(57)【要約】【課題】拡管後の熱交チューブと天板との接触面積を最小限に抑えることができる熱媒体加熱装置を提供する。【解決手段】絶縁シート３０を介して複数の熱交チューブ２０及びＰＴＣ素子１０を交互に積層した積層体を開口部からハウジング内の所定位置に設置し、開口部を天板４０Ａにより塞いで積層体の積層方向端部位置を規制した状態にしてから、熱交チューブ２０内を加圧して拡管される熱媒体加熱装置であって、天板４０Ａを凹凸断面形状とし、天板４０Ａの各凹部４１が、拡管後に天板４０Ａ側へ膨出した熱交チューブ２０の各膨出部２４と接するように設けられている。【選択図】図１
2015165467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁シートを介して複数の熱交チューブ及びＰＴＣ素子を交互に積層した積層体を開口部からハウジング内の所定位置に設置し、前記開口部を天板により塞いで前記積層体の積層方向端部位置を規制した状態にしてから、前記熱交チューブ内を加圧して拡管される熱媒体加熱装置であって、
前記天板を凹凸断面形状とし、前記天板の各凹部が、拡管後に前記天板側へ膨出した前記熱交チューブの各膨出部と接するように設けられていることを特徴とする熱媒体加熱装置。
【請求項２】
前記天板と前記熱交チューブとの間に形成される空間に断熱性ジェルを充填したことを特徴とする請求項１に記載の熱媒体加熱装置。
【請求項３】
前記天板と前記熱交チューブとの間に断熱性シートを介在させたことを特徴とする請求項１または２に記載の熱媒体加熱装置。
【請求項４】
前記熱交チューブが前記ＰＴＣ素子と接触する側の面を、拡管後に平板に近づく凹凸断面形状としたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の熱媒体加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電気自動車等の暖房用熱源に適用されるＰＴＣヒータを用いた熱媒体加熱装置に係り、特に、外気への熱流出を抑制した熱媒体加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車やハイブリッド車等の車両用空調装置においては、暖房用の熱源となる熱媒体の加熱に、ＰＴＣ素子を発熱要素とするＰＴＣヒータを組み込んだ熱媒体加熱装置（熱交換器）が用いられている。なお、ＰＴＣヒータは、温度センサとして、周辺の温度上昇に伴い電気抵抗値が上昇するＰＴＣ素子を備えている。
【０００３】
図４〜図６に示す従来の熱媒体加熱装置１は、上述したＰＴＣ素子１０を用い、このＰＴＣ素子１０と熱交チューブ２０とを交互に積層させた構造である。また、ＰＴＣ素子１０と熱交チューブ２０との間には、電気的な絶縁シート３０が設けられている。
なお、図中の符号２は樹脂製またはアルミ合金製等のハウジング、３は熱媒体の入口パイプ、４は熱媒体の出口パイプ、１１は電極板、４０はアルミ合金製等の天板であり、図１には、ハウジング２の上蓋部分を取り外した状態の平面図が示されている。
【０００４】
このような構成の熱媒体加熱装置１は、積層される熱交チューブ２０が一体ロウ付け構造となっている。すなわち、熱交チューブ２０は、図６に断面構造を示すように、一対のアウターチューブ２１，２１内に形成される空間に凹凸断面形状のインナーフィン２２を挿入して一体にロウ付けされたものであり、アウターチューブ２１とインナーフィン２２との間には複数に分割された熱媒体流路２３が形成されている。
【０００５】
そして、従来の熱媒体加熱装置１では、熱交チューブ２０，２０を所定の間隔で重ねた状態にしてから、熱交チューブ２０，２０間の隙間に絶縁シート３０を介してＰＴＣ素子１０を差し込む手順で組み立てる方式が採用されている。
しかし、ＰＴＣ素子１０を後から差し込む方式の組立手順は、ＰＴＣ素子１０を差し込むための余裕をもった面間距離が必要となる。このため、絶縁シート３０を介した熱交チューブ２０とＰＴＣ素子１０との間には接触面圧がなく、この結果、接触熱抵抗が高くなって目標暖房能力を満足できないという問題を有している。
【０００６】
従って、絶縁シート３０を介して熱交チューブ２０及びＰＴＣ素子１０を交互に積層した後、この積層体５を箱形のハウジング２内に上部開口から挿入して所定位置に収納設置し、さらに、天板４０で上部開口を塞いだ状態にしてから、熱交チューブ２０内を加圧して拡管する工法が行われている。この工法を採用することにより、拡管した熱交チューブ２０とＰＴＣ素子１０との間には、絶縁シート３０を介した接触面圧を確保することが可能になる。
