduced into the heater element 100 (or 200). You can switch. For example, when the valve 139a is opened and the valve 139b is closed, the mode is set in which the outside air is introduced into the heater element 100 (or 200). It is also possible to open both the valve 139a and the valve 139b to simultaneously introduce the outside air and the air inside the passenger compartment 130 into the heater element 100 (or 200).

本発明のヒーターは蒸気圧縮ヒートポンプを主暖房装置として採用している車両の補助ヒーターとして使用することができ、その場合には上記のように直接車室へ送風しない場合も想定される。その場合には上記説明の“車室”を“主暖房装置の送風配管の一部”と置き換える形での設置がされることでも良い。また、車室からの戻り配管にはさらに分岐してバルブを介して車外へ排気する経路を設けても良いが、車外への排気は、蒸気圧縮ヒートポンプを用いた主暖房装置の方で行っても良いし、別の排気システムと連動して行っても良い。 The heater of the present invention can be used as an auxiliary heater for a vehicle that employs a steam compression heat pump as a main heating device, and in that case, it is assumed that air is not directly blown to the vehicle interior as described above. In that case, the "vehicle compartment" described above may be installed in a form of replacing "a part of the ventilation pipe of the main heating device". Further, the return pipe from the passenger compartment may be further branched to provide a path for exhausting to the outside of the vehicle via a valve, but the exhaust to the outside of the vehicle is performed by the main heating device using a steam compression heat pump. It may be done in conjunction with another exhaust system.

以下、本発明及びその利点をより理解するための実施例を挙げるが本発明は実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, examples for better understanding the present invention and its advantages will be given, but the present invention is not limited to the examples.

<実施例1~6>
(1.ハニカム構造部の作製)
表1に記載に示す寸法を有する直方体状のSi結合SiC製ハニカム構造部を、公知の方法で成形及び焼成することで作製した。何れの実施例においてもハニカム構造部の材料組成は同じである。当該ハニカム構造部の隔壁平均厚みは0.13mm、セル密度は60セル/cm2、セルの流路に直交する断面におけるセル形状は正方形、開口率は0.806とした。表1中、a及びbはハニカム構造部の各底辺の長さ、cはハニカム構造部の高さ(セルの流路の長さ)を示す。表1中、Vはハニカム構造部の容積、TSは外周側壁の全面積を示す。
<Examples 1 to 6>
(1. Fabrication of honeycomb structure)
A rectangular parallelepiped Si-bonded SiC honeycomb structure having the dimensions shown in Table 1 was produced by molding and firing by a known method. In all the examples, the material composition of the honeycomb structure is the same. The average thickness of the partition wall of the honeycomb structure was 0.13 mm, the cell density was 60 cells / cm 2 , the cell shape in the cross section orthogonal to the cell flow path was square, and the aperture ratio was 0.806. In Table 1, a and b indicate the length of each base of the honeycomb structure, and c indicates the height of the honeycomb structure (the length of the flow path of the cell). In Table 1, V indicates the volume of the honeycomb structure portion, and TS indicates the total area of the outer peripheral side wall.

(2.PTCサーミスタの形成)
チタン酸バリウムの原料であるTiO2及びBaCO3に、分散媒、バインダ、シフター等を配合したペーストを調製し、上記のハニカム構造部の外周側壁の所定の位置に塗布後、ペーストを焼成することで、実施例の番号に応じて表1に示す各種仕様のPTCサーミスタをハニカム構造部の外周側壁に対向するようにして一対形成した。なお、実施例5及び実施例6においては、PTCサーミスタによって被覆すべきハニカム構造部の外周側壁の一部にCVD法によって電気絶縁層(酸化シリコン膜)を形成した後に、PTCサーミスタを形成した。
(2. Formation of PTC thermistor)
A paste in which a dispersion medium, a binder, a shifter, etc. are mixed with TiO 2 and BaCO 3 , which are raw materials for barium titanate, is prepared, applied to a predetermined position on the outer peripheral side wall of the honeycomb structure, and then fired. Then, a pair of PTC thermistors of various specifications shown in Table 1 were formed so as to face the outer peripheral side wall of the honeycomb structure portion according to the numbers of the examples. In Examples 5 and 6, the PTC thermistor was formed after forming an electrically insulating layer (silicon oxide film) on a part of the outer peripheral side wall of the honeycomb structure to be covered by the PTC thermistor by the CVD method.

