JPH07119453A

JPH07119453A - 二次空気加熱装置

Info

Publication number: JPH07119453A
Application number: JP27049693A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Asada; 智浅田; Mutsuo Sekiya; 睦生関谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-10-28
Filing date: 1993-10-28
Publication date: 1995-05-09

Abstract

(57)【要約】【目的】内燃機関の排気ガス浄化用２次空気供給装置
に用いる為の、昇温効果の高い気体加熱装置を提供する
ものである。【構成】１．うず巻形状の薄板金属発熱体に折り曲げ
フィンを設けた気体加熱装置２．うず巻形状の発熱体重心位置をケーシング軸中心に
くる様、偏心させた気体加熱装置３．発熱体中間位置に中間電極を設けた気体加熱装置４．ケーシング内壁面にリング状突立てを設けた気体加
熱装置５．互いに円周回転方向拘束形状をもつ絶縁支持棒と薄
板金属発熱体を設けた気体加熱装置６．軸方向位置規制用絶縁体を薄板金属発熱体の問い介
在させた気体加熱装置７．絶縁部を有する支持用プレートをもつ気体加熱装置

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は内燃機関の排気ガス浄
化、特にＨＣ，ＣＯ低減を目的とした排気ガス浄化触媒
へ高温の空気を導入する２次空気加熱装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気ガスを浄化するための手
法の一つとして、排気ガスを適当な触媒装置へ導入する
方法があり、一般に広く使用されている。この手法の場
合、ある種の条件、例えば機関の始動直後等では、排気
ガス温度や濃度の関係から十分な浄化ができない場合が
ある。そこで、従来から、排気ガス中に温められた空気
を注入し、触媒反応を促進する方法が広く知られ、用い
られている。

【０００３】上記の目的で設けられている空気加熱器の
代表的なものには排気ガスを熱源とするものと、専用の
バーナを持つものと、電気ヒータを用いるものとがあ
る。この発明は、この電気ヒータを用いる空気加熱器の
改良に関するものである。

【０００４】図３５〜図４０は特願平４−１７０７０５
号に示されたものと類似の二次空気加熱器及びその動作
を説明するための図である。まず二次空気加熱装置の役
割について説明する。

【０００５】図３５は、従来の二次空気供給装置のシス
テム概略図であり、１は内燃機関本体であり、この内燃
機関本体１は空気流通管２に連通している。空気流通管
２には吸気側から排気側へ向かってエアークリーナー
３、エアーフローセンサー４、空気の流れを徐々に解放
するスロットルボディ５、空気の流れを整えるサージタ
ンク６、吸気マニホルド７、内燃機関本体１からの排気
が流通する排気マニホルド８、排気ガスを浄化する触媒
が備えられた触媒コンバータ９、排気マフラー１０が設
けられている。空気流通管２の前記エアークリーナー３
と排気マニホルド８との間には触媒コンバータ９へ二次
空気を供給する二次空気供給管１１が連設されている。
図示例では二次空気供給管１１の途中に空気ポンプ１
２、流量制御弁１３および逆止弁１４及び二次空気加熱
装置１８が配設されている。

【０００６】前記空気ポンプ１２、流量制御弁１３は制
御ユニット１５に接続され、この制御ユニット１５は種
々の状態を検出する検出装置１６に接続されている。な
お１００は二次空気加熱装置１８内の発熱体２５（後
述）の温度を検出する温度センサである。二次空気加熱
装置１８は電源である車載バッテリー１８から給電され
ることによって発熱する構成とされており、一端は制御
リレー６７に接続されている。この制御リレー６７は制
御ユニット１５によって制御される。制御ユニット１５
は二次空気加熱装置１８の発熱時間や温度センサー１０
０によって検知された発熱体温度等に応じて二次空気加
熱装置１８に対する通電制御を行う。

【０００７】以上のようなシステムにおける動作を説明
すれば、エアークリーナー３等を経て空気流入管２内を
流通してきた空気は内燃機関本体１に吸入され、この
後、排気されて排気マニホルド８を通過して外部へ排出
されるのであるが、排気マニホルド８内の排気ガスには
ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘが多く含まれており、これらを除去
すべく触媒コンバータ９でこれらを軽減してから外部へ
排出することとしている。

【０００８】ところが内燃機関の始動時には排ガス温度
が低いので排気マニホルド８からは触媒と反応しやすい
温度の空気が触媒コンバータ９に供給されないので、二
次空気供給管１１からの外気の供給が必要になる。図示
例では二次空気供給管１１の途中に配された前記空気ポ
ンプ１２、によって二次空気の供給が促進されている。
図示例の空気ポンプ１２では検出装置１６によって検出
された水温、回転数、ブースト圧、ポンプ圧力等の検出
データから条件判断し、制御ユニット１５からの指示よ
り、空気ポンプ１２の回転数などが制御され、適正な量
の空気が触媒コンバータ９に供給される。図示例ではさ
らに流量制御弁１３の、制御ユニット１５からの指示に
よる開度調節によっても二次空気の供給量が適正化され
る。

【０００９】更に二次空気加熱装置１８では内燃機関の
低温始動時などには低温の外気が適正に温められてから
触媒コンバータ９に送られるように、供給される空気を
電気ヒータによって加熱している。

