JP2010276264A - 温水生成ユニット、車載温水ヒータシステム及び温水生成ユニットの組立方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、より短時間で効率よく温水を生成でき、且つ実使用上の信頼性に優れた温水生成ユニット、車載温水ヒータシステム及び温水生成ユニットの組立方法を提供する。
【解決手段】本発明の温水生成ユニットは、ヒータユニット１１と、液体５０を貯留可能であると共に液体５０にヒータユニット１１を浸漬させた状態でヒータユニット１１を収容可能なタンク３０と、ヒータユニット１１をタンク３０に対して固定させる取付部材４０とを備え、取付部材４０は、タンク３０の壁部３１に対してねじ結合されるねじ部４２と、ねじ部４２と一体に設けられ、ねじ部４２がタンク３０の壁部３１にねじ結合された状態でタンク３０の内側に突出し、タンク３０内に収容されたヒータユニット１１の筒体１２の端部における一対の放熱面１２ａ間を挟み込んだ状態で圧迫固定するヒータユニット固定部４１とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子を発熱源に用いた温水生成ユニット、車載温水ヒータシステム及び温水生成ユニットの組立方法に関する。

一般に、自動車室内の暖房用の主熱源としては、エンジン冷却水の排熱を利用して空気を加熱する温水式ヒータが用いられているが、今後、エンジンのない電気自動車等の普及が進むのに伴い、これまで使用されてきた温水で暖房するシステムをそのまま利用したいという市場からの要望が強い。このような市場の要求から電気式温水ヒータが必要になると思われる。

電気式ヒータにおける発熱体としてＰＴＣ素子を用いたものが例えば特許文献１に開示されている。特許文献１では、ＰＴＣ素子を用いた流体加熱装置がヒータコアの流入口に配設され、ＰＴＣ素子は仕切壁を介してエンジン冷却水の流路に向き合い、その流路内を通過する流体をＰＴＣ素子で加熱する構造が開示されている。

特開２００３−１０４０４１号公報

特許文献１に開示された、流路を通過する液体をＰＴＣ素子で加熱する構造の場合、ＰＴＣ素子が設けられた流路部分に液体が流れていないもしくは存在しないと、無駄にＰＴＣ素子の発熱エネルギーが消費されてしまう。例えば、寒冷地等で液体が凍るもしくは流動性が低下すると、ＰＴＣ素子が設けられた部分を液体が流れないもしくは流れが停滞し、ヒータコアに効果的に温水を供給できなくなる。それだけでなく、熱効率を極限まで高めるには、ヒータ全体が非加熱体（液体）に接している状態が理想である。しかし、特許文献１に開示された方法では、ヒータにおける流路に面していない部分から熱が外部に逃げてしまうので効率低下が否めない。

そこで、より望ましい形態として、タンクに貯留した液体中にＰＴＣヒータ全体を浸漬させることが考えられる。この場合、ＰＴＣ素子及び電極部材が液体に触れないように、それらを防水構造体の内部に収容する必要がある。したがって、ＰＴＣ素子の熱は防水構造体を介して液体に伝達する。この熱伝達効率を高くする観点から、防水構造体の形状としては、円筒よりも、扁平状の角筒にすることが望ましい。また、タンクに対するヒータユニットの取付構造は、強度確保の点からねじ結合が望ましい。しかし、角筒形状の構造体はタンクに対して直接ねじ結合させることができない。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、より短時間で効率よく温水を生成でき、且つ実使用上の信頼性に優れた温水生成ユニット、車載温水ヒータシステム及び温水生成ユニットの組立方法を提供する。

