(57)【要約】【課題】ＰＴＣヒータを構成する部材の腐食を防いで装置信頼性を高めるとともに、損失低減、コスト低減、重量低減を図ることのできる熱媒体加熱装置を提供する。【解決手段】放熱板１３Ａ、１３Ｂの外周部をロウ付けや溶接により一体に接合するようにした。このように、ボルトレスの構成とし、熱媒体によってボルトが腐食することもなく、熱媒体加熱装置１０を構成する部材の腐食を防いで装置信頼性を高めるとともに、コスト低減、重量低減を図る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状のＰＴＣ素子を挟んでその両面に各々電極板、絶縁層および熱伝導層が順次設けられた積層構造のヒータ部と、
前記ヒータ部の両面側に設けられ、当該ヒータ部よりも大きな面積を有した放熱板と、
前記ヒータ部および前記放熱板を収容するケースと、を備え、
前記ヒータ部の両面側の前記放熱板どうしが、前記ヒータ部の外周側で、ロウ付け、溶接、かしめのいずれかの接合手段により接合されていることを特徴とする熱媒体加熱装置。
【請求項２】
前記ヒータ部の外周部に沿って、前記ＰＴＣ素子、前記電極板、前記絶縁層および前記熱伝導層をクランプするクランプ部材が設けられ、
前記ヒータ部の両面側の前記放熱板どうしが、前記クランプ部材を介して前記接合手段により接合されている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】
シート状のＰＴＣ素子を挟んでその両面に各々電極板、絶縁層および熱伝導層が順次設けられた積層構造のヒータ部と、
前記ヒータ部の両面側に設けられ、当該ヒータ部よりも大きな面積を有した放熱板と、
前記ヒータ部および前記放熱板を収容するケースと、を備え、
前記放熱板は一体成形され、当該放熱板に前記ヒータ部が挿入されて形成されていることを特徴とする熱媒体加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）ヒータを用いて熱媒体を加熱する熱媒体加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、被加熱媒体を加熱する熱媒体加熱装置の１つとして、正特性サーミスタ素子（ＰＴＣ素子）を発熱要素とするＰＴＣヒータを用いたものが知られている。
ＰＴＣヒータは、正特性のサーミスタ特性を有しており、温度の上昇と共に抵抗値が上昇し、これによって消費電流が制御されるとともに温度上昇が緩やかになり、その後、消費電流および発熱部の温度が飽和領域に達して安定するものであり、自己温度制御特性を備えている。
上記のように、ＰＴＣヒータは、ヒータの温度が上昇すると消費電流が低くなり、その後一定温度の飽和領域に達すると、消費電流が低い値で安定するという特性を有する。この特性を利用することにより、消費電力を節減することができるとともに、発熱部温度の異常上昇を防止することができるという利点が得られる。
このような特長を有することから、ＰＴＣヒータは、多くの技術分野において用いられており、空調の分野においても、例えば、車両用空調装置において、空気加温用の放熱器に供給する熱媒体（ここでは、エンジンの冷却水）を加熱するための加熱装置に適用したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図６に示すように、このようなＰＴＣヒータ１において、ＰＴＣ素子２は、その両面が、絶縁・熱伝導シート３Ａ、３Ｂを介してフィン４ａ、５ａを有した放熱板４、５によって挟み込まれている。これらＰＴＣ素子２、絶縁・熱伝導シート３Ａ、３Ｂ、放熱板４、５の積層体６は、ケース７内に収容されている。ＰＴＣ素子２は、制御基板８によってその通電が制御され、ＰＴＣ素子２が発する熱は、フィン４ａ、５ａを有した放熱板４、５を介してケース７内に放散される。