【００１０】次に従来の二次空気加熱装置１８の構造に
ついて説明する。図３６は特願平４−１７０７０５号に
開示されている二次空気加熱装置の側面断面図、図３７
は正面図である。図に於て、１９は円筒形のケーシン
グ、４０はケーシング１９の両端に設けられたフラン
ジ、４１はフランジ４０に設けられた取付穴である。７
０は両端のフランジ４０を互にしめ付けるボルト、３０
はボルト７０の上にかぶせられたパイプ状の絶縁棒であ
る。

【００１１】２０は陽極側ターミナル、２１は陰極側タ
ーミナル、２２はケーシング１９とターミナル２０，２
１とを絶縁する絶縁体からなるスペーサ、２３はターミ
ナル固定用ナット、２４は支持用ワッシャ、２５はうず
巻形状をなす発熱体である。陽極側ターミナル２０、陰
極側ターミナル２１は発熱体２５に接続されている。発
熱体２５はケーシング１９に内蔵されており、所定の抵
抗値を有する電気抵抗体（例えばステンレス板）をうず
巻状に巻回して構成されている。２９は説明のために示
す空間である。

【００１２】図３８は従来の電気ヒータ式の二次空気加
熱装置における空気の流れ方を説明するための図で、９
９は空気の流れる方向を説明するための記号、１０２は
温められていない冷い空気の流れ、１０１はヒータ２５
で温められた熱い空気の流れを示している。図に示すよ
うにケーシング１９の内側では、空気は乱れのない整っ
た流れとなっているが、これは流れの空気抵抗を減らす
ために必要なことである。しかしながら、その結果発熱
体２５で熱せられた熱い空気１０１は発熱体２５の表面
を包み、冷い空気１０２が発熱体２５に直接触れる機会
が減少する。そして発熱体２５から冷い空気１０２への
熱の伝達は、熱い空気１０１を介して間接的に行われる
こととなり、結果的に熱伝達率を低くするように作用す
る。

【００１３】従来のうず巻状ヒータ２５は例えばインボ
リュート曲線でうずを巻いている。インボリュート曲線
形状をなすうず巻状の発熱体では、発熱体図形中心が発
熱体重心と一致しない。発熱体うず巻図形中心がケーシ
ング軸中心にある場合、加熱される空気の温度分布に偏
りが生じ、そのずれによって発熱体とケーシング壁面と
の距離が大きくなる箇所が出来るため、その箇所では十
分空気が加熱されないことになる。

【００１４】図３９は、従来の電気ヒータ式空気加熱器
における電気ヒータの円周方向での発熱の偏りを説明す
るための図で、説明の都合上うず巻を単純化して（１巻
のみとして）示している。線Ｘ，Ｙは説明のための補助
線である。図中I ，II，III，IVは線Ｘ，Ｙで区分され
た象限を示す。５０はケーシング１の中心、４９はヒー
タ２５の重心位置を示す。

【００１５】図から明らかな通り、うず巻のうずの中心
を軸として分割した４つの象限の各部分におけるヒータ
２５の長さは異なっている。ヒータ各部の単位長さ当り
の発熱量は同一であるから、当然、各象限における発熱
量は異なっていて、象限I が最も少く、象限IVが最も多
い。

【００１６】ところで、この種円形ダクト内の気流は一
般に外周付近で遅く、中心付近で速く流れる傾向がある
ため、ダクト内を流れる間に各象限内では気体の外側部
と内側部とが混合され、温度が平均化されるものの、異
る象限間での気体の混合は生じがたく、温度が平均化さ
れることは少ない。その結果ダクト下流では、ダクトの
円周方向に沿って温度に偏りが生じる。

【００１７】このように発熱量に偏りのあるヒータを用
いた場合を、説明のため単巻のうず巻状の発熱体２５を
ケーシング１９内に、その図形中心を合わせて設置した
場合の加熱状況により図４０に示す。図中４８は空気が
十分には加熱されない部分を示す。もちろん前述のよう
に実際の発熱体は単巻ではないので温度差は大きくない
が、傾向としては変らない。周知の通り、加熱ヒータか
ら被加熱気体への熱の伝達効率は、その間の温度差が高
い程効率が良いので、上記のように温度ムラがあると言
う事は、なお効率向上の余地がある事を意味する。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】従来の気体加熱装置は
以上のように構成され、従来例の説明で示したような動
作を行うので次のような課題がある。（１）従来装置の加熱効率は低くはないが、前述したご
とく、ケーシング内の空気の流れは整っているためヒー
タ表面が熱せられた空気の層で包まれ、これによって冷
い空気に熱が伝わりにくくなり、加熱効率が高くならな
い。

【００１９】（２）又、ケーシング壁面にはケーシング
出口に至るまで、ヒータによって加熱されることがない
冷い空気の層が生じているので、やはり全体としての熱
伝達効率を下げることになる。

【００２０】（３）又、ケーシング内の円周方向におけ
る、ヒータの配置密度が均一でないため、加熱状態にム
ラが生じ全体としての熱伝達率が高くならない。

【００２１】（４）うず巻状のヒータは、ヒータ長が長
いので振動に弱くなり、ケーシング内でヒータの位置が
安定せず振動によりヒータ間で接触短絡が生じやすい。

【００２２】（５）又、ヒータに中間電極を設ける場
合、電極を挿入する作業を容易にするため、ヒータ間の
スペースを大きくとらなければならず、装置の小形化の
上で不利であると言う問題があった。