本発明の一態様によれば、ヒータユニットと、液体を貯留可能であると共に前記液体に前記ヒータユニットを浸漬させた状態で前記ヒータユニットを収容可能なタンクと、前記ヒータユニットを前記タンクに対して固定させる取付部材と、を備え、前記ヒータユニットは、一対の電極面を有する板片状に形成されたＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子と、前記ＰＴＣ素子を挟むように前記一対の電極面のそれぞれに面接触して接着された一対の電極部材と、前記ＰＴＣ素子及び前記電極部材を包む可撓性、熱伝導性及び電気絶縁性を有する絶縁シートと、前記絶縁シートに包まれた前記ＰＴＣ素子及び前記電極部材を内部に収容し、前記一対の電極面のそれぞれに対向する一対の板状の放熱面を有する扁平形状の筒体と、前記筒体の端部開口を封止する封止体と、を有し、前記取付部材は、前記タンクの壁部に対してねじ結合されるねじ部と、前記ねじ部と一体に設けられ、前記ねじ部が前記タンクの前記壁部にねじ結合された状態で前記タンクにおける前記液体が収容される内側に突出し、前記タンク内に収容された前記筒体の端部における前記一対の放熱面間を挟み込んだ状態で圧迫固定するヒータユニット固定部と、を有することを特徴とする温水生成ユニットが提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、上記温水生成ユニットと、前記タンク内と接続された循環路と、前記タンク内と前記循環路とに前記液体を循環させる液圧ポンプと、前記循環路と接続され、前記タンク内の前記液体を前記ヒータユニットが加熱することで生成された温水が通過するヒータコアと、前記ヒータコアに気体を送風する送風装置と、を備えたことを特徴とする車載温水ヒータシステムが提供される。
また、本発明のさらに他の一態様によれば、ヒータユニットを、取付部材を介して、液体及び前記ヒータユニットを収容可能なタンクに固定させる工程を有する温水生成ユニットの組立方法であって、前記ヒータユニットは、一対の電極面を有する板片状に形成されたＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子と、前記ＰＴＣ素子を挟むように前記一対の電極面のそれぞれに面接触して接着された一対の電極部材と、前記ＰＴＣ素子及び前記電極部材を包む可撓性、熱伝導性及び電気絶縁性を有する絶縁シートと、前記絶縁シートに包まれた前記ＰＴＣ素子及び前記電極部材を内部に収容し、前記一対の電極面のそれぞれに対向する一対の板状の放熱面を有する扁平形状の筒体と、前記筒体の端部開口を封止する封止体と、を有し、前記取付部材は、ねじ部と、前記ねじ部と一体に設けられたヒータユニット固定部と、を有し、前記タンクにおける前記液体が収容される内側に前記ヒータユニット固定部が突出するように、前記タンクの壁部に対して前記タンクの内側から前記ねじ部をねじ結合させる第１の工程と、前記第１の工程の後、前記ヒータユニットの前記筒体の一端部における前記一対の放熱面間を、前記ヒータユニット固定部で挟み込んで圧迫する第２の工程と、前記第２の工程の後、前記第１の工程で前記ねじ部を前記壁部に結合したときと逆方向に前記ねじ部を回転させて、前記ヒータユニット固定部を前記筒体の前記一端部に対して押し付ける第３の工程と、を有することを特徴とする温水生成ユニットの組立方法が提供される。

本発明によれば、より短時間で効率よく温水を生成でき、且つ実使用上の信頼性に優れた温水生成ユニット、車載温水ヒータシステム及び温水生成ユニットの組立方法が提供される。

本発明の実施形態に係る温水生成ユニットを示す模式図。 同温水性生成ユニットにおけるヒータユニットの斜視図。 同ヒータユニットにおける筒体およびこの内部に収容されたＰＴＣ素子の平面図。 図３におけるＡ−Ａ線拡大断面図。 同ヒータユニットにおける電極部材の模式図。 同温水生成ユニットにおける取付部材の模式図。 取付部材を介してヒータユニットをタンクに取り付ける方法を説明するための模式図。 本実施形態に係る温水生成ユニットが取付対象物に取り付けられた状態の模式図。 本発明の実施形態に係る車載温水ヒータシステムを示す模式図。 ヒータユニット端部と取付部材との他の結合例を示す模式図。 ヒータユニットの放熱面にフィンを設けた形態を示す模式図。 取付部材のねじ部をタンクの壁部に結合した後、ねじ部を結合時とは逆回転させる形態を説明するための模式図。 ヒータユニットの他端部の保持構造の一例を示す模式図。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る温水生成ユニット１を示す模式図である。

本実施形態に係る温水生成ユニット１は、ヒータユニット１１と、タンク３０と、ヒータユニット１１をタンク３０に対して固定させる取付部材４０とを備える。

タンク３０は、例えば水などの液体５０を貯留可能であると共に、貯留された液体５０にヒータユニット１１を浸漬させた状態でヒータユニット１１を収容可能である。タンク３０は、例えば樹脂材料からなる。

図２は、ヒータユニット１１の斜視図である。
図３は、ヒータユニット１１における筒体１２およびこの内部に収容されたＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子１６の平面図である。
図４は図３おけるＡ−Ａ線拡大断面図である。

ＰＴＣ素子１６は、正温度特性を有し、キューリー点以上の温度になると急激に抵抗が増加してそれ以上の温度上昇が制限される。ＰＴＣ素子１６は筒体１２の内部に収容されている。図３において破線で示すように、複数のＰＴＣ素子１６が筒体１２の長手方向に沿って配置されている。ＰＴＣ素子１６は、例えば四角い薄板片状に形成され、表面及び裏面には電極面１６ａが形成されている。電極面１６ａは、例えば銀、アルミニウムなどの金属からなる。

図４に示すように、ＰＴＣ素子１６における一対の電極面１６ａのそれぞれには、電極部材１７ａ、１７ｂが重ね合わされている。電極部材１７ａ、１７ｂには、それぞれ逆極性の電圧が印加される。

図５（ａ）は、電極部材１７ａにおける一端部の平面図である。
図５（ｂ）は、図５（ａ）における端子部１９ａ側から見た拡大端面図である。
なお、図５には一方の電極部材１７ａを図示し、以下の説明では電極部材１７ａについて説明するが、他方の電極部材１７ｂも同様に構成される。

