(57)【要約】【課題】流体の加熱効率を向上させることのできる電気ヒータ装置を提供する。【解決手段】電気ヒータ装置１０は、内部に水の流れる複数の配管２１が所定の隙間を有して積層配置された構造からなる管積層体２０と、複数の配管２１の間の隙間に配置される発熱素子と、管積層体２０とは別体からなり、管積層体２０及び発熱素子を内部に収容する筐体４０と、管積層体２０及び筐体４０の間の熱抵抗を増加させるリブ１１０，１２０と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流体の流れる複数の配管（２１）が所定の隙間を有して積層配置された構造からなる管積層体（２０）と、
複数の前記配管の間の隙間に配置される発熱素子（３０）と、
前記管積層体とは別体からなり、前記管積層体及び前記発熱素子を内部に収容する筐体（４０）と、
前記管積層体及び前記筐体の間の熱抵抗を増加させる熱抵抗構造（１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，１６１，１７０）と、を備える
電気ヒータ装置。
【請求項２】
前記筐体には、前記熱抵抗構造として、前記管積層体に向かって突出するリブ（１１０，１２０）が形成されている
請求項１に記載の電気ヒータ装置。
【請求項３】
前記管積層体には、前記熱抵抗構造として、前記筐体に向かって突出するリブ（１３０，１４０）が形成されている
請求項１に記載の電気ヒータ装置。
【請求項４】
前記熱抵抗構造として、前記管積層体及び前記筐体の間に配置され、且つそれらの間の熱伝導を阻害する熱伝導阻害部材（１５０）を更に備える
請求項１に記載の電気ヒータ装置。
【請求項５】
前記熱抵抗構造として、前記管積層体を前記筐体から離間した状態で保持する保持部材（１６０，１６１，１７０）を更に備える
請求項１に記載の電気ヒータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電気ヒータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下記の特許文献１に記載の電気ヒータ装置がある。特許文献１に記載の電気ヒータ装置は、内部に水の流れる配管が所定の隙間を有して積層配置された構造からなる管積層体と、複数の配管の隙間に配置される発熱素子と、管積層体及び発熱素子を内部に収容する筐体とを備えている。この電気ヒータ装置では、発熱素子から発せられる熱が配管の内部を流れる水に伝達されることにより、水が加熱される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特願２０１７−４６３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載の電気ヒータ装置では、仮に管積層体と筐体とが接触している場合、発熱素子により配管内の水を加熱したとしても、その水の熱が筐体を介して外部に放出される可能性がある。これは、水の加熱効率を低下させる要因となるため、好ましくない。
本開示は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、流体の加熱効率を向上させることのできる電気ヒータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決する電気ヒータ装置（１０）は、内部に流体の流れる複数の配管（２１）が所定の隙間を有して積層配置された構造からなる管積層体（２０）と、複数の配管の間の隙間に配置される発熱素子（３０）と、管積層体とは別体からなり、管積層体及び発熱素子を内部に収容する筐体（４０）と、管積層体及び筐体の間の熱抵抗を増加させる熱抵抗構造（１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，１６１，１７０）と、を備える。
【０００６】
この構成によれば、熱抵抗構造により管積層体及び筐体の間の熱抵抗が増加するため、管積層体の配管内を流れる流体の熱が筐体に伝達され難くなる。これにより、発熱素子により加熱された流体の温度が低下し難くなるため、流体の加熱効率を向上させることができる。
なお、上記手段、特許請求の範囲に記載の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、流体の加熱効率を向上させることのできる電気ヒータ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１実施形態の電気ヒータ装置の分解斜視構造を示す斜視図である。
【図２】図２は、第１実施形態の電気ヒータ装置の平面構造を示す平面図である。
【図３】図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った端面構造を示す端面図である。
【図４】図４は、第２実施形態の電気ヒータ装置の端面構造を示す端面図である。
【図５】図５は、第３実施形態の電気ヒータ装置の端面構造を示す端面図である。
