JPH0778673A - 加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加熱装置の発熱効率を向上する。 【構成】 正の温度抵抗係数を有する２枚のＰＴＣ素子
１と、空気を通過させる通路部を有する放熱ブロック２
とを組合せて放熱部を構成する。２枚のＰＴＣ素子１の
間に配置した放熱ブロック２の通路部の総開口面積は、
該ＰＴＣ素子１の外側の各外側放熱ブロック２の各総開
口面積に比較して大きく設定してある。一般に通路内の
空気の流量分布は中心部で多く端に近づくほど少ないと
いう状態となる。このことから、２枚のＰＴＣ素子１の
間に配置した放熱ブロック２の通路部の総開口面積を大
きく設定することにより、先の流量分布に合致させた流
量特性で放熱ブロックの通路部に対して空気を通過させ
ることができる。従って、内側放熱ブロック２に対して
多くの空気が通過し、ＰＴＣ素子１の熱が籠もることが
なくなるため、該素子１の発熱効率が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は加熱装置に関するもので
ある。 【０００２】 【従来の技術】従来この種の加熱装置としては、例えば
特開昭５６−１６０７８６号公報に記載されたものがあ
る。これは、正の抵抗温度係数を有する板状のセラミッ
ク発熱体と複数の通路部を有する放熱ブロックとを組合
せて、これらを熱的に結合して一体化し、この一体化さ
れた放熱部を金属よりなる枠体内に固定した構造であ
る。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な加熱装置を通路内に配置した際、通路内の空気流量分
布が中心部が多く、端に近づくほど少ない点に鑑み、そ
の流量分布に合わせて空気等の被加熱媒体を放熱ブロッ
クの通路部に通過させることが可能な加熱装置を提供し
ようとするものである。 【０００４】 【課題を解決するための手段】本発明は、上記の点に鑑
み、通電により発熱し、且つ正の温度抵抗係数を有し、
又互いの一側面が対向配置された板状の発熱体と、前記
発熱体の対向間に配置され、且つ被加熱媒体を通過させ
る複数の通路部を有した内側放熱ブロックと、前記発熱
体の、前記一側面と反対側の他側面に配置され、且つ被
加熱媒体を通過させる複数の通路部を有した外側放熱ブ
ロックと、を具備し、前記内側放熱ブロックの前記複数
の通路部の総開口面積が前記各外側放熱ブロックの前記
複数の通路部の各総開口面積よりも大きく設定したとい
う技術的手段を採用するものである。 【０００５】 【作用】本発明によれば、通路内の被加熱媒体の流量分
布が一般に中心部で多く端に近づくほど少ないという観
点に鑑み、板状の発熱体の間に配置した内側放熱ブロッ
クの通路部の総開口面積を各外側放熱ブロックの各通路
部の各総開口面積より大きくすることによって、内側放
熱ブロックに対する被加熱媒体の流量を多くするたとが
でき、従って発熱体の熱が放熱ブロックに籠もって正の
温度抵抗係数の特性であるが故に発熱効率が低下すると
いうことを抑制することができる。 【０００６】 【発明の効果】従って、本発明においては、放熱部の熱
を、放熱ブロックの通路部を流れる被加熱媒体に効果的
に伝達することができ、該被加熱媒体の加熱効果を高め
ることができる。 【０００７】 【実施例】以下本発明を図に示す実施例に基づいて詳細
に説明する。図１は本発明の一実施例であるディーゼル
機関用吸気加熱装置の構成を示す正面図で、図２は図１
のＡ−Ａ断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面図である。こ
れら図において、１は厚さ２mmの矩形平板状に形成され
た４枚のＰＴＣ素子で２枚づつ１組にして２列に配列さ
れている。該ＰＴＣ素子１は通電により発熱するもので
あり、チタン酸バリウム（BaTiO₃）系セラミック焼結体
等の温度の上昇とともにその電気抵抗が著しく増大する
正の温度抵抗係数を有する材料により構成されている。 【０００８】２は平面矩形形態の放熱ブロックで、該放
熱ブロック２は、銅又はアルミニウムからなる蛇行状の
放熱フィン２ａと、該放熱フィン２ａの両側の屈曲端部
に半田付接合された銅又はアルミニウムからなる平板状
のプレート２ｂとから構成されている。この半田付接合