【００２３】

【課題を解決するための手段】第１の発明は前記の課題
を（１）を解決するためになされたものであり、発熱体
表面上にフィンを設けたものである。

【００２４】第２の発明及び第３の発明は前記課題の
（３）を解決するためになされたものであり、ヒータの
重心を、ケーシング軸中心に一致させて、配置するもの
である。

【００２５】第４の発明は前記の課題の（１）を解決す
るためになされた他の手段であって発熱体のうず巻の巻
方向が互に逆になっている複数の発熱体を用いたもので
ある。

【００２６】第５の発明は前記課題の（５）を解決する
ためになされたもので、中間電極のボルトに頭部の巾の
狭いボルトを用いたものである。

【００２７】第６の発明は前記課題の（２）を解決する
手段であって、ケーシング壁内側に空気流偏向板を設け
たものである。

【００２８】第７の発明は前記課題の（２）と（４）と
を解決する手段であって、ケーシング壁内側にヒータ保
持具を兼ねる空気流偏向板を設けたものである。

【００２９】第８の発明は前記課題の（４）を解決する
ためのもので、ケーシングの軸心に設けた絶縁棒に凹部
又は凸部を設けこれに発熱体を係合させたものである。

【００３０】第９の発明は前記課題の（４）を解決する
他の手段であって、ケーシングの軸心の棒に耐熱絶縁物
性のパイプを挿入し、このパイプに羽根を設けたもので
ある。

【００３１】

【作用】第１の発明におけるヒータ表面上に設けたフィ
ンは、ヒータ表面を流れる熱せられた空気の流れを、ヒ
ータ表面から剥離させ、冷い空気がヒータに接しやすく
し、もって、熱伝達効率を向上させる。

【００３２】第２の発明によるヒータは、ヒータの重心
がケーシングの軸に一致するように配置されているた
め、円周方向でのヒータ発熱分布がより均一化され、加
熱ムラが減少し、もってヒータ全体での熱伝達効率を向
上させる。

【００３３】第３の発明のヒータは、各１個づつのヒー
タは円周方向に発熱ムラを有するが、複数のヒータが組
合さって、この発熱ムラを互に打消ように作用する。

【００３４】第４の発明のヒータは、各ヒータがケーシ
ングの中で互いに異なる角度となるため、前方のヒータ
のすき間を通過した冷い空気が、後のヒータに触れやす
くなり、全体として加熱効率が向上する。

【００３５】第５の発明は中間電極のボルトの頭部の巾
を小さくしたので、各ヒータ間の間隔を小さくしても、
中間電極を取付けることが可能となり、装置全体の小形
化ができる。

【００３６】第６の発明によるダクト壁内面に設けられ
た空気流偏向板はケーシング内の空気の流れをかきまぜ
て、内壁面を流れる冷い空気がヒータに触れやすくし、
もって、熱伝達率を向上させる。

【００３７】第７の発明によるヒータ支持プレートはケ
ーシング壁面の流れをかきまぜて、冷い空気がヒータに
触れやすくする作用をも兼ねる。

【００３８】第８及び第９の発明による絶縁体支持棒あ
るいは絶縁パイプはケーシング内のヒータの位置を固定
し、ヒータの動きを止め、もって気体加熱供給装置全体
の耐振性を向上させる。

【００３９】

【実施例】

実施例１．この発明の第１の発明による二次空気加熱装
置の構造及び動作を図１〜図６により説明する。なお、
この発明全てに係る二次空気加熱装置が内燃機関の排ガ
ス浄化システムに於て用いられる様子は従来と同様であ
るので説明は省略する。

【００４０】図１は第１の発明による二次空気加熱装置
１８の構造図であり、図１ａ）は側面断面図、図１ｂ）
は正面図である。以下の図に於て従来と同一の番号は、
同一又は相当部分を示すので、その説明を省略するが、
念のため主要なもののみ、再度説明する。１９はケーシ
ング、２０は陽極側ターミナル、２１は陰極側ターミナ
ル、２２はケーシング１９と陽極側ターミナル２０とを
絶縁する絶縁体からなるスペーサ、２３はターミナル固
定用ナット、２４は支持用ワッシャ、２５はうず巻形状
をなす発熱体である。３０は絶縁棒であるが、従来のよ
うにボルト７０が通っていても通ってなくてもフランジ
４０が固定される手段が講じられておればどちらでもよ
い。

【００４１】陽極側ターミナル２０、陰極側ターミナル
２１は発熱体２５に接続されている。発熱体２５はケー
シング１９に内蔵されており、所定の抵抗値を有する電
気抵抗体（例えばステンレス板）をうず巻状に巻回して
構成されている。説明のためその展開形状の一例（但し
うず巻は４コの場合）を図２に示す。そして図２の発熱
体を巻回したもの（図示説明の都合上１巻した場合）を
図３に示す。

【００４２】図２と図３の２５ａ〜２５ｄは、説明の都
合上展開した発熱体２５の部分を区別するため設けた説
明記号である。図３の発熱体２５の中心部は円形形状に
巻かれているが、パイプ材（図示しない）に図３の発熱
体２５を溶接して成形してもよい。２５ｅは巻回したと
き中心になる側の発熱体接続部、２５ｆは同じく外周部
になる側の発熱体接続部である。２６はターミナル接続
用穴である。

