(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水流路（１７）を形成するとともに、前記水流路（１７）の入口（１０ａ）及び出口（１０ｂ）を形成した取付ブロック（１０）を有し、
前記水流路（１７）内に電気ヒータ（１４、１５、１６）の発熱部（１４ａ〜１６ａ）を突出配置して、水を加熱する水加熱用電気ヒータ装置であって、
前記取付ブロック（１０）の底面側にヒータ取付台座（１０ｃ）が形成され、
前記電気ヒータ（１４、１５、１６）は前記ヒータ取付台座（１０ｃ）によって前記取付ブロック（１０）の底面側に装着されるようになっており、
前記電気ヒータ（１４、１５、１６）の発熱部（１４ａ〜１６ａ）の先端側が前記水流路（１７）の上流側に位置し、前記発熱部（１４ａ〜１６ａ）の根元側が前記水流路（１７）の下流側に位置するように、前記電気ヒータ（１４、１５、１６）の発熱部（１４ａ〜１６ａ）を前記水流路（１７）に対して下方から上方へ斜めに突出配置し、
前記電気ヒータ（１４、１５、１６）の発熱部（１４ａ〜１６ａ）の根元側で水から空気が分離して気泡が発生しても、前記気泡が浮力により前記水流路（１７）の上方へ移動するとともに、前記発熱部（１４ａ〜１６ａ）によって前記水流路（１７）内の水の流れが上流側から前記発熱部（１４ａ〜１６ａ）の根元側へ方向転換するようになっていることを特徴とする水加熱用電気ヒータ装置。
【請求項２】
前記電気ヒータ（１４、１５、１６）は、前記発熱部（１４ａ〜１６ａ）に電気接続された接続端子部材（１４ｄ〜１６ｄ）と、前記発熱部（１４ａ〜１６ａ）および前記接続端子部材（１４ｄ〜１６ｄ）を保持固定するハウジング（１４ｅ〜１６ｅ）とを有し、
前記発熱部（１４ａ〜１６ａ）の全域を前記ハウジング（１４ｅ〜１６ｅ）の端面から突出させたことを特徴とする請求項１に記載の水加熱用電気ヒータ装置。
【請求項３】
前記発熱部（１４ａ〜１６ａ）の全域を前記水流路（１７）内に配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の水加熱用電気ヒータ装置。
【請求項４】
前記抵抗線（１４ｇ〜１６ｇ）は、二クロム、鉄クロム等の温度抵抗変化率の小さい単一の材料からなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の水加熱用電気ヒータ装置。
【請求項５】
車両エンジン（１９）からの温水を熱源として空気を加熱する暖房用ヒータコア（１８）を備える車両用温水式暖房装置において、前記暖房用ヒータコア（１８）に温水を循環する温水回路に、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の水加熱用電気ヒータ装置を設置したことを特徴とする車両用温水式暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水加熱用電気ヒータ装置およびそれを用いた車両用温水式暖房装置に関するもので、特に、水を加熱する電気ヒータの水流路への配置構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特開平５−１０２２６号公報では、水冷ディーゼルエンジンの予熱のために、エンジンの水ジャケットに電気ヒータ（グロープラグ）を配置して、水ジャケット内のエンジン冷却水をエンジン停止中でも電気ヒータで予熱することにより、ディーゼルエンジンを瞬時に始動可能とするものが提案されている。
【０００３】
また、車両用温水式暖房装置では、エンジン始動直後とか、エンジン低負荷運転時等には、温水温度が十分上昇せず、暖房能力が低下するので、エンジンから暖房用ヒータコアに温水を循環させる温水回路に電気ヒータを配置し、温水の低温時には電気ヒータにより温水を加熱して温水温度を上昇させることが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前者の従来技術（特開平５−１０２２６号公報）では、電気ヒータによる冷却水の予熱自体を主眼とするものであって、電気ヒータの水加熱作用の効率化については何ら記載されていない。従って、電気ヒータを水加熱作用効率化のために水流路に対して具体的にどのように配置すべきか等について一切開示していない。
【０００５】
また、後者の車両用温水式暖房装置に係わる従来技術では、図１６に示すごとく暖房用ヒータコアに温水を循環する温水回路に、電気ヒータ用取付ブロック１０を設けるとともに、この取付ブロック１０の側面部に３個のヒータ取付穴１１〜１３を略水平方向に設け、このヒータ取付穴１１〜１３に３本の電気ヒータ１４〜１６を略水平方向から挿入して３本の電気ヒータ１４〜１６を取付ブロック１０の側面部に固定している。
