(57)【要約】【課題】流体に対するヒータの熱伝達効率を高められる流体加熱装置及びその製造方法を提供すること。【解決手段】流体加熱装置１００は、発熱するヒータ２１と、ヒータ２１が埋設されて温水（流体）を加熱する成形体２０と、温水に当たる外周フィン３１（フィン）を有するフィン体３０と、を備え、フィン体３０が成形体２０に結合される。【選択図】図２
2019046630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を加熱する流体加熱装置であって、
発熱するヒータと、
前記ヒータが埋設される成形体と、
流体に当たるフィンを有するフィン体と、を備え、
前記成形体に前記フィン体が結合されることを特徴とする流体加熱装置。
【請求項２】
請求項１に記載の流体加熱装置であって、
前記フィン体は、前記成形体に鋳込まれるインサート部を有することを特徴とする流体加熱装置。
【請求項３】
請求項２に記載の流体加熱装置であって、
前記フィン体は、前記成形体と同系の金属によって成形されることを特徴とする流体加熱装置。
【請求項４】
流体を加熱する流体加熱装置の製造方法であって、
流体に当たるフィンを有するフィン体を形成し、
発熱するヒータ及び前記フィン体が鋳込まれる成形体を鋳造する流体加熱装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の流体加熱装置の製造方法であって、
前記フィン体を押し出し成形することを特徴とする流体加熱装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒータが流体を加熱する流体加熱装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ヒータが流体を加熱する流体加熱装置が開示されている。
【０００３】
上記流体加熱装置は、ヒータの周りを覆うように成形される加熱部を備える。加熱部には、内周フィン及び外周フィンが鋳造によって一体形成される。流体加熱装置の作動時には、ヒータの熱が内周フィン及び外周フィンから流体に伝えられる。加熱部は、内周フィン及び外周フィンによって流体と熱交換する伝熱面積が決まる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１６８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記流体加熱装置は、内周フィン及び外周フィンが鋳型によって成形される加熱部に一体形成されるため、鋳型の形状によってフィンの板厚やフィンどうしの間隔を小さくすることが制限される。このため、上記流体加熱装置は、流体に対するヒータの熱伝達効率を十分に高められないおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、流体に対するヒータの熱伝達効率を高められる流体加熱装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様によれば、流体を加熱する流体加熱装置であって、発熱するヒータと、前記ヒータが埋設される成形体と、流体に当たるフィンを有するフィン体と、を備え、前記成形体に前記フィン体が結合されることを特徴とする流体加熱装置が提供される。
【０００８】
また、本発明のある態様によれば、流体を加熱する流体加熱装置の製造方法であって、流体に当たるフィンを有するフィン体を形成し、発熱するヒータ及び前記フィン体が鋳込まれる成形体を鋳造することを特徴とする流体加熱装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
上記態様によれば、流体加熱装置では、ヒータの熱が成形体及びフィン体を介して流体に伝えられる。フィンは、成形体と別体のフィン体に形成されるため、フィンが成形体に一体形成されるものに比べて、形状の設定自由度が高まる。これにより、流体加熱装置は、フィンの伝熱面積を十分に確保して、流体に対するヒータの熱伝達効率を高められる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る流体加熱装置の断面図である。
【図２】図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】図３は、鋳造装置の断面図である。
【図４】図４は、比較例に係る成形体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る流体加熱装置１００について説明する。
【００１２】
流体加熱装置１００は、ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ：電動車両）やＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ：ハイブリッド車両）などの車両に搭載される車両用空調装置（図示省略）に適用される。流体加熱装置１００は、車両用空調装置が暖房運転を実行するために、流体（媒体）としての温水を加熱する。
【００１３】
まず、図１、図２を参照して、流体加熱装置１００の構成について説明する。なお、説明の簡略化のため、流体加熱装置１００は一部を省略して図示している。
【００１４】
