JP7467590B2 - 車室暖房用ヒーターエレメント及び車室暖房用ヒーター - Google Patents
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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車室暖房用ヒーターに関する。
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など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。
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は、媒体を電動コンプレッサーによって圧縮し、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る。蒸気圧縮ヒートポンプは、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。
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。
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、チタン酸バリウム系のＰＴＣサーミスタを利用したハニカム状発熱体が、温風暖房機、乾燥機、ヘアドライヤなどの分野に使用されることが記載されている。また、特許文献４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。さらに、特許文献５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。
熱効率の観点からは蒸気圧縮ヒートポンプが優れているが、蒸気圧縮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、蒸気圧縮ヒートポンプを主たる暖房装置として使用しつつ、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。
しかしながら、従来のジュール熱を利用したヒーターは、大型化し易く、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４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、車室暖房用ヒーターとしては適応し難い。また、特許文献５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い。これに対して、特許文献３に記載のＰＴＣサーミスタを利用したハニカム状発熱体は、過剰な発熱を抑制できるため、車室暖房用ヒーターに適用できる可能性がある。
一方、蒸気圧縮ヒートポンプを主暖房装置として使用する車室暖房用ヒーターにハニカムヒーターを配置する場合、上流側に蒸気圧縮ヒートポンプの熱交換器（凝縮器及び蒸発器）が存在するため、熱交換器で発生する結露水がハニカムヒーターに飛散して付着することがある。したがって、特許文献３に記載のハニカム状発熱体を車室暖房用ヒーターに用いる場合、ハニカムヒーターの電気回路が結露水によって短絡する恐れがあることから、この問題を改善する必要があった。
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、ＰＴＣ材料を用いたヒーターエレメントにおいて、結露水などの水分による電気回路の短絡を抑制することが可能な車室暖房用ヒーターエレメント、及びこ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目的とする。
上記課題は、以下の本発明によって解決されるものである。本発明は以下のように特定される。
すなわち、本発明は、外周壁と、外周壁の内側に配設され、第１端面から第２端面まで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柱状ハニカム構造部を備える、空気を加熱するための車両の車室暖房用ヒーターエレメントであって、
前記外周壁及び前記隔壁が、チタン酸バリウムを主成分とし、キュリー点が１５０℃以下であり、且つＰＴＣ特性を有する材料で構成されており、
前記柱状ハニカム構造部の少なくとも一部を被覆する気孔率が５％以下の絶縁膜を更に備え、前記絶縁膜が樹脂で構成され、前記絶縁膜の平均厚みが０．１～５０μｍである、
車室暖房用ヒーターエレメントである。
前記外周壁及び前記隔壁が、チタン酸バリウムを主成分とし、キュリー点が１５０℃以下であり、且つＰＴＣ特性を有する材料で構成されており、
前記柱状ハニカム構造部の少なくとも一部を被覆する気孔率が５％以下の絶縁膜を更に備え、前記絶縁膜が樹脂で構成され、前記絶縁膜の平均厚みが０．１～５０μｍである、
車室暖房用ヒーターエレメントである。
また、本発明は、前記車室暖房用ヒーターエレメント、
外気導入部又は車室と前記車室暖房用ヒーターエレメントの前記第１端面とを連通する流入配管、
前記車室暖房用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
前記車室暖房用ヒーターエレメントの第２端面と前記車室とを連通する流出配管
を備える車室暖房用ヒーターである。
外気導入部又は車室と前記車室暖房用ヒーターエレメントの前記第１端面とを連通する流入配管、
前記車室暖房用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
前記車室暖房用ヒーターエレメントの第２端面と前記車室とを連通する流出配管
を備える車室暖房用ヒーターである。
本発明によれば、ＰＴＣ材料を用いたヒーターエレメントにおいて、結露水などの水分による電気回路の短絡を抑制することが可能な車室暖房用ヒーターエレメント、及びこ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ができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。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、以下の実施形態に対し変更、改良などが適宜加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。
（１．ヒーターエレメント）
