(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）内部を流体が通過可能な枠体と、
（ｂ）この枠体の内部に設けられた中間支持体と、
（ｃ）前記枠体によって絶縁支持されるとともに、前記中間支持体によっても絶縁支持される、複数の屈曲部を有する蛇行性の発熱体とを備え、
前記発熱体は、前記枠体内に前記中間支持体によって２個並列に配設されており、前記中間支持体は、この２個並列に配設される前記発熱体の前記屈曲部が嵌まり込むＵ字状の溝が両側に設けられた単一の絶縁体を有している流体加熱装置。
【請求項２】
前記中間支持体は、２個で一対を成し前記枠体に支持される金属製溝材によって前記絶縁体を保持してなるとともに、前記金属製溝材は、前記絶縁体を保持するバネ部が両端に一体形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体加熱装置。
【請求項３】
前記枠体内に前記中間支持体によって２個並列に配設される前記発熱体は、前記流体の流れ方向に対し複数段設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の流体加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は枠体の内部を通過する流体を加熱する流体加熱装置に関し、吸気管を通過する空気や内燃機関の排気通路に設けられた触媒の上流あるいは中間における排気ガスを加熱する流体加熱装置に用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の流体加熱装置として、例えば図１４に示すような流体加熱装置１０１が知られている。この流体加熱装置１０１は、内部に通気路を備えた枠体１０２内に、蛇行状に設けられた発熱体１０３を、保持手段１０４を介して絶縁支持させたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに従来の図１４のような流体加熱装置１０１では、枠体１０２の内周に渡された発熱体１０３は、バネ１０６を介して枠体１０２で両端を支持されることにより、この発熱体１０３の重量、流体から受ける荷重、前記バネ１０６が吸収し切れない振動衝撃等に耐える強度を保ち得ることが要求された。
【０００４】
このように、発熱体１０３は強度を維持する必要上、断面積を小さくすることには限界があった。このため発熱体１０３の屈曲部１０５は、加工の際、大きな力を要し、また割れ易いので、小さく形成することが難しく蛇行回数の密度を高めて熱効率を向上することには限界があった。
【０００５】
本発明の目的は、薄く蛇行回数の密度が高い発熱体を用いることを、この発熱体の低い強度でも支持可能とすることにより実現した流体加熱装置の提供にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る流体加熱装置は、内部を流体が通過可能な枠体と、この枠体の内部に設けられた中間支持体と、前記枠体によって絶縁支持されるとともに、前記中間支持体によっても絶縁支持される、複数の屈曲部を有する蛇行性の発熱体とを備え、前記発熱体は、前記枠体内に前記中間支持体によって２個並列に配設されており、前記中間支持体は、この２個並列に配設される前記発熱体の前記屈曲部が嵌まり込むＵ字状の溝が両側に設けられた単一の絶縁体を有している技術的手段を採用する。
請求項２に係る流体加熱装置は、請求項１の構成に加え、前記中間支持体は、２個で一対を成し前記枠体に支持される金属製溝材によって前記絶縁体を保持してなるとともに、前記金属製溝材は、前記絶縁体を保持するバネ部が両端に一体形成されていることを特徴とする。
請求項３に係る流体加熱装置は、請求項１又は請求項２の構成に加え、前記枠体内に前記中間支持体によって２個並列に配設される前記発熱体は、前記流体の流れ方向に対し複数段設けられている。