【図６】図６は、第４実施形態の電気ヒータ装置の平面構造を示す平面図である。
【図７】図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った端面構造を示す端面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、電気ヒータ装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
＜第１実施形態＞
はじめに、図１に示される第１実施形態の電気ヒータ装置１０について説明する。図１に示される本実施形態の電気ヒータ装置１０は、例えば車両用空調装置においてヒータコアを循環する循環水を電気的に加熱することによりヒータコアの温度を上昇させるための装置として用いられる。ヒータコアの温度を上昇させることにより、車室内に吹き出される空気の温度を上昇させることができるため、車室内の暖房が可能となる。このように、本実施形態の電気ヒータ装置１０は、その加熱対象である流体として水が用いられるものである。
【００１０】
図１に示されるように、電気ヒータ装置１０は、管積層体２０と、複数の発熱素子３０と、筐体４０と、押し付け部材５０と、スイッチング素子６０と、基板８０と、上蓋９０とを備えている。
図２に示されるように、管積層体２０は、内部に水の流れる複数の扁平状の配管２１がＹ軸方向に所定の隙間を有して積層配置された構造を有している。以下では、Ｙ軸方向のうちの一方向を「Ｙ１軸方向」と称し、その逆の方向を「Ｙ２軸方向」と称する。また、配管２１の長手方向を「Ｘ軸方向」と称するとともに、Ｘ軸方向のうちの一方向を「Ｘ１軸方向」と称し、その逆の方向を「Ｘ２軸方向」と称する。さらに、図１に示されるように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方に直交する方向をＺ軸方向と称するとともに、Ｚ軸方向のうちの一方向を「Ｚ１軸方向」と称し、その逆の方向を「Ｚ２軸方向」と称する。
【００１１】
各配管２１のＸ２軸方向の端部には、Ｙ１軸方向に突出する筒状の連結部２２ａと、Ｙ２軸方向に突出する筒状の連結部２２ｂとが形成されている。隣り合う配管２１，２１のそれぞれの連結部２２ａ，２２ｂが互いに連結されることにより、Ｘ２軸方向における各配管２１の端部が連通されている。また、各配管２１のＸ１軸方向の端部には、Ｙ１軸方向に突出する筒状の連結部２３ａと、Ｙ２軸方向に突出する筒状の連結部２３ｂとが形成されている。隣り合う配管２１，２１のそれぞれの連結部２３ａ，２３ｂが互いに連結されることにより、Ｘ１軸方向における各配管２１の端部が連通されている。
【００１２】
なお、管積層体２０においてＹ１軸方向の最端部に配置される配管２１には、連結部２２ａに代えて流入管７０が接続されるとともに、連結部２３ａに代えて流出管７１が接続されている。また、管積層体２０においてＹ２軸方向の最端部に配置される配管２１には、連結部２２ｂ，２３ｂが形成されておらず、それらに対応する部分が閉塞されている。
【００１３】
管積層体２０では、流入管７０に流入する水が各配管２１の連結部２２ａ，２２ｂを通じて各配管２１の内部に分配され、各配管２１の内部をＸ１軸方向に向かって水が流れる。各配管２１を流れた水は各配管の連結部２３ａ，２３ｂにおいて集められた後、流出管７１から流出する。
【００１４】
発熱素子３０は、複数の配管２１，２１の間の隙間に配置されている。発熱素子３０は、電力の供給に基づき発熱する。発熱素子３０と各配管２１との間で熱交換が行われることにより、各配管２１の内部を流れる水が加熱される。
図１に示されるように、筐体４０は、Ｚ１軸方向に開口部を有する四角箱状の部材からなる。筐体４０の内部には、管積層体２０及び発熱素子３０が収容されている。筐体４０は、筐体４０は、管積層体２０及び発熱素子３０とは別体からなり、アルミニウム等の高い熱伝導性を有する金属材料により形成されている。
【００１５】
Ｙ１軸方向における筐体４０の側壁４１には、その上端面からＺ２軸方向に向かって延びるようにＵ字状の挿入溝４２，４３が形成される。挿入溝４２には、流入管７０が挿入されている。挿入溝４３には、流出管７１が挿入される。流入管７０及び流出管７１は、これらの挿入溝４２，４３を通じて筐体４０の内部から外部に延びている。
【００１６】
なお、挿入溝４２には、その内周面と流入管７０との間の隙間を埋めるための円環状のスペーサ７２が配置されている。同様に、挿入溝４３にも、その内周面と流出管７１との間の隙間を埋めるための円環状のスペーサ７３が配置されている。
図２に示されるように、筐体４０には、管積層体２０においてＹ１軸方向の最端部に配置された配管２１に接触する接触部４４が形成されている。接触部４４は、筐体４０の側壁４１における挿入溝４２と挿入溝４３との間に相当する部分から筐体４０の内部に向かって突出するように形成された厚肉部からなる。接触部４４には、押し付け部材５０により管積層体２０が押し付けられている。