電極部材１７ａは、例えばアルミニウムやステンレスなどの金属からなり、帯板状の平板部１８ａと、その平板部１８ａの一端に一体に設けられた端子部１９ａとを有する。図４に示すように、電極部材１７ａの平板部１８ａと電極部材１７ｂの平板部１８ｂは、ＰＴＣ素子１６を挟んで一対の電極面１６ａのそれぞれに面接触して接着されている。

平板部１８ａ、１８ｂとＰＴＣ素子１６の電極面１６ａとは、熱伝導性を有し且つ耐熱性に優れた例えばシリコーン系接着剤によって接着されている。電極面１６ａは、例えばセラミックスからなるＰＴＣ素子１６の表面にアルミニウムを溶射することで形成され、あるいは銀を塗布した後にアルミニウムを溶射することで形成される。そのため、電極面１６ａには微小な凹凸が形成される。したがって、平板部１８ａ、１８ｂと電極面１６ａとを接着するための接着剤が絶縁性であっても、電極面１６ａの凹凸における凸部が接着剤を突き抜けて平板部１８ａ、１８ｂに接し、ＰＴＣ素子１６と電極部材１７ａ、１７ｂとの導通は確保される。

図５（ａ）、（ｂ）に示すように、端子部１９ａは、平板部１８ａの一端部から突出して設けられ、周方向の一部を切り欠いた筒状に形成されている。その筒状の端子部１９ａの内部にケーブル１４ａの一端が挿入され、端子部１９ａを縮径方向に押しつぶすことで端子部１９ａにケーブル１４ａの一端が固定される。ケーブル１４ａは、導線２２を絶縁被覆材によって被覆してなる。絶縁被覆材から露出した導線２２が、端子部１９ａに固定される。

したがって、ＰＴＣ素子１６における一方の電極面１６ａは、電極部材１７ａを介してケーブル１４ａと電気的に接続され、他方の電極面１６ａは、電極部材１７ｂを介してケーブル１４ｂ（図１、２に図示）と電気的に接続される。

図４に示すように、電極部材１７ａ、１７ｂ及びこれらに挟まれたＰＴＣ素子１６は、絶縁シート２１に包まれている。絶縁シート２１は、可撓性、熱伝導性及び電気絶縁性を有し、例えばポリイミドフィルムからなる。絶縁シート２１は、電極部材１７ａ、１７ｂ（端子部１９ａも含む）の長手方向の両端を除く周囲を完全に覆っている。

ＰＴＣ素子１６から筒体１２の放熱面１２ａへの熱伝達経路である電極面１６ａと放熱面１２ａとの間の部分に、２重に絶縁シート２１が重なり合う部分が存在すると熱伝達効率を低下させる。そこで、本実施形態では、絶縁シート２１の両端縁部２１ａ、２１ｂを、電極面１６ａと放熱面１２ａとの間ではなく、筒体１２の側面１２ｂの裏側で重なり合うようにしている。これにより、ＰＴＣ素子１６から筒体１２の放熱面１２ａへの熱伝達効率の低下を抑制できる。

筒体１２は、互いに対向する一対の板状の放熱面１２ａを有し、長手方向の両端に開口が形成された扁平形状の筒状に形成されている。筒体１２は、例えばアルミニウムなどの熱伝導性及び加工容易性を有する材料からなる。

ＰＴＣ素子１６及び電極部材１７ａ、１７ｂ（端子部１９ａも含む）は、絶縁シート２１で周囲が完全に包まれた状態で、筒体１２の内部に収容される。ＰＴＣ素子１６の電極面１６ａは筒体１２の放熱面１２ａの裏面に対向する。一方の電極面１６ａとこれに対向する放熱面１２ａとの間には、電極部材１７ａ及び絶縁シート２１が介在され、他方の電極面１６ａとこれに対向する放熱面１２ａとの間には、電極部材１７ｂ及び絶縁シート２１が介在される。

絶縁シート２１で包んだＰＴＣ素子１６及び電極部材１７ａ、１７ｂを筒体１２の中に挿入した後、筒体１２の一対の放熱面１２ａに機械的圧力を加えて図４の上下方向に筒体１２を押しつぶす。これにより、ＰＴＣ素子１６、電極部材１７ａ、１７ｂ及び絶縁シート２１は、筒体１２の一対の放熱面１２ａの裏面間で狭圧された状態となり、筒体１２内で固定される。この後、ＰＴＣ素子１６と電極部材１７ａ、１７ｂとの間のシリコーン系接着剤を熱硬化させる。