本発明の実施形態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。車両としては、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、ＣＮＧ（圧縮天然ガス）やＬＮＧ（液化天然ガス）などを用いるガス燃料車、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。本発明の実施形態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。
本発明の実施形態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。車両としては、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、ＣＮＧ（圧縮天然ガス）やＬＮＧ（液化天然ガス）などを用いるガス燃料車、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。本発明の実施形態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。
図１は、本発明の実施形態に係るヒーターエレメントの模式的な斜視図である。図２は、図１のヒーターエレメントにおけるａ－ａ’線の断面図である。図３は、図２のヒーターエレメントにおけるｂ－ｂ’線の断面図である。図４は、図２のヒーターエレメントにおけるｃ－ｃ’線の断面図である。
本発明の実施形態に係るヒーターエレメント１００は、外周壁１１２と、外周壁１１２の内側に配設され、第１端面１１４から第２端面１１６まで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、柱状ハニカム構造部の少なくとも一部を被覆する緻密な絶縁膜１２０を更に備える。なお、図１の斜視図では、一例として、柱状ハニカム構造部の全体が緻密な絶縁膜１２０によって被覆されている場合を示している。
本発明の実施形態に係るヒーターエレメント１００は、外周壁１１２と、外周壁１１２の内側に配設され、第１端面１１４から第２端面１１６まで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、柱状ハニカム構造部の少なくとも一部を被覆する緻密な絶縁膜１２０を更に備える。なお、図１の斜視図では、一例として、柱状ハニカム構造部の全体が緻密な絶縁膜１２０によって被覆されている場合を示している。
（１－１．柱状ハニカム構造部）
柱状ハニカム構造部は、例えば、端面（第１端面１１４及び第２端面１１６）が多角形（四角形（長方形、正方形）、五角形、六角形、七角形、八角形など）の柱状、端面が円形の柱状（円柱形状）、端面がオーバル形状の柱状などの任意の形状とすることができる。端面が多角形の場合、角部は面取りしてもよい。なお、後述する図５及び図６に示す柱状ハニカム構造部は、面取りされた長方形状の端面を有する。
柱状ハニカム構造部は、例えば、端面（第１端面１１４及び第２端面１１６）が多角形（四角形（長方形、正方形）、五角形、六角形、七角形、八角形など）の柱状、端面が円形の柱状（円柱形状）、端面がオーバル形状の柱状などの任意の形状とすることができる。端面が多角形の場合、角部は面取りしてもよい。なお、後述する図５及び図６に示す柱状ハニカム構造部は、面取りされた長方形状の端面を有する。
セル１１５の流路方向に直交する断面におけるセル１１５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。これらの中でも、正方形及び六角形が好ましい。セル１１５の形状をこのような形状にすることにより、柱状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。なお、図１に示すヒーターエレメント１００における柱状ハニカム構造部は、セル１１５の流路方向に直交する断面におけるセル１１５の形状は正方形である。
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端面の面積は、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１００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の面積は、５００ｃｍ2以下とすることが好ましく、３００ｃｍ2以下とすることがより好ましく、更には２００ｃｍ2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端面の面積は、例えば５０～５００ｃｍ2とすることができる。
ヒーターエレメント１００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長さ（各セル１１５の流路長さ）は、例えば４０ｍｍ以下とすることが好ましく、３０ｍｍ以下とすることがより好ましく、２０ｍｍ以下とすることが更に好ましく、１０ｍｍ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長さ（各セル１１５の流路長さ）は、３ｍｍ以上とすることが好ましい。柱状ハニカム構造部の長さ（各セル１１５の流路長さ）は、例えば３～４０ｍｍとすることができる。
（１－１－１．柱状ハニカム構造部の材質）
柱状ハニカム構造部の外周壁１１２及び隔壁１１３は、通電によって発熱可能な材料から形成されている。従って、外気又は車室内空気のようなガスが、第１端面１１４から流入してから、複数のセル１１５を通過し、第２端面１１６から流出するまでに、当該ガスは発熱する外周壁１１２及び隔壁１１３からの伝熱によって加熱されることが可能である。
柱状ハニカム構造部の外周壁１１２及び隔壁１１３は、通電によって発熱可能な材料から形成されている。従って、外気又は車室内空気のようなガスが、第１端面１１４から流入してから、複数のセル１１５を通過し、第２端面１１６から流出するまでに、当該ガスは発熱する外周壁１１２及び隔壁１１３からの伝熱によって加熱されることが可能である。
また、外周壁１１２及び隔壁１１３は、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）特性を有する材料で構成されている。つまり、外周壁１１２及び隔壁１１３は、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難くなるという特性を有する。外周壁１１２及び隔壁１１３がＰＴＣ特性を有することによって、ヒーターエレメント１００が高温になったときに、これらに流れる電流が制限されるので、ヒーターエレメント１００の過剰な発熱が防止される。