【００４３】図４は発熱体２５を巻回した部分（図示の
都合上、端の部分２５ａのみ）を示す図で、発熱体２５
の一部を折り曲げてフィン２７ａを設けたものである。
前述したとおり発熱体２５の表面は高温の空気でおおわ
れるため、後流側になるにつれて、反比例的に局所熱伝
達率が小さくなる。ところがフィン２７ａを設けること
により、フィン２７ａ直後付近の高温の空気層は抵抗体
表面から剥離され、局所熱伝達率は発熱体上流側付近の
局所熱伝達率に近い値まで改善される。その結果、フィ
ン２７ａを設けたことで平均熱伝達率も改善される。

【００４４】図ではフィン２７ａは外側へ曲げられてい
るが軸中心側に折り曲げてもよく、又、外曲げと内曲げ
を混用してもよい。又、図には示さないが、うず巻の内
層にも設けてもよい。又、フィン２７ａの軸方向の位置
は、図では抵抗体２５ａのほぼ中央に示しているが、前
後に移動したり、不規則な配置にしてもよい。フィン２
７ａの折曲げ角度や折曲げ線のケーシング軸となす角度
は種々変えてもよい。

【００４５】実施例２．第１の発明の他の実施例を図５
ａ）ｂ）に示す。実施例１において、発熱体２５の一部
に切欠きを設け、折り曲げフィン２７ａを構成した場
合、発熱体２５の強度が低下し、エンジン１あるいは車
体（図示しない）からの振動が加わった場合等に発熱体
２５の変形あるいは破壊等が生じやすい。

【００４６】この強度低下を大幅に改善した例を図５に
示す。図５には略だ円型の凸凹形状をなす突起２７ｂを
設けた発熱体２５が示されている、中央部にスリットを
切り、上下方向に絞り加工されたもので熱伝達率の改善
効果及び発熱体２５の上での設置位置、突出させる方向
等についての変形は実施例１と同様に可能である。なお
図５ｂ）に突起２７ｂの構造の理解を助けるため断面図
を示す。突起２７ｂもフィンである。フィン総称してフ
ィン２７と言う。

【００４７】図６は実施例１又は２のフィン２７を用い
た場合のケーシング１９内での空気の流れを説明する図
で、熱い空気の層１０１が定常的に生じることはなくな
り、よく混合される事を示している。

【００４８】実施例３．第２の発明の実施例を図７の二
次空気加熱装置正面図に示す。図中５０はケーシング１
９の寸法上の中心、５１は発熱体２５のうず巻中心であ
る。図７では発熱体２５の重心位置４９をケーシング軸
中心５０と一致させた場合を示す。このようにすること
で、ケーシング円周方向での気体の加熱効率のムラが改
善されている。

【００４９】又、説明のため図７の各要素の位置関係
を、更に極端化して示したものが図８である。発熱体の
重心４９がケーシング１９の中心５０に合せて配置され
ている結果、ケーシング１９内でのヒータ２５の発熱分
布の偏りが減少し、加熱ムラ（円周方向の）が少くなっ
ている。

【００５０】実施例４．第３の発明の一実施例を図９に
示す。図は、ケーシング１９内に設けられた２つのヒー
タ２５ａ，２５ｃを示している。それぞれの重心の位置
４８と４９はケーシング１９の寸法上の中心５０を中心
として、対象の位置に配置されている。したがって２つ
のヒータ２５ａ，２５ｃを合せた場合には、円周方向で
の加熱ムラをほとんどなくすることができる。

【００５１】この図は図示説明の都合上極端に重心位置
をずらせて示しているものであり、多重巻うずで構成さ
れているヒータの場合、重心位置のズレは本図程大きく
はなく、うず巻の位置は図９に示す程、ずらせる必要は
実際にはない。

【００５２】実施例５．第４の発明の実施例による発熱
体の展開図を図１０に示す。そして図１０の発熱体を巻
回した立体図を図１１に示す。説明の都合上２５Ａ〜２
５Ｄはヒータ２５の４分割部分を示す。図１２は図１１
のヒータ２５の配置正面図である。

【００５３】図１１に於て、ヒータ２５Ａとヒータ２５
Ｂとの接続部分２５ｅは、その巾が絶縁棒３０を半周す
る巾となっている。そして各ヒータ２５Ａ，２５Ｂ，２
５Ｃ，２５Ｄはそれぞれ巻回したとき、ちょうどケーシ
ング内を１周する長さとなっている。

【００５４】したがって、巻回したヒータ２５をケーシ
ング１９内に収納すると、ヒータ２５Ａと接続部２５ｅ
とで１８０°、ヒータ２５Ａと接続部２５ｆとで０°
（接続部２５ｆは外周に近いので円周上で角度をとらな
い）、ヒータ２５Ｃと接続部２５ｅとで１８０°、ヒー
タ２５Ｄが０°の回転を行い、かつヒータ２５Ｂと２５
Ｄとは、それぞれヒータ２５Ａ，２５Ｃとはその巻回方
向が逆になるので、図１２から明らかなように４つのヒ
ータ２５Ａ〜２５Ｄはケーシング１９の軸中心の回りに
その重心位置が点対象になるように配置される。