シリコーン系接着剤を硬化させた後、図２に示すように、筒体１２の両端には端部開口を封止する封止体として、それぞれ、キャップ１３と封止材１５が設けられる。キャップ１３は、電気絶縁性、防水性及び耐熱性を有し、例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ：polybutylene terephthalate）からなる。キャップ１３は、筒体１２の一端部が嵌め込まれる凹部を有する。その凹部及び筒体１２の一端部に電気絶縁性、防水性及び耐熱性を有する例えばシリコーン系の封止材を入れたうえで、凹部に筒体１２の一端部を嵌め込む。したがって、筒体１２の一端部側の開口は、封止材及びキャップ１３によって液密に閉塞される。
ここで比較例として、筒体１２の端部を開放端とせずに、筒体端部が金属で一体に覆われて閉塞した構造とすることも考えられる。しかし、筒体端部が金属で覆われて閉塞した構造になっていると、圧力をかけて筒体１２を押し潰す過程で、筒体１２の閉塞端部に割れやひびが生じたり、また望ましくない形に変形しやすくなる。あるいは、筒体端部を押し潰すことができなくなることもあり得る。これを避けるために、本実施形態では、筒体端部を開放端として、その部分に封止材を充填すると共にキャップ１３を装着する構造としている。すなわち本実施形態では、筒体１２を押し潰すことで筒体１２内の無駄な隙間をつぶしてＰＴＣ素子１６から筒体１２への熱伝達効率を高めることができ、なおかつ筒体端部は開放端となっているために圧力が加わっても割れや変形などが生じない。結果として、生産性を上げコスト低減を図れる。

筒体１２の他端部側の開口は、電気絶縁性、防水性及び耐熱性を有する例えばシリコーン系の封止材１５によって液密に閉塞される。この他端部側の開口からは、筒体１２の内部で電極部材１７ａ、１７ｂとそれぞれ接続されたケーブル１４ａ、１４ｂが筒体１２の外側に導出される。

次に、図６（ａ）は取付部材４０の斜視図を示し、図６（ｂ）は取付部材４０におけるヒータユニット固定部４１側から見た端面図を示す。

取付部材４０は、ねじ部４２と、ヒータユニット固定部４１とを有する。ねじ部４２とヒータユニット固定部４１とは共に例えばステンレスなどの金属材料からなり、一体に設けられている。

ねじ部４２は、円筒状に形成され、その外周面にねじが形成されている。ねじ部４２は、図７（ａ）に示すタンク３０の壁部３１に形成されたねじ穴３０ａにねじ結合される。ねじ部４２には、その軸方向を貫通する貫通孔４２ａが形成されている。

ヒータユニット固定部４１は、角柱もしくは円柱状に形成され、その一端面には径方向に延在するスリット４１ｃが形成されている。スリット４１ｃは、ねじ部４２の貫通孔４２ａと連通している。スリット４１ｃの延在方向の両端は、ヒータユニット固定部４１の側壁部によって閉塞されずに、ヒータユニット固定部４１の外部に対して開放されている。

図１に示すように、ヒータユニット固定部４１は、ねじ部４２がタンク３０の内側から外側に向けて壁部３１にねじ結合された状態でタンク３０の内側に突出し、タンク３０内に収容された筒体１２の端部における一対の放熱面１２ａ間を挟み込んだ状態で圧迫固定する。

ヒータユニット１１は、取付部材４０を介してタンク３０に固定される。具体的には、まず、図７（ａ）に示すように、取付部材４０におけるヒータユニット固定部４１をタンク３０の内側に向けた状態で、ねじ部４２をタンク３０の内側から壁部３１に形成されたねじ穴３０ａにねじ込んで結合させる。

取付部材４０がタンク３０の壁部３１に取り付けられた状態の平面図を図７（ｂ）に示す。この後、取付部材４０のヒータユニット固定部４１のスリット４１ｃに、ヒータユニット１１の筒体１２の端部を嵌め込む。

筒体１２におけるケーブル１４ａ、１４ｂが導出された側の端部がスリット４１ｃに嵌め込まれる。ケーブル１４ａ、１４ｂは、スリット４１ｃ及びねじ部４２に形成された貫通孔４２ａを通されて、タンク３０の内側から外側に導出され、タンク３０の外部で図示しない電力供給源に接続される。

ここで、筒体１２の長手方向寸法をあまり長くしてしまうと、筒体１２におけるスリット４１ｃに嵌め込まれる一端部の反対側の他端部が、取付部材４０が取り付けられた壁部３１に対向する壁部３２の内壁面にぶつかって、筒体１２の一端部のスリット４１ｃへの嵌め込みが困難になることが懸念される。

しかし本実施形態では、前述したように、スリット４１ｃにおける延在方向の両端は閉塞されずに開放されているため、図７（ｂ）に示すように、筒体１２をタンク３０の長手方向に対して傾けつつ、ヒータユニット固定部４１の側壁側からもスリット４１ｃ内に筒体１２の一端部を差し込むことができる。このため、筒体１２の長手方向寸法を比較的長くしてもスリット４１ｃへの嵌め込み作業の妨げにならない。図１に示すように、筒体１２がタンク３０の対向壁部３１、３２間のほぼ全域にわたって存在することで、液体５０の加熱効率を向上でき、効率的な温水生成を行える。