により放熱ブロックはＰＴＣ素子１と熱的に結合するこ
とになる。 【０００９】放熱ブロック２の放熱フィン２ａの蛇行部
の間には被加熱媒体としての吸気を通過させる通路部が
図示の如く形成してある。なお、放熱ブロック２の放熱
フィン２ａの表面には、図３に示す如く、吸気流れ方向
Ａに対して垂直方向に切り起こしたルーバ２’ａが設け
てあり、熱伝導面積が増大するように構成してある。上
記放熱ブロック２は３列配置してあって、その３列配置
の両側に上記ＰＴＣ素子１が配置してある。そして、該
ＰＴＣ素子１の両外側には各１列の放熱ブロック２が配
置してある。なお、ＰＴＣ素子１の両外側に配置された
放熱ブロック２のプレート２ｂとＰＴＣ素子１との間に
位置するようにして、熱及び電気伝導性弾性体であるグ
ラファイトフィラー層１ａが該ＰＴＣ素子１の表面に焼
付け形成してある（図４参照）。 【００１０】ここにおいて、図１から明らかなように、
２列のＰＴＣ素子１の対向間に配置された３列の内側放
熱ブロック２と、該ＰＴＣ素子１の反対側の１列の外側
放熱ブロック２との通路部開口面積の関係は、内側放熱
ブロック２の複数の通路部の総開口面積は各外側放熱ブ
ロック２の複数の通路部の各総開口面積よりも大きく設
定されている。これは、図１から理解されるように、内
側放熱ブロック２と外側放熱ブロック２における各放熱
フィン２ａの屈曲幅寸法は略同じであって、しかも内側
放熱ブロック２の放熱フィン２ａの累計屈曲幅が外側放
熱ブロック２の放熱フィン２ａの屈曲幅よりも寸法的に
大きく設定されているためである。因みに、内側放熱ブ
ロック２の放熱フィン２ａの累計屈曲幅は外側放熱ブロ
ック２の放熱フィン２ａの屈曲幅の約３倍程度となって
いる。 【００１１】３はＰＰＳ等の耐熱性樹脂又はセラミック
からなるケースであり、図２及び図３に示すように、平
面長方形の箱体の一側面を取り除いた形状を有する下ケ
ース３ａと、断面Ｌ字型のカバー３ｂとを組み合わせた
箱状の形状である。又、該ケース３の内、図１における
紙面と垂直方向の面は、上記放熱ブロックに形成された
通路部を開放するように放熱部の外周囲とその中間部を
架橋する中心部を残して開口３ｃが形成されていて全体
として枠状の形状を有している。 【００１２】ＰＴＣ素子１と放熱ブロック２とから構成
される放熱部は、上記ケース３内に収納されている。な
お、放熱部は図１から明らかなように、平面略四角形状
である。４はアルミニウム製のハウジングであり、枠状
の形状を有している。該ハウジング４の内側には上記ケ
ース３が収納され、ハウジング４の一側面４ａとケース
３のカバー３ｂの側面３’ｂとの間に形成された空間４
ｂ内には、広がる方向に復元力が付与されたＵ字状のバ
ネ５が配置されている。該バネ５の復元力によって、ケ
ース３ｂの側面３’ｂを押圧し、該側面３’ｂと、これ
と対向する下ケース３ａの端面３’ａとの間でＰＴＣ素
子１及び放熱ブロック２を一括して押圧、固定してい
る。 【００１３】ハウジング４の開口部４ｃの一端側には上
記放熱部を支持する支持部４ｅが形成されており、該支
持部４ｅに上記放熱部は上記ケース３を介して支持され
ている。上記３列配置の内側放熱ブロック２の内の一つ
の伝熱プレート２ｂからは下ケース３ａの図示しない切
欠きを通してプラス側ターミナル２ｃが引き出されてい
る。該ターミナル２ｃは下ケース３ａの枠部３ｄの側面
に沿って屈曲され、該ターミナル２ｃは該屈曲部にてボ
ルト６ａ及びナット６ｂにより上記枠部３ｄ及びインシ
ュレータリング６ｃを介してハウジング４に電気的に絶
縁固定されている。なお、この結果、下ケース３ａはそ
の枠部３ｄを介してハウジング４に固定されることにな
る。 【００１４】又、１列配置の外側放熱ブロック２の最外
側の伝熱プレート２ｂからは、上記ターミナル２ｃと反
対方向に位置した各々マイナス側ターミナル２ｄが下ケ
ース３ａの外側に引き出されている。該ターミナル２ｄ
は下ケース３ａの棚部３ｅ上に載置され、小ネジ７を介
してハウジング４に固定され、ハウジング４に電気的に
接続されている。 【００１５】８はカバー３ｂをハウジング４に固定する
ためのクリップであり、該クリップ８は図１及び図３か
ら明白なように上ケース３ｂの凸部３ｆをハウジング４
の支持部４ｄ上に載置した状態で該凸部３ｆの上部から