表1中、被覆面積Sは、PTCサーミスタによって外周側壁が被覆される合計面積を示す。表1中、キュリー点は、実施例で使用したPTCサーミスタと同スペックの試料に対して先述した方法で測定したキュリー点を示す。表1中、S/Vはハニカム構造部の容積Vに対する、PTCサーミスタによってハニカム構造部の外周側壁が被覆される部分の合計面積Sの比を示す。表1中、電気伝導面積は、ハニカム構造部の外周側壁がPTCサーミスタによって被覆される部分の合計面積Sから、ハニカム構造部の外周側壁が電気絶縁層に接する部分の面積を除いた面積Seを示す。実施例5及び実施例6以外は、電気伝導面積は被覆面積Sに等しい。表1中、被覆位置はハニカム構造部を底面側から観察したときのPTCサーミスタ及び電気絶縁層による外周側壁の被覆位置を図示するものである。何れの実施例においても、PTCサーミスタはハニカム構造部の高さ方向全体にわたって延設した。 In Table 1, the covering area S indicates the total area in which the outer peripheral side wall is covered by the PTC thermistor. In Table 1, the Curie point indicates the Curie point measured by the method described above for a sample having the same specifications as the PTC thermistor used in the example. In Table 1, S / V indicates the ratio of the total area S of the portion covered with the outer peripheral side wall of the honeycomb structure portion by the PTC thermistor to the volume V of the honeycomb structure portion. In Table 1, the electric conduction area is the area Se obtained by subtracting the area of the portion where the outer peripheral side wall of the honeycomb structure portion is in contact with the electric insulating layer from the total area S of the portion where the outer peripheral side wall of the honeycomb structure portion is covered with the PTC thermistor. show. Except for Examples 5 and 6, the electric conduction area is equal to the covering area S. In Table 1, the covering position shows the covering position of the outer peripheral side wall by the PTC thermistor and the electrically insulating layer when the honeycomb structure portion is observed from the bottom surface side. In any of the embodiments, the PTC thermistor was extended over the entire height direction of the honeycomb structure.

(3.電極部の形成)
上記のようにして作成したPTCサーミスタ付きのハニカム構造部のPTCサーミスタ表面上に、ガラスフリット混合ペーストを焼き付ける方法によって、タングステンを材質とする電極部(厚み1mm)を形成し、ヒーターエレメントを製造した。何れの実施例においても、電極部はPTCサーミスタの表面全体を過不足なく被覆するように形成したが、ハニカム構造部の外周側壁と直接接触する部分がないように留意した。表1中、実施例1~6において電極部位置が「外」とあるのは、電極部がPTCサーミスタよりも外周側にあることを意味する。
(3. Formation of electrode part)
An electrode portion (thickness 1 mm) made of tungsten was formed on the surface of the PTC thermistor of the honeycomb structure portion with the PTC thermistor prepared as described above by baking a glass frit mixed paste to manufacture a heater element. .. In each of the examples, the electrode portion was formed so as to cover the entire surface of the PTC thermistor without excess or deficiency, but care was taken not to have a portion that directly contacts the outer peripheral side wall of the honeycomb structure portion. In Table 1, when the electrode portion is "outside" in Examples 1 to 6, it means that the electrode portion is on the outer peripheral side of the PTC thermistor.