筒体１２の一端部をヒータユニット固定部４１のスリット４１ｃに嵌め込んだ後、その部分をかしめる。具体的には、ヒータユニット固定部４１におけるスリット４１ｃを挟む両部分４１ａ及び４１ｂに、筒体１２の一端部の放熱面１２ａ側に向けた押圧力を加える。これにより、スリット４１ｃ内に嵌め込まれた筒体１２の一端部はヒータユニット固定部４１におけるスリット４１ｃを挟む両部分４１ａ及び４１ｂ間で圧迫されて、ヒータユニット固定部４１に対して機械的固定される。筒体１２におけるスリット４１ｃ内に嵌め込まれる一端部の内部にはＰＴＣ素子１６は存在せず、その一端部に圧迫力が加えられてもＰＴＣ素子１６が破損することはない。

取付部材４０におけるねじ部４２は前述したようにタンク３０の壁部３１にねじ結合されているため、結果として、ヒータユニット１１は取付部材４０を介してタンク３０に対して固定される。

また、図１に示す例では、ヒータユニット１１の他端部は、壁部３２に設けられた保持部材３５に保持されている。すなわち、ヒータユニット１１は両持ち支持されている。ヒータユニット１１の他端部を壁部３２に対して固定してよいし、単に支えるだけの構造にしてもよい。また、ヒータユニット１１の他端部は壁部３２に接していても、離間していてもよい。また、ヒータユニット１１は、取付部材４０によって片持ち支持されただけでもよい。

ヒータユニット１１を取付部材４０を介してタンク３０に固定させ、タンク３０に例えば水などの液体５０を入れて、その液体５０中に放熱面１２ａを有する筒体１２が浸漬するようにする。その後、図８に示すように、タンク３０に蓋３３を装着してタンク３０内を密閉する。以上のようにして得られる本実施形態に係る温水生成ユニット１は、用途に応じて種々の取付対象物に取り付けられる。

図８には、タンク３０と一体になった蓋３３をボルト６１で取付対象物６０に取り付けた例を示す。タンク３０と蓋３３とは、例えば共に樹脂材料である場合には溶着によって結合することができる。その他、ねじ結合などの機械的手段によってタンク３０と蓋３３とを結合してもよい。

以上説明した本実施形態に係る温水生成ユニット１において、ケーブル１４ａ、１４ｂ及び電極部材１７ａ、１７ｂを介してＰＴＣ素子１６が通電され発熱する。ＰＴＣ素子１６が発する熱は、いずれも良好な熱伝導性を有する電極部材１７ａ、１７ｂ及び絶縁シート２１を介して筒体１２の放熱面１２ａへと伝わる。そして、その放熱面１２ａの熱によってタンク３０内の液体５０が加熱され温水が生成される。ＰＴＣ素子１６を利用することで、発熱線を耐熱絶縁材で封入した構造のシーズヒータを使った場合に比べて短時間で温水を生成できる。

また、本実施形態では、ＰＴＣ素子１６及び電極部材１７ａ、１７ｂは、絶縁性及び防水性のキャップ１３及び封止材１５によって密閉される筒体１２内部に収容され、外部に露出していない。また、電極部材１７ａ、１７ｂと、筒体１２との間には絶縁シート２１が介在されているので、筒体１２は通電されない。さらに、ケーブル１４ａ、１４ｂの外側は絶縁性の被覆材となっている。したがって、ヒータユニット１１は、通電部分が外部に露出されず、且つ通電部分への液体の浸入を防止する構造となっている。このため、ヒータユニット１１を液体中に浸漬させても漏電することがなく安全である。

また、さらなる防水性を高めるため、筒体１２の一端部をスリット４１ｃに嵌め込む前にスリット４１ｃに防水性を有する例えばシリコーン系の封止材を供給した上で、筒体１２の一端部をスリット４１ｃに嵌め込むようにしてもよい。また、図１に示すように、ねじ部４２の貫通孔４２ａ内に防水性を有する例えばシリコーン系の封止材７３を充填させてもよい。

取付部材４０のねじ部４２がタンク３０の壁部３１にねじ結合されることで、壁部３１に形成されたねじ穴３０ａを介しての液体５０のタンク３０外への漏出が防止される。さらに液体漏出を確実に防止するために、ねじ部４２の外周面とねじ穴３０ａとの間に防水性を有する例えばシリコーン系の封止材を介在させることが有効である。また、ヒータユニット固定部４１におけるねじ部４２側の端面と、壁部３１の内壁面との間にシールリングを介在させてもよい。

取付部材４０とタンク３０の壁部３１とはねじ結合によって強固に結合されている。ヒータユニット１１の筒体１２の端部は取付部材４０のヒータユニット固定部４１に圧迫固定されている。したがって、ヒータユニット１１は取付部材４０を介してタンク３０に対して強固に固定され、且つその状態を長期間安定して維持することが可能となる。これにより、例えば温水生成ユニット１を車両に搭載した場合などには耐振動性に優れ、特に高速走行中や悪路を走行中の振動にも十分耐え得る構造を提供できる。