そして、ケース７内に図示しない導入口から導入された熱媒体は、ケース７の内壁面と放熱板４、５との隙間を通り、放熱板４、５から放散される熱によって加熱され、図示しない排出口からケース７外に排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−５６０４４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、上記したような従来のＰＴＣヒータ１においては、ＰＴＣ素子２、絶縁・熱伝導シート３Ａ、３Ｂ、放熱板４、５を互いに密着させて熱伝導効率を高めるため、ＰＴＣ素子２の両側に配置された放熱板４、５が、その外周部において複数本のボルト９によって、連結・固定されている。
【０００６】
このとき、放熱板４、５等はアルミ系合金で形成されているのに対し、ボルト９は鉄系合金で形成されており、熱媒体（エンジンの冷却水：エチレングリコール）との接触により、ボルト９のみが腐食しやすくなっている。ボルト９が腐食すると、異物が熱媒体に混入したり、ボルト９が緩んで、放熱板４、５によって挟み込まれたＰＴＣ素子２側に熱媒体が侵入し、電気系統に異常を来たす等の不具合が発生する可能性がある。
【０００７】
また、ケース７内において、ボルト９は突起物であるため、ケース７内における熱媒体の流れを妨げることになり、損失低減の妨げにもなっている。
このほか、ボルト９や、座金等により、部品点数が多く、部品コスト低減、重量低減の妨げともなっている。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、ＰＴＣヒータを構成する部材の腐食を防いで装置信頼性を高めるとともに、損失低減、コスト低減、重量低減を図ることのできる熱媒体加熱装置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】
【０００８】
かかる目的のもとになされた本発明の熱媒体加熱装置は、シート状のＰＴＣ素子を挟んでその両面に各々電極板、絶縁層および熱伝導層が順次設けられた積層構造のヒータ部と、ヒータ部の両面側に設けられ、当該ヒータ部よりも大きな面積を有した放熱板と、ヒータ部および放熱板を収容するケースと、を備え、ヒータ部の両面側の放熱板どうしが、ヒータ部の外周側で、ロウ付け、溶接、かしめのいずれかの接合手段により接合されていることを特徴とする。
このように、ヒータ部の両面側の放熱板どうしを、ヒータ部の外周側で、ロウ付け、溶接、かしめのいずれかの接合手段により接合することによって、ボルトを用いることなく放熱板どうしを接合することができる。
【０００９】
また、ヒータ部の外周部に沿って、ＰＴＣ素子、電極板、絶縁層および熱伝導層をクランプするクランプ部材を設け、ヒータ部の両面側の放熱板どうしを、クランプ部材を介して接合手段により接合することもできる。
【００１０】
また、本発明は、シート状のＰＴＣ素子を挟んでその両面に各々電極板、絶縁層および熱伝導層が順次設けられた積層構造のヒータ部と、ヒータ部の両面側に設けられ、当該ヒータ部よりも大きな面積を有した放熱板と、ヒータ部および放熱板を収容するケースと、を備え、放熱板は一体成形され、放熱板にヒータ部が挿入されて形成されていることを特徴とする熱媒体加熱装置とすることもできる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ボルトを用いることなく放熱板どうしを接合することができるので、ＰＴＣヒータを構成する部材の腐食を防いで装置信頼性を高めるとともに、損失低減、コスト低減、重量低減を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第一の実施形態における熱媒体加熱装置の断面図および要部拡大断面図である。