【０００８】
【作用および効果】
発熱体は薄板化し、この薄板化に伴う曲げ加工の容易さにより屈曲部が小さく加工されているため、蛇行回数の密度が高い。そして前記発熱体は支持長が短くなるため、この発熱体の低い強度でも枠体と中間支持体で両端を絶縁支持されて、この発熱体の重量、流体から受ける荷重、振動衝撃等を受け持つ。このため前記蛇行回数の密度の高さにより表面積が拡大され、熱効率を向上することができる。
【０００９】
【実施例】
次に、本発明の流体加熱装置を、図に示す一実施例に基づき説明する。
【００１０】
［実施例の構成］
図１ないし図１０は、本実施例の流体加熱装置１００を示し、図１は流体加熱装置１００の正面図、図２および図３は流体加熱装置１００の側面図、図４は通電回路図である。
本実施例では流体加熱装置１００は、ディーゼル機関の始動初期時に吸入空気を加熱するため、機関の各気筒へ吸入空気を分配するインテークマニホールド（図示しない）と、このインテークマニホールドへ燃焼用の空気を導く吸入管（図示しない）との間に装着される。この流体加熱装置１００は、アルミニウム製の枠体１と、この枠体１内に設けられる上流側発熱部２と、この上流側発熱部２の下流に設けられる下流側発熱部３と、上流側発熱部２および下流側発熱部３に通電する通電部４とからなる。
【００１１】
枠体１は、ほぼ矩形を呈するとともに内部は通気路５となっており、対向する第一枠部材６と第二枠部材７およびこれ以外の対向する第三枠部材８と第四枠部材９よりなり、４つの角部には気流方向に締結用の穴１０が設けられている。第一枠部材６と第二枠部材７には、上流側発熱部２および下流側発熱部３の端子をなす４個の電極棒１１ａと４個の電極棒１１ｂが各々絶縁被覆材とともに貫通して取り付けられ、前記４個の電極棒１１ａは通電板１２により上流側の２個同士および下流側の２個同士が電気的に接続されている。そしてこれら第一枠部材６と第二枠部材７の内壁中央には、各々一対の突起１３と一対の突起１４が互いに対向して気流方向に設けられている。また第三枠部材８と第四枠部材９には、これらの内壁のほぼ全面に亘る長方形状の切り欠き（ないし凹所）１５が形成されている。これらの切り欠き（ないし凹所）１５の幅の両端には、対向した突起１６がそれぞれ設けられ、これらの切り欠き（ないし凹所）１５の（通気路５側）出口を狭めている。
【００１２】
上流側発熱部２は、気流に対し並列に設けられた２個の発熱体１７と、第三枠部材８と第四枠部材９の内壁で対向した突起１６でそれぞれ支持されるとともに、前記２個の発熱体１７のそれぞれを、絶縁保持する２個の端部保持手段１８と、第一枠部材６の突起１３と第二枠部材７の突起１４との間に渡され、前記２個の発熱体１７を絶縁保持する中間保持手段１９とよりなる。また中間保持手段１９は、それぞれの端部保持手段１８から等しく約３０ｍｍの中間位置にある。
【００１３】
発熱体１７は、幅１０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍの鉄クロム合金製の帯状の電気抵抗金属板を板面方向に多数折り曲げて部材が平行となるよう蛇行させ、通気路５の開口面積のほぼ半分に亘る略矩形状に形成されている。この発熱体１７の両端は、前記電極棒１１ａと電極棒１１ｂとに各々締結されている。また発熱体１７の一方の屈曲部２０群、他方の屈曲部２１群は、それぞれ端部保持手段１８と、中間保持手段１９とにより保持される。
【００１４】
端部保持手段１８は、前記切り欠き（ないし凹所）１５に嵌め込まれた金属製溝材２２と、この溝材２２に嵌め込まれるとともに、前記発熱体１７の屈曲部２０が嵌まり込むＵ字状の溝２３群が片側に設けられた絶縁体２４と、前記溝材２２の底板２５と絶縁体２４の間に介在させた板バネ２６とからなる。
【００１５】