嵌着してある。このクリップ８によりケース３は図１の
紙面方向に固定される。このように、カバー３ｂをハウ
ジング４に固定することにより、上記放熱部はハウジン
グ４の支持部４ｅと該カバー３ｂとの間で挟持されるこ
とになり、この結果放熱部がその被加熱媒体通過方向に
対して動いてハウジング４から脱落しないようになっい
る。従って、カバー３ｂは放熱部の動きを規制する規制
手段を構成している。 【００１６】図５は、上記構成からなる吸気加熱装置１
０をディーゼルエンジンの吸気系に取り付けた状態を示
すものである。加熱装置１０のハウジング４は、エンジ
ン１１とエアクリーナ１２との間のインテークマニホー
ルド部１３を、該加熱装置１０の放熱部が横断する状
態、即ち吸気流れ方向が図３の矢印Ａ方向と一致するよ
うに取り付けられ、吸気が温められるよう構成されてい
る。なお、図中、１４はエンジンのピストン、１５はシ
リンダ室、１６は吸排気弁、１７は燃料噴射ノズルであ
る。 【００１７】次に、作動について説明する。図示しない
バッテリーより供給された電流はプラス側ターミナル２
ｃに入り、内側放熱ブロック２を通してＰＴＣ素子１を
厚さ方向に流れ、外側放熱ブロック２を経てマイナス側
ターミナル２ｄに到り、小ネジ７を介してハウジング４
にアースされる。以上の経路を介して電流が流れてＰＴ
Ｃ素子１が発熱し、この熱は放熱ブロック２に伝導され
る。一方、吸気は放熱フィン２ａの間に形成された通路
部を流れて熱を受けて温められる。 【００１８】ここで、本実施例においては、上述の構成
を具備しているから、次に説明する作用を有している。
即ち、 放熱部が、耐熱性樹脂又はセラミックよりなるケース
３を介して金属ハウジング４に固定されているから、放
熱部の熱がハウジング４に伝達するのをケース３で遮断
することができ、放熱部の熱を吸気に効果的に伝達する
ことが可能となる。 【００１９】放熱部の内側放熱ブロック２に設けられ
たターミナル２ｃの自由端をハウジング４の内壁に沿っ
て略Ｕ字状に屈曲し、該自由端をハウジング４の内壁に
固定したから、該ターミナル２ｃの屈曲形状により該タ
ーミナル２ｃにバネ性を付与することができ、ターミナ
ル２ｃを確実にハウジング４に固定できるとともに、該
バネ性によりハウジング４内に放熱部を保持できる。 【００２０】内側放熱ブロック２の複数の通路部の総
開口面積を各外側放熱ブロック２の複数の通路部の各総
開口面積に比較して大きく設定したため、該内側放熱ブ
ロック２の通路部に対する吸気の通過量が多くなる。こ
の結果、ＰＴＣ素子１が発する熱は効果的に内側放熱ブ
ロック２を介して吸気に伝達されるため、該ＰＴＣ素子
１が自己制御温度に達することがなく、ＰＴＣ素子１の
発熱性が阻害されることはない。即ち、一般的に通路に
おける流体の流量分布はその通路の中心が多く端に近づ
くほど少なくなる山状の分布となる。このため、本実施
例の加熱装置において、その放熱部の中心部、換言すれ
ば内側放熱ブロック２に多くの吸気が流れるようにすれ
ば、内側放熱ブロック２が効率よく放熱するため、ＰＴ
Ｃ素子１の発熱効率が向上する。 【００２１】放熱部をハウジング４の支持部４ｅとカ
バー３ｂとの間に挟持したから、放熱部がハウジング４
の内側から外側へ飛び出すのを回避することができる。
図６にエンジンクランキング前の吸気予熱特性について
示す。従来の金属線を用いた吸気加熱装置においては約
１４秒程度の予熱時間（エンジンクランキング前の装置
への通電時間）を必要としたが、本実施例の装置ではＰ
ＴＣ素子１の温度立ち上がり特性が早いため、３〜５秒
の予熱時間で済むことがわかる。 【００２２】なお、このとき室温は−２５℃、電源電圧
は２４Ｖであり、予熱時間を短縮するためには、電流を
大きくする必要があり、本実施例ではリレー容量等を考
慮して１５０ＡとなるようにＰＴＣ素子１の抵抗を調整
している。図７はエンジンクランキング後の吸気加熱時
（アフターヒート時）を含めた熱効率を示す特性図であ
る。なお、ここで熱効率とは実際に消費された電力に対
し空気の昇温に使われた熱量の割合で表したものであ
る。図７に示す如く、金属線装置に比べて本実施例の装
置は初期の立ち上がり時の効率、定常状態での効率の何
れにおいても優れている。これはＰＴＣ素子１を使用す
ることにより、即熱性に優れるとともに該素子自体が比