この場合、熱交チューブ２０は、アウターチューブ２１とインナーフィン２２とがロウ付けされる部分（図６のＷ部）との比較において、アウターチューブ２１の単独部分（図６のＳ部）で剛性が相対的に低くなるため、拡管後の変形は、アウターチューブ２１の単独部分で大きくなる。
【０００７】
また、下記の特許文献１には、複数の電子部品の放熱を行う積層型冷却器が開示されている。この特許文献１では、扁平状態にある冷却管の間に電子部品を配設し、冷却管の内部に高圧ガスを導入する。この結果、冷却管は、内圧を受けて拡管変形するので、電子部品との間に存在する隙間がなくなって互いに密着する。この場合、冷却管に内圧をかけた後、拡管部を積層方向及び流路方向に略直交する方向から、保持部材により内側に向かって押圧する構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１６７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、従来の熱媒体加熱装置１には、絶縁シート３０を介して熱交チューブ２０及びＰＴＣ素子１０を積層した積層体５の上面側に、上面開口を塞いで上面位置を規制する平板の天板４０が設けられている。
しかし、従来の天板４０は平板であるため、熱交チューブ２０が天板４０に規制されて拡管することにより、熱交チューブ２０のアウターチューブ２１と天板４０との接触面積が大きくなる。このような接触面積の増大は、天板４０を介した熱伝導により外気へ流出する熱量（放熱量）を増すので、熱媒体加熱装置１の熱交換効率を低下させる要因となるため好ましくない。
【００１０】
このような背景から、絶縁シート３０を介して熱交チューブ２０及びＰＴＣ素子１０を積層後に天板４０で上面位置を規制した状態とし、この状態で熱交チューブ２０内を加圧して拡管する工法を採用する熱媒体加熱装置１においては、天板４０から外気への放熱量を低減するため、拡管後の熱交チューブ２０と天板４０との接触面積を最小限に抑えることが望まれる。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、拡管後の熱交チューブと天板との接触面積を最小限に抑えることができる熱媒体加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る熱媒体加熱装置は、絶縁シートを介して複数の熱交チューブ及びＰＴＣ素子を交互に積層した積層体を開口部からハウジング内の所定位置に設置し、前記開口部を天板により塞いで前記積層体の積層方向端部位置を規制した状態にしてから、前記熱交チューブ内を加圧して拡管される熱媒体加熱装置であって、前記天板を凹凸断面形状とし、前記天板の各凹部が、拡管後に前記天板側へ膨出した前記熱交チューブの各膨出部と接するように設けられていることを特徴とするものである。
【００１２】
このような熱媒体加熱装置によれば、凹凸断面形状とした天板は、その各凹部が、拡管後に天板側へ膨出した熱交チューブの各膨出部と接するように設けられているので、天板と熱交チューブとの接触面積を低減し、熱伝導により外気へ流出する熱量を抑制することが可能になる。
【００１３】
上記の発明において、前記天板と前記熱交チューブとの間に形成される空間には断熱性ジェルを充填することが好ましく、これにより、空間部の熱伝導を抑制することが可能になる。なお、上述した断熱性ジェルの代表的な商品名としては、シリカエアロジェルを例示できる。
【００１４】
上記の発明において、前記天板と前記熱交チューブとの間に断熱性シートを介在させることが好ましく、これにより、熱伝導により外気へ流出する熱量をより一層抑制することが可能になる。なお、上述した断熱性シートの代表的な材料名としては、フェノールフォームを例示できる。
【００１５】
上記の発明において、前記熱交チューブが前記ＰＴＣ素子と接触する側の面を、拡管後に平板に近づく凹凸断面形状とすることが好ましく、これにより、絶縁シートを介した熱交換チューブとＰＴＣ素子との接触面積（密着度）を増し、加熱源となるＰＴＣ素子から熱交チューブへの熱伝導・熱伝達性能を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
上述した本発明によれば、拡管後の熱交チューブと天板との接触面積を最小限に抑え、天板から外気への放熱量を低減することが可能になるので、熱媒体加熱装置の性能（熱交換効率）向上に顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る熱媒体加熱装置の一実施形態を示す図で、（ａ）は拡管前の状態を示す天板及び熱交チューブの要部断面図、（ｂ）は拡管後の状態を示す天板及び熱交チューブの要部断面図である。