(4.過昇温防止効果の試験)
上記の手順で得られた各実施例に係るヒーターエレメントの対向する一対の電極部に対して、室温にて200Vの電圧を印加して発熱させたときのハニカム高さ(セルの流路の長さ)方向の中央位置におけるハニカム中心軸付近の最高到達温度を調査した。そして、以下の基準によって、過昇温防止効果を評価した。結果を表1に示す。
D: PTC材料のキュリー温度+100℃以上。
C: PTC材料のキュリー点温度+80℃以上+100℃未満。
B: PTC材料のキュリー点温度+60℃以上+80℃未満。
A: PTC材料のキュリー点温度+60℃未満。
(4. Test of effect of preventing overheating)
Honeycomb height (length of cell flow path) when a voltage of 200 V is applied at room temperature to heat the pair of facing electrode portions of the heater element according to each of the above procedures. The maximum temperature reached near the honeycomb center axis at the center position in the direction was investigated. Then, the effect of preventing overheating was evaluated according to the following criteria. The results are shown in Table 1.
D: Curie temperature of PTC material + 100 ° C or higher.
C: Curie point temperature of PTC material + 80 ° C or higher and lower than + 100 ° C.
B: Curie point temperature of PTC material + 60 ° C or higher and lower than + 80 ° C.
A: Curie point temperature of PTC material is less than + 60 ° C.

(5.ハニカム温度均一性調査)
上記の手順で得られた各実施例に係るヒーターエレメントの対向する一対の電極部に対して、室温にて200Vの電圧を印加して加温したときのハニカム各位置:ハニカム高さ(セルの流路の長さ)方向の中央面内で、一本の対角線上の5点(最外周セル2点、中央セル、およびその中間セル2点)および、一本の辺の中央を結ぶ線上の5点(最外周セル2点、中央セル1点、およびその中間セル2点(但し、中央セルは共通))の計9点の温度分布を熱電対による温度計測の方法によって調査した。そして、以下の基準によって、ハニカム温度均一性を評価した。結果を表1に示す。
D: ハニカム内の最大温度差 100℃以上
C: ハニカム内の最大温度差 60℃以上 100℃未満
B: ハニカム内の最大温度差 30℃以上 60℃未満
A: ハニカム内の最大温度差 30℃未満
(5. Honeycomb temperature uniformity survey)
Each position of the honeycomb when heated by applying a voltage of 200 V at room temperature to the pair of opposite electrode portions of the heater element according to each embodiment obtained in the above procedure: Honeycomb height (of the cell). Within the central plane in the (length of flow path) direction, on a line connecting the center of one side with five points on one diagonal line (two points on the outermost cell, two points on the center cell, and two points in the middle cell). The temperature distribution of 5 points (2 points of the outermost cell, 1 point of the central cell, and 2 points of the intermediate cell (however, the central cell is common)) was investigated by a method of temperature measurement using a thermocouple. Then, the honeycomb temperature uniformity was evaluated according to the following criteria. The results are shown in Table 1.
D: Maximum temperature difference in the honeycomb 100 ° C or more C: Maximum temperature difference in the honeycomb 60 ° C or more and less than 100 ° C B: Maximum temperature difference in the honeycomb 30 ° C or more and less than 60 ° C A: Maximum temperature difference in the honeycomb less than 30 ° C

(6.考察)
表1の結果からわかるように、S/Vが大きくなるにつれて、過昇温防止効果が向上することが分かる。また、ハニカム温度均一性はハニカム中の電気伝導経路長さが比較的短くなってしまう領域を電気絶縁して覆うほうが向上することが分かる。
(6. Consideration)
As can be seen from the results in Table 1, it can be seen that the effect of preventing overheating improves as the S / V increases. Further, it can be seen that the honeycomb temperature uniformity is improved by electrically insulating and covering the region where the length of the electric conduction path in the honeycomb is relatively short.