【００５５】４つのヒータの重心は、ケーシングの軸中
心に一致する。図１３はこのことを更に詳しく説明する
ための重心位置説明図である。図中６０Ａ〜６０Ｄはそ
れぞれ発熱体２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄの重心位
置であり、これらはケーシング１９の軸中心５０に対
し、点対象に配置されているので、全てを合わせた重心
は中心軸５０に一致する。

【００５６】実施例６．第５の発明を説明する前に、そ
の発明の必要性について説明する。内燃機関の低温始動
時には、２次空気の昇温速度を早めることで、触媒装置
９の反応を効果的に反応ならしめる。その方法として、
図１４の様に、陽極側ターミナル２０と陰極側ターミナ
ル２１との間に中間ターミナル２８を１つ以上設け、低
温始動直後には、中間ターミナル２８と陰極側ターミナ
ル２１間のより抵抗値の低い電気抵抗体２５が発熱する
ことで、電圧一定のもとでより高い発熱量が得られ、昇
温速度を促進できる。

【００５７】理解を助けるため図１４の発熱体２５の展
開図を図１７に示す。又図１４の２９は中間ターミナル
のボルト２８の頭部を示す。頭部２９はワッシャ２４と
の間にスぺーサ２２をしめ付け得るだけの十分な大きさ
が必要である。このようなボルトを挿入するためには図
１４中の寸法Ｘが十分大きくなければならない。

【００５８】一方、発熱体自体の温度もより高められる
ため、発熱体を保護するためにもある温度以上になると
陽極側ターミナル２０陰極側ターミナル２１間の発熱に
切り替える必要がある。そのシステムの回路例を図１５
に、動作フローチャートの一例を図１６に示す。

【００５９】図１５において、４３Ａはバッテリ４９の
電圧を中間ターミナル２８に供給するリレーの接点、４
３Ｂは同じく、陽極側ターミナル２０に供給するリレー
の接点である。ここで各リレーのコイルは図示を省略し
ているが制御ユニット１５に接続され、制御されてい
る。

【００６０】フローチャート図１６に於て、空気温度が
Ｔ_Amaxに到達するまでは中間ターミナル２８と陰極側タ
ーミナル２１間で発熱させ、Ｔ_Amaxを越えると、陰極側
ターミナル２０と陰極側ターミナル２１間での発熱に切
り替える。さらに空気温度がＴ_Bmaxを越えると、回路を
ＯＦＦして発熱体２５を保護する。

【００６１】この様に動作する二次空気加熱装置に於て
は、温度の素速い上昇を得る上では、ケーシング１９の
長さを短くしておく事が効果があり、そのためには図１
４，図１７の寸法Ｘが発熱体が短絡しない範囲で小さい
方がよい。

【００６２】しかしながら、この寸法Ｘを小さくする
と、中間ターミナル用のボルト２８が挿入出来なくな
る。と言うのはボルト２８の頭部２９は絶縁スペーサ２
２を押えるに十分なだけの大きさが必要だからである。

【００６３】そこで第５の発明によるボルト２８を図１
８に示す。ボルト２８の頭部２９の巾Ｘは、図１７の発
熱体２５のすき間Ｘより小さく、巾Ｙ、は絶縁スペーサ
２２の直径よりも十分大きい。従って挿入に際しては、
まず頭部２９の長手方向をケーシングの軸方向に直角に
して挿入し、挿入後９０°回せばよい。

【００６４】実施例７．第６の発明による二次空気加熱
装置の実施例を図１９〜図２１に示す。ケーシング内壁
面にはリング状をなす衝立て３２が１つ以上設けられて
いる。図１９のように衝立て３２を設けたことでケーシ
ング内壁面を通過している気体は発熱体の方向に向けて
流れることになり、全体として、気体が混流化され、熱
伝達率が促進されることになる。

【００６５】この様子を説明図２０により示す。壁面の
冷い空気の流れ１０２は衝立て３２により、ヒータ２５
の中へと送り込まれる。図では衝立て３２はヒータとヒ
ータの間の、ちょうど中間位置に示しているが、この位
置にかぎるものではない。又ケーシング１９の軸に対し
て直角をなすように示しているが、斜めに設けてあって
もよい。又、ケーシング１９の内面全周にそって設けら
れている必要はかならずしもなく、壁の内面に沿って流
れる空気流１０２を、乱し内面から剥離するに必要な程
度のものでよいことは言うまでもない。

【００６６】図２１は衝立３２をケーシング１９の一部
を変形させることで形成しており、このようにすればケ
ーシング１９の補強を兼ねることもできる。衝立て３２
は空気流偏向板である。

【００６７】実施例８．第７の発明による二次空気加熱
装置の実施例を図２２〜図２３に示す。３２は第７の発
明による保持具兼用の空気流偏向板であり、３３は絶縁
物である。図２３は保持具兼用の空気流偏向板３２の詳
細構造を示す斜視図である。空気流偏向板３２はケーシ
ング１９の内壁面に接着、溶接、ネジ止などにより取り
付けられ、又絶縁物３３の外側に発熱体２５の端部が巻
付けられていて、この発熱体２５を保持している。（中
間電極２８がない場合にかぎる。）

