JPS6333352Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

本考案は一般に加熱装置であつて、詳しくは正
の温度係数を有するサーミスタ素子を用いる加熱
装置に関する。 ここにいうサーミスタ素子はPTCサーミスタ
素子（Positive Temperature Coefficient）で、
通電により直ちに発熱する速熱性を有すると共に
定温度発熱特性を有し、温度上昇に対応する電気
抵抗の増加に対し電流が減少し素子温度はある一
定値以上には上昇しない。このような特徴から、
PTCサーミスタ素子は従来より種々の熱源とし
て用いられている。 第１図はPTCサーミスタ素子を用いた加熱装
置の従来例を示し、板状のPTCサーミスタ素子
１と該素子をはさんでその板面に形成される１対
の電極２ａおよび２ｂと一方の電極２ａを介して
素子１に積層される放熱板３を有し、該放熱板３
と電極２ｂ間に電源４を印加するごとく構成され
たもので、通電により素子１で発生した熱が、接
合面を介し放熱板に伝わり外部に放散される。 ところで、PTCサーミスタ素子および放熱板
の双方の接合面には微細な表面荒れおよび歪があ
り、また微細な異物の介在等があるので、接合面
は多数の点接触となり接合しない空隙部分が多数
生じ、その結果、熱伝導が妨げられることにな
る。そこでこれを改善すべく、接合面に熱伝導性
グリースを介在させ空隙部分を充填する手段がと
られている。 この種の手段によれば、素子の発熱温度が比較
的低い100℃前後においては発熱体として安定な
特性を得ることが可能であるが、それ以上の温度
ではグリースの耐熱性から安定な特性を期待する
ことは困難である。また、接合面におけるグリー
スの存在で放熱板と素子との接触面積が少なくな
るので、電気伝導の面でも危険性が生じ、例えば
特に大電流の流入に対して電流が局部的に集中す
る等の問題を生ずる。 従つて本考案は従来の技術の上記欠点を改善す
るもので、その目的は、良好な熱および電気伝導
性を有し効率のよい動作を行なうことのできる加
熱装置を提供することにある。この目的を達成す
るための本考案の特徴は、導電性および熱伝導性
を有すると共に黒鉛の薄片を圧縮積層した柔軟性
のある黒鉛シートと該黒鉛シートの一面に接する
正の温度係数を有するサーミスタ素子とによる少
なくとも１つの組合せ体と、熱伝導性の良い金属
材料からなり上記黒鉛シートの他面に接し組合せ
体を収容する放熱部材と、放熱部材およびサーミ
スタ素子で黒鉛シートを圧するごとく上記サーミ
スタ素子を挿圧する手段と、上記組合せ体に給電
する手段とを有するごとき加熱装置にある。以下
図面により実施例を説明する。 第２図ａおよび第２図ｂは本考案による加熱装
置の一実施例で、第２図ａは組立図、第２図ｂは
断面図を示す。 図において、参照符号ＡおよびＢは組合せ体
で、第１の組合せ体Ａは円板状の黒鉛シート２１
ａと該シートの一面に接する円板状のPTCサー
ミスタ素子２０ａで構成され、第２の組合せ体Ｂ
は黒鉛シート２１ｂとPTCサーミスタ素子２０
ｂで構成される。黒鉛シート２１ａおよび２１ｂ
は黒鉛の薄片を圧縮積層したもので、柔軟性を有
すると共に良好な電気伝導性および熱伝導性を有
し、また耐熱性が高くその酸化温度は300℃以上
の値を有する。２２ａは上部放熱部材、２２ｂは
下部放熱部材で、熱伝導性の良い金属例えばアル
ミニウム等からなり、上記組合せ体を収容するご
とく容器状に形成される。２３は弾力性のある金
属で形成された電極で、水平面内に延びる複数の
突出部を有する菊花形状であつて隣接する各突部