較的低温度で吸気加熱を行うため、ヒートロスが少ない
ためである。 【００２３】図８は装置の熱効率測定に用いた測定ベン
チを示すもので、温風路２０の膨脹部２０ａには吸気加
熱装置１０が配設され、該装置１０の下流４０cmの位置
が温度測定点である。なお、２１は送風用ブロア、２
２、２３は圧力損失測定用及び流量測定用マノメータで
あり、２４、２５は装置及びブロア駆動用の直流及び交
流電源である。 【００２４】本発明は上記の実施例に限定されず、以下
の如く種々の変形が可能である。 (1) グラファイトフィラー層１ａは伝熱プレート２ｂの
表面あるいはＰＴＣ素子１の表面の凹凸による熱及び電
気的接触不良を改善するものであるから、伝熱プレート
２ｂの屈曲部、即ち押圧面にのみ設けてもよいし、又Ｐ
ＴＣ素子１及び伝熱プレート２ｂの両方に設けてもよ
い。 【００２５】(2) グラファイトフィラー層１ａに代え
て、カーボン又は金属の粉体や繊維を分散複合化させた
耐熱性ゴム材のシート等を採用しても勿論よい。 (3) 放熱ブロック２の蛇行状のフィン２ａに代えてハニ
カム状の金属製フィン、多孔質金属製のフィンを用いて
もよい。 (4) 内側放熱ブロック２は３列に組み合わせて互いに押
圧するように構成したが、押圧だけではなく伝熱プレー
ト２ｂの押圧面間で半田付接合してもよく、又３列の放
熱ブロックを一体の１つの放熱ブロックで構成しても勿
論よい。 【００２６】(5) 放熱ブロック２とＰＴＣ素子１とをバ
ネ５で押圧する構成に代えてケース３にネジ止めする等
の方法により固定、押圧してもよい。 (6) 放熱フィン２ａに設けたルーバ２’ａは省略しても
よい。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例を示す正面図である。 【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。 【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。 【図４】図１の放熱ブロックを示す部分拡大図である。 【図５】加熱装置の取り付け場所の一例を示す模式図で
ある。 【図６】加熱装置の吸気加熱特性を示す特性図である。 【図７】加熱装置の吸気加熱特性を示す特性図である。 【図８】測定ベンチの構成を示す模式図である。 【符号の説明】 １ ＰＴＣ素子 ２ 放熱ブロック ２ａ 放熱フィン ２ｂ 伝熱プレート

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１） 通電により発熱し、且つ正の温度抵抗係数を有
   し、又互いの一側面が対向配置された板状の発熱体と、
   前記発熱体の対向間に配置され、且つ被加熱媒体を通過
   させる複数の通路部を有した内側放熱ブロックと、前記
   発熱体の、前記一側面と反対側の他側面に配置され、且
   つ被加熱媒体を通過させる複数の通路部を有した外側放
   熱ブロックと、を具備し、前記内側放熱ブロックの前記
   複数の通路部の総開口面積が前記各外側放熱ブロックの
   前記複数の通路部の各総開口面積よりも大きく設定され
   ていることを特徴とする加熱装置。 （２） 前記内側放熱ブロックは、蛇行状に屈曲形成さ
   れた複数の放熱フィンと、該複数のフィンの両側の屈曲
   端部に接合された伝熱プレートとを前記フィン毎に複数
   列、積層配置されて構成されており、前記外側放熱ブロ
   ックは蛇行状に屈曲形成された１列のフィンと、該フィ
   ンの両側の屈曲端部に接合された伝熱プレートとから構
   成されおり、前記各通路部は前記各フィンの蛇行部の間
   に形成されていることを特徴とする請求項１記載の加熱
   装置。 （３） 前記内側放熱ブロックと前記外側放熱ブロック
   との前記各放熱フィンの屈曲幅は略同じであり、その結
   果、前記内側放熱ブロックの放熱フィンの累計屈曲幅が
   前記外側放熱ブロックの放熱フィンの屈曲幅よりも寸法
   的に大きく設定されていることを特徴とする請求項２記
   載の加熱装置。 （４） 前記内側放熱ブロックの放熱フィンの累計屈曲
   幅が前記外側放熱ブロックの放熱フィンの屈曲幅よりも
   少なくとも２倍に設定されていることを特徴とする請求
   項３記載の加熱装置。