【０００６】
ここで、３本の電気ヒータ１４〜１６は、取付ブロック１０内の水流路１７に対して略水平方向から垂直に直交配置されることになる。図１６（ｂ）の矢印Ａは取付ブロック１０内の水流路１７を流れる温水（エンジン冷却水）の流れ方向を示す。
上記図１６の従来技術によると、電気ヒータ１４〜１６を水流路１７に対して直交配置しているので、電気ヒータ１４〜１６の発熱部１４ａ〜１６ａに水の流れが直交状に衝突して、電気ヒータの設置に伴う通水抵抗の増加割合が大きいという不具合がある。
【０００７】
また、電気ヒータ１４〜１６の水流路１７への直交配置により、電気ヒータの発熱部の浸水面積が水流路の断面積以内に制約されるので、電気ヒータによる必要温水加熱能力の確保のために、取付ブロック１０全体の体格を大型化しなければならない場合が生じる。
さらに、本発明者らが実際に実験検討して確認したところ、次のごとき不具合が生じることが判明した。すなわち、電気ヒータ１４〜１６の発熱部１４ａ〜１６ａの根元部では、温水流れの流速が低下して温水流れの淀みが発生しやすい。また、電気ヒータの発熱部の根元部近傍に温水中から分離した気泡が浮力にて集まり、滞留しやすい。特に、上方側の電気ヒータ１４の発熱部１４ａの根元部近傍では気泡が浮力で浮上してくるので、気泡の滞留が顕著となる。
【０００８】
このように発熱部の根元部近傍では、温水流れの淀みや気泡の滞留が発生することにより、発熱部から水への放熱（熱伝達）が著しく阻害されるので、電気ヒータ１４〜１６の温水加熱能力が低下する。また、根元部近傍での熱伝達阻害により、根元部近傍のみ温度が異常上昇して、発熱部のコイル状抵抗線が断線する原因となる。
【０００９】
本発明は上記点に鑑みてなされたもので、第１には、電気ヒータによる水加熱性能を向上させることを目的とする。
また、本発明は第２には、電気ヒータの発熱部の断線を抑制することを目的とする。
また、本発明は第３には、電気ヒータ装置の体格を小型化するとともに、電気ヒータによる通水抵抗の増加を抑制することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、水流路（１７）を形成するとともに、水流路（１７）の入口（１０ａ）及び出口（１０ｂ）を形成した取付ブロック（１０）を有し、
水流路（１７）内に電気ヒータ（１４、１５、１６）の発熱部（１４ａ〜１６ａ）を突出配置して、水を加熱する水加熱用電気ヒータ装置であって、
取付ブロック（１０）の底面側にヒータ取付台座（１０ｃ）が形成され、
電気ヒータ（１４、１５、１６）はヒータ取付台座（１０ｃ）によって取付ブロック（１０）の底面側に装着されるようになっており、
電気ヒータ（１４、１５、１６）の発熱部（１４ａ〜１６ａ）の先端側が水流路（１７）の上流側に位置し、発熱部（１４ａ〜１６ａ）の根元側が水流路（１７）の下流側に位置するように、電気ヒータ（１４、１５、１６）の発熱部（１４ａ〜１６ａ）を水流路（１７）に対して下方から上方へ斜めに突出配置し、
電気ヒータ（１４、１５、１６）の発熱部（１４ａ〜１６ａ）の根元側で水から空気が分離して気泡が発生しても、この気泡が浮力により水流路（１７）の上方へ移動するとともに、発熱部（１４ａ〜１６ａ）によって水流路（１７）内の水の流れが上流側から発熱部（１４ａ〜１６ａ）の根元側へ方向転換するようになっていることを特徴としている。
【００１１】
これによると、電気ヒータ使用状態において、発熱部根元側での気泡分離作用を促進できる。すなわち、発熱部の加熱作用により発熱部根元側で水から空気が分離して気泡が発生しても、発熱部根元側が天地方向の下側に位置しているので、発熱部根元側の気泡Ｂを浮力にてスムースに上方へ移動させ、温水の流れとともに下流側へ移動させることができる。
【００１２】
従って、温水と発熱部との間の熱伝達が気泡により阻害されるのを解消でき、水加熱能力を向上できる。
しかも、気泡による熱伝達の阻害よって発熱部根元側のみが過度に温度上昇することも抑制できるので、発熱部根元側で発熱部の抵抗線が断線することを抑制できる。
【００１４】
また、請求項１記載の発明によると、上流側からの水の流れを電気ヒータの傾斜角度θに沿って、図３の矢印Ｃのごとく発熱部根元側へ向けて方向転換させることができる。これにより、発熱部根元側への水の流れが良好となり、発熱部根元側における水の淀みを解消できる。そのため、水の淀みによる温水と発熱部との間の熱伝達の阻害を良好に解消でき、水加熱能力を向上できる。
【００１５】