【００６８】この空気流偏向板３２は図２３に示す形状
のものにかぎらず、その材質も金属、セラミック等で構
成することができる。又、発熱体２５の保持方法は図２
３に示す巻き付け方法にかぎらず、例えば空気流偏向板
３２を二重にして、間に発熱体２５をはさみ込むとか、
ピン止めするとか種々の一般的方法が使用可能である。

【００６９】実施例９．第８の発明による、二次空気加
熱装置の断面図を図２４に示す。絶縁棒３０の付近を詳
細に示すため図２５に部分斜視図を示す。図において、
３１は絶縁棒３０に挿着された耐熱絶縁物性の絶縁体リ
ング、３６は絶縁棒３０の一部を棒の長手方向に端から
端まで、削り落して、棒３０の断面形状をＤ形とした凹
部である。３７は発熱体２５の中心に溶接された金属性
パイプであり、その内径は絶縁棒３０が挿入出来る寸法
となっている。

【００７０】３９はパイプ３７の一部を陥没させて造っ
たくぼみであり、その深さは絶縁棒３０の凹部３６に合
せてある。発熱体２５の中心には、発熱体２５の回転を
防止するため、その断面形状が図２５に示すようにＤカ
ット形状をした絶縁体からなる芯棒３０が設けられてい
るとしたが、その断面形状は４角形や６角形等一面以上
で、発熱体２５の回転自由度を拘束できるものであれば
よい。

【００７１】図２６は、くぼみ３９の構造を示すための
図である。又発熱体２５の中心部の軸方向の動きを拘束
するため、上記芯棒３０には発熱体２５の間の位置に絶
縁体リング３１が設けられている。これらの構造を盛り
込むことでエレメント自体の耐振性が大幅に向上され
る。

【００７２】なお、ここで特に明確には図示しないが、
絶縁棒３０は両端で、固定されたＤ形の受け金４４によ
って回転しないように保持されている。ここでは金属性
パイプ３７は、発熱体２５とは別体で作り溶接するとし
たが、発熱体２５の一部を整形してもよい。

【００７３】絶縁体リング３１は金属性パイプ３７、ひ
いては、発熱体２５が軸方向に移動することを防止する
ものである。ここで凹部３６は、逆に突出している凸部
をなしていてもよい。その場合この凸部に係合する発熱
体２５又は金属性パイプ３７の側も、これに合せて、外
側へ突出していることが当然必要である。

【００７４】実施例１０．第８の発明の他の実施例を図
２７〜図３１に示す。図２７は二次空気加熱装置断面
図、図２８は絶縁棒３０斜視図、図２９は発熱体２５の
中心付近の構造を一部切欠きして示す展開図、図３０と
図３１は、この実施例における絶縁棒３０を、発熱体２
５の中心へ挿入する手順を説明するための図である。

【００７５】図に於て３５は、絶縁棒３０の一部を図２
８に示すように切欠いた凹部である。凹部３５は図２５
に示した凹部３６のように、端から端まで設けられてい
るのではなく、一部にのみ（数ケ所）設けられている。

【００７６】３４は発熱体２５の中心部の一部を内側に
折曲げた折曲げ部であって、発熱体２５の金属のバネ性
によって、適当な弾性変形が可能である。図２８の絶縁
棒３０を図２９の発熱体２５に挿入すると凹部３５に折
曲げ部３４が係合して、軸回転方向にも又軸の長手方向
のいずれにも、動かなくなる。

【００７７】凹部３５は、絶縁棒３０の上に複数ケ所設
けられているので挿入の際、最初の折曲げ部３４が、１
つ目の凹部３５に、係合すると、それ以上挿入出来なく
なってしまう。そこで、図３０に示すように、挿入の際
には、初め、凹部３５を折曲げ部３４との角度位置が異
る角度で挿入し、完全に挿入後、絶縁棒３０を図示Ｈの
方向に回転させて、凹部３５と折曲げ部３４とを係合さ
せる。

【００７８】この実施例による方法では、凹部が軸方向
及び軸曲りの回転方向の２つの方向を規制しているので
図２５に示す絶縁リング３１は使用しても、しなくても
よい。

【００７９】この実施例に於ても凹部３５は、突出した
凸部であってもよい。その場合これと係合する折曲げ部
は穴にするとか、複数の折曲げ部を設けるとかの相応の
配慮は必要であるが、その対応は当業者であれば容易な
範囲である。

【００８０】実施例１１．第９の発明による、二次空気
加熱装置に用いられる、絶縁リング３１の一実施例を図
３２に示す。４５は、この絶縁リング３１の周囲に、リ
ングの直径方向に伸びた羽根部である。絶縁リングは例
えばセラミックで製作される。４６は羽根部４５の前後
に設けられた切り込みであって、この切込は、発熱体２
５のうず巻状の形状にぴったり一致する位置に、その板
厚がちょうど入る巾で作られている。

【００８１】羽根部４５の厚みは、二次空気の流を乱す
ことのないよう、かつ、発熱体２５の振動を抑制できる
強度が得られるような適度な厚みに製作されている。図
３３は、図３２の絶縁リング３１を使って、絶縁棒３０
に発熱体２５を装着した状態を示している。

【００８２】図３４は羽根部４５が発熱体２５の位置を
規制する状況を示すための図で、二次空気加熱装置の一
部分の断面を示している。羽根部４５の切込部４６に発
熱体２５がはまり込んで固定されるので、うず巻状の発
熱体２５はほとんど振動しなくなる。

