特開 2016-85854 流体加熱ヒータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2016-85854(P2016-85854A)

(43)【公開日】2016年5月19日

(54)【発明の名称】流体加熱ヒータ

(51)【国際特許分類】

   H05B 3/14 20060101AFI20160415BHJP

   F02M 31/125 20060101ALI20160415BHJP

   F02M 37/00 20060101ALI20160415BHJP

   H05B 3/40 20060101ALI20160415BHJP

   H01C 7/02 20060101ALN20160415BHJP

【ＦＩ】

   H05B3/14 A

   F02M31/12 321G

   F02M37/00 P

   H05B3/40 A

   H01C7/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2014-217532(P2014-217532)

(22)【出願日】2014年10月24日

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(71)【出願人】

【識別番号】000161840

【氏名又は名称】京三電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】特許業務法人あいち国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大矢 康裕

(72)【発明者】

【氏名】古賀 康紘

【テーマコード（参考）】

3K092

5E034

【Ｆターム（参考）】

3K092PP11

3K092PP20

3K092QB21

3K092VV40

5E034AA08

5E034AB01

5E034DA03

5E034DC10

(57)【要約】

【課題】各ＰＴＣ素子による流体の加熱効率を更に高めることができる流体加熱ヒータを提供すること。
【解決手段】流体加熱ヒータ１は、複数のＰＴＣ素子２、複数のＰＴＣ素子２に通電を行うための一対の電極板３Ａ，３Ｂ、一対の電極板３Ａ，３Ｂを複数のＰＴＣ素子２に押圧する樹脂プレート４及び板バネ５Ａ、並びにケース６を備えている。一対の電極板３Ａ，３Ｂ同士の間、第１電極板３Ａと樹脂プレート４との間、及び第２電極板３Ｂと板バネ５Ａとの間には、複数のＰＴＣ素子２によって加熱される流体Ｒが通過する流体流路７Ａ，７Ｂ，７Ｃが形成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のＰＴＣ素子（２）と、
該複数のＰＴＣ素子（２）を両側から挟み込み、該複数のＰＴＣ素子（２）に通電するための一対の電極板（３Ａ，３Ｂ）と、
該一対の電極板（３Ａ，３Ｂ）の両側から該一対の電極板（３Ａ，３Ｂ）を上記複数のＰＴＣ素子（２）に押圧する一対の押圧部材（４，５Ａ）と、
上記複数のＰＴＣ素子（２）、上記一対の電極板（３Ａ，３Ｂ）及び上記一対の押圧部材（４，５Ａ）を収容するケース（６）と、を備え、
上記一対の電極板（３Ａ，３Ｂ）同士の間、該一対の電極板（３Ａ，３Ｂ）の一方である第１電極板（３Ａ）と上記一対の押圧部材（４，５Ａ）の一方である第１押圧部材（４）との間、及び上記一対の電極板（３Ａ，３Ｂ）の他方である第２電極板（３Ｂ）と上記一対の押圧部材（４，５Ａ）の他方である第２押圧部材（５Ａ）との間に、上記複数のＰＴＣ素子（２）によって加熱される流体（Ｒ）が通過する流体流路（７Ａ，７Ｂ，７Ｃ）が形成されていることを特徴とする流体加熱ヒータ（１）。

【請求項2】

上記第２押圧部材（５Ａ）には、該第２押圧部材（５Ａ）を補強するための剛性プレート（５Ｂ）が積層されていることを特徴とする請求項１に記載の流体加熱ヒータ（１）。

【請求項3】

上記流体流路（７Ａ，７Ｂ，７Ｃ）は、上記第１電極板（３Ａ）と上記第１押圧部材（４）との間、上記第１電極板（３Ａ）と上記第２電極板（３Ｂ）との間、及び上記第２電極板（３Ｂ）と上記第２押圧部材（５Ａ）との間の順に流体（Ｒ）を通過させる構造に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体加熱ヒータ（１）。

【請求項4】

上記第１押圧部材（４）は、上記ＰＴＣ素子（２）に対面する、上記第１電極板（３Ａ）の部分に対向して突出する複数の対向突起（４１）が設けられた樹脂プレート（４）からなり、
上記第２押圧部材（５Ａ）は、上記ＰＴＣ素子（２）に対面する、上記第２電極板（３Ｂ）の部分に弾性力を付与する複数の弾性変形爪（５１）が設けられた板バネ（５Ａ）からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の流体加熱ヒータ（１）。