さらに、水流路に対して電気ヒータを斜め配置することにより、電気ヒータを水流路に対して直交配置する従来技術に比較して、水流路内に配置可能な電気ヒータの大きさを拡大（発熱部浸水面積の拡大）できるので、電気ヒータ装置全体の体格を小型化できる。
【００１６】
また、電気ヒータの斜め配置により、電気ヒータの傾斜に沿って水の流れを滑らかに方向転換できる。従って、直交配置の従来技術に比較して、電気ヒータの設置に伴う通水抵抗の増加割合を低減できる。
【００１８】
なお、請求項２記載の発明では、請求項１において、電気ヒータ（１４、１５、１６）は、発熱部（１４ａ〜１６ａ）に電気接続された接続端子部材（１４ｄ〜１６ｄ）と、発熱部（１４ａ〜１６ａ）および接続端子部材（１４ｄ〜１６ｄ）を保持固定するハウジング（１４ｅ〜１６ｅ）とを有し、発熱部（１４ａ〜１６ａ）の全域をハウジング（１４ｅ〜１６ｅ）の端面から突出させたことを特徴としている。
【００１９】
請求項３記載の発明では、請求項１または２において、発熱部（１４ａ〜１６ａ）の全域を水流路（１７）内に配置したことを特徴としている。
これによると、発熱部全域と水との間の熱交換をより一層向上できる。
また、請求項４記載の発明のように、請求項１ないし３のいづれか１つにおいて、抵抗線（１４ｇ〜１６ｇ）を単一材料から構成すれば、電気ヒータの発熱部の構成を簡素化して低コスト化を図ることができるとともに、二クロム、鉄クロム等の温度抵抗変化率の小さい抵抗材料の使用により、低温時におけるヒータ突入電流を低減でき、電気ヒータ通電断続用リレーの小型、低コスト化を図ることができる。
【００２０】
また、請求項５記載の発明では、車両エンジン（１９）からの温水を熱源として空気を加熱する暖房用ヒータコア（１８）を備える車両用温水式暖房装置において、
暖房用ヒータコア（１８）に温水を循環する温水回路に、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の水加熱用電気ヒータ装置を設置することを特徴としている。
これによると、車両用温水式暖房装置において、電気ヒータの小型化、低コスト化、および長寿命化の効果を発揮できる。
【００２１】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１〜図４は車両用温水式暖房装置における水加熱用電気ヒータ装置１００の電気ヒータ配置構造を示すものであり、この水加熱用電気ヒータ装置１００は、図５、図６に示すように、暖房用ヒータコア１８に水冷式車両エンジン１９からの温水（エンジン冷却水）を循環する温水回路１０１に設けられる。
【００２３】
図５の例では、暖房用ヒータコア１８の温水流れの上流側に水加熱用電気ヒータ装置１００を配置し、図６の例では、暖房用ヒータコア１８の温水流れの下流側に水加熱用電気ヒータ装置１００を配置している。なお、図５、６において、２０はエンジン冷却水を冷却するためのラジエータ、２１はエンジン冷却水を蓄えておくリザーブタンク、１９ａはエンジン冷却水を図５、６の温水回路内を循環させる水ポンプで、車両エンジン１９により駆動される。
【００２４】
水加熱用電気ヒータ装置１００は、金属により略直方体状（図２参照）に形成された取付ブロック１０を有し、この取付ブロック１０の一端側には温水（エンジン冷却水）が流入する入口パイプ１０ａが配置され、取付ブロック１０の他端側には温水（エンジン冷却水）を流出させる出口パイプ１０ｂが配置されている。これらの取付ブロック１０、入口パイプ１０ａおよび出口パイプ１０ｂの内部に水流路１７（図３）が形成され、この水流路１７を温水が矢印Ａ方向に流れる。
【００２５】
そして、取付ブロック１０のうち、底面側、すなわち、車両搭載状態において取付ブロック１０の下方側にヒータ取付台座１０ｃが一体に形成されている。このヒータ取付台座１０ｃは、３本の電気ヒータ１４〜１６を取付ブロック１０の底面部に装着するためのものである。具体的には、電気ヒータ１４〜１６を上記水流路１７に対して下方から上方に向けて、しかも、電気ヒータ１４〜１６の発熱部１４ａ〜１６ａの先端側が水流路１７の上流側に位置し、発熱部１４ａ〜１６ａの根元側が水流路１７の下流側に位置するように、電気ヒータ１４〜１６の発熱部１４ａ〜１６ａを水流路１７に対して斜めに突出配置している。ここで、電気ヒータ１４〜１６の傾斜角度θ（図３）は、例えば、４５°程度である。
【００２６】
このため、ヒータ取付台座１０ｃの底面部には、水流路１７の上流側に向って斜めに３個のヒータ取付穴１１〜１３が開けてあり、このヒータ取付穴１１〜１３に電気ヒータ１４〜１６を挿入し、ねじにより締め付け固定している。なお、図１では、図示形状の簡素化のために、３本の電気ヒータ１４〜１６のうち、２本の電気ヒータ１４、１５のみ示している。
【００２７】