流体加熱装置１００は、温水が流通するタンク１０と、タンク１０内に収容される電熱式ヒータユニット１９と、を備える。
【００１５】
タンク１０は、流体室８を形成する内壁面１４と、上方に開口してヒータユニット１９が組み付けられる開口部１５と、温水が供給される供給口１１と、温水が排出される排出口１２と、を有する。
【００１６】
ヒータユニット１９は、通電により発熱する螺旋状のヒータ２１と、流体室８を流通する温水に当たる一対のフィン体３０（図２参照）と、ヒータ２１及びフィン体３０が鋳込まれる成形体２０と、を備える。
【００１７】
ヒータ２１は、ニクロム線が絶縁材を介して金属パイプで包まれたシーズヒータである。なお、これに限らず、ヒータ２１は、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）ヒータ又は他のヒータであってもよい。
【００１８】
ヒータ２１は、通電により発熱する発熱部２１ａと、発熱部２１ａの両端部２１ｂから突出する一対の端子２１ｃと、を有する。ヒータ２１は、端子２１ｃを介して通電されることによって発熱部２１ａが発熱する。
【００１９】
ヒータユニット１９は、その内側に温水が流通する流路７を有する。流路７は、流体室８の中央部に設けられる。発熱部２１ａは、流路７を囲むように螺旋状に巻かれる。なお、発熱部２１ａは、螺旋状に限らず、流路７を囲むように往復する形状であってもよい。
【００２０】
成形体２０は、ヒータ２１と比較して融点の低い金属によって形成される。フィン体３０は、成形体２０と同系の金属によって形成される。ここでは、ヒータ２１の金属パイプは、ステンレスで形成される。そして、成形体２０及びフィン体３０は、アルミニウム合金で形成される。
【００２１】
成形体２０は、ヒータ２１の発熱部２１ａを埋設する加熱部２２と、タンク１０の開口部１５を閉塞する天板状の隔壁部２５と、加熱部２２を隔壁部２５に連結する連結部２４、２８と、を有する。
【００２２】
加熱部２２は、螺旋状の発熱部２１ａに沿って延在する筒状に形成される。加熱部２２は、流体室８に突出する複数の内周フィン２９を有する。内周フィン２９は、放射状に突出する。
【００２３】
加熱部２２の外周には、一対のフィン体３０が鋳込まれる。フィン体３０は、成形体２０に鋳込まれるインサート部３２（結合部）と、インサート部３２から流体室８に突出する複数の外周フィン３１と、を有する。
【００２４】
インサート部３２は、発熱部２１ａを囲むように湾曲した板状に形成される。インサート部３２は、流体室８に面する外周面３２ａと、成形体２０に面する内周面３２ｂと、を有する。
【００２５】
内周面３２ｂには、複数の内周溝３３が開口する。フィン体３０は、内周溝３３が成形体２０に鋳込まれることで、フィン体３０と成形体２０との接触面積が大きくなり、結合強度が確保される。
【００２６】
外周フィン３１は、略一定の板厚を有する平板状に形成される。外周フィン３１は、インサート部３２の外周面３２ａから図２において左右方向に突出し、それぞれの先端がタンク１０の内壁面１４に略一定の間隔をもつ。各外周フィン３１は、互いに略一定の間隔をもって略平行に並ぶ。
【００２７】
ヒータユニット１９は、内周フィン２９及び外周フィン３１によって流体室８に面する伝熱面積が確保される。
【００２８】
隔壁部２５は、タンク１０内に面して流体室８を形成する流体室壁面２６（下面）と、電装室９を形成する電装室壁面２７（上面）と、を有する。電装室壁面２７には、温度センサ（図示省略）を取り付けるための凹部２３が開口する。電装室９には、電装室壁面２７からヒータ２１の端子２１ｃが突出し、ヒータ２１の作動を制御する電装部品（図示省略）が設けられる。
【００２９】
次に、ヒータユニット１９の製造方法について説明する。
【００３０】
まず、フィン体３０を成形する一次成形工程が行われる。一次成形工程では、まず、熱した金属を金型（図示省略）から押し出し成形することで、所定の断面形状を有する成形部材を形成する。続いて、形成された成形部材を所定の長さに切断して、フィン体３０を形成する。
【００３１】
その後、成形体２０を成形する二次成形工程が行われる。二次成形工程では、図３に示す鋳造装置４０を用いて成形体２０を成形する。
【００３２】
ダイキャスト工法による鋳造装置４０は、加圧された溶湯が充填される鋳型４１〜４４を備える。なお、説明の簡略化のため、鋳造装置４０は一部を省略して図示している。
【００３３】
二次成形工程では、まず、鋳型４２、４３の内部にフィン体３０及びヒータ２１を設置し、鋳型４４をヒータ２１の内側にスライドさせる。
【００３４】
上記ヒータ２１の設置時に、ヒータ２１は、両端部２１ｂが鋳型４３の孔４３ａ、４３ｂにそれぞれ挿入されることで、鋳型４３に支持される。
【００３５】
続いて、加圧された噴霧状の溶湯が図３に矢印で示すように鋳型４１〜４３内に充填される。こうして充填された溶湯が凝固することによって成形体２０が成形される。そして、鋳型４１〜４４を成形体２０から離し、鋳型４１〜４３から成形体２０が取り外される。
【００３６】
こうして鋳造されたヒータユニット１９は、タンク１０に組み付けられる。そして、ヒータユニット１９の隔壁部２５上には、電装部品及び回路（図示省略）が組み付けられた後に、電装室９を形成するカバー（図示省略）が組み付けられる。
【００３７】