<比較例1>
実施例1と同様のハニカム構造部を用意した。比較例1では、電極部をハニカム構造部の外周側壁に形成した後にPTCサーミスタを形成した他は実施例1と同様の方法でヒーターエレメントを作製した。表1中、比較例1において電極部位置が「内」とあるのは、電極部がPTCサーミスタよりも内周側にあることを意味する。得られたヒーターエレメントに対して、実施例と同様の方法で、過昇温防止効果の試験及びハニカム温度均一性調査を行った。結果を表1に示す。
<Comparative Example 1>
The same honeycomb structure as in Example 1 was prepared. In Comparative Example 1, a heater element was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrode portion was formed on the outer peripheral side wall of the honeycomb structure portion and then the PTC thermistor was formed. In Table 1, when the electrode portion is "inside" in Comparative Example 1, it means that the electrode portion is on the inner peripheral side of the PTC thermistor. The obtained heater element was tested for the effect of preventing overheating and the honeycomb temperature uniformity was investigated by the same method as in the examples. The results are shown in Table 1.

比較例1では、ハニカム構造部からの熱が電極部を介してPTCサーミスタに伝達するため、応答速度が遅くなった。この結果、過昇温防止効果が実施例1に比べて低下した。 In Comparative Example 1, the heat from the honeycomb structure portion was transferred to the PTC thermistor via the electrode portion, so that the response speed was slowed down. As a result, the effect of preventing overheating was reduced as compared with Example 1.

Figure 0007034047000001
Figure 0007034047000001

Figure 0007034047000002
Figure 0007034047000002

100、200 ヒーターエレメント
112 外周側壁
113 隔壁
114 一方の底面
115 セル
116 他方の底面
117 内周側壁
118 電気絶縁層
119 電線
120 電極部
120a 外側電極部
120b 内側電極部
122 PTCサーミスタ
130 車室
139(139a、139b) バルブ
132(132a、132b) 流入配管
134 バッテリー
136 流出配管
138 送風機
300 車室暖房用ヒーター
100, 200 Heater element 112 Outer side wall 113 Barrier 114 One bottom surface 115 Cell 116 Inner bottom side wall 118 Electrical insulation layer 119 Electric wire 120 Electrode part 120a Outer electrode part 120b Inner electrode part 122 PTC thermista 130 Vehicle room 139 (139a) 139b) Valve 132 (132a, 132b) Inflow pipe 134 Battery 136 Outflow pipe 138 Blower 300 Heater for heating the cabin

Claims (19)