３本の電気ヒータ１４〜１６は、図２、図４に示すように、発熱部１４ａ〜１６ａの先端側の相互間隔が狭まり、発熱部１４ａ〜１６ａの根元側の相互間隔が広がるように略扇状に配置して、発熱部１４ａ〜１６ａの根元側に水が流入しやすくしてある。
３本の電気ヒータ１４〜１６はいずれ同一構成であり、図２においてヒータ全体形状の外観を図示する電気ヒータ１６において、ねじ部１６ｂはヒータ取付穴１３のめねじ部に締め付け固定される部分である。このねじ部１６ｂよりも発熱部１６ａ側の部位にヒータ取付穴１３のシール面に圧着する金属シール面１６ｃが形成されている。３本の電気ヒータ１４〜１６において、ヒータ取付台座１０ｃの下方側へ円柱状に突出している部分は外部回路との電気接続用の接続端子部材１４ｄ〜１６ｄである。この接続端子部材１４ｄ〜１６ｄは正極側であり、電気ヒータ１４〜１６の負極側は、金属製の取付ブロック１０を介して車体に接地されるようにしてある。
【００２８】
次に、図７は電気ヒータ１４〜１６の通電を断続する制御回路図であり、電気ヒータ１４〜１６はリレー２２〜２４により車載バッテリ２５からの電源供給が断続される。そして、リレー２２〜２４の開閉作動は、車両エンジン１９のイグニッションスイッチ２６、車両用空調装置の最大暖房スイッチ２７およびエンジン制御装置２８により制御される。
【００２９】
エンジン制御装置２８には入力センサ群の１つとして車両エンジン１９の温水温度を検出する水温センサ２９を有しており、水温センサ２９により検出される水温が所定温度（例えば、７０°Ｃ）以下のときリレー２２〜２４のリレーコイルの接地側回路を閉成するための出力を出す。最大暖房スイッチ２７は、車両用空調装置の温度調整手段が最大暖房位置に操作されているときに閉成するスイッチで、温度調整手段が例えば、冷温風の風量割合調整用エアミックスドアであるときは、エアミックスドアがヒータコア１８の冷風バイパス通路を全閉し、ヒータコア１８の通風路（温風通路）を全開する位置が最大暖房位置である。
【００３０】
次に、上記構成において作動を説明する。いま、車両エンジン１９が運転されるとイグニッションスイッチ２６がオン状態となり、また、車両用空調装置の暖房始動時のごとく温度調整手段が最大暖房位置に操作されると最大暖房スイッチ２７がオン状態となる。さらに、車両エンジン１９の温水温度が所定温度（例えば、７０°Ｃ）以下であると、エンジン制御装置２８によってリレー２２〜２４のリレーコイルの接地側回路を閉成する。
【００３１】
これにより、リレー２２〜２４のリレーコイルが車載バッテリ２５から通電され、リレー２２〜２４が閉成状態となり、電気ヒータ１４〜１６は車載バッテリ２５から電源が供給され、発熱する。電気ヒータ１４〜１６の発熱部１４ａ〜１６ａは取付ブロック１０内の水流路１７に突出配置されているので、電気ヒータ１４〜１６の発熱部１４ａ〜１６ａにより加熱された温水がヒータコア１８に循環する。ヒータコア１８では図示しない空調用送風機により送風される空気が温水と熱交換して加熱され、温風となり、この温風が車室内へ吹出して車室内を暖房する。
【００３２】
次に、水加熱用電気ヒータ装置１００の電気ヒータ１４〜１６による温水加熱作用を詳細に説明する。電気ヒータ１４〜１６の配置形態として、本実施形態では、▲１▼電気ヒータ１４〜１６を水流路１７に対して下方から上方に向けて、しかも、▲２▼電気ヒータ１４〜１６の発熱部１４ａ〜１６ａの先端側が水流路１７の上流側に位置し、発熱部１４ａ〜１６ａの根元側が水流路１７の下流側に位置するように、電気ヒータ１４〜１６の発熱部１４ａ〜１６ａを水流路１７に対して斜めに突出配置している。
【００３３】
上記▲１▼の配置形態の採用により、車両搭載状態において、発熱部１４ａ〜１６ａの根元側での気泡分離作用を促進できる。すなわち、発熱部の加熱作用により発熱部根元側で水から空気が分離して気泡Ｂ（図３）が発生しても、発熱部根元側が天地方向の下側に位置しているので、発熱部根元側の気泡Ｂを浮力にてスムースに上方へ移動させ、温水の流れとともに下流側へ移動させることができる。
【００３４】
因みに、本実施形態とは逆に、発熱部１４ａ〜１６ａの先端側が下方で、発熱部１４ａ〜１６ａの根元側が上方の場合は根元側で発生した気泡が浮力の影響で長期間根元側に滞留したままとなり、温水と発熱部１４ａ〜１６ａとの間の熱伝達を阻害するが、本実施形態によると、上記理由から発熱部根元側の気泡Ｂを浮力にてスムースに排出できるので、温水と発熱部１４ａ〜１６ａとの間の熱伝達が気泡Ｂにより阻害されるのを解消できる。
【００３５】
また、上記▲２▼の配置形態の採用により、入口パイプ１０ａからの温水を電気ヒータ１４〜１６の傾斜角度θに沿って図３の矢印Ｃのごとく発熱部根元側へ向けて方向転換させることができる。これにより、発熱部根元側への温水流れが良好となり、発熱部根元側における温水の淀みを解消できる。