【図２】図１に示した実施形態の第１変形例を示す図で、（ａ）は拡管前の状態を示す天板及び熱交チューブの要部断面図、（ｂ）は拡管後の状態を示す天板及び熱交チューブの要部断面図である。
【図３】図１に示した実施形態の第２変形例を示す図で、（ａ）は拡管前の状態を示す天板及び熱交チューブの要部断面図、（ｂ）は拡管後の状態を示す天板及び熱交チューブの要部断面図である。
【図４】従来の熱媒体加熱装置を示す平面図であり、ハウジングの上蓋部分を取り外した状態が示されている。
【図５】図４のＡ−Ａ断面図である。
【図６】熱交チューブの内部構造（拡管前）を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る熱媒体加熱装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態の熱媒体加熱装置は、ＰＴＣ素子を加熱源として熱交チューブ内を流れる熱媒体を加熱する熱交換器であり、例えば電気自動車等の暖房用熱源として使用される。この熱媒体加熱装置は、上述した従来構造と基本構造が同じであり、加熱源としてＰＴＣ素子１０を用い、このＰＴＣ素子１０と熱交チューブ２０との間に電気的な断熱シート３０を介在させて交互に積層させた構造を有している。
【００１９】
すなわち、本実施形態の熱媒体加熱装置１は、絶縁シート３０を介して複数の熱交チューブ２０及びＰＴＣ素子１０を交互に積層した積層体５を上部に設けた上部開口部からハウジング２内の所定位置に設置し、この上部開口部を天板４０により塞いで積層体５の上端位置（積層方向端部位置）を規制した状態にしてから、熱交チューブ２０内に高圧ガス等を供給して内部加圧により拡管する工法を採用したものである。
なお、積層体５は、熱交チューブ２０，２０を所定の間隔で重ねた状態とし、熱交チューブ２０，２０間の隙間に絶縁シート３０を介してＰＴＣ素子１０を差し込んだものである。
【００２０】
本実施形態では、図１に示すように、従来の平板に代えて凹凸断面形状とした天板４０Ａを使用する。この天板４０Ａは、凹部４１及び凸部４２が熱媒体を流す熱媒体流路２３の配列方向へ交互に繰り返す凹凸断面とされ、各凹部４１が、拡管後に天板４０Ａ側へ膨出した熱交チューブ２０Ａの各膨出部２４と接するように設けられている。また、天板４０Ａの凹凸断面形状は、例えばアルミ合金製の平板（厚さ３〜５ｍｍ程度）をプレス成形するなどして、容易に形成することができる。
なお、図１（ｂ）においては、熱交チューブ２０Ａの変形を明確に示すため、実際よりも極端に図示されている。
【００２１】
熱交チューブ２０Ａの膨出部２４は、アウターチューブ２１の単独部分（図６のＳ部）であり、剛性が相対的に低くなる領域である。また、アウターチューブ２１とインナーフィン２２とがロウ付けされる部分（図６のＷ部）は、アウターチューブ２１の単独部分より剛性が高いため、拡管後においてもほとんど変形（外向きに膨出）することのない非変形部２５となる。
従って、拡管後の熱交チューブ２０Ａは、図１（ｂ）に示すように、主にアウターチューブ２１が変形して、熱媒体を流す熱媒体流路２３の配列方向に膨出部２４と非変形部２５とが交互に繰り返される。このように、膨出部２４及び非変形部２５が交互に繰り返される熱交チューブ２０Ａの変形について、以下ではチューブ変形モードと呼ぶ。
【００２２】
すなわち、天板４０Ａの凹凸断面形状は、天板４０Ａの各凹部４１が、拡管後の膨出部２４と接するように、チューブ変形モードと略一致させている。この場合、各凹部４１と各膨出部２４とは、必ずしも全面にわたって接触する必要はなく、面の一部が接触することも許容する。
【００２３】
このような構成の熱媒体加熱装置１は、天板４０Ａを凹凸断面形状とし、各凹部４１が拡管後に天板４０Ａ側へ膨出した各膨出部２４と接するように設けられているので、天板４０Ａと拡管した熱交チューブ２０Ａとの接触は、凹部４１と膨出部２４との接触面積に限定され、凸部４２と非変形部２５との間には空間部が形成されている。
この結果、天板４０Ａと拡管した熱交チューブ２０Ａとの接触面積は、平板の天板４０を採用した場合と比較して低減するので、ＰＴＣ素子１０の加熱を受けて温度上昇する熱交チューブ２０Ａから、天板４０Ａを介した熱伝導により外気へ流出する熱量を抑制することができる。なお、天板４０Ａの温度上昇も抑制できるため、温度上昇による天板材料のヤング率（剛性）低下も小さくなる。
【００２４】