【請求項5】

上記樹脂プレート（４）には、上記複数のＰＴＣ素子（２）のそれぞれの側面の複数個所をガイドするための複数のガイド突起（４２）が、上記複数のＰＴＣ素子（２）の配置位置に合わせて設けられており、
該複数のガイド突起（４２）は、上記第１電極板（３Ａ）及び上記第２電極板（３Ｂ）に形成された複数のガイド穴（３１）に挿通されていることを特徴とする請求項４に記載の流体加熱ヒータ（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＰＴＣ素子によって、流路を通過する流体を加熱する流体加熱ヒータに関する。

【背景技術】

【0002】

流体加熱ヒータは、ＰＴＣ素子を用いて、例えば、エンジンに供給される燃料を、所定の温度になるように加熱している。この流体加熱ヒータとしては、例えば、特許文献１に開示されたものがある。
特許文献１においては、一対の電極板によってＰＴＣ素子を加熱し、一対の電極板の間に形成された加熱経路を流れる流体をＰＴＣ素子によって加熱する流体加熱ヒータについて記載されている。この流体加熱ヒータにおいては、一対の電極板の少なくともいずれか一方には、他方の電極板に向かって一又は二以上の整流板が立設されている。そして、整流板によって、加熱流路を流れる流体がＰＴＣ素子へ向かうようにして、ＰＴＣ素子による加熱を促進している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−１６４２７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１等に記載された従来の流体加熱ヒータにおいては、ＰＴＣ素子によって流体を加熱する加熱流路は、一対の電極板の間にしか形成されていない。そのため、流体は、一対の電極板の間を通過する時間しか加熱されず、流体が一対の電極板の表面を滞留する時間を長くすることが困難である。従って、ＰＴＣ素子による加熱効率を更に高めるためには、更なる工夫が必要とされる。

【0005】

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、各ＰＴＣ素子による流体の加熱効率を更に高めることができる流体加熱ヒータを提供しようとして得られたものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、複数のＰＴＣ素子と、
該複数のＰＴＣ素子を両側から挟み込み、該複数のＰＴＣ素子に通電するための一対の電極板と、
該一対の電極板の両側から該一対の電極板を上記複数のＰＴＣ素子に押圧する一対の押圧部材と、
上記複数のＰＴＣ素子、上記一対の電極板及び上記一対の押圧部材を収容するケースと、を備え、
上記一対の電極板同士の間、該一対の電極板の一方である第１電極板と上記一対の押圧部材の一方である第１押圧部材との間、及び上記一対の電極板の他方である第２電極板と上記一対の押圧部材の他方である第２押圧部材との間に、上記複数のＰＴＣ素子によって加熱される流体が通過する流体流路が形成されていることを特徴とする流体加熱ヒータにある。

【発明の効果】

【0007】

上記流体加熱ヒータは、一対の電極板同士の間、第１電極板と第１押圧部材との間、及び第２電極板と第２押圧部材との間の３つの空間に、流体流路を有している。また、一対の電極板は各ＰＴＣ素子から発生する熱を流体に伝達する。これにより、流体は、一対の電極板の間を通過する時間だけでなく、各電極板の外側を通過する時間も加熱される。そして、各ＰＴＣ素子から発生する熱を、第１電極板の両面及び第２電極板の両面から、３つの空間における流体流路を通過する流体に伝達することができる。そのため、各ＰＴＣ素子から発生する熱を流体に伝達するための各電極板の面積を、効果的に増やすことができる。

【0008】

それ故、上記流体加熱ヒータによれば、各ＰＴＣ素子による流体の加熱効率を更に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施例にかかる、流体加熱ヒータを示す断面説明図。

【図2】実施例にかかる、流体加熱ヒータを分解した状態を示す斜視説明図。

【図3】実施例にかかる、ケースを示す図で、図２におけるIII−III線を矢視した場合の説明図。

【図4】実施例にかかる、樹脂プレートを示す図で、図２におけるIV−IV線を矢視した場合の説明図。

【図5】実施例にかかる、第１電極板及びＰＴＣ素子を示す図で、図２におけるV−V線を矢視した場合の説明図。

【図6】実施例にかかる、第２電極板を示す図で、図２におけるVI−VI線を矢視した場合の説明図。

【図7】実施例にかかる、板バネを示す図で、図２におけるVII−VII線を矢視した場合の説明図。

【図8】実施例にかかる、流体加熱ヒータにおける主要部の周方向に沿った断面を、直線状に展開して模式的に示す断面説明図。

【図9】実施例にかかる、３つの空間における流体流路の４つの構造（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）を模式的に示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