さらに、図２、図４に示すように、発熱部１４ａ〜１６ａの先端側の相互間隔が狭まり、発熱部１４ａ〜１６ａの根元側の相互間隔が広がるように、３本の電気ヒータ１４〜１６を略扇状に配置しているから、発熱部１４ａ〜１６ａの根元側への水流入をより一層促進できる。
【００３６】
従って、本実施形態によると、発熱部根元側における温水の淀みを解消して、温水の淀みによる温水と発熱部１４ａ〜１６ａとの間の熱伝達の阻害を良好に解消できる。
以上の作用が相まって、温水と発熱部１４ａ〜１６ａとの間の熱伝達量を増大して、電気ヒータ１４〜１６による温水加熱能力を向上できる。また、同時に、発熱部１４ａ〜１６ａの根元側が局部的に異常に温度上昇することを良好に抑制できるので、この根元側の異常温度上昇に起因する発熱部の断線といった不具合の発生をも良好に防止できる。
【００３７】
また、上記▲２▼のごとく水流路１７に対して電気ヒータ１４〜１６を斜め配置することにより、図１６に示すように電気ヒータ１４〜１６を水流路１７に対して直交配置する従来技術に比較して、水流路１７内に配置可能な電気ヒータ１４〜１６の大きさを拡大（発熱部浸水面積の拡大）できるので、取付ブロック１０全体の体格を小型化できる。
【００３８】
また、電気ヒータ１４〜１６の斜め配置により、電気ヒータ１４〜１６の傾斜に沿って温水流れを滑らかに方向転換できる。従って、図１６に示す直交配置の従来技術に比較して、本実施形態によると、電気ヒータの設置に伴う通水抵抗の増加割合を低減できる。
次に、上記した電気ヒータ１４〜１６の具体的構成例について説明すると、図８、９は本実施形態に基づく電気ヒータ１４〜１６の構成例を示し、図１０は比較例の電気ヒータを示している。
【００３９】
図８は本実施形態における電気ヒータ１４〜１６の第１例であり、各電気ヒータ１４〜１６は、金属製の円筒状ハウジング１４ｅ〜１６ｅを有し、この円筒状ハウジング１４ｅ〜１６ｅの外周面の一部に前述したヒータ取付穴１１〜１３のめねじ部に締め付け固定されるねじ部１４ｂ〜１６ｂが形成されている。
また、円筒状ハウジング１４ｅ〜１６ｅの内周側には金属製のヒータチューブ１４ｆ〜１６ｆが一体に接合されている。このヒータチューブ１４ｆ〜１６ｆはその先端部を閉塞した細長いコップ形状であり、ヒータチューブ１４ｆ〜１６ｆ内部の先端側に、発熱部１４ａ〜１６ａを形成するコイル状の電気抵抗線１４ｇ〜１６ｇが内蔵されている。
【００４０】
このコイル状抵抗線１４ｇ〜１６ｇはマグネシア等の耐熱絶縁粉末によりヒータチューブ１４ｆ〜１６ｆ内に絶縁固定されている。ここで、ヒータチューブ１４ｆ〜１６ｆの内部には１つのコイル状抵抗線１４ｇ〜１６ｇのみを収容しているので、本例の電気ヒータ１４〜１６はいわゆる１コイルタイプのものである。コイル状抵抗線１４ｇ〜１６ｇの一端（図８の上端）はヒータチューブ１４ｆ〜１６ｆの閉塞端部に接合されて、ヒータチューブ１４ｆ〜１６ｆ、ハウジング１４ｅ〜１６ｅおよび取付ブロック１０を介して車体に接地される。また、コイル状抵抗線１４ｇ〜１６ｇの他端（図８の下端）は金属製の接続端子部材１４ｄ〜１６ｄに電気的に接続されている。この接続端子部材１４ｄ〜１６ｄもヒータチューブ１４ｆ〜１６ｆおよびハウジング１４ｅ〜１６ｅに対して絶縁固定されている。
【００４１】
ところで、ヒータチューブ１４ｆ〜１６ｆのうち、コイル状の電気抵抗線１４ｇ〜１６ｇを内蔵する発熱部１４ａ〜１６ａの部位を、図８に示すように、その全体にわたって、ハウジング１４ｅ〜１６ｅの端面（すなわち、金属シール面１４ｃ〜１６ｃの部位）から外部へ突出させ、そして、取付ブロック１０の水流路１７内に配置している。
【００４２】
ここで、図８に示す電気ヒータ１４〜１６の第１例と、図９に示す第２例との相違点について説明すると、図８の第１例では、発熱部１４ａ〜１６ａの部位を全長にわたって取付ブロック１０の水流路１７内に配置している。これに対して、図９に示す第２例では発熱部１４ａ〜１６ａの部位の全体を、ハウジング１４ｅ〜１６ｅの端面（すなわち、金属シール面１４ｃ〜１６ｃの部位）から外部へ突出させているものの、発熱部１４ａ〜１６ａの一部をヒータ取付穴１１〜１３内に配置している。従って、発熱部１４ａ〜１６ａの一部は水流路１７の外側へ突出することになる。
【００４３】