車両の車室暖房用ヒーターエレメントであって、
外周側壁と、外周側壁の内周側に配設され、一方の底面から他方の底面まで流体の流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁とを有する通電発熱可能な柱状ハニカム構造部、
当該柱状ハニカム構造部の外周側壁の外周側に対向するように形成された一対の電極部、及び、
当該柱状ハニカム構造部の外周側壁と前記一対の電極部の少なくとも一方の電極部との間に挟まれた位置で、当該柱状ハニカム構造部の外周側壁を被覆するように配設されたPTCサーミスタ、
を備えた車室暖房用ヒーターエレメント。
It is a heater element for heating the passenger compartment of a vehicle.
A columnar honeycomb structure capable of energizing and generating heat, having an outer peripheral side wall and a partition wall arranged on the inner peripheral side of the outer peripheral side wall and forming a plurality of cells forming a fluid flow path from one bottom surface to the other bottom surface.
A pair of electrode portions formed so as to face the outer peripheral side of the outer peripheral side wall of the columnar honeycomb structure portion, and
A PTC thermistor arranged so as to cover the outer peripheral side wall of the columnar honeycomb structure portion at a position sandwiched between the outer peripheral side wall of the columnar honeycomb structure portion and at least one electrode portion of the pair of electrode portions.
A heater element for heating the passenger compartment.
前記柱状ハニカム構造部の容積Vに対する、前記PTCサーミスタによって前記柱状ハニカム構造部の外周側壁が被覆される部分の合計面積Sの比(S/V)が、0.1cm2/cm3以上である請求項1に記載の車室暖房用ヒーターエレメント。 The ratio (S / V) of the total area S of the portion covered with the outer peripheral side wall of the columnar honeycomb structure by the PTC thermistor to the volume V of the columnar honeycomb structure is 0.1 cm 2 / cm 3 or more. The heater element for heating the passenger compartment according to claim 1. 前記S/Vが、0.2cm2/cm3以上である請求項2に記載の車室暖房用ヒーターエレメント。 The heater element for heating a vehicle interior according to claim 2, wherein the S / V is 0.2 cm 2 / cm 3 or more. 前記複数のセルの流体の流路に直交する方向の断面において、前記複数のセルは放射状に配列されている請求項1~3の何れか一項に記載の車室暖房用ヒーターエレメント。 The heater element for heating a vehicle interior according to any one of claims 1 to 3, wherein the plurality of cells are arranged radially in a cross section in a direction orthogonal to the flow path of the fluid of the plurality of cells. 前記PTCサーミスタは、キュリー点が100℃以上250℃以下のPTC材料で構成される請求項1~4の何れか一項に記載の車室暖房用ヒーターエレメント。 The heater element for heating a vehicle interior according to any one of claims 1 to 4, wherein the PTC thermistor is made of a PTC material having a Curie point of 100 ° C. or higher and 250 ° C. or lower. 前記柱状ハニカム構造部がSi結合SiCを含有する請求項1~5の何れか一項に記載の車室暖房用ヒーターエレメント。 The heater element for heating a vehicle interior according to any one of claims 1 to 5, wherein the columnar honeycomb structure portion contains Si-bonded SiC. 前記PTCサーミスタは、前記少なくとも一方の電極部が前記柱状ハニカム構造部の外周側壁と直接接触する部分がないように配設される請求項1~6の何れか一項に記載の車室暖房用ヒーターエレメント。 The vehicle interior heating according to any one of claims 1 to 6, wherein the PTC thermistor is arranged so that at least one of the electrode portions does not come into direct contact with the outer peripheral side wall of the columnar honeycomb structure portion. Heater element. 前記柱状ハニカム構造部の外周側壁と前記一対の電極部の各電極部との間に挟まれた位置にPTCサーミスタがそれぞれ配設されており、
少なくとも一方のPTCサーミスタの一部と、前記柱状ハニカム構造部の外周側壁との間に位置する電気絶縁層であって、前記一対の電極部に電圧を印加したときのハニカム構造部内における電流分布の均一性を高めることが可能な位置に延設された電気絶縁層を更に備える請求項1~7の何れか一項に記載の車室暖房用ヒーターエレメント。
A PTC thermistor is disposed at a position sandwiched between the outer peripheral side wall of the columnar honeycomb structure portion and each electrode portion of the pair of electrode portions.
An electrically insulating layer located between a part of at least one PTC thermistor and the outer peripheral side wall of the columnar honeycomb structure portion, and the current distribution in the honeycomb structure portion when a voltage is applied to the pair of electrode portions. The heater element for heating a vehicle interior according to any one of claims 1 to 7, further comprising an electrically insulating layer extended at a position capable of enhancing uniformity.
前記外周側壁がPTCサーミスタによって被覆される部分の合計面積Sと、当該合計面積Sから前記外周側壁が前記電気絶縁層に接する部分の面積を除いた面積Seは、0.3≦Se/S<1を満たす請求項8に記載のヒーターエレメント。 The total area S of the portion where the outer peripheral side wall is covered with the PTC thermistor and the area Se obtained by subtracting the area of the portion where the outer peripheral side wall is in contact with the electrical insulating layer from the total area S are 0.3 ≦ Se / S <. The heater element according to claim 8, which satisfies 1. 車両の車室暖房用ヒーターエレメントであって、
外周側壁と、内周側壁と、外周側壁及び内周側壁の間に配設され、一方の底面から他方の底面まで流体の流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁と、を有する通電発熱可能な中空状ハニカム構造部、
当該中空状ハニカム構造部の外周側壁の外周側に形成された外側電極部、
当該中空状ハニカム構造部の内周側壁の内周側に形成された内側電極部、
及び、
当該中空状ハニカム構造部の内周側壁と前記内側電極部との間に挟まれた位置で、当該中空状ハニカム構造部の内周側壁を被覆するように配設されている、及び/又は、当該中空状ハニカム構造部の外周側壁と前記外側電極部との間に挟まれた位置で、当該中空状ハニカム構造部の外周側壁を被覆するように配設されている、PTCサーミスタ、
を備えた車室暖房用ヒーターエレメント。
It is a heater element for heating the passenger compartment of a vehicle.