また、上述した天板４０Ａの凸部４２と熱交チューブ２０Ａの非変形部２５との間に形成される空間部には、例えばシリカエアロジェルのような断熱性ジェル５０を充填することが望ましい。このような断熱性ジェル５０の熱伝導は空気より小さいので、空間部に空気が存在する場合と比較して、空間部から天板４０Ａへ流出していく熱量を低減できる。この結果、本実施形態の熱媒体加熱装置１は、天板４０Ａから外気へ流出する放熱量が低減し、ＰＴＣ素子１０の加熱量を有効に利用して加熱性能（熱交換効率）を向上させることができる。
なお、天板４０Ａの温度上昇も抑制できるため、温度上昇による天板材料のヤング率低下も小さくなる。
【００２５】
さらに、上述した天板４０Ａは、プレス成形による加工硬化等により曲げ剛性が向上するので、重量増加を伴う板厚を増すことなく撓みを抑制できる。このため、熱媒体加熱装置１の重量を増加させることなく、絶縁シート３０を介したＰＴＣ素子１０と熱交チューブ２０Ａとの間に接触面圧を確保することが容易になる。
【００２６】
ところで、上述した熱媒体加熱装置１は、例えば図２に示す第１変形例のように、天板４０Ａと熱交チューブ２０との間に断熱性シート６０を介在させてもよい。この断熱性シート６０は、例えばフェノールフォームのような材料を用いたものであるが、熱伝導率の低い樹脂、セラミックスまたはゴム等の材料から適宜選択すればよい。
このような断熱性シート６０を介在させることにより、熱交チューブ２０Ａから天板４０Ａ及び外気への熱伝導が抑制されるので、外気へ流出する放熱量が低減し、ＰＴＣ素子１０の加熱量を有効に利用して加熱性能（熱交換効率）を向上させることができる。この場合、上述した断熱性ジェル５０を併用することで、放熱量をより一層低減できる。
なお、この第１変形例においても、天板４０Ａの温度上昇を抑制できるため、温度上昇によって天板材料のヤング率低下を抑制できる。
【００２７】
また、上述した熱媒体加熱装置１は、例えば図３に示す第２変形例のように、熱交チューブ２０ＢがＰＴＣ素子１０と接触する側の面を、拡管後に平板に近づく凹凸断面形状とすることが望ましい。すなわち、ＰＴＣ素子１０と絶縁シート３０を介して接するアウターチューブ２１Ａについて、図３（ａ）に示すように、拡管後にＰＴＣ素子１０側へ膨出する領域（図１（ｂ）の膨出部２４に相当）をチューブ内側へ向けて凸となるように予めプレス成形したチューブ凸部２６を設けておく。なお、天板４０Ａ側の構成については、上述した実施形態及びその変形例の何れを採用してもよい。
【００２８】
そして、熱交チューブ２０Ｂが加圧を受けて拡管すると、図３（ｂ）に示すように、チューブ凸部２６は、チューブ外側へ膨らむように変形して略平板状のアウターチューブ２１Ａとなる。なお、この変形は、ＰＴＣ素子１０の規制を受けることで略平板状となる。この結果、拡管後の熱交チューブ２０Ｃは、絶縁シート３０を介したＰＴＣ素子１０との接触面積（密着度）が増すので、加熱源となるＰＴＣ素子１０から熱交チューブ２０Ｃへの熱伝導・熱伝達性能が向上し、熱媒体加熱装置１の加熱性能（熱交換効率）を向上させることができる。
なお、第２変形例のチューブ凸部２６は、ある拡管圧力での熱交チューブ変形量がＦＥＭ解析等により把握できるため、その変形量を打ち消すように、事前に熱交チューブ２０Ｂをプレス成形しておくものである。
【００２９】
このように、本実施形態及びその変形例で説明した熱媒体加熱装置１は、拡管後の熱交チューブ２０Ａと天板４０Ａとの接触面積を最小限に抑え、天板４０Ａから外気への放熱量を低減できるので、熱媒体加熱装置１の性能（熱交換効率）向上に有効である。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１    熱媒体加熱装置
２    ハウジング
５    積層体
１０    ＰＴＣ素子
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ    熱交チューブ
２１，２１Ａ    アウターチューブ
２２    インナーフィン
２３    熱媒体流路
２４    膨出部
２５    非変形部
２６    チューブ凸部
３０    絶縁シート
４０，４０Ａ    天板
４１    凹部
４２    凸部
５０    断熱性ジェル
６０    断熱性シート
【図１】
2015165467.tif 000003
【図２】
2015165467.tif 000004
【図３】
2015165467.tif 000005
【図４】
2015165467.tif 000006
【図５】
2015165467.tif 000007
【図６】
2015165467.tif 000008