通電発熱可能であり、且つ、ＰＴＣ特性を有するという観点から、外周壁１１２及び隔壁１１３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、希土類元素などの添加物を一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。
外周壁１１２及び隔壁１１３を構成する材料のキュリー点は、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、１１０℃以上であることがより好ましく、１２５℃以上であることが更により好ましい。また、外周壁１１２及び隔壁１１３を構成する材料のキュリー点は、車室又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く、１５０℃以下であることが特に好ましい。
なお、外周壁１１２及び隔壁１１３を構成する材料のキュリー点は、外周壁１１２及び隔壁１１３を被覆する絶縁膜１２０の種類と関係する。詳細については下記で説明する。
なお、外周壁１１２及び隔壁１１３を構成する材料のキュリー点は、外周壁１１２及び隔壁１１３を被覆する絶縁膜１２０の種類と関係する。詳細については下記で説明する。
外周壁１１２及び隔壁１１３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。
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、抵抗値が室温（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。
（１－１－２．柱状ハニカム構造部の隔壁１１３の平均厚み）
初期電流を抑えるという観点からは、電流通路を小さくして電気抵抗を大き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の平均厚みは、０．１３ｍｍ以下であることが好ましく、０．１０ｍｍ以下であることがより好ましく、０．０８ｍｍ以下であることが更により好ましい。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。
初期電流を抑えるという観点からは、電流通路を小さくして電気抵抗を大き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の平均厚みは、０．１３ｍｍ以下であることが好ましく、０．１０ｍｍ以下であることがより好ましく、０．０８ｍｍ以下であることが更により好ましい。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。
本発明において、隔壁１１３の厚みとは、セル１１５の流路方向に直交する断面において、隣接するセル１１５の重心同士を線分で結んだときに当該線分が隔壁１１３を横切る長さを指す。隔壁１１３の平均厚みは、隔壁１１３の厚みを１０点測定したときの平均値を指す。
隔壁１１３の厚みを薄くしていくと、柱状ハニカム構造部の強度が低下し易い。そこで、隔壁１１３の厚みが大きな隔壁Ａと、隔壁１１３の厚みが小さな隔壁Ｂとを設けることで強度を補うこともできる。柱状ハニカム構造部を補強するという観点からは、最も外周側のセル群を形成する隔壁１１３は少なくとも厚くすることが好ましい。例えば、隔壁１１３の平均厚みとしては上述した範囲を維持しつつ、一部の隔壁Ａ（例えば、全隔壁数の６０％以内、好ましくは１０％～３０％）の厚みを０．１２ｍｍ以上、好ましくは０．１５ｍｍ以上、より好ましくは０．１８ｍｍ以上、例えば０．１２～０．１８ｍｍ、典型的には０．１５～０．１８ｍｍとし、残りの隔壁Ｂの厚みを０．１０ｍｍ以下、好ましくは０．０８ｍｍ以下、より好ましくは０．０６ｍｍ以下、例えば０．０５～０．１０ｍｍ、典型的には０．０５～０．０８ｍｍとすることができる。
ここで、部分的に隔壁１１３の厚みが大きい箇所を設けた柱状ハニカム構造部の一例を図５及び図６に示す。図５及び図６において、図１～４に示されている符号と同一の符号は、それぞれ図１～４と同様の説明が当てはまるので、説明を省略する。図５に示す柱状ハニカム構造部においては、最も外周側のセル群を区画形成する隔壁１１３と、当該セル群を除いて最も外周側のセル群を区画形成する隔壁１１３が、他の隔壁１１３よりも厚くなっている。図６に示す柱状ハニカム構造部においては、図５の柱状ハニカム構造部で説明した隔壁１１３に加えて、柱状ハニカム構造部の端面の中心を通って十文字状に配列されたセル群を区画形成する隔壁１１３も、他の隔壁１１３より厚くなっている。
上記の補強方法に加えて、又は上記の補強方法に代えて、外周壁１１２の厚みを大きくすることによって柱状ハニカム構造部の強度を補うこともできる。柱状ハニカム構造部を補強するという観点からは、外周壁１１２の厚みは、０．０５ｍｍ以上であることが好ましく、０．０６ｍｍ以上であることがより好ましく、０．０８ｍｍ以上であることが更により好ましい。ただし、電気抵抗を大きくし、初期電流を抑える観点、及びガス通過時の圧力損失を低減する観点からは、外周壁１１２の厚みは、１ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以下であることがより好ましく、０．４ｍｍ以下であることが更により好ましく、０．３ｍｍ以下であることが更により好ましい。
本発明において、外周壁１１２の厚みは、セル１１５の流路に直交する断面において、外周側壁と最も外周側のセル１１５又は隔壁１１３との境界から柱状ハニカム構造部の側面までの、当該側面の法線方向の長さを指す。
（１－１－３．柱状ハニカム構造部の開口率）
初期電流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、ハニカム構造部の各端面における開口率は、０．８１以上であることが好ましく、０．８３以上であることがより好ましく、０．８５以上であることが更により好ましい。また、開口率（ＯＦＡ）を大きくすることにより、通風抵抗をより抑えることが可能である。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、ハニカム構造部の各端面における開口率は０．９２以下であることが好ましく、０．９０以下であることがより好ましく、０．８８以下であることが更により好ましい。