また、本実施形態では、特許文献１のように流路を通過する液体を加熱する構造ではなく、タンク３０内に貯留された液体５０を加熱する構造となっている。したがって、ヒータユニット１１の放熱面１２ａに確実に液体５０が接する状態を安定して維持でき、ヒータユニット１１が発する熱を効率よく液体５０を加熱するために消費することができる。また、板片状のＰＴＣ素子１６を収容する構造体として、扁平形状の筒体１２を用いることで、ＰＴＣ素子１６から筒体１２の放熱面１２ａまでの距離の増大を抑えて、液体５０の加熱効率を向上できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、より短時間で効率よく温水を生成でき、且つ絶縁性、防水性、耐振動性、耐衝撃性、耐久性などの信頼性に優れた温水生成ユニットを提供できる。

次に、図９は、本発明の実施形態に係る車載温水ヒータシステムを示す模式図である。この実施形態は、前述した温水生成ユニット１を自動車等の車両に取り付けた具体例である。この車載温水ヒータシステムは、前述した温水生成ユニット１と、循環路６と、液圧ポンプ３と、ヒータコア２と、送風装置８とを備える。

循環路６は管路６ａ〜６ｄを有する。管路６ａは、タンク３０内とヒータコア２とを接続する。管路６ｂは、ヒータコア２と液圧ポンプ３とを接続する。管路６ｃは、液圧ポンプ３と三方弁４とを接続する。管路６ｄは、三方弁４とタンク３０内とを接続する。

図９において上下方向が鉛直方向とする。ヒータユニット１１は、その長手方向が鉛直方向に対して略垂直もしくは傾斜する姿勢で前述した取付部材４０によってタンク３０に対して保持される。また、ヒータユニット１１はタンク３０の上部壁及び下部壁に対して離間し、ヒータユニット１１のタンク３０内での鉛直方向位置はほぼ中央とされる。

管路６ｄはタンク３０の下部壁に設けられた流入ポート７５と接続され、管路６ａはタンク３０の上部壁に設けられた流出ポート７６と接続される。流出ポート７６はヒータユニット１１における長手方向の一端部側に設けられ、流入ポート７５はヒータユニット１１における長手方向の他端部側に設けられている。

また、循環路６及びタンク３０は、管路７ａ、７ｂを介してエンジン５とも接続されている。三方弁４が管路６ｃと管路７ａとの間を遮断し、管路６ｃと管路６ｄとの間を連通させた状態のとき、液圧ポンプ３が駆動されると、タンク３０内及び循環路６を、図９において白矢印で示す方向に液体５０が循環する。

このとき、車両に搭載されたバッテリー７０からヒータユニット１１に電力を供給することでヒータユニット１１が発熱し、タンク３０内の液体５０が加熱される。この加熱により生成された温水は流出ポート７６及び管路６ａを通ってヒータコア２に供給される。

ヒータコア２に供給された温水はヒータコア２に具備された管を流れる。ヒータコア２には送風装置８から気体（空気）が送風される。ヒータコア２の管を流れる温水の熱は、ヒータコア２に具備されたフィンなどの熱伝達面を介して、送風装置８から送風された気体に伝達される。これにより、車内に温風が送風される。このモードは、例えばエンジン５の始動時など、エンジン５の排熱を利用できない場合に選択される。

本実施形態では、液体をタンク３０の下部からタンク３０内に流入させ、タンク３０の上部からタンク３０外に流出させる。すなわち、循環路６を流れてきた比較的低温の液体はタンク３０の下部に流入する。相対的にタンク３０上部の液体は高温になり、さらに温度の高い液体は軽くなることもあって、流出ポート７６が設けられたタンク３０上部側の液体がより高温になる。したがって、加熱不十分の液体がヒータコア２に送られてしまうことによる風温低下を抑制することができる。

エンジン５が始動後、三方弁４を切り替えて、管路６ｃと管路７ａとを連通させ、管路６ｃと管路６ｄとを遮断すれば、液体５０はエンジン５に供給されエンジン５の冷却水として機能する。このときの液体の流れを図９において黒矢印で表す。エンジン５を通過しエンジン５との熱交換により温められた温水は管路７ｂ、６ｄ、流入ポート７５、タンク３０、流出ポート７６および管路６ａを介してヒータコア２に供給される。したがって、このモードの場合にはヒータユニット１１を通電（発熱）させなくてもヒータコア２に温水を供給でき、送風装置８を駆動させることで、車内に温風を送ることができる。

本実施形態では、ＰＴＣ素子の自己制御機能を利用することによって、風温の自動温度調整を実現できる。ヒータコア２からの放熱量が多くなり液体５０が冷えると自動的にＰＴＣ素子に流れる電流値が上昇し、ヒータコア２からの放熱量の増大を補うべくヒータユニット１１の発熱量を増大させて液体５０の温度を上げる。逆に、ヒータコア２からの放熱量が少ない場合には、自動的にＰＴＣ素子に流れる電流値が下降し、液体５０の温度が低下し、ヒータコア２に供給される熱エネルギーが制限される。