【００８３】図３２では羽根部４５は３枚図示されてい
るが、もっと多くても少くても、それなりの効果が得ら
れる。図３４に於て、羽根部４５の先端部は、例えば図
１９に示したケーシング１９の内側に設けた空気流偏向
板２９に接触あるいは互に係合するようにすれば、更に
強度を高めることができる。羽根部４５は、発熱体２５
のうず巻の中程を押えることができるのでその制振効果
は特に大きい。

【００８４】

【発明の効果】第１の発明は、発熱体表面にフィンを設
け、空気をかきまぜるので、加熱装置全体としての加熱
効率が向上する。

【００８５】第２及び第３の発明は、発熱体個々の重
心、あるいは、発熱体全体の平均の重心をケーシングの
中心に合せるようにしたので、うず巻発熱体のケーシン
グ円周方向での発熱の偏りがなくなり、全体として加熱
効率が向上する。

【００８６】第４の発明はうず巻状の発熱体の個々のう
ず巻方向を互に逆にしたので、発熱体にふれることなく
冷いまま通過する空気は少くなり、全体として加熱効率
が向上する。

【００８７】第５の発明は、中間電極用のボルトに頭部
の巾の狭いものを用いているので二次空気加熱装置の全
長を短くする効果がある。

【００８８】第６の発明による空気流偏向板を用いた二
次空気加熱装置では、ケーシング壁面を流れる空気流が
壁から離されて発熱体の内側へ送り込まれるので加熱装
置全体としての加熱効率が向上する。

【００８９】第７の発明による、空気流偏向板は第６の
発明の効果に加えて、発熱体を外周で保持するので装置
の耐振性を向上できる。

【００９０】第８の発明による二次空気加熱装置の絶縁
棒は凹部又は凸部を有し、ここに発熱体の中心部を係合
させ、発熱体が回転しないようにしているので装置の耐
振性を向上できる。

【００９１】第９の発明による二次空気加熱装置の絶縁
リングは発熱体のうず巻の中程の位置を固定することが
できるので装置の耐振性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１に係る二次空気加熱装置の
断面図及び正面図である。

【図２】図１の加熱装置に用いられる発熱体の展開図で
ある。

【図３】図２の発熱体の説明用斜視図である。

【図４】この発明の実施例１に係る発熱体に設けられた
フィンの詳細図である。

【図５】この発明の実施例２に係る発熱体に設けられた
フィンの詳細図である。

【図６】図４、図５のフィンによる空気の流れを説明す
る図である。

【図７】この発明の実施例３に係る二次空気加熱装置の
正面図である。

【図８】図７の構造説明図である。

【図９】この発明の実施例４に係る二次空気加熱装置の
構造説明図である。

【図１０】この発明の実施例５に係る二次空気加熱装置
に用いられる発熱体の展開図である。

【図１１】図１０の発熱体の巻回斜視図である。

【図１２】図１１の発熱体をケーシング内に設置したと
きの発熱体分布図である。

【図１３】図１２の発熱体の重心位置説明図である。

【図１４】この発明の実施例６による二次空気加熱装置
の断面図である。

【図１５】図１４の二次空気加熱装置の制御説明用回路
図である。

【図１６】図１４の二次空気加熱装置の制御説明用フロ
ーチャートである。

【図１７】図１４の二次空気加熱装置の発熱体の寸法説
明図である。

【図１８】図１４の二次空気加熱装置の中間電極のボル
ト斜視図である。

【図１９】この発明の実施例７による二次空気加熱装置
の断面図である。

【図２０】図１９の加熱装置の空気の流れの説明図であ
る。

【図２１】図１９の加熱装置の空気流偏向板の変形例を
示す図である。

【図２２】この発明の実施例８による二次空気加熱装置
の断面図である。

【図２３】図２２の加熱装置の空気流偏向板の組立斜視
図である。

【図２４】この発明の実施例９による二次空気加熱装置
の断面図である。

【図２５】図２４の加熱装置の発熱体中心部の構造を示
す分解斜視図である。

【図２６】図２４の加熱装置の発熱体中心部の構造説明
図である。

【図２７】この発明の実施例１０による二次空気加熱装
置の断面図である。

【図２８】図２７の加熱装置の絶縁棒の斜視図である。

【図２９】図２７の加熱装置の発熱体中心部分解図であ
る。

【図３０】図２９の発熱体へ絶縁棒を挿入する手順説明
図である。

【図３１】図２９の発熱体へ絶縁棒を挿入する手順説明
図である。

【図３２】この発明の実施例１１による絶縁リングの斜
視図である。

【図３３】図３２の絶縁リングを用いた発熱体中心部の
組立図である。

【図３４】図３２の絶縁リングの効果説明図である。

【図３５】従来の二次空気加熱装置の使用システム説明
図である。

【図３６】従来の二次空気加熱装置の断面図である。

【図３７】従来の二次空気加熱装置の正面図である。

【図３８】従来の二次空気加熱装置内部の空気流説明図
である。

【図３９】従来のうず巻形発熱体の図形中心と重心との
位置関係説明図である。

【図４０】従来のうず巻形発熱体の加熱ムラを説明する
図である。

【符号の説明】

１内燃機関１８二次空気加熱装置１９ケーシング２５うず巻状の金属板抵抗体２５ｆうず巻外周の発熱体接続部２７フィン２８ボルト２９ボルト頭部３０絶縁棒３１絶縁リング３２空気流偏向板３５凹部又は凸部３６凹部又は凸部４５羽根部４９発熱体の重心５０ケーシングの軸中心７１頭部の一辺の巾７２２つの発熱体の間隙距離