なお、図１０は本実施形態の比較例であり、発熱部１４ａ〜１６ａの一部を、ハウジング１４ｅ〜１６ｅの端面より内側へ内蔵させる配置形態となっている。上述した電気ヒータ１４〜１６は、車両エンジン予熱用のグロープラグと基本的構造は同一でよく、グロープラグの製造方法において、ハウジング１４ｅ〜１６ｅの内周側にヒータチューブ１４ｆ〜１６ｆを圧入接合することは公知である。ここで、ハウジング１４ｅ〜１６ｆの内周穴のうち、端部１４ｈ〜１６ｈには０．２〜０．３ｍｍ程度のクリアランスが設定されている。この端部１４ｈ〜１６ｈのクリアランスは、ヒータチューブ１４ｆ〜１６ｆをハウジング１４ｅ〜１６ｅに圧入するときの位置出し等の作業を容易にするために利用される。
【００４４】
空気中でコイル状抵抗線１４ｇ〜１６ｇに通電した場合は、上記端部１４ｈ〜１６ｈのクリアランス部分には空気層が存在し、このクリアランス部分においてもコイル状抵抗線１４ｇ〜１６ｇの発熱により、ヒータチューブ１４ｆ〜１６ｆの表面温度は５００℃程度に昇温する。
ハウジング１４ｅ〜１６ｅに内包される部分までコイル状抵抗線１４ｇ〜１６ｇを延長して配設すると、コイル状抵抗線１４ｇ〜１６ｇの長さを相対的に長くすることができる。
【００４５】
同一材質のコイル状抵抗線を用いて、電気ヒータ（グロープラグ）１４〜１６の抵抗値を同一にする場合、コイル状抵抗線の長さを長くできることはコイル状抵抗線の線径を太くできることとなる。太い線径の抵抗線は、コイルの製作及びヒータチューブ１４ｆ〜１６ｆ部を製作する場合の作業性を向上する効果があるので、ディーゼルエンジンの吸入空気予熱といった用途にはこの種の構造のグロープラグが多く使用されている。
【００４６】
一方、電気ヒータ（グロープラグ）を冷却水の加熱用途に用いる場合は、図１０のような設定にすると、以下のごとき問題が発生することが本発明者らの実験検討により明らかになった。
冷却水の加熱用途に用いる電気ヒータ（グロープラグ）においては、冷却水の加熱能力と耐久性が主要な性能である。耐久性については、ディーゼルエンジンの始動用途に用いられる場合よりも使用時間が５倍にもなるので、充分検討する必要がある。一方、加熱能力は、同じ電力を投入したときの、効率で評価することができる。
【００４７】
図１０による比較例では、上記加熱能力と耐久性の両方とも問題が生じる。まず、冷却水の加熱能力についての実験結果を説明する。図１１は、評価試験装置である。
３本の電気ヒータ（グロープラグ）１４〜１６を取付ブロック１０に装着し、この取付ブロック１０内の水流路に１リットル／ｍｉｎの流量の水を流し、かつ、電気ヒータ１４〜１６への供給電力を１０００Ｗ／３本に調整する。
【００４８】
効率は、取り付け治具３０の入口パイプ１０ａの流入水温（ａ）と出口パイプ１０ｂの流出水温（ｂ）の差を温度センサ（シース熱電対）を用いて測定することにより評価した。
図８の設定による本実施形態の第１例の電気ヒータ（グロープラグ）１４〜１６によると、流入水温（ａ）と流出水温（ｂ）との差は、１４．３°Ｃであり、図９の設定による本実施形態の第２例の電気ヒータ（グロープラグ）１４〜１６によると、流入水温（ａ）と流出水温（ｂ）との差は、１２．０°Ｃであり、図１０の比較例では１０．０°Ｃであり、本実施形態の第１例および第２例の方が電気ヒータ（グロープラグ）の加熱能力（効率）の面で比較例よりも優れていることを確認できた。
【００４９】
なお、実験に用いた図１０の比較例においては、コイル状抵抗線１４ｇ〜１６ｇの全長の２０％の長さをハウジング１４ｅ〜１６ｅの内周孔内に配置した。図８〜図１０のいずれの電気ヒータ（グロープラグ）においても、ハウジング１４ｅ〜１６ｅの内周穴端部１４ｈ〜１６ｈのクリアランスは０．２〜０．３ｍｍ程度で、これに対して、取付ブロック１０のヒータ取付穴１１〜１３とヒータチューブ１４ｆ〜１６ｆとのクリアランスは０．７５ｍｍ程度である。
【００５０】
上記のごとく図１０の比較例において加熱効率の低下が発生する理由は、発熱部１４ａ〜１６ａを形成するコイル状の抵抗線１４ｇ〜１６ｇのうち、ハウジング１４ｅ〜１６ｅの内周孔端部１４ｈ〜１６ｈ内に位置する部分、およびヒータ挿入孔１３内に位置する部分で消費された電力が冷却水に有効に伝達されず、ハウジング１４ｅ〜１６ｅおよび取付ブロック１０に伝達したためであると判断される。
【００５１】
図１０の比較例では、ハウジング１４ｅ〜１６ｅの内周孔端部１４ｈ〜１６ｈのクリアランス部分で冷却水が連続的に沸騰するとともに、ヒータ挿入孔１３の部分においても冷却水の沸騰が断続的に発生していることが観測された。
このように冷却水の沸騰が生じると、ヒータチューブ１４ｆ〜１６ｆの周囲に空気の断熱槽ができてしまうので、ヒータチューブの熱が周囲の水に有効に伝わらないのである。
【００５２】
図９の第２例の電気ヒータ（グロープラグ）が図８の第１例の電気ヒータ（グロープラグ）より加熱効率が劣る理由は、ヒータ取付穴１１〜１３の部分における断続的な沸騰現象によるものと判断される。