本実施形態によれば、より短時間で効率よく温水を生成でき、且つ絶縁性、防水性、耐振動性、耐衝撃性、耐久性などの信頼性に優れた車載温水ヒータシステムを提供できる。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、それらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

図１０は、ヒータユニット１１の筒体１２の端部と、取付部材４０におけるヒータユニット固定部４１との結合形態の他の具体例を示す模式図である。この具体例では、ヒータユニット固定部４１のスリット４１ｃに筒体１２の端部を嵌め込んだ状態で、ヒータユニット固定部４１及び筒体１２の端部にボルト６２を貫通させる。そして、そのボルト６２の下端にナット６３を締結することで、ヒータユニット固定部４１におけるスリット４１ｃを挟む両部分４１ａ及び４１ｂにスリット４１ｃ側への押圧力を作用させる。これにより、それら部分４１ａ及び４１ｂによって筒体１２の端部が圧迫され、筒体１２はヒータユニット固定部４１に対して強固に固定される。あるいは、ヒータユニット固定部４１と筒体１２の端部にピンを通して、両者を固定するようにしてもよい。

また、図１１に示すように、筒体１２の放熱面１２ａにフィン７１を設けて、放熱面積の増大を図ってもよい。

ヒータユニット１１をタンク３０に対して取り付けるにあたっては、前述したように、まず、取付部材４０のねじ部４２をタンク３０の壁部３１に形成されたねじ穴にねじ結合させる。そして、ねじ部４２を壁部３１に結合した後、ヒータユニット固定部４１のスリット４１ｃに筒体１２の一端部をはめ込んで、ヒータユニット固定部４１に押圧力を与えて前記一端部を圧迫する。

さらにこの後、ねじ部４２を壁部３１に結合させたときと逆方向に回転させ、ヒータユニット固定部４１をタンク３０の壁部３１から離間する方向に若干戻す。

ねじ部４２を壁部３１に結合させた後、タンク３０の外側からねじ部４２を逆回転させる。これを可能にするため、例えば、図１２（ａ）に示すように、ねじ部４２の先端にナット５１を設けている。ナット５１には、ねじ部４２に形成された貫通孔４２ａと連通し、ケーブル１４ａ、１４ｂを通すための貫通孔５１ａが形成されている。また、ナット５１の外径は、壁部３１に形成されたねじ穴の内径およびねじ部４２の外径より小さいため、ねじ部４２とねじ穴との結合を妨げない。

壁部３１に対してタンク３０の内側からねじ部４２が結合された状態で、ナット５１はタンク３０の外側に露出する。したがって、そのナット５１に工具を係合させてねじ部４２を結合時とは逆方向に回転させることで、ねじ部４２と一体のヒータユニット固定部４１をタンク３０の内側に移動させて、筒体１２の一端部に押し付けることができる。これにより、ヒータユニット固定部４１と筒体１２の一端部との密着力を高めて、それら両者の隙間を通じた液体のタンク３０外への漏出を確実に防止することができる。

ねじ部４２を逆回転させて、ヒータユニット固定部４１を筒体１２の一端部に対して押し付けるためには、筒体１２は壁部３１から離間する方向に移動しないようにする必要がある。

例えば、図１３（ａ）に示す具体例では、ヒータユニット１１の他端部（キャップ１３）を保持部材５５によって保持し、他端部が壁部３２に当接するようにしている。保持部材５５は、取付部材４０が取り付けられたタンク３０の壁部３１に対向する壁部３２に設けられている。ヒータユニット１１の他端部が壁部３２に当接することで、ねじ部４２の逆回転によりヒータユニット固定部４１から筒体１２に対して押圧力が作用しても、筒体１２の壁部３２側への移動が規制され、ヒータユニット固定部４１と筒体１２の一端部とを密着させることができる。

図１３（ｂ）は、タンク３０の内側から、保持部材５５が設けられた壁部３２の内面を見た模式図である。保持部材５５には平面輪郭形状が円形状の凹部５５ａが形成され、その凹部５５ａ内にヒータユニット１１の他端部がはまり込んでいる。

ねじ部４２の逆回転によって、ヒータユニット固定部４１に対して一端部が圧迫固定されたヒータユニット１１も一緒に回転するが、ヒータユニット１１の他端部は保持部材５５及び壁部３２に対して固定されていないため、ヒータユニット１１の回転が許容されている。すなわち、ヒータユニット１１の他端部は、凹部５５ａにおける円形状の輪郭で描かれる内壁面にガイドされつつ回転可能となっている。

なお、図１２（ｂ）に示すように、ねじ部４２を壁部３１に結合させた後、壁部３１からタンク３０の外側に突出するねじ部４２の先端側部分にナット５３を結合し、そのナット５３に工具を係合させてねじ部４２を逆回転させることも可能である。この場合、ナット５３の外径は、壁部３１に形成されたねじ穴の内径より大きくてもかまわない。