中間保持手段１９は、前記第一枠部材６の突起１３と第二枠部材７の突起１４との間に渡されて支持されると共に、両端内側に一体のバネ部が設けられ、側面に前記発熱体１７の屈曲部２１群の通過する細長い開口が設けられた一対の金属製支持材２７と（図５ないし７参照）、これら支持材２７の中に納められ両端のバネ部で支持されるとともに、前記発熱体１７の屈曲部２１が嵌まり込むＵ字状の溝２８群が両側に設けられた絶縁体２９とからなる（図８ないし１０参照）。
【００１６】
下流側発熱部３は、上流側発熱部２と同様な構成であり、気流に対し並列した２個の発熱体１７と、これらをそれぞれ絶縁保持する２個の端部保持手段（図示しない）と、前記２個の発熱体１７を絶縁保持する中間保持手段（図示しない）とからなる。
【００１７】
通電部４は、図４に示すとおり、バッテリー３０よりリレー３１、電極棒１１ｂ、電極棒１１ａ、電極棒１１ａ、電極棒１１ｂを通り接地する上流回路３２と、バッテリー３０よりリレー３１、電極棒１１ｂ、電極棒１１ａ、電極棒１１ａ、電極棒１１ｂを通り接地する下流回路３３とからなる。そして発熱体１７に印加される電圧−消費電力は、上流側発熱部２の電極棒１１ｂ間で２２Ｖ−６５０Ｗ、下流側発熱部３の電極棒１１ｂ間で２２Ｖ−６５０Ｗで、並列に接続されたときの総消費電力は１３００Ｗに設計されている。
【００１８】
〔比較実験〕
本実施例の流体加熱装置１００と従来の流体加熱装置１０１（図１４参照）とを比較した実験に沿って説明する。
【００１９】
この実験は、図１１に示す測定装置３４により行った。この測定装置３４は、差圧計３５を用いた空気流量測定部３６と、この空気流量測定部３６に続く吸入空気ノズル３７と、この吸入空気ノズル３７に続く実験に用いる流体加熱装置と、この流体加熱装置への定電圧供給源３８と、この流体加熱装置に続く排出空気ノズル３９と、この排出空気ノズル３９内の空気温度を測定する空気温度測定部４０と、この排出空気ノズル３９に続く送風機４１とからなる。
【００２０】
実験には、本実施例の流体加熱装置（本発明品）１００と、図１４にも示した従来技術による流体加熱装置（従来品）１０１とを用いた。なお比較に用いる流体加熱装置（従来品）１０１は、上流側と下流側にそれぞれ発熱体１０３を備える。そしてこれらの発熱体１０３の電圧−消費電力は、上流側のみの通電（従来品Ａ）で２２Ｖ−２６００Ｗ、上流側と下流側の両方で直列に通電（従来品Ｂ）した場合、２２Ｖ−１３００Ｗに設計されている。
【００２１】
本実験では冷間始動を想定し、１５秒間プリヒートを行い、その後のアフターヒートでは送風機４１により始動時のクランキング回転数相当の空気を送風し、その加熱空気温度を測定比較した。
なお、本実施例の流体加熱装置（本発明品）１００の通電パターンは、プリヒート時消費電力１３００Ｗ、アフターヒート時消費電力１３００Ｗである（図１２α参照）。また、従来技術による流体加熱装置（従来品）１０１を用いる従来品Ａの通電パターンは、プリヒート時消費電力２６００Ｗ、アフターヒート時消費電力１３００Ｗである（図１２β参照）。さらに、従来技術による流体加熱装置（従来品）１０１を用いる従来品Ｂの通電パターンは、プリヒート時消費電力１３００Ｗ、アフターヒート時消費電力１３００Ｗである（図１２γ参照）。
空気流量は、いずれの実験も２００ｌ／ｍｉｎ  で一定である。
【００２２】
実験結果を図１３に示す。図１３δは本実施例の流体加熱装置（本発明品）１００により得られる加熱特性で、図１３εは従来技術による流体加熱装置（従来品）１０１の従来品Ａにより得られる加熱特性で、図１３ζは、従来技術による流体加熱装置（従来品）１０１の従来品Ｂにより得られる加熱特性である。
【００２３】
〔実施例の効果〕