このヒータ取付穴１１〜１３の部分における沸騰は、水流のよどみが原因であるため、ヒータ取り付け構造を前述の図１〜図４で説明したごとく工夫することで改善できる。
【００５３】
しかしながら、図１０の比較例におけるハウジング１４ｅ〜１６ｅの内周孔端部１４ｈ〜１６ｈのクリアランスは、０．２〜０．３ｍｍ程度と非常に狭いため、水流のよどみが必然的に発生してしまう。従って、この内周孔端部１４ｈ〜１６ｈの部分における沸騰現象は不可避である。
一方、図８による第１例の電気ヒータ（グロープラグ）では、発熱部を形成するコイル状抵抗線１４ｇ〜１６ｇの全域が水流部分に配設されているので、投入した電力を有効に水に伝達できるのである。
【００５４】
次に、耐久試験結果について説明すると、図１２は耐久試験装置を示しており、冷却水温は流量６リットル／ｍｉｎで、８０℃に調整され、電気ヒータ（グロープラグ）には１４Ｖの電圧が印加され連続通電される。
図１３は耐久試験結果を示すもので、冷却水の加熱用途に用いられる電気ヒータとしては、通常、連続通電３０００時間の耐久性が要求される。しかるに、図１０の比較例の電気ヒータは連続通電１５００時間程度で断線が発生し、規格を満足しなかった。
【００５５】
断線品を調査したところ、図１０の電気ヒータではハウジング１４ｅ〜１６ｅの内周孔端部１４ｈ〜１６ｈのクリアランス部分でコイル状抵抗線１４ｇ〜１６ｇの断線が発生していた。また、図９の第２例では、ヒータ取付穴１１〜１３部分でコイル状抵抗線１４ｇ〜１６ｇの断線が発生していた。断線箇所は溶融状態であったが、断線部近傍ではコイル状抵抗線の外周が酸化しており、断面積の減少がみられた。
【００５６】
これらの図９、図１０の電気ヒータでは、断線発生部分において冷却水と有効に熱交換がされないため、ヒータの表面温度が上昇し、ひいては抵抗線が高温に維持され外周から酸化が進み、溶断に至ったと判断される。
一方、図８の第１例の電気ヒータでは、発熱部の全域が冷却水と有効に熱交換されるため、発熱部の表面全域が冷却され、コイル状抵抗線１４ｇ〜１６ｇの全域にわたって過度な昇温を未然に抑制できるものと判断される。
【００５７】
ヒータチューブ１４ｆ〜１６ｆの表面にφ０．５ｍｍのシース熱電対をロウ付けして、ヒータチューブ表面の試験中の温度を測定してみたところ、図８の第１例による電気ヒータのヒータチューブ表面温度（発熱部表面温度）は１３０℃であった。
この電気ヒータを空気中に取り出して、電源電圧として同一値（１４Ｖ）を印加した場合はヒータチューブ表面温度が１２００℃になることから、冷却水中ではヒータチューブ表面が水により非常に強く冷やされていることが分かる。
【００５８】
一方、図１０の比較例の電気ヒータではヒータ取付穴１１〜１３の部分におけるヒータチューブ表面温度を測定したところ、沸騰が発生している間は、７００℃以上になってしまうことが分かった。
よって、ヒータチューブ表面温度を低下させて耐久性を確保するためには、発熱部のコイル状抵抗線を内包するヒータチューブ部分を充分、冷却水により冷却される部分に配設し、冷却水の淀みを発生させないことが必要であることが分かる。
【００５９】
なお、本実施形態による特徴部分は、発熱部のコイル状抵抗線と水路との配置関係について、冷却水の加熱用途に適した形態を実験により求めたもので、コイル状抵抗線の材質、抵抗線の長さ、抵抗線の太さ（線径）等の制限を受けるものではない。
なお、近年のディーゼルエンジン予熱用グロープラグに一般的に用いられるヒータチューブ先端側に第１のコイル状抵抗線を配置するとともに、ヒータチューブ後端側に第２の電流制御用のコイル状抵抗線を直列に接続した、いわゆる自己制御型の２コイル式グロープラグを本発明の電気ヒータとして適用できることはもちろんである。
【００６０】
さらに、前述の図５、６の温水回路、および図１１、１２に示す実験では、電気ヒータの取付ブロック１０を温水回路の途中に設けた例を示したが、電気ヒータを車両エンジンヘッドの冷却水路に直に取り付ける場合にも同様の効果を発揮することができる。
次に、発熱部のコイル状抵抗線の具体的材質例について説明すると、前述したように、近年ディーゼルエンジン用グロープラグとして、自己制御グロープラグが一般的に使用されている。自己制御グロープラグは、ヒータ先端部の速熱性に優れる。エンジンに用いる場合、先端部のみが、燃焼室に突き出す位置に装着されるため、始動待ち時間短縮のため、特に先端部の速熱性が重要である。
【００６１】
一方、発熱部のコイル状抵抗線を一種類の材質のみで構成した１コイル式グロープラグも公知である。