Energization having an outer peripheral side wall, an inner peripheral side wall, and a partition wall disposed between the outer peripheral side wall and the inner peripheral side wall and partitioning a plurality of cells forming a fluid flow path from one bottom surface to the other bottom surface. Hollow honeycomb structure that can generate heat,
The outer electrode portion formed on the outer peripheral side of the outer peripheral side wall of the hollow honeycomb structure portion,
The inner electrode portion formed on the inner peripheral side of the inner peripheral side wall of the hollow honeycomb structure portion,
as well as,
It is arranged so as to cover the inner peripheral side wall of the hollow honeycomb structure portion at a position sandwiched between the inner peripheral side wall of the hollow honeycomb structure portion and the inner electrode portion, and / or. A PTC thermista, which is arranged so as to cover the outer peripheral side wall of the hollow honeycomb structure portion at a position sandwiched between the outer peripheral side wall of the hollow honeycomb structure portion and the outer electrode portion.
A heater element for heating the passenger compartment.
前記中空状ハニカム構造部の容積Vに対する、前記PTCサーミスタによって前記中空状ハニカム構造部の内周側壁及び/又は外周側壁が被覆される部分の合計面積Sの比(S/V)が、0.1cm2/cm3以上である請求項10に記載の車室暖房用ヒーターエレメント。 The ratio (S / V) of the total area S of the portion covered with the inner peripheral side wall and / or the outer peripheral side wall of the hollow honeycomb structure portion by the PTC thermistor with respect to the volume V of the hollow honeycomb structure portion is 0. The heater element for heating a vehicle interior according to claim 10, which is 1 cm 2 / cm 3 or more. 前記S/Vが、0.2cm2/cm3以上である請求項11に記載の車室暖房用ヒーターエレメント。 The heater element for heating a vehicle interior according to claim 11, wherein the S / V is 0.2 cm 2 / cm 3 or more. 前記複数のセルの流体の流路に直交する方向の断面において、前記複数のセルは放射状に配列されている請求項10~12の何れか一項に記載の車室暖房用ヒーターエレメント。 The heater element for heating a vehicle interior according to any one of claims 10 to 12, wherein the plurality of cells are arranged radially in a cross section in a direction orthogonal to the flow path of the fluid of the plurality of cells. 前記PTCサーミスタは、キュリー点が100℃以上250℃以下のPTC材料で構成される請求項10~13の何れか一項に記載の車室暖房用ヒーターエレメント。 The heater element for heating a vehicle interior according to any one of claims 10 to 13, wherein the PTC thermistor is made of a PTC material having a Curie point of 100 ° C. or higher and 250 ° C. or lower. 前記中空状ハニカム構造部がSi結合SiCを含有する請求項10~14の何れか一項に記載の車室暖房用ヒーターエレメント。 The heater element for heating a vehicle interior according to any one of claims 10 to 14, wherein the hollow honeycomb structure portion contains Si-bonded SiC. 前記PTCサーミスタが中空状ハニカム構造部の内周側壁を被覆するように配設されている場合、当該PTCサーミスタは前記内側電極部が前記中空状ハニカム構造部の内周側壁と直接接触する部分がないように配設され、前記PTCサーミスタが中空状ハニカム構造部の外周側壁を被覆するように配設されている場合、当該PTCサーミスタは前記外側電極部が前記中空状ハニカム構造部の外周側壁と直接接触する部分がないように配設される請求項10~15の何れか一項に記載の車室暖房用ヒーターエレメント。 When the PTC thermistor is arranged so as to cover the inner peripheral side wall of the hollow honeycomb structure portion, the PTC thermistor has a portion where the inner electrode portion directly contacts the inner peripheral side wall of the hollow honeycomb structure portion. When the PTC thermistor is arranged so as not to cover the outer peripheral side wall of the hollow honeycomb structure portion, the outer electrode portion of the PTC thermistor is arranged with the outer peripheral side wall of the hollow honeycomb structure portion. The heater element for heating a passenger compartment according to any one of claims 10 to 15, which is arranged so that there is no portion that comes into direct contact with the heater element. 二つの電極間に200V以上の電圧を印加する請求項1~16の何れか一項に記載のヒーターエレメントの使用方法。 The method for using a heater element according to any one of claims 1 to 16, wherein a voltage of 200 V or more is applied between two electrodes. -60℃~20℃のガスがセルを通過することを含む請求項17に記載のヒーターエレメントの使用方法。 17. The method of using a heater element according to claim 17, wherein a gas of -60 ° C to 20 ° C passes through the cell. 請求項1~16の何れか一項に記載のヒーターエレメント、
外気又は車室内空気と前記ヒーターエレメントの一方の底面を連通する流入配管、
前記ヒーターエレメントに電圧を印加するためのバッテリー、及び
前記ヒーターエレメントの他方の底面と車室内を連通する流出配管、
を備えた車室暖房用ヒーター。
The heater element according to any one of claims 1 to 16.
An inflow pipe that communicates the outside air or vehicle interior air with the bottom surface of one of the heater elements,
A battery for applying a voltage to the heater element, and an outflow pipe that communicates the other bottom surface of the heater element with the passenger compartment.
A heater for heating the passenger compartment.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7255065B2 (en) 2018-10-23 2023-04-11 日本碍子株式会社 Heating device, its manufacturing method, and system