が垂直面内で互いに逆方向に反るごとく構成され
る。２４は電極２３から引き出されるリード線
で、該リード線を外部に導き出すため、第２の組
合せ体Ｂおよび下部放熱部材２２ｂに貫通孔がも
うけられる。 以上のごとき各構成のもとで、組合せ体は、第
１の組合せ体Ａを構成する黒鉛シート２１ａの他
面が上部放熱板２２ａに接し、第２の組合せ体Ｂ
を構成する黒鉛シート２１ｂの他面が下部放熱板
２２ｂに接するごとく、放熱部材に収容される。
電極２３は、第１の組合せ体Ａと第２の組合せ体
Ｂとの間に配置され、従つて組合せ体が放熱部材
に収容されれば、第２図ｂに示すごとく各サーミ
スタ素子２０ａおよび２０ｂの夫々に接し、しか
も電極２３は弾力性を有するので、放熱部材に対
して各サーミスタ素子２０ａおよび２０ｂを圧す
ることになる。 本考案による加熱装置が以上のごとく構成され
れば、電極２３による押圧力により黒鉛シート２
１ａおよび２１ｂが圧縮され接合面に密着するこ
とになるので、接合面の空隙は除去され良好な熱
伝導性が確保されると共に300℃以上の温度でも
安定な特性を得ることができ、また、大電流の流
入に対しても導電性が良いので電流の局部的集中
を招来するおそれはない。なお、PTC素子に対
する給電は、リード線２４と放熱部材間に電圧を
印加することにより行なわれる。 本考案によれば、更に次の効果を得ることがで
きる。 第１に、PTCサーミスタ素子の厚さを比較的
薄くすることが可能で、従つて素子の温度を放熱
部材の温度に良好に感応させることができる。す
なわち、放熱部材を通してPTCサーミスタ素子
の熱を取り出す場合、素子の接合面とこれに対向
し空気に接する素子の他面間には、第３図ａに示
すごとき温度勾配が生じ、接合面では抵抗値が低
く、他面では高くなる。なお、第３図ａにおい
て、横軸はPTCサーミスタ素子２０および放熱
部材２２の厚さｔｍ／ｍ、縦軸は接合面を示すと
共に温度℃で、曲線a₁は放熱部材２２における温
度勾配を、曲線b₁は素子２０における温度勾配
を、また曲線b₂は素子２０における抵抗値の変化
を夫々示す。第３図ｂは第３図ａと同様の仕様で
素子２０の厚さを薄くした場合を示し、曲線b′₁
で示されるように温度勾配が小となり、放熱部材
２２の温度に良く感応することがわかる。しか
し、素子の厚さを薄くすると機械的強度が減少す
るので接合面を密着するための挿圧力に限界が生
じ、従つて良好な電気および熱伝導性を得るため
の接合がより困難となるが、本考案によれば、柔
軟性シートを介在させているので、素子厚を薄く
しても素子の破壊を来たすことなく良好な接合面
を確保することが可能である。 第２に、黒鉛シートを発熱体として寄与させる
ことができより効果的な加熱を奏することができ
る。これは、第４図にもとずいて説明される。第
４図はサーミスタ素子の抵抗値R_Pおよび黒鉛シ
ートの抵抗値r_Gの温度に対する変化を示すもので
（横軸：温度、縦軸：抵抗値）、サーミスタ素子は
正の温度係数を、黒鉛シートは負の温度係数を有
する。なお、曲線R_P＋r_Gは合成抵抗を示す。今、
温度T₁で動作しているものとすれば、図から明
らかなように発熱電力の大部分はサーミスタ素子
で負担される。しかし、放熱部から取出される熱
量が増加し温度がT₂に下がると、黒鉛シートに
よる発熱電力の分担が大となり、放熱部に密接す
る黒鉛シートがPTCサーミスタ素子と共に発熱
源として動作するようになる。従つて、高負荷時
においても熱の伝導は良好で、充分な熱量を発生
することができる。 第３に、放熱部に対する熱の伝導が早く、従つ
て昇温時間が短い。これは、第５図ａおよび第５