初期電流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、ハニカム構造部の各端面における開口率は、０．８１以上であることが好ましく、０．８３以上であることがより好ましく、０．８５以上であることが更により好ましい。また、開口率（ＯＦＡ）を大きくすることにより、通風抵抗をより抑えることが可能である。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、ハニカム構造部の各端面における開口率は０．９２以下であることが好ましく、０．９０以下であることがより好ましく、０．８８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端面における開口率は、セル１１５の開口部を含む各端面の面積に対する当該端面におけるセル１１５の開口部の面積の比率を指す。
（１－１－４．柱状ハニカム構造部のセル密度）
柱状ハニカム構造部は、セル密度が９３セル／ｃｍ2以下であることが好ましく、９０セル／ｃｍ2以下であることがより好ましい。このような範囲にセル密度を制御することにより、通風抵抗を抑えて送風機の出力を抑制することができる。また、柱状ハニカム構造部は、セル密度が６０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１１３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、急速加熱に適した柱状ハニカム構造部とすることができる。
なお、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端面の面積でセル数を除して得られる値である。
柱状ハニカム構造部は、セル密度が９３セル／ｃｍ2以下であることが好ましく、９０セル／ｃｍ2以下であることがより好ましい。このような範囲にセル密度を制御することにより、通風抵抗を抑えて送風機の出力を抑制することができる。また、柱状ハニカム構造部は、セル密度が６０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１１３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、急速加熱に適した柱状ハニカム構造部とすることができる。
なお、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端面の面積でセル数を除して得られる値である。
（１－１－５．柱状ハニカム構造部のガスへの熱伝達率）
みかけの熱伝達率ｈ（単位：Ｗ／ｍ2／Ｋ）に総表面積（単位：ｍ2）Ｓを乗じた値（ｈ×Ｓ）は、柱状ハニカム構造部からガスへの熱伝達率を表す指標となる。加熱性能を高めて柱状ハニカム構造部を小型化する上では、ｈ×Ｓの下限は、２０Ｗ／Ｋ以上であることが好ましく、２５Ｗ／Ｋ以上であることがより好ましく、３０Ｗ／Ｋ以上であることが更により好ましく、４０Ｗ／Ｋ以上であることが更により好ましい。また、柱状ハニカム構造部が冷気により冷やされるために生じる熱衝撃による破壊を回避する観点からは、ｈ×Ｓの上限は、８０Ｗ／Ｋ以下であることが好ましく、７５Ｗ／Ｋ以下であることがより好ましく、７０Ｗ／Ｋ以下であることが更により好ましい。
みかけの熱伝達率ｈ（単位：Ｗ／ｍ2／Ｋ）に総表面積（単位：ｍ2）Ｓを乗じた値（ｈ×Ｓ）は、柱状ハニカム構造部からガスへの熱伝達率を表す指標となる。加熱性能を高めて柱状ハニカム構造部を小型化する上では、ｈ×Ｓの下限は、２０Ｗ／Ｋ以上であることが好ましく、２５Ｗ／Ｋ以上であることがより好ましく、３０Ｗ／Ｋ以上であることが更により好ましく、４０Ｗ／Ｋ以上であることが更により好ましい。また、柱状ハニカム構造部が冷気により冷やされるために生じる熱衝撃による破壊を回避する観点からは、ｈ×Ｓの上限は、８０Ｗ／Ｋ以下であることが好ましく、７５Ｗ／Ｋ以下であることがより好ましく、７０Ｗ／Ｋ以下であることが更により好ましい。
みかけの熱伝達率ｈは、下記式（１）によって求められる。
ｈ＝（Ｎｕ／ｄ）×λ ・・・（１）
式（１）中、Ｎｕは固定値として３．６３、ｄはセル１１５の水力直径（ｍ）を示し、λは空気の熱伝導率（Ｗ／ｍ／Ｋ）を示し、λ＝２．５×１０-2とする。
ｈ＝（Ｎｕ／ｄ）×λ ・・・（１）
式（１）中、Ｎｕは固定値として３．６３、ｄはセル１１５の水力直径（ｍ）を示し、λは空気の熱伝導率（Ｗ／ｍ／Ｋ）を示し、λ＝２．５×１０-2とする。
総表面積Ｓは、下記式（２）によって求められる。
Ｓ＝ＧＳＡ×Ｖ ・・・（２）
式（２）中、Ｖは柱状ハニカム構造部の容積（ｍ3）を示し、ＧＳＡは柱状ハニカム構造部の容積あたりの表面積（ｍ2／ｍ3）を示し、ＧＳＡは下記式（３）によって求められる。
ＧＳＡ＝｛４（Ｐ－ｔ）×Ｌｉ｝／｛Ｌｉ×Ｐ2｝ ・・・（３）
式（３）中、Ｌｉは単位長さ（１ｍ）を示し、Ｐは平均セルピッチ（ｍ）を示し、ｔは隔壁１１３の平均厚み（ｍ）を示す。
Ｓ＝ＧＳＡ×Ｖ ・・・（２）
式（２）中、Ｖは柱状ハニカム構造部の容積（ｍ3）を示し、ＧＳＡは柱状ハニカム構造部の容積あたりの表面積（ｍ2／ｍ3）を示し、ＧＳＡは下記式（３）によって求められる。
ＧＳＡ＝｛４（Ｐ－ｔ）×Ｌｉ｝／｛Ｌｉ×Ｐ2｝ ・・・（３）
式（３）中、Ｌｉは単位長さ（１ｍ）を示し、Ｐは平均セルピッチ（ｍ）を示し、ｔは隔壁１１３の平均厚み（ｍ）を示す。
セル１１５の水力直径ｄ（ｍ）は、平均セルピッチＰ（ｍ）から隔壁１１３の平均厚みｔ（ｍ）を控除することによって求められる値（ｄ＝Ｐ－ｔ）である。
柱状ハニカム構造部の容積は、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。
平均セルピッチ（Ｐ）とは、以下の計算によって求められる値を指す。まず、柱状ハニカム構造部の外周壁１１２を除く部分の端面の面積をセル１１５の数で割り、１セル当たりの面積を算出する。次いで、１セル当たりの面積の平方根を算出し、これを平均セルピッチとする。
隔壁１１３の平均厚みは先述した通りである。
柱状ハニカム構造部の容積は、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。
平均セルピッチ（Ｐ）とは、以下の計算によって求められる値を指す。まず、柱状ハニカム構造部の外周壁１１２を除く部分の端面の面積をセル１１５の数で割り、１セル当たりの面積を算出する。次いで、１セル当たりの面積の平方根を算出し、これを平均セルピッチとする。
隔壁１１３の平均厚みは先述した通りである。
（１－１－６．柱状ハニカム構造部同士の接合）
柱状ハニカム構造部は、二つ以上を外周壁１１２同士で接合した複合体として用いることができる。小さな柱状ハニカム構造部を複数接合して大きな複合体とすることで、クラックの発生を抑えながらガスの流量確保に重要なセル１１５の総断面積を増やすことが可能となる。このような柱状ハニカム構造部の複合体の一例について、模式的な端面図を図７に示す。図７には、端面が略正方形であって同サイズの四つの柱状ハニカム構造部Ａ～Ｄを外周壁１１２同士で接合材１１７を介して上下左右に二個ずつ接合することで形成された、端面が略正方形の大きな柱状ハニカム構造部の複合体の模式的な端面図が示されている。