【図２】第一の実施形態の複数の変形例を示す拡大断面図である。
【図３】第一の実施形態のさらに他の変形例を示す拡大断面図である。
【図４】第二の実施形態における熱媒体加熱装置の断面図である。
【図５】第三の実施形態における熱媒体加熱装置の断面図である。
【図６】従来の熱媒体加熱装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本実施の形態における熱媒体加熱装置１０の構成を説明するための図である。
図１に示すように、熱媒体加熱装置１０は、ケース２０内に、両面に図示しない電極板を有したＰＴＣ素子１１、絶縁・熱伝導シート（絶縁層および熱伝導層）１２Ａ、１２Ｂ、放熱板１３Ａ、１３Ｂ、制御基板１４を備えている。
【００１４】
ＰＴＣ素子１１は、プレート状、シート状で、両面に設けられた電極板から通電がなされることにより発熱する。ＰＴＣ素子１１への通電は、制御基板１４により制御されている。制御基板１４では、スイッチング素子１５の作動により、ハーネス１６を介してＰＴＣ素子１１への通電制御を行う。
【００１５】
絶縁・熱伝導シート１２Ａ、１２Ｂは、絶縁性と、高い熱伝導性を有した材料、例えばアルミナ等からなるシート状で、ＰＴＣ素子１１の両面に沿って設けられている。
これらＰＴＣ素子１１とその両面の絶縁・熱伝導シート１２Ａ、１２Ｂにより、積層構造のヒータ部が形成されている。
【００１６】
放熱板１３Ａ、１３Ｂは、積層構造のヒータ部の絶縁・熱伝導シート１２Ａ、１２Ｂの表面に沿うよう配置されたプレート本体１３ｃと、プレート本体１３ｃにおいて、絶縁・熱伝導シート１２Ａ、１２Ｂに対向する側とは反対側に形成されたフィン１３ｄとを一体に備えている。プレート本体１３ｃは、ヒータ部よりも大きな面積を有している。この放熱板１３Ａ、１３Ｂは、放熱性に優れるアルミ系合金で形成されている。
【００１７】
放熱板１３Ａ、１３Ｂは、プレート本体１３ｃにおいて、制御基板１４が配置されている側の基端部に、プレート本体１３ｃに直交し、絶縁・熱伝導シート１２Ａ、１２Ｂに対向する側とは反対側に延びる取付プレート部１７が一体に形成されている。
【００１８】
放熱板１３Ａ、１３Ｂは、プレート本体１３ｃどうしがＰＴＣ素子１１、絶縁・熱伝導シート１２Ａ、１２Ｂを挟んで対向する部分において、その外周部４１、４２が互いに連結されている。
これには、例えば、放熱板１３Ａの外周部４１と放熱板１３Ｂの外周部４２の一部を互いに重ね合わせ、一方の放熱板１３Ａの外周部４１と放熱板１３Ｂの表面との境界部分Ａをロウ付や溶接により接合することができる。
【００１９】
ケース２０は、ＰＴＣ素子１１、絶縁・熱伝導シート１２Ａ、１２Ｂ、放熱板１３Ａ、１３Ｂ、を収容するヒータ収容ケース２１と、制御基板１４を収容する制御基板収容ケース２２とからなる２分割構造とされている。
ヒータ収容ケース２１は、一方に開口部２３を有し、その内部に前記のＰＴＣ素子１１、絶縁・熱伝導シート１２Ａ、１２Ｂ、放熱板１３Ａ、１３Ｂを収容する。開口部２３の周囲にはフランジ部２４が形成されており、放熱板１３Ａ，１３Ｂの取付プレート部１７がここに突き当たるようになっている。
【００２０】
制御基板収容ケース２２は、一方に開口しており、その内部に制御基板１４、スイッチング素子１５を収容する。そして、制御基板収容ケース２２は、その開口をヒータ収容ケース２１の開口部２３に突き当てられた放熱板１３Ａ，１３Ｂの取付プレート部１７に突き当て、これらがボルト２５によって締結される。
これにより、ケース２０の内部空間は、放熱板１３Ａ，１３Ｂによって、二つの空間に区分されている。
そして、一方の空間Ｓ１には、ＰＴＣ素子１１、絶縁・熱伝導シート１２Ａ、１２Ｂ、放熱板１３Ａ、１３Ｂ、制御基板１４等が収容されている。