以上のようにして製造された流体加熱装置１００は、車両用空調装置に組み付けられる。
【００３８】
流体加熱装置１００の作動時には、温水が以下のようにして循環する。
・ポンプ（図示省略）によって送られる温水は、図１に矢印Ａで示すように、配管（図示省略）を通じて供給口１１からタンク１０内の流体室８に供給され、加熱部２２の流路７内に流入する。
・続いて、温水は、矢印Ｂで示すように、流路７を図１において右方向に流れ、内周フィン２９との熱交換によって加熱される。
・続いて、温水は、矢印Ｃで示すように、タンク１０の内壁面１４に当たって方向転換する。
・続いて、温水は、矢印Ｄで示すように、流体室８を図１において左方向に流れ、外周フィン３１との熱交換によって加熱される。
・続いて、温水は、矢印Ｅで示すように、排出口１２を通じてタンク１０内から排出される。
・続いて、温水は、配管（図示省略）を通じてヒータコア（図示省略）に送られ、ヒータコアを介して空調用空気を暖める。
・続いて、ヒータコアを通過した温水は、配管（図示省略）を通じてポンプに吸い込まれて循環する。
【００３９】
次に、本実施形態の効果について説明する。
【００４０】
本実施形態によれば、発熱するヒータ２１と、ヒータ２１が埋設されて温水（流体）を加熱する成形体２０と、温水に当たる外周フィン３１（フィン）を有するフィン体３０と、を備え、フィン体３０が成形体２０に結合される流体加熱装置１００が提供される。
【００４１】
本実施形態によれば、温水に当たる外周フィン３１が突出するフィン体３０を形成し、ヒータ２１及びフィン体３０が鋳込まれる成形体２０を鋳造することを特徴とする流体加熱装置の製造方法が提供される。
【００４２】
このように構成することで、ヒータ２１の熱が成形体２０及びフィン体３０を介して温水に伝えられる。外周フィン３１は、成形体２０と別体のフィン体３０に形成されるため、成形体２０に一体形成されるものに比べて、形状の設定自由度が高まる。これにより、流体加熱装置１００は、外周フィン３１の伝熱面積を十分に確保して、流体に対するヒータ２１の熱伝達効率を高められる。
【００４３】
ここで、図４に示す比較例に係る成形体５０について説明する。成形体５０には、外周フィン５１が鋳造によって一体形成される。成形体５０を鋳造する際には、鋳型の成形壁面に外周フィン５１を抜き取るための勾配を設ける必要がある。このため、外周フィン５１はテーパ状に成形される。この場合、外周フィン５１の板厚を小さくすると、鋳造時に溶湯を外周フィン５１の先端まで充填することが難しくなる。このため、外周フィン５１は、その板厚及び突出寸法が制限される。
【００４４】
これに対して、本実施形態によれば、フィン体３０を押し出し成形によって形成する流体加熱装置１００の製造方法が提供される。
【００４５】
これにより、押し出し成形によって形成される外周フィン３１は、テーパ状に成形する必要がなく、平板状に成形することができる。さらに、外周フィン３１は、隣り合うものどうしの間隔、及び突出高さ等に対する制約が少なくなり、フィン形状の設定自由度が高まる。
【００４６】
また、本実施形態によれば、フィン体３０は、成形体２０に鋳込まれるインサート部３２を有する流体加熱装置１００の製造方法が提供される。
【００４７】
このように構成することで、フィン体３０は、インサート部３２が成形体２０に鋳込まれることで、成形体２０に結合される。これにより、フィン体３０は、成形体２０にネジ等を介して結合されるものに比べて、結合部に内部腐食等が生じることが抑えられる。
【００４８】
また、フィン体３０は、成形体２０と同系の金属によって形成される。
【００４９】
このように構成することで、成形体２０を鋳造する際に、フィン体３０の表面と成形体２０とは同系の金属どうしが溶融して結合する。これにより、フィン体３０と成形体２０とが密着して両者の間に空隙が生じることが防止されるため、ヒータ２１が温水を加熱する際の熱交換効率が高められる。
【００５０】
なお、上記した構成に限らず、フィン体３０は、成形体２０と異なる金属によって形成される構成としてもよい。
【００５１】
また、図２に２点鎖線で示すように、ヒータユニット１９は、成形体２０の内側（中央部）に鋳込まれる筒状のフィン体３９を備えるものであってもよい。この場合に、内周フィン２９は、成形体２０と別体のフィン体３９に形成されるため、形状の設定自由度が高まる。また、ヒータ２１が成形体２０に鋳込まれる際には、フィン体３９がヒータ２１の内側に設置される。これにより、ヒータ２１がフィン体３９の外周部によって支持されるため、ヒータ２１が溶湯流から受ける負荷によって位置ずれが生じたり、変形することが防止される。
【００５２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００５３】
本発明は、車両に搭載される流体加熱装置として好適であるが、車両以外に使用される流体加熱装置にも適用できる。
【符号の説明】
【００５４】
２０    成形体
２１    ヒータ
３０    フィン体
３１    外周フィン（フィン）
３２    インサート部
１００    流体加熱装置
【図１】
2019046630.tif 000003
【図２】
2019046630.tif 000004
【図３】
2019046630.tif 000005
【図４】
2019046630.tif 000006