図ｂにもとづいて説明される。第５図ａは黒鉛シ
ートを用いない場合における放熱部の昇温特性ｃ
およびサーミスタ素子の昇温特性ｄで（横軸：時
間、縦軸：電力）、サーミスタ素子自体は比較的
短時間で最大負荷電力W₀に達するが、放熱部に
対する熱伝導が良好でないので放熱部の温度上昇
に遅れが生ずる。また、図からサーミスタ素子は
比較的短時間ｔでほぼ一定の電力ωになることが
わかる。第５図ｂは第５図ａと同一仕様で更に黒
鉛シートをもうけたもので、最大負荷電力W₀が
曲線d′およびｅで示すごとくサーミスタ素子と黒
鉛シートとにより分割されるので、サーミスタ素
子で消費される電力は第５図ａに比較して小とな
る（W_PTC-G＜W_PTC）。従つて、サーミスタ単体を
見た場合の昇温速度は遅くなり、電力もそれだけ
長時間t′まで加わる（t′＞ｔ）。従つて本考案によ
れば、昇温初期における供給電力量を大きくする
ことができ、曲線d′に示すごとく放熱部の昇温速
度は早くなる。 実験例１：PTCサーミスタ素子直径34mm×厚さ
1.0mm、黒鉛シート厚さ0.4mm、放熱部材（アル
ミニウム）厚さ1.0mmで本考案による加熱装置
を構成し、黒鉛シートを用いないものとの対比
において、時間に対する電流値Ａおよび温度℃
を測定した。なお、加熱装置は空気中に設置し
た。

【表】 第１表は実験結果を示し、本考案の構造によ
れば良好な熱伝導性を有し昇温特性の優れてい
ることがわかる。 実験例２：上記構成の加熱装置を水を噴霧させた
状態下に設置し、黒鉛シートを用いないものと
の対比において、突入時の電流と安定時の電流
および安定時の温度とを測定した。

【表】 第２表は実験結果を示し、本考案の構造によ
れば安定時（発熱体による消費電力がほぼ一定
となつた状態）の電流および温度が高く、加熱
特性の優れていることがわかる。 以上説明した実施例および実験例では黒鉛シー
トを用いたが、例えば伝導性ゴム等のごとき熱伝
導性および電気伝導性を有する柔軟な薄板を用い
本考案を構成することが可能である。また、素子
および黒鉛シートからなる組合せ体を２組用いた
が、本考案はこれに限定されるものではなく、そ
の用途および必要とされる熱量に応じて、１組あ
るいは２組以上もうけられる。 以上詳しく説明したように本考案によれば、良
好な熱伝導性および電気伝導性を有する加熱装置
を提供することができ、例えばガソリン内燃機関
における気化のための加熱装置等として有効に用
いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は加熱装置の従来例、第２図ａおよび第
２図ｂは本考案による加熱装置の一実施例、第３
図ａ、第３図ｂ、第４図、第５図ａおよび第５図
ｂは本考案による加熱装置の効果を説明するため
の図である。 ２０ａ，２０ｂ：PTCサーミスタ素子、２１
ａ，２１ｂ：黒鉛シート、２２ａ，２２ｂ：放熱
部材、２３：電極、２４：リード線。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 導電性および熱伝導性を有すると共に黒鉛の薄
   片を圧縮積層した柔軟性のある黒鉛シートと該黒
   鉛シートの一面に接する正の温度係数を有するサ
   ーミスタ素子とによる少なくとも１つの組合せ体
   と、熱伝導の良い金属材料からなる上記黒鉛シー
   トの他面に接し組合せ体を収容する放熱部材と、
   放熱部材およびサーミスタ素子で黒鉛シートを圧
   するごとく上記サーミスタ素子を押圧する手段
   と、上記組合せ体に給電する手段とを有すること
   を特徴とする加熱装置。