他方の空間Ｓ２においては、図示しない導入口から導入された熱媒体、ケース２０の内壁面と放熱板１３Ａ，１３Ｂとの隙間を通り、放熱板１３Ａ，１３Ｂから放散される熱によって加熱され、図示しない排出口からケース２０外に排出される。
【００２１】
上述したような構成によれば、放熱板１３Ａ、１３Ｂの外周部４１、４２をロウ付けや溶接により一体に接合するようにした。このように、ボルトレスの構成とすることで、熱媒体によってボルトが腐食することもなく、熱媒体加熱装置１０を構成する部材の腐食を防いで装置信頼性を高めるとともに、コスト低減、重量低減を図ることができる。また、ボルトによってケース２０内における熱媒体の流れを妨げることもなく、熱媒体の流れの損失を低減して熱交換効率を高めることができる。
【００２２】
なお、上記実施形態においては、放熱板１３Ａ、１３Ｂの外周部の端部を噛み合わせるようにして重ね合わせ、その重ね合わせ部分をロウ付けにより接合したが、これに限るものではなく、図２（ａ）に示すように、放熱板１３Ａ、１３Ｂの外周部４３、４４を、互いに直交するように突き合わせ、その突き合わせ部分Ｂをロウ付け等により接合することもできる。
【００２３】
また、図２（ｂ）に示すように、放熱板１３Ａ、１３Ｂの外周部４５、４６どうしを同一面内で突き合わせ、その突き合わせ部分Ｃをロウ付けしても良い。
さらに、図２（ｃ）に示すように、放熱板１３Ａ、１３Ｂの外周部４７、４８どうしを突き合わせた部分Ｄに溝４９を形成し、この溝４９の内部で放熱板１３Ａ、１３Ｂどうしをロウ付けしても良い。これにより、ロウ付けのロウが外方に突出するのを防ぐことができる。
【００２４】
また、放熱板１３Ａ、１３Ｂの外周部どうしは、ロウ付けや溶接ではなく、かしめによって接合しても良い。すなわち、図３に示すように、放熱板１３Ａの外周部５１と、放熱板１３Ｂの外周部５２を、かしめにより接合することができる。これには、放熱板１３Ａの外周部５１に、外周側に折り返した返し部５１ａを形成し、この返し部５１ａに放熱板１３Ｂの外周部５２を巻きつけるようにかしめて巻き付け部５２ａを形成する。この場合、放熱板１３Ａ、１３Ｂの外周部５１、５２どうしの合わせ面の間には、シール部材５３を挟み込むのが好ましい。
【００２５】
［第二の実施形態］
次に、本発明にかかる第二の実施形態について説明する。以下の説明においては、上記第一の実施形態と異なる構成を中心に説明を行い、共通する構成については図中に同一符号を付してその説明を省略する。
図４に示すように、熱媒体加熱装置１０は、ケース２０内に、ＰＴＣ素子１１、絶縁・熱伝導シート１２Ａ、１２Ｂ、放熱板１３Ｃ、制御基板１４を備えている。
【００２６】
放熱板１３Ｃは、ＰＣＴ素子１１の両側の絶縁・熱伝導シート１２Ａ、１２Ｂの表面に沿うよう配置された二枚一対のプレート本体１３ｃと、プレート本体１３ｃにおいて、絶縁・熱伝導シート１２Ａ、１２Ｂに対向する側とは反対側に形成されたフィン１３ｄと、二枚一対のプレート本体１３ｃ、１３ｃをその外周部において連結する連結部１３ｅと、が一体に形成されている。本実施形態にかかる放熱板１３Ｃは、前述した実施形態のように、二枚一対のプレート本体を接合して形成されるものではなく、完全に一体成形されているものである。
このように放熱板１３Ｃを一体成形とすることで、ロウ付け、溶接、かしめ等の接合手段を不要とすることができる。
【００２７】
放熱板１３Ｃは、プレート本体１３ｃにおいて、制御基板１４が配置されている側の基端部に、プレート本体１３ｃに直交し、絶縁・熱伝導シート１２Ａ、１２Ｂに対向する側とは反対側に延びる取付プレート部１７が一体に形成されている。
【００２８】
放熱板１３Ｃは、連結部１３ｅにより、プレート本体１３ｃどうしがＰＴＣ素子１１、絶縁・熱伝導シート１２Ａ、１２Ｂを挟んで対向する部分において、その外周部が互いに連結されている。
【００２９】