本実施例の発熱体１７は、端部保持手段１８と中間保持手段１９とによって支持されている。端部保持手段１８と中間保持手段１９との間隔は約３０ｍｍであるため、発熱体１７は、通気路５内で支持され得る強度を維持するのに幅１０ｍｍ板厚０．３ｍｍでよい。なお比較のために示すと、保持手段１０４で両側を支持された発熱体１０３は、強度を維持するのに幅１０ｍｍ板厚０．７５ｍｍが要求される。従って、本実施例の発熱体１７では、従来技術による流体加熱装置１０１の発熱体１０３と比較して屈曲部２０および屈曲部２１の曲率半径を１／２程度に小さくでき、曲げ数を２倍にすることができ、発熱体１７の表面積を約２倍とすることができる。
【００２４】
このため図１３の実験結果に示したように、本発明品の流体加熱装置１００は、消費電力が同じ場合の従来品Ｂの流体加熱装置１０１に比べエンジンに導かれる空気の加熱量を格段に大きくすることができ、またプリヒート時の消費電力が大きい場合の従来品Ａの流体加熱装置１０１に比べ同等以上に空気加熱を行うことができる。
【００２５】
また、従来品Ａの通電を行うにはリレー２個を切り換える複雑な制御を必要とするのに対し、本発明品は１個のリレー３１で済み、制御も簡素化できる。
【００２６】
以上のように本発明品の流体加熱装置１００は、従来品の流体加熱装置１０１に比べてより少ない消費電力によって予熱１５秒でより良好な始動性（１０秒以内に完爆する）を得ることができる。
【００２７】
また中間保持手段１９は、両側の側面で２個の発熱体１７を保持するため１個で済む。このため中間保持手段１９は前面面積が抑えられ、吸気圧損の上昇を防止することができる。
さらに本発明品の流体加熱装置１００は、従来品の流体加熱装置１０１に比べて所要発熱量達成のための発熱体１７の気流方向段数への依存度が低く、その分重量およびコストの増加を少ないものとすることができる。
【００２８】
〔変形例〕
本実施例では上流側発熱部２および下流側発熱部３の２段よりなる流体加熱装置１００を示したが、１段または３段以上設けてもよい。
本実施例では吸気通路に設けられた流体加熱装置１００を示したが、排気通路の触媒ヒータに用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】流体加熱装置の正面図である。
【図２】流体加熱装置の側面図である。
【図３】流体加熱装置の側面図である。
【図４】流体加熱装置の通電回路図である。
【図５】支持材の気流方向から見た正面図である。
【図６】支持材の平面図である。
【図７】支持材の側面図である。
【図８】絶縁体の正面からみた断面図である。
【図９】絶縁体の側面図である。
【図１０】絶縁体の正面からみた端部詳細断面図である。
【図１１】実験用測定装置の略図である。
【図１２】比較実験に使用する通電および送風パターンである。
【図１３】比較実験により得られた空気加熱特性を示すタイムチャートである。
【図１４】従来技術によるディーゼルエンジン用流体加熱装置の正面図である。
【符号の説明】
１    枠体
１７    発熱体
１９    中間保持手段（中間支持体）
２０    屈曲部
２１    屈曲部
２７    金属製溝材
２８    Ｕ字状の溝
２９    絶縁体
１００  流体加熱装置
【図１】
0003623243.tif 000002
【図２】
0003623243.tif 000003
【図３】
0003623243.tif 000004
【図４】
0003623243.tif 000005
【図５】
0003623243.tif 000006
【図６】
0003623243.tif 000007
【図７】
0003623243.tif 000008
【図８】
0003623243.tif 000009
【図９】
0003623243.tif 000010
【図１０】
0003623243.tif 000011
【図１１】
0003623243.tif 000012
【図１２】
0003623243.tif 000013
【図１３】
0003623243.tif 000014
【図１４】
0003623243.tif 000015