【００１７】
具体的には、押し付け部材５０は、ばね部材５１と、プレート部材５２とにより構成されている。プレート部材５２は、管積層体２０においてＹ２軸方向の最端部に配置された配管２１に面接触している。ばね部材５１は、円弧状に湾曲した形状を有する板ばねからなる。ばね部材５１の中央部はプレート部材５２に接触している。ばね部材５１の両端部は、筐体４０に固定された円柱状の固定ピン４５ａ，４５ｂにより支持されている。ばね部材５１は、固定ピン４５ａ，４５ｂとプレート部材５２との間に圧縮された状態で挿入されている。よって、管積層体２０は、ばね部材５１からプレート部材５２を介して加わる弾性力により接触部４４に押し付けられている。これにより、複数の配管２１と複数の発熱素子３０との密着性が高められるため、それらの間の熱伝導性を高めることが可能となっている。
【００１８】
筐体４０の四隅には、雌ねじ穴が形成された雌ねじ部４６が形成されている。雌ねじ部４６には、図１に示される上蓋９０を筐体４０に組み付けるためのボルト９１がねじ込まれる。筐体４０に上蓋９０が組み付けられることにより、筐体４０の開口部分が閉塞される。上蓋９０には、挿入溝４２，４３にそれぞれ挿入される突出部９２，９３が形成されている。突出部９２，９３は、スペーサ７２，７３を上方からそれぞれ押さえ付けている。
【００１９】
図２に示されるように、筐体４０の内部には、雌ねじ穴が形成された円柱状の雌ねじ部４７が複数形成されている。雌ねじ部４７には、図１に示される基板８０を筐体４０に組み付けるためのボルト８１がねじ込まれる。
基板８０には、複数の発熱素子３０やスイッチング素子６０が実装されている。スイッチング素子６０は、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等からなり、そのオン／オフの切り替えにより発熱素子３０への電力の供給及び停止を切り替える。また、基板８０には、電気ヒータ装置１０の各種状態量を検出するためのセンサや、スイッチング素子６０のオン／オフを制御する制御装置等も実装されている。センサには、例えば管積層体２０の配管２１内を流れる水の温度を検出する温度センサが含まれている。制御装置は、温度センサにより検出される水の温度に基づいてスイッチング素子６０のオン／オフを切り替えることにより、発熱素子３０の通電量を制御している。制御装置は、このような発熱素子３０の通電制御を通じて発熱素子３０の発熱量を制御し、水の温度を調整している。
【００２０】
図３に示されるように、筐体４０において管積層体２０とＺ軸方向に対向する底板部４８には、筐体４０から管積層体２０に向かってＺ１軸方向に突出するように一対のリブ１１０，１２０が形成されている。Ｚ１軸方向におけるリブ１１０，１２０の先端部には、平坦面１１１，１２１がそれぞれ形成されている。一方の平坦面１１１には、Ｘ２軸方向における配管２１の端部の底面が当接している。また、他方の平坦面１２１には、Ｘ１軸方向における配管２１の端部の底面が当接している。これらのリブ１１０，１２０により筐体４０の底板部４８と管積層体２０との間に空間が形成されている。
【００２１】
このような構造からなる電気ヒータ装置１０によれば、リブ１１０，１２０により筐体４０の底板部４８と管積層体２０との間に空間を形成することができるため、リブ１１０，１２０が設けられていない場合と比較すると、筐体４０の底板部４８と管積層体２０との接触面積を減少させることができる。よって、筐体４０と管積層体２０との間の熱抵抗を増加させることができる。すなわち、本実施形態の電気ヒータ装置１０では、リブ１１０，１２０が熱抵抗構造として機能している。これらのリブ１１０，１２０により管積層体２０及び筐体４０の間の熱抵抗が増加することで、管積層体２０の配管２１内を流れる水の熱が筐体４０に伝達され難くなるため、発熱素子３０により加熱された水の温度が低下し難くなる。よって、水の加熱効率を向上させることができる。
【００２２】
＜第２実施形態＞
次に、電気ヒータ装置１０の第２実施形態について説明する。以下、第１実施形態の電気ヒータ装置１０との相違点を中心に説明する。
第１実施形態の電気ヒータ装置１０では筐体４０にリブ１１０，１２０が形成されていたが、これに代えて、本実施形態の電気ヒータ装置１０では、図４に示されるように、管積層体２０にリブ１３０，１４０が形成されている。具体的には、リブ１３０は、管積層体２０を構成する配管２１のＸ２軸方向における端部の底面から筐体４０の底板部４８に向かって突出するように形成されている。リブ１４０は、管積層体２０を構成する配管２１のＸ１軸方向における端部の底面から筐体４０の底板部４８に向かって突出するように形成されている。これらのリブ１３０，１４０により筐体４０の底板部４８と管積層体２０との間に空間が形成されている。
【００２３】