柱状ハニカム構造部Ａ～Ｄの外周壁１１２同士を接合するための接合材１１７としては、限定的ではないが、セラミックス材料に、水などの溶媒を加えてペースト状にしたものを用いることができる。接合材１１７は、ＰＴＣ特性を有するセラミックスを含有してもよく、外周壁１１２及び隔壁１１３と同一のセラミックスを含有してもよい。接合材１１７は、柱状ハニカム構造部Ａ～Ｄ同士を接合する役割に加えて、柱状ハニカム構造部Ａ～Ｄを接合した後の大きな複合体全体の外周コート材として用いることも可能である。
柱状ハニカム構造部は、二つ以上を外周壁１１２同士で接合した複合体として用いることができる。小さな柱状ハニカム構造部を複数接合して大きな複合体とすることで、クラックの発生を抑えながらガスの流量確保に重要なセル１１５の総断面積を増やすことが可能となる。このような柱状ハニカム構造部の複合体の一例について、模式的な端面図を図７に示す。図７には、端面が略正方形であって同サイズの四つの柱状ハニカム構造部Ａ～Ｄを外周壁１１２同士で接合材１１７を介して上下左右に二個ずつ接合することで形成された、端面が略正方形の大きな柱状ハニカム構造部の複合体の模式的な端面図が示されている。
柱状ハニカム構造部Ａ～Ｄの外周壁１１２同士を接合するための接合材１１７としては、限定的ではないが、セラミックス材料に、水などの溶媒を加えてペースト状にしたものを用いることができる。接合材１１７は、ＰＴＣ特性を有するセラミックスを含有してもよく、外周壁１１２及び隔壁１１３と同一のセラミックスを含有してもよい。接合材１１７は、柱状ハニカム構造部Ａ～Ｄ同士を接合する役割に加えて、柱状ハニカム構造部Ａ～Ｄを接合した後の大きな複合体全体の外周コート材として用いることも可能である。
（１－２．緻密な絶縁膜１２０）
緻密な絶縁膜１２０は、結露水などの水分がヒーターエレメント１００に付着した場合に、ヒーターエレメント１００における電気回路の短絡を抑制する役割を果たす。
緻密な絶縁膜１２０は、結露水などの水分が付着する部分を被覆していればよい。緻密な絶縁膜１２０は、柱状ハニカム構造部の外周壁１１２の外側表面、流路の表面、第１端面１１４及び第２端面１１６から選択される少なくとも１つを被覆していることが好ましい。
緻密な絶縁膜１２０は、結露水などの水分がヒーターエレメント１００に付着した場合に、ヒーターエレメント１００における電気回路の短絡を抑制する役割を果たす。
緻密な絶縁膜１２０は、結露水などの水分が付着する部分を被覆していればよい。緻密な絶縁膜１２０は、柱状ハニカム構造部の外周壁１１２の外側表面、流路の表面、第１端面１１４及び第２端面１１６から選択される少なくとも１つを被覆していることが好ましい。
本発明において、緻密な絶縁膜１２０とは、気孔率が小さい絶縁膜１２０のことを指す。絶縁膜１２０の気孔率は、５％以下であることが好ましく、４％以下であることが好ましく、３％以下であることが好ましい。このような範囲の気孔率であれば、絶縁膜１２０を水分が通過することを安定して抑制することができる。
（１－２－１．緻密な絶縁膜１２０の材質）
緻密な絶縁膜１２０は、絶縁性を有する材料から形成されている。
絶縁性を有する材料としては、特に限定されないが、例えば、樹脂（ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂、ポリフッ化ビニリデン、ポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリアミドイミドなど）、ガラス、セラミックスなどを用いることができる。セラミックスとしては、アルミナ、ムライト、スピネルなどが挙げられる。
緻密な絶縁膜１２０は、絶縁性を有する材料から形成されている。
絶縁性を有する材料としては、特に限定されないが、例えば、樹脂（ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂、ポリフッ化ビニリデン、ポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリアミドイミドなど）、ガラス、セラミックスなどを用いることができる。セラミックスとしては、アルミナ、ムライト、スピネルなどが挙げられる。
キュリー点が１５０℃以下の材料で外周壁１１２及び隔壁１１３が構成されている場合、緻密な絶縁膜１２０に要求される耐熱性のレベルが低くなる。そのため、緻密な絶縁膜１２０の材料として樹脂を選択することが可能である。樹脂としては、絶縁性及び耐熱性の観点から、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂、ポリイミド樹脂が好ましい。
一方、キュリー点が１５０℃を超える材料で外周壁１１２及び隔壁１１３が構成されている場合、緻密な絶縁膜１２０に要求される耐熱性のレベルが高くなる。そのため、緻密な絶縁膜１２０の材料としては、ガラスやセラミックスを選択することが好ましい。
一方、キュリー点が１５０℃を超える材料で外周壁１１２及び隔壁１１３が構成されている場合、緻密な絶縁膜１２０に要求される耐熱性のレベルが高くなる。そのため、緻密な絶縁膜１２０の材料としては、ガラスやセラミックスを選択することが好ましい。
（１－２－２．緻密な絶縁膜１２０の平均厚み）
緻密な絶縁膜１２０の平均厚みは、１００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以下であることがより好ましく、１０μｍ以下であることが更により好ましい。このような範囲に平均厚みを制御することにより、ガスへの熱伝達性に対する影響が少なく、圧力損失も大きくなり難い。一方、緻密な絶縁膜１２０の平均厚みが小さすぎると、電気回路の短絡を抑制する効果が十分に得られないことがある。そのため、緻密な絶縁膜１２０の平均厚みは、０．１μｍ以上であることが好ましく、０．５μｍ以上であることがより好ましく、１．０μｍ以上であることが更により好ましい。
緻密な絶縁膜１２０の平均厚みは、１００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以下であることがより好ましく、１０μｍ以下であることが更により好ましい。このような範囲に平均厚みを制御することにより、ガスへの熱伝達性に対する影響が少なく、圧力損失も大きくなり難い。一方、緻密な絶縁膜１２０の平均厚みが小さすぎると、電気回路の短絡を抑制する効果が十分に得られないことがある。そのため、緻密な絶縁膜１２０の平均厚みは、０．１μｍ以上であることが好ましく、０．５μｍ以上であることがより好ましく、１．０μｍ以上であることが更により好ましい。