発熱部のコイル状抵抗線の具体的材質として、ニクロム、鉄クロム等の正の抵抗・温度変化率が１に近い（小さい）材料を用いたものは従来型と呼ばれ、ニッケル等の正の抵抗・温度変化率が１より十分大きい材料を用いたものは速熱型と呼ばれている。
【００６２】
この種の１コイル式グロープラグは、ヒータ先端部の速熱性は自己制御型に比して劣るものの、単一のコイルを使用するため、自己制御型グロープラグより製造コストを安くすることができる利点がある。
すなわち、自己制御グロープラグは先端部の抵抗変化率の小さいコイル状抵抗線と後端側の抵抗変化率の大きなコイル状抵抗線を溶接等の手段で接続する必要があるとともに、部品数が増えるため、部品コストも高くなり、全体としてコスト高となる。
【００６３】
以上の点を踏まえた上で、本実施形態では、冷却水加熱用途に用いる場合における発熱部のコイル状抵抗線の望ましい材質を実験により明らかにした。すなわち、実験装置としては、前述の図１２と同じ装置を使用し、実験装置全体を低温室に設置した。
実験装置の総水量を１０リットルとし、流量は６リットル／ｍｉｎとし、通電開始時の冷却水（不凍液）の温度を−２５℃にし、電気ヒータには１４Ｖの電圧を印加する。電気ヒータの配置構造は、図８による第１例とした。
【００６４】
また、電気ヒータとして、（１）発熱部のコイル状抵抗線に、ヒータ先端部の第１のコイル状抵抗線にニクロムを用い、ヒータ後端部の第２のコイル状抵抗線にＣｏ：９８％−Ｆｅ：２％のコバルト鉄合金を用いた自己制御型の２コイル式電気ヒータ、
（２）発熱部のコイル状抵抗線に純ニッケル線のみを用いた速熱型の１コイル式電気ヒータ、
（３）発熱部のコイル状抵抗線にニクロム線のみを用いた従来型の１コイル式電気ヒータを使用し、
この３種類の電気ヒータについて比較試験をした。
【００６５】
上記の３種類の電気ヒータは、同様の装置を用いて、水温８０℃に調整し１４Ｖを印加したときに３本分で消費電力が１０００Ｗになるような仕様で設計した。３種類の電気ヒータは、図８による第１例において、ヒータチューブ形状、コイル状抵抗線長さも同一に設計した。
図１４は冷却水温の上昇特性を示したもので、横軸は電気ヒータ通電開始後の経過時間であり、冷却水温の上昇特性は３種類ともほぼ同一であり、差が見られなかった。図１５はコイル状抵抗線の電流値の変化を示したものであり、速熱型、自己制御型は従来型に比して突入電流が高いものの、短時間で電流が飽和することが分かった。
【００６６】
電気ヒータへの通電断続は図７に示すようにリレー２２〜２４を介して行うが、突入電流はリレーの耐久性に悪影響を与える。突入電流が大きくなると、リレーは大型化し、コストも高くなる。従って、冷却水加熱用途で用いるグロープラグとしては、空気中での通電における速熱性の点では劣るものの、低コストで提供できる従来型グロープラグが適していると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における水加熱用電気ヒータ装置の側面配置図である。
【図２】図１の電気ヒータ装置の概略斜視図である。
【図３】図１の電気ヒータ装置の概略断面図である。
【図４】図１の電気ヒータ装置の概略正面配置図である。
【図５】本発明の一実施形態における水加熱用電気ヒータ装置の温水回路図である。
【図６】本発明の一実施形態における水加熱用電気ヒータ装置の温水回路の他の例を示す回路図である。
【図７】本発明の一実施形態における水加熱用電気ヒータ装置の電気回路図である。
【図８】本発明の一実施形態における水加熱用電気ヒータ装置の具体的構成の第１例を示す縦断面図である。
【図９】本発明の一実施形態における水加熱用電気ヒータ装置の具体的構成の第２例を示す縦断面図である。
【図１０】本発明の比較例における水加熱用電気ヒータ装置の具体的構成の縦断面図である。
【図１１】本発明における実験装置の概要を示す配置図である。
【図１２】本発明における実験装置の別の例の概要を示す配置図である。
【図１３】本発明における電気ヒータ耐久時間の実験結果を示す図表である。
【図１４】本発明における冷却水温度の上昇特性の実験結果を示すグラフである。
【図１５】本発明における電気ヒータの電流変化の実験結果を示すグラフである。
【図１６】（ａ）は従来技術による水加熱用電気ヒータ装置の正面配置図、（ｂ）は従来技術による水加熱用電気ヒータ装置の側面配置図である。
【符号の説明】
１４、１５、１６…電気ヒータ、１４ａ〜１６ａ…発熱部、
１４ｄ〜１６ｄ…接続端子部材、１４ｅ〜１６ｅ…ハウジング、１７…水流路。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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