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008215351A (en) 2007-03-06 2008-09-18 Emitec Ges Fuer Emissionstechnologie Mbh Electrically heatable honeycomb body and operation method thereof
JP2014054934A (en) 2012-09-13 2014-03-27 Ngk Insulators Ltd Heater
JP5970210B2 (en) 2012-03-14 2016-08-17 アイリスオーヤマ株式会社 Light bulb shaped LED lamp
US20170055316A1 (en) 2015-08-17 2017-02-23 Betacera Inc. Ceramic heater having enlarged windward area
JP2017180231A (en) 2016-03-29 2017-10-05 日本碍子株式会社 Honeycomb structure and manufacturing method of the same
US20170328651A1 (en) 2016-05-10 2017-11-16 Tom Richards, Inc. Point of dispense heat exchanger for fluids

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5484637A (en) * 1977-12-19 1979-07-05 Ngk Spark Plug Co Ltd Heater for heating fluid
JPS5747507U (en) * 1980-08-30 1982-03-17
JPS5970210A (en) * 1982-10-14 1984-04-20 Nippon Soken Inc Electric heating device for car
JP2507151B2 (en) * 1990-06-29 1996-06-12 シャープ株式会社 Conductive ceramics sintered body and method for producing the same
JPH0866460A (en) * 1994-08-30 1996-03-12 Sharp Corp Deodorizing device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008215351A (en) 2007-03-06 2008-09-18 Emitec Ges Fuer Emissionstechnologie Mbh Electrically heatable honeycomb body and operation method thereof
JP5970210B2 (en) 2012-03-14 2016-08-17 アイリスオーヤマ株式会社 Light bulb shaped LED lamp
JP2014054934A (en) 2012-09-13 2014-03-27 Ngk Insulators Ltd Heater
US20170055316A1 (en) 2015-08-17 2017-02-23 Betacera Inc. Ceramic heater having enlarged windward area
JP2017180231A (en) 2016-03-29 2017-10-05 日本碍子株式会社 Honeycomb structure and manufacturing method of the same
US20170328651A1 (en) 2016-05-10 2017-11-16 Tom Richards, Inc. Point of dispense heat exchanger for fluids

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