本発明において、緻密な絶縁膜１２０の厚みとは、セル１１５の流路方向に直交する断面において、緻密な絶縁膜１２０が形成される基材（外周壁１１２の外側表面、流路の表面、第１端面１１４及び第２端面１１６）に対して垂直な方向の長さを指す。緻密な絶縁膜１２０の平均厚みは、絶縁膜１２０の厚みを１０点測定したときの平均値を指す。
（１－３．電極層１１８）
本発明の実施形態に係るヒーターエレメント１００は、第１端面１１４及び第２端面１１６における外周壁１１２及び隔壁１１３の表面に電極層１１８を有することができる（図２及び図３参照）。
電極層１１８は、セル１１５を塞ぐことなく各端面に電極層１１８を設けることが好ましく、セル１１５を塞ぐことなく各端面全体に電極層１１８を設けることがより好ましい。
本発明の実施形態に係るヒーターエレメント１００は、第１端面１１４及び第２端面１１６における外周壁１１２及び隔壁１１３の表面に電極層１１８を有することができる（図２及び図３参照）。
電極層１１８は、セル１１５を塞ぐことなく各端面に電極層１１８を設けることが好ましく、セル１１５を塞ぐことなく各端面全体に電極層１１８を設けることがより好ましい。
電極層１１８としては、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ものを使用することができる。また、ＰＴＣ特性を有する外周壁１１２及び／又は隔壁１１３とオーミック接触が可能なオーミック電極層を使用することもできる。オーミック電極層は、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層を使用することができる。
本発明の実施形態に係るヒーターエレメント１００が電極層１１８を有する場合、電極層１１８の少なくとも一部、好ましくは全体が、絶縁膜１２０によって被覆されていることが好ましい。このような構成とすることにより、結露水などの水分がヒーターエレメント１００に付着した場合に、電気回路の短絡を抑制することができる。
（１－４．導電部材１２１）
本発明の実施形態に係るヒーターエレメント１００は、電極層１１８の少なくとも一部に、外部電源と接続可能な導電部材１２１を有することができる（図２及び図４参照）。
導電部材１２１は、電極層１１８と電気的に接続されていることが好ましい。すなわち、導電部材１２１と電極層１１８とが接触していることが好ましく、導電部材１２１と電極層１１８との接触面には絶縁膜１２０が介在しないことが好ましい。
本発明の実施形態に係るヒーターエレメント１００は、電極層１１８の少なくとも一部に、外部電源と接続可能な導電部材１２１を有することができる（図２及び図４参照）。
導電部材１２１は、電極層１１８と電気的に接続されていることが好ましい。すなわち、導電部材１２１と電極層１１８とが接触していることが好ましく、導電部材１２１と電極層１１８との接触面には絶縁膜１２０が介在しないことが好ましい。
導電部材１２１は、第１端面１１４及び第２端面１１６の外周壁１１２に設けられた電極層１１８上に配置されていることが好ましい。このような構成とすることにより、電極層１１８全体に効率的に通電させることができる。
導電部材１２１は、板状であり、導電性に優れる材料から形成される。例えば、導電部材１２１は、銅板、ステンレス板などの金属から形成される。
本発明の実施形態に係るヒーターエレメント１００が導電部材１２１を有する場合、導電部材１２１の少なくとも一部、好ましくは全体が、絶縁膜１２０によって被覆されていることが好ましい。このような構成とすることにより、結露水などの水分がヒーターエレメント１００に付着した場合に、電気回路の短絡を抑制することができる。
導電部材１２１は、一部が表面に露出しており、当該部分が外部電源からの電線１１９と接続される。導電部材１２１には、電線１１９を拡散接合、機械的な加圧機構、溶接などによって接続することができ、例えばバッテリーから電線１１９を介して給電可能である。
（１－５．ヒーターエレメント１００の使用方法）
本発明の実施形態に係るヒーターエレメント１００は、例えば、各端面に配置された一対の電極層１１８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、本発明の実施形態に係るヒーターエレメント１００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。
本発明の実施形態に係るヒーターエレメント１００は、例えば、各端面に配置された一対の電極層１１８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、本発明の実施形態に係るヒーターエレメント１００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。
ヒーターエレメント１００が、電圧の印加によって発熱しているときに、セル１１５にガスを流すことで、ガスを加熱することができる。セル１１５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。
（１－６．ヒーターエレメント１００の製造方法）
次に、本発明の実施形態に係るヒーターエレメント１００を製造する方法について例示的に説明する。まず、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、混練して坏土を調製した後、坏土を押出成形してハニカム成形体を作製する。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、導電体粉末などの添加剤を必要に応じて配合することができる。押出成形に際しては、所望の全体形状、セル形状、隔壁厚み、セル密度などを有する口金を用いることができる。
次に、本発明の実施形態に係るヒーターエレメント１００を製造する方法について例示的に説明する。まず、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、混練して坏土を調製した後、坏土を押出成形してハニカム成形体を作製する。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、導電体粉末などの添加剤を必要に応じて配合することができる。押出成形に際しては、所望の全体形状、セル形状、隔壁厚み、セル密度などを有する口金を用いることができる。