このような構成の放熱板１３Ｃにおいては、その内部空間にＰＴＣ素子１１、絶縁・熱伝導シート１２Ａ、１２Ｂを挿入するには、その開口側を図示しない冶具等で、弾性変形可能な範囲内で弾性変形させて広げる。
【００３０】
上述したような構成によれば、放熱板１３Ｃが一体形成されて、ボルトレスの構成とすることで、熱媒体によってボルトが腐食することもなく、熱媒体加熱装置１０を構成する部材の腐食を防いで装置信頼性を高めるとともに、コスト低減、重量低減を図ることができる。また、ボルトによってケース２０内における熱媒体の流れを妨げることもなく、熱媒体の流れの損失を低減して熱交換効率を高めることができる。
【００３１】
［第三の実施形態］
次に、本発明にかかる第三の実施形態について説明する。以下の説明においては、上記第一の実施形態と異なる構成を中心に説明を行い、共通する構成については図中に同一符号を付してその説明を省略する。
図５に示すように、熱媒体加熱装置１０は、ケース２０内に、ＰＴＣ素子１１、絶縁・熱伝導シート１２Ａ、１２Ｂ、放熱板１３Ｄ、１３Ｅ、制御基板１４を備えている。
【００３２】
放熱板１３Ｄ、１３Ｅは、絶縁・熱伝導シート１２Ａ、１２Ｂの表面に沿うよう配置されたプレート本体１３ｃと、プレート本体１３ｃにおいて、絶縁・熱伝導シート１２Ａ、１２Ｂに対向する側とは反対側に形成されたフィン１３ｄとを一体に備えている。この放熱板１３Ｄ、１３Ｅは、放熱性に優れるアルミ系合金で形成されている。
【００３３】
放熱板１３Ｄ、１３Ｅのプレート本体１３ｃ、１３ｃの外周部の間には、ＰＴＣ素子１１、絶縁・熱伝導シート１２Ａ、１２Ｂの積層体を挟み込むクランプ部材５０が設けられている。クランプ部材５０は、ＰＴＣ素子１１、絶縁・熱伝導シート１２Ａ、１２Ｂの三辺において、これらを挟み込んで保持する。
【００３４】
放熱板１３Ｄ、１３Ｅのプレート本体１３ｃ、１３ｃの外周部と、クランプ部材５０は、ロウ付けや溶接によって一体に接合されている。
【００３５】
上述したような構成によれば、放熱板１３Ｄ、１３Ｅの外周部をクランプ部材５０を介してロウ付けや溶接により一体に接合するようにした。このように、ボルトレスの構成とすることで、熱媒体によってボルトが腐食することもなく、熱媒体加熱装置１０を構成する部材の腐食を防いで装置信頼性を高めるとともに、コスト低減、重量低減を図ることができる。また、ボルトによってケース２０内における熱媒体の流れを妨げることもなく、熱媒体の流れの損失を低減して熱交換効率を高めることができる。
また、クランプ部材５０により、ＰＴＣ素子１１、絶縁・熱伝導シート１２Ａ、１２Ｂの三辺において、これらを挟み込んで保持する。これにより、ＰＴＣ素子１１、絶縁・熱伝導シート１２Ａ、１２Ｂの密着性が高まり、熱伝達効率を高く維持できる。
【００３６】
なお、上記実施の形態では、熱媒体加熱装置１０の各部の構成を示したが、上記に示したものだけではなく、他のいかなるものとしても良い。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１０…熱媒体加熱装置、１１…ＰＴＣ素子、１２Ａ、１２Ｂ…絶縁・熱伝導シート（絶縁層および熱伝導層）、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ、１３Ｅ…放熱板、１３ｃ…プレート本体、１３ｄ…フィン、１３ｅ…連結部、１４…制御基板、２０…ケース、２１…ヒータ収容ケース、２２…制御基板収容ケース、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、５１、５２…外周部、４９…溝、５０…クランプ部材
【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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