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内熱機関の排気側に導入する空気を加熱
するための、二次空気加熱装置であって、二次空気を導
くケーシングと、このケーシング内に設けられ、うず巻
状の金属板抵抗体から成り、この金属板表面がこのケー
シングの壁面に平行に設置された電気発熱体を有し、該
発熱体の一部を、このケーシングの軸に平行しない線に
そって、折曲げてフィンを構成したことを特徴とする二
次空気加熱装置。
【請求項２】内熱機関の排気側に導入する空気を加熱
するための、二次空気加熱装置であって、二次空気を導
く円筒状ケーシングと、このケーシング内に設けられ、
うず巻状の金属板抵抗体から成り、この金属板表面がこ
のケーシングの壁面に平行に設置された電気発熱体を有
し、この電気発熱体は、そのうず巻の重心が、このケー
シングの軸中心と一致するように配置されていることを
特徴とする二次空気加熱装置。
【請求項３】内熱機関の排気側に導入する空気を加熱
するための、二次空気加熱装置であって、二次空気を導
く円筒状ケーシングと、このケーシング内に設けられ、
うず巻状の金属板抵抗体から成り、この金属板表面がこ
のケーシングの壁面に平行に設置された複数個の電気発
熱体を有し、この複数個の発熱体全部を合わせたものの
重心位置が前記ケーシングの軸中心に一致し、かつ個々
の発熱体の重心位置は、この軸中心とは異る位置になる
よう配置されていることを特徴とする二次空気加熱装
置。
【請求項４】内熱機関の排気側に導入する空気を加熱
するための、二次空気加熱装置であって、二次空気を導
くケーシングと、このケーシング内に設けられ、うず巻
状の金属板抵抗体から成り、この金属板表面がこのケー
シングの壁面に平行に設置された複数個の電気発熱体を
有し、この複数個の電気発熱体の内の少くとも１個のう
ず巻の巻回方向が、他の発熱体のうず巻の巻回方向と逆
になっている事を特徴とする二次空気加熱装置。
【請求項５】内熱機関の排気側に導入する空気を加熱
するための、二次空気加熱装置であって、二次空気を導
くケーシングと、このケーシング内に設けられ、うず巻
状の金属板抵抗体から成り、この金属板表面がこのケー
シングの壁面に平行に設置され互に直列に接続された複
数個の電気発熱体を有し、この発熱体の内の隣接する２
個を、このうず巻の外周部に於て接続し、更にこの接続
部に頭部の１辺の巾が前記隣接する２つの発熱体の間隙
距離より狭い頭部を有するボルトを用いて中間電極を設
けたことを特徴とする二次空気加熱装置。
【請求項６】内熱機関の排気側に導入する空気を加熱
するための、二次空気加熱装置であって、二次空気を導
くケーシングと、このケーシング内に設けられ、うず巻
状の金属板抵抗体から成り、この金属板表面がこのケー
シングの壁面に平行に設置された複数の電気発熱体と、
このケーシングの内壁面で前記発熱体同士の接続部に設
けられ、内壁面を流れる空気の流れを壁面から剥離す
る、空気流偏向板を有することを特徴とする二次空気加
熱装置。
【請求項７】請求項６に示す空気流偏向板の一部分が
耐熱性絶縁物で構成され、かつ、この絶縁物は、前記発
熱体の内、隣接する発熱体を、このうず巻の外周で接続
する接続部を保持して、この発熱体の、ケーシング軸方
向、ケーシング直径方向あるいはケーシング円周方向へ
の移動を制限する保持具を兼ねることを特徴とする二次
空気加熱装置。
【請求項８】内熱機関の排気側に導入する空気を加熱
するための、二次空気加熱装置であって、二次空気を導
くケーシングと、このケーシング内に設けられ、うず巻
状の金属板抵抗体から成り、この金属板表面がこのケー
シングの壁面に平行に設置された電気発熱体と、このケ
ーシングの軸心に沿って固定され、前記発熱体のうず巻
の中心を保持する絶縁棒とを有し、この絶縁棒の表面に設けられた凹部又は凸部に前記発熱
体の一部が係合して、この発熱体の軸方向の移動あるい
は、軸回りの回転移動を抑制するように構成されたこと
を特徴とする二次空気加熱装置。
【請求項９】内熱機関の排気側に導入する空気を加熱
するための、二次空気加熱装置であって、二次空気を導
くケーシングと、このケーシング内に設けられ、うず巻
状の金属板抵抗体から成り、この金属板表面がこのケー
シングの壁面に平行に設置された電気発熱体とこのケー
シングの軸心に沿って固定され、前記発熱体のうず巻の
中心を保持する絶縁棒とを有し、この絶縁棒に挿入した絶縁リングがこの発熱体の軸方向
への動きを規制するとともに、この絶縁リングから直径
方向に突出した羽根部が、この発熱体のうず巻部分の振
動を抑制するように、構成したことを特徴とする二次空
気加熱装置。