上述した流体加熱ヒータにおける好ましい実施の形態について説明する。
上記流体加熱ヒータにおいては、３つの空間における流体流路の構造は、３つの空間における流体流路の一方から他方へ、流体が同時に並行して通過する構造とすることができる（図９（ｂ）参照）。また、３つの空間における流体流路の構造は、流体が、２つの空間における流体流路を一方から他方へ同時に並行して通過した後、残りの１つの空間における流体流路を他方から一方へ通過する構造とすることもできる（図９（ｃ）参照）。また、３つの空間における流体流路の構造は、流体が、１つの空間における流体流路を一方から他方へ通過した後、残りの２つの空間における流体流路を他方から一方へ同時に並行して通過する構造とすることもできる（図９（ｄ）参照）。
さらに、３つの空間における流体流路の構造は、流体が、１つの空間における流体流路を一方から他方へ通過した後、他の１つの空間における流体流路を他方から一方へ通過し、その後、残りの１つの空間における流体流路を一方から他方へ通過する構造とすることもできる（図９（ａ）参照）。

【0011】

上記流体加熱ヒータにおいては、上記流体流路は、上記第１電極板と上記第１押圧部材との間、上記第１電極板と上記第２電極板との間、及び上記第２電極板と上記第２押圧部材との間の順に流体を通過させる構造に形成されていてもよい。
これにより、ＰＴＣ素子によって加熱する流体を、３つの空間における流体流路を蛇行させて通過させることができる。そのため、ＰＴＣ素子による流体の加熱効率をより一層高めることができる。

【実施例】

【0012】

以下に、流体加熱ヒータにかかる実施例について、図面を参照して説明する。
本例の流体加熱ヒータ１は、図１に示すように、複数のＰＴＣ素子２、一対の電極板３Ａ，３Ｂ、一対の押圧部材としての樹脂プレート４及び板バネ５Ａ、並びにケース６を備えている。複数のＰＴＣ（Positive temperature coefficient）素子２は、通電によって発熱し、かつ温度によって抵抗値が変化する性質を有している。一対の電極板３Ａ，３Ｂは、複数のＰＴＣ素子２を両側から挟み込み、複数のＰＴＣ素子２に通電を行うよう構成されている。樹脂プレート４及び板バネ５Ａは、一対の電極板３Ａ，３Ｂの両側から一対の電極板３Ａ，３Ｂを複数のＰＴＣ素子２に押圧するよう構成されている。ケース６は、複数のＰＴＣ素子２、一対の電極板３Ａ，３Ｂ、樹脂プレート４及び板バネ５Ａを収容するよう構成されている。
一対の電極板３Ａ，３Ｂ同士の間、第１電極板３Ａと樹脂プレート４との間、及び第２電極板３Ｂと板バネ５Ａとの間には、複数のＰＴＣ素子２によって加熱される流体Ｒが通過する流体流路７Ａ，７Ｂ，７Ｃが形成されている。

【0013】

以下に、本例の流体加熱ヒータ１について、図１〜図８を参照して詳説する。
図１に示すように、本例の流体加熱ヒータ１は、流体Ｒとしての燃料を加熱するために用いられる。燃料は、燃料タンクからポンプによって流体加熱ヒータ１に供給され、流体加熱ヒータ１によって一定の温度に加熱された後、インジェクタから噴射される。また、流体加熱ヒータ１は、フィルタ１３と一体化されており、流体加熱ヒータ１によって加熱された燃料は、フィルタ１３を通過してインジェクタに供給される。

【0014】

図８は、流体加熱ヒータ１における主要部の周方向Ｃに沿った断面を、直線状に展開して模式的に示す。同図に示すように、本例の流体流路７Ａ，７Ｂ，７Ｃは、流体加熱ヒータ１の中心部１１の回りを回る流路として形成されている。複数のＰＴＣ素子２は、中心部１１の回りの周方向Ｃに並んで配置されている。流体流路７Ａ，７Ｂ，７Ｃは、第１電極板３Ａと樹脂プレート４との間、第１電極板３Ａと第２電極板３Ｂとの間、及び第２電極板３Ｂと板バネ５Ａとの間の順に流体Ｒを通過させる構造に形成されている。