このような構造からなる電気ヒータ装置１０によれば、第１実施形態の電気ヒータ装置１０と同様に、筐体４０と管積層体２０との間の熱抵抗を増加させることができる。すなわち、本実施形態の電気ヒータ装置１０では、リブ１３０，１４０が熱抵抗構造として機能している。これらのリブ１３０，１４０により管積層体２０及び筐体４０の間の熱抵抗が増加することで、管積層体２０の配管２１内を流れる水の熱が筐体４０に伝達され難くなるため、発熱素子３０により加熱された水の温度が低下し難くなる。よって、水の加熱効率を向上させることができる。
【００２４】
＜第３実施形態＞
次に、電気ヒータ装置１０の第３実施形態について説明する。以下、第１実施形態の電気ヒータ装置１０との相違点を中心に説明する。
第１実施形態の電気ヒータ装置１０では筐体４０にリブ１１０，１２０が形成されていたが、これに代えて、本実施形態の電気ヒータ装置１０では、図５に示されるように、管積層体２０と筐体４０との間に、それらの間の熱伝導を阻害する熱伝導阻害部材１５０が設けられている。熱伝導阻害部材１５０は、例えば断熱材により形成されている。
【００２５】
このような構造からなる電気ヒータ装置１０によれば、熱伝導阻害部材１５０により筐体４０と管積層体２０との間の熱抵抗を増加させることができる。すなわち、本実施形態の電気ヒータ装置１０では、熱伝導阻害部材１５０が熱抵抗構造として機能している。このような熱伝導阻害部材１５０により管積層体２０及び筐体４０の間の熱抵抗が増加することで、管積層体２０の配管２１内を流れる水の熱が筐体４０に伝達され難くなるため、発熱素子３０により加熱された水の温度が低下し難くなる。よって、水の加熱効率を向上させることができる。
【００２６】
＜第４実施形態＞
次に、電気ヒータ装置１０の第４実施形態について説明する。以下、第１実施形態の電気ヒータ装置１０との相違点を中心に説明する。
本実施形態の電気ヒータ装置１０は、第１実施形態のリブ１１０，１２０に代えて、図６に示されるように、筐体４０の底板部４８と管積層体２０との間に空間が形成されるように流入管７０、流出管７１、及びプレート部材５２を保持する保持部材１６０，１６１，１７０を備えている。
【００２７】
具体的には、保持部材１６０は、筐体４０の底板部４８と流入管７０との間に設けられており、流入管７０を筐体４０の底板部４８から離間させた状態で保持している。保持部材１６１は、筐体４０の底板部４８と流出管７１との間に設けられており、流出管７１を筐体４０の底板部４８から離間させた状態で保持している。保持部材１７０は、筐体４０の底板部４８とプレート部材５２との間に設けられており、プレート部材５２を筐体４０の底板部４８から離間させた状態で保持している。
【００２８】
上述の通り、ばね部材５１の弾性力により筐体４０の接触部４４とプレート部材５２との間に管積層体２０が挟み込まれているため、管積層体２０の配管２１と筐体４０の接触部４４との間に発生する摩擦力、及び管積層体２０の配管２１とプレート部材５２との間に発生する摩擦力により、筐体４０及びプレート部材５２に対する管積層体２０の位置ずれは生じ難い。そのため、保持部材１６０，１６１，１７０により流入管７０、流出管７１、及びプレート部材５２を筐体４０の底板部４８から離間させた状態で保持することで、管積層体２０も筐体４０の底板部４８から離間させた状態で保持することが可能である。すなわち、本実施形態では、保持部材１６０，１６１，１７０が、管積層体２０を筐体４０の底板部４８から離間させた状態で保持する保持部材に相当する。
【００２９】
このように、管積層体２０が筐体４０の底板部４８から離間させた状態で保持されることにより、図７に示されるように、筐体４０の底板部４８と管積層体２０との間に空間を形成することができるため、筐体４０と管積層体２０との間の熱抵抗を増加させることができる。すなわち、本実施形態の電気ヒータ装置１０では、保持部材１６０，１６１，１７０が熱抵抗構造として機能している。よって、管積層体２０の配管２１内を流れる水の熱が筐体４０に伝達され難くなるため、発熱素子３０により加熱された水の温度が低下し難くなる。そのため、水の加熱効率を向上させることができる。
【００３０】
＜他の実施形態＞
・各実施形態の電気ヒータ装置１０は、その加熱対象である流体として、水以外の適宜の流体を用いることが可能である。
・なお、本開示は上記の具体例に限定されるものではない。上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素、及びその配置、条件、形状等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
【符号の説明】
【００３１】
１０：電気ヒータ装置
２０：管積層体
２１：配管
３０：発熱素子
４０：筐体
１１０，１２０，１３０，１４０：リブ（熱抵抗構造）
１５０：熱伝導阻害部材（熱抵抗構造）
１６０，１６１，１７０：保持部材（熱抵抗構造）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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