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ハニカム構造部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などの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などとして、これらの酸化物や炭酸塩、あるいは焼成後に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。ＮａやＫのアルカリ金属元素の添加は、アルカリ金属元素を含むバインダの形態で用いることもできる。
また、例えば、ＴｉＯ2やＢａＣＯ3などの原料粉末に、Ｌａ（ＮＨ3）3・６Ｈ2Ｏを加えた後、分散剤及びバインダを更に加え、焼成体としてＢａＯ（５０．３ｍｏｌ％）、ＴｉＯ2（４９．６ｍｏｌ％）、Ｌａ2Ｏ3（０．０５ｍｏｌ％）、Ｋ2Ｏ（０．０３３ｍｏｌ％）、Ｎａ2Ｏ（０．００２ｍｏｌ％）になるように配合することで、鉛フリーのハニカム構造部を得ることができる。ただし、この組成に限らず、組成式が下記式で表されるセラミックスが９０質量％以上を占めるように配合することで、希土類元素とアルカリ金属元素を含み、鉛を用いないハニカム構造部とすることができる。
（Ｂａ1-x-yＡ１xＡ２y）ＴｉＯ3
式中、Ａ１は一種又は二種以上の希土類元素を表し、Ａ２は一種又は二種以上のアルカリ金属元素を表し、０．００１≦ｘ≦０．０１、０≦ｙ≦０．０１、０．００１≦ｘ＋ｙ≦０．０２である。
（Ｂａ1-x-yＡ１xＡ２y）ＴｉＯ3
式中、Ａ１は一種又は二種以上の希土類元素を表し、Ａ２は一種又は二種以上のアルカリ金属元素を表し、０．００１≦ｘ≦０．０１、０≦ｙ≦０．０１、０．００１≦ｘ＋ｙ≦０．０２である。
分散媒としては、水、又は水とアルコールなどの有機溶媒との混合溶媒など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。
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など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、ハニカム成形体の強度を高めるという観点から、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質量部以上であることがより好ましく、６質量部以上であることが更により好ましい。バインダの含有量は、焼成工程での異常発熱によるキレ発生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。
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、ポリアルコールなど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。
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、凍結乾燥など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。
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有するヒーターエレメントを製造可能である。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、ハニカム成形体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。
脱脂工程を実施する際の雰囲気としては、例えば大気雰囲気、不活性雰囲気、減圧雰囲気とすることができる。これらの中でも、原料の酸化による焼結不足を防ぎ、また原料内に含まれる酸化物を還元し易い、不活性雰囲気かつ減圧雰囲気とすることが好ましい。
焼成炉としては、特に限定されないが、電気炉、ガス炉などを用いることができる。
このようにして得られた柱状ハニカム構造部の第１端面１１４及び第２端面１１６に、電極層１１８を形成する。電極層１１８は、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、電極層１１８は、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。さらに、電極層１１８は、溶射によって形成することもできる。電極層１１８は単層であってよいが、組成の異なる複数層であってもよい。上記の方法で電極層１１８を形成するとき、電極層１１８の厚みが過度に大きくならないように設定すれば、セル１１５を塞がないようにすることができる。例えば、電極層１１８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。
次に、電極層１１８上の所定の位置に導電部材１２１を配置して接合する。接合方法としては、特に限定されず、拡散接合、機械的な加圧機構、溶接などを用いることができる。
次に、電極層１１８及び導電部材１２１を配置した柱状ハニカム構造部の所定の表面に緻密な絶縁膜１２０を形成する。緻密な絶縁膜１２０の形成方法は、使用する材料の種類に応じて当該技術分野において公知の方法を選択すればよい。具体的には、ＣＶＤ、ＰＶＤ、浸漬コーティング、スプレーコーティングなどを用いることができる。また、緻密な絶縁膜１２０の材料としてセラミックスを選択する場合、セラミックス原料のスラリーで浸漬コーティングを行った後に熱処理を行うことによってセラミックス膜を形成してもよい。
（２．車室暖房用ヒーター）
図８は、本発明の実施形態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。
本発明の実施形態に係る車室暖房用ヒーター２００は、ヒーターエレメント１００、外気導入部又は車室１３０とヒーターエレメント１００の第１端面１１４とを連通する流入配管１３２（１３２ａ、１３２ｂ）、ヒーターエレメント１００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の第２端面１１６と車室１３０とを連通する流出配管１３６を備える。
図８は、本発明の実施形態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。
本発明の実施形態に係る車室暖房用ヒーター２００は、ヒーターエレメント１００、外気導入部又は車室１３０とヒーターエレメント１００の第１端面１１４とを連通する流入配管１３２（１３２ａ、１３２ｂ）、ヒーターエレメント１００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の第２端面１１６と車室１３０とを連通する流出配管１３６を備える。