１…温水生成ユニット、２…ヒータコア、３…液圧ポンプ、４…三方弁、５…エンジン、６…循環路、８…送風装置、１１…ヒータユニット、１２…筒体、１２ａ…放熱面、１３…キャップ、１４ａ，１４ｂ…ケーブル、１５…封止材、１６…ＰＴＣ素子、１６ａ…電極面、１７ａ，１７ｂ…電極部材、２１…絶縁シート、３０…タンク、４０…取付部材、４１…ヒータユニット固定部、４１ｃ…スリット、４２…ねじ部、４２ａ…貫通孔、５０…液体、７１…フィン、７３…封止材

Claims (7)

1. ヒータユニットと、
   液体を貯留可能であると共に前記液体に前記ヒータユニットを浸漬させた状態で前記ヒータユニットを収容可能なタンクと、
   前記ヒータユニットを前記タンクに対して固定させる取付部材と、を備え、
   前記ヒータユニットは、
   一対の電極面を有する板片状に形成されたＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子と、
   前記ＰＴＣ素子を挟むように前記一対の電極面のそれぞれに面接触して接着された一対の電極部材と、
   前記ＰＴＣ素子及び前記電極部材を包む可撓性、熱伝導性及び電気絶縁性を有する絶縁シートと、
   前記絶縁シートに包まれた前記ＰＴＣ素子及び前記電極部材を内部に収容し、前記一対の電極面のそれぞれに対向する一対の板状の放熱面を有する扁平形状の筒体と、
   前記筒体の端部開口を封止する封止体と、
   を有し、
   前記取付部材は、
   前記タンクの壁部に対してねじ結合されるねじ部と、
   前記ねじ部と一体に設けられ、前記ねじ部が前記タンクの前記壁部にねじ結合された状態で前記タンクにおける前記液体が収容される内側に突出し、前記タンク内に収容された前記筒体の端部における前記一対の放熱面間を挟み込んだ状態で圧迫固定するヒータユニット固定部と、
   を有することを特徴とする温水生成ユニット。
2. 前記ヒータユニット固定部には、前記筒体の端部が嵌め込まれるスリットが形成され、前記ねじ部には前記スリットと連通した貫通孔が形成され、
   前記ＰＴＣ素子に電力を供給するケーブルが、前記タンクの外部から前記貫通孔及び前記スリットを通って前記筒体の内部の前記電極部材と接続されたことを特徴とする請求項１記載の温水生成ユニット。
3. 前記貫通孔内に防水性を有する封止材が設けられていることを特徴とする請求項２記載の温水生成ユニット。
4. 前記スリットの延在方向の端は開放されていることを特徴とする請求項２記載の温水生成ユニット。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の温水生成ユニットと、
   前記タンク内と接続された循環路と、
   前記タンク内と前記循環路とに前記液体を循環させる液圧ポンプと、
   前記循環路と接続され、前記タンク内の前記液体を前記ヒータユニットが加熱することで生成された温水が通過するヒータコアと、
   前記ヒータコアに気体を送風する送風装置と、
   を備えたことを特徴とする車載温水ヒータシステム。
6. 前記循環路は前記タンクの下部及び上部に接続され、前記循環路から前記タンクの下部に前記液体を流入させ、前記タンクの上部から前記循環路へと前記液体を流出させることを特徴とする請求項５記載の車載温水ヒータシステム。
7. ヒータユニットを、取付部材を介して、液体及び前記ヒータユニットを収容可能なタンクに固定させる工程を有する温水生成ユニットの組立方法であって、
   前記ヒータユニットは、
   一対の電極面を有する板片状に形成されたＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子と、
   前記ＰＴＣ素子を挟むように前記一対の電極面のそれぞれに面接触して接着された一対の電極部材と、
   前記ＰＴＣ素子及び前記電極部材を包む可撓性、熱伝導性及び電気絶縁性を有する絶縁シートと、
   前記絶縁シートに包まれた前記ＰＴＣ素子及び前記電極部材を内部に収容し、前記一対の電極面のそれぞれに対向する一対の板状の放熱面を有する扁平形状の筒体と、
   前記筒体の端部開口を封止する封止体と、を有し、
   前記取付部材は、ねじ部と、前記ねじ部と一体に設けられたヒータユニット固定部と、を有し、
   前記タンクにおける前記液体が収容される内側に前記ヒータユニット固定部が突出するように、前記タンクの壁部に対して前記タンクの内側から前記ねじ部をねじ結合させる第１の工程と、
   前記第１の工程の後、前記ヒータユニットの前記筒体の一端部における前記一対の放熱面間を、前記ヒータユニット固定部で挟み込んで圧迫する第２の工程と、
   前記第２の工程の後、前記第１の工程で前記ねじ部を前記壁部に結合したときと逆方向に前記ねじ部を回転させて、前記ヒータユニット固定部を前記筒体の前記一端部に対して押し付ける第３の工程と、
   を有することを特徴とする温水生成ユニットの組立方法。

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