ヒーターエレメント１００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を通電発熱するように構成することが可能である。
ヒーターエレメント１００の上流側には蒸気圧縮ヒートポンプ１５０を設置することができる。車室暖房用ヒーター２００において、蒸気圧縮ヒートポンプ１５０が主暖房装置として構成されており、ヒーターエレメント１００が補助ヒーターとして構成されている。蒸気圧縮ヒートポンプ１５０は、熱交換器を備える。熱交換器は、冷房時に外部から熱を吸収して冷媒を蒸発させる働きをする蒸発器１６０、及び暖房時に冷媒ガスを液化させて熱を外部へ放出する働きをする凝縮器１７０を備える。蒸気圧縮ヒートポンプ１５０を作動させると、蒸気圧縮ヒートポンプ１５０の熱交換器において結露水が発生する。結露水は、空気の流れによって下流側のヒーターエレメント１００に飛散して付着する。ヒーターエレメント１００は、上述の通り、柱状ハニカム構造部の少なくとも一部が緻密な絶縁膜１２０によって被覆されているため、結露水による電気回路の短絡が生じ難いため、補助ヒーターとして安定的に作動させることができる。なお、蒸気圧縮ヒートポンプ１５０としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。
ヒーターエレメント１００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１３０から離して配置して安全を確保する観点から、送風機１３８はヒーターエレメント１００の上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１３０内又は車室１３０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に流入する。発熱中のヒーターエレメント１００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から流出し、流出配管１３６を通って車室１３０内に送られる。流出配管１３６の出口は車室１３０内でも特に暖房効果が高くなるよう乗員の足元近傍に配置してもよいし、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よいし、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よい。
車室暖房用ヒーター２００は、外気導入部とヒーターエレメント１００の第１端面１１４とを連通する流入配管１３２ａを備える。また、車室暖房用ヒーター２００は、車室１３０とヒーターエレメント１００の第１端面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に導入することも可能である。
１００ ヒーターエレメント
１１２ 外周壁
１１３ 隔壁
１１４ 第１端面
１１５ セル
１１６ 第２端面
１１７ 接合材
１１８ 電極層
１１９ 電線
１２０ 絶縁膜
１２１ 導電部材
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
１５０ 蒸気圧縮ヒートポンプ
１６０ 蒸発器
１７０ 凝縮器
２００ 車室暖房用ヒーター
１１２ 外周壁
１１３ 隔壁
１１４ 第１端面
１１５ セル
１１６ 第２端面
１１７ 接合材
１１８ 電極層
１１９ 電線
１２０ 絶縁膜
１２１ 導電部材
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
１５０ 蒸気圧縮ヒートポンプ
１６０ 蒸発器
１７０ 凝縮器
２００ 車室暖房用ヒーター
Claims (10)
- 外周壁と、外周壁の内側に配設され、第１端面から第２端面まで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柱状ハニカム構造部を備える、空気を加熱するための車両の車室暖房用ヒーターエレメントであって、
前記外周壁及び前記隔壁が、チタン酸バリウムを主成分とし、キュリー点が１５０℃以下であり、且つＰＴＣ特性を有する材料で構成されており、
前記柱状ハニカム構造部の少なくとも一部を被覆する気孔率が５％以下の絶縁膜を更に備え、前記絶縁膜が樹脂で構成され、前記絶縁膜の平均厚みが０．１～５０μｍである、
車室暖房用ヒーターエレメント。 - 前記外周壁の外側表面、前記流路の表面、前記第１端面及び前記第２端面から選択される少なくとも１つが、前記絶縁膜によって被覆されている、請求項１に記載の車室暖房用ヒーターエレメント。
- 前記隔壁の平均厚みが０．１３ｍｍ以下である、請求項１又は２に記載の車室暖房用ヒーターエレメント。
- セル密度が９３セル／ｃｍ2以下である、請求項１～３のいずれか一項に記載の車室暖房用ヒーターエレメント。
- 前記第１端面及び前記第２端面における前記外周壁及び前記隔壁の表面に電極層を備える、請求項１～４のいずれか一項に記載の車室暖房用ヒーターエレメント。
- 前記電極層の少なくとも一部に、外部電源と接続可能な導電部材が配置され、
前記導電部材と前記電極層とが電気的に接続されている、請求項５に記載の車室暖房用ヒーターエレメント。 - 前記電極層及び前記導電部材の少なくとも一部が、前記絶縁膜によって被覆されている、請求項６に記載の車室暖房用ヒーターエレメント。
- 請求項１～７のいずれか一項に記載の車室暖房用ヒーターエレメント、
外気導入部又は車室と前記車室暖房用ヒーターエレメントの前記第１端面とを連通する流入配管、
前記車室暖房用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
前記車室暖房用ヒーターエレメントの第２端面と前記車室とを連通する流出配管
を備える車室暖房用ヒーター。 - 前記車室暖房用ヒーターが、主暖房装置として構成されている蒸気圧縮ヒートポンプを有する車室暖房用ヒーターである、請求項８に記載の車室暖房用ヒーター。
- 前記車室暖房用ヒーターエレメントの上流側に蒸気圧縮ヒートポンプの熱交換器が配置されている、請求項９に記載の車室暖房用ヒーター。
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|---|---|---|---|---|
| JP2004514904A (ja) | 2000-11-25 | 2004-05-20 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 加熱装置 |
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