【0015】

第１押圧部材としての樹脂プレート４は、ＰＴＣ素子２に対面する、第１電極板３Ａの部分に対向して突出する複数の対向突起４１を有している。第２押圧部材としての板バネ５Ａは、ＰＴＣ素子２に対面する、第２電極板３Ｂの部分に弾性力を付与する複数の弾性変形爪５１を有している。弾性変形爪５１は、第１板バネ５Ａの一部を切り開くようにして形成されている。板バネ５Ａの外側面には、板バネ５Ａを補強するための剛性プレート５Ｂが積層されている。剛性プレート５Ｂには、必要な剛性が確保されれば、金属、樹脂、セラミック等のいずれの部材を使用してもよい。また、剛性プレート５Ｂは、板バネ５Ａの剛性を高めるものであり、板バネ５Ａの剛性が確保できれば廃止することができる。
各ＰＴＣ素子２は、板バネ５Ａから各ＰＴＣ素子２に付与される弾性力が各対向突起４１によって受け止められることによって、樹脂プレート４と板バネ５Ａとの間に挟持される。

【0016】

図３に示すように、ケース６には、流体Ｒの入口７０が形成されている。図４に示すように、樹脂プレート４には、第１電極板３Ａと樹脂プレート４との間に流体Ｒを流入させるための第１流入口７１が形成されている。また、樹脂プレート４の内周側部分と外周側部分とには、流体流路７Ａ，７Ｂ，７Ｃを形成するための立壁４３が形成されている。
図４、図５に示すように、第１電極板３Ａには、第１流入口７１から周方向Ｃの一方側Ｃ１に回った位置において、第１電極板３Ａと樹脂プレート４との間から第１電極板３Ａと第２電極板３Ｂとの間へ流体Ｒを流入させるための第２流入口７２が形成されている。図５、図６に示すように、第２電極板３Ｂには、第２流入口７２から周方向Ｃの他方側Ｃ２に回った位置において、第１電極板３Ａと第２電極板３Ｂとの間から第２電極板３Ｂと板バネ５Ａとの間へ流体Ｒを流入させるための第３流入口７３が形成されている。図６、図７に示すように、板バネ５Ａ及び剛性プレート５Ｂには、第３流入口７３から周方向Ｃの一方側Ｃ１に回った位置において、第２電極板３Ｂと板バネ５Ａ及び剛性プレート５Ｂとの間からフィルタ１３へ流体Ｒを流出させるための流出口７４が形成されている。

【0017】

図２は、流体加熱ヒータ１を、ケース６、樹脂プレート４、第１電極板３Ａ、第２電極板３Ｂ、板バネ５Ａ及び剛性プレート５Ｂに分解した状態を、下側（フィルタ１３側）から見た状態で示す。図２、図４に示すように、樹脂プレート４には、複数のＰＴＣ素子２の位置決めをするための複数のガイド突起４２が設けられている。複数のガイド突起４２は、円盤形状を有する各ＰＴＣ素子２の側面の外周の複数個所（本例では３か所）に対向して、各ＰＴＣ素子２を規定の位置にガイドする。図２、図５、図６に示すように、第１電極板３Ａ及び第２電極板３Ｂには、複数のガイド突起４２が挿通される複数のガイド穴３１が形成されている。各ガイド突起４２が、第１電極板３Ａ及び第２電極板３Ｂの各ガイド穴３１に挿入されることにより、各ＰＴＣ素子２を第１電極板３Ａと第２電極板３Ｂとの間に安定して維持することができる。

【0018】

図１に示すように、第１電極板３Ａ及び第２電極板３Ｂは、ＰＴＣ素子２に対面していることにより、ＰＴＣ素子２から発生される熱を放熱する放熱板としても機能する。ケース６は、ＰＴＣ素子２及び一対の電極板３Ａ，３Ｂに対して樹脂プレート４が配置された側から、ＰＴＣ素子２、一対の電極板３Ａ，３Ｂ、樹脂プレート４及び板バネ５Ａを覆っている。ケース６は、アルミニウム材料から構成されている。ケース６、樹脂プレート４、一対の電極板３Ａ，３Ｂ、板バネ５Ａ及び剛性プレート５Ｂの各中心部１１には、フィルタ１３を通過した後の流体Ｒが通過する出口流路１２が形成されている。

【0019】

次に、流体加熱ヒータ１の動作及び作用効果について説明する。
流体加熱ヒータ１を動作させるに当たっては、図２、図３に示すように、一対の電極板３Ａ，３Ｂを介して各ＰＴＣ素子２に通電がされ、また、ケース６の入口７０を経由して第１流入口７１へ流体Ｒが流入する。このとき、各ＰＴＣ素子２が加熱されてその温度が上昇するとその抵抗値も上昇する。そして、この各ＰＴＣ素子２の抵抗値の変化を測定しつつ、一対の電極板３Ａ，３Ｂへの通電量を決定する。
図２、図４に示すように、第１流入口７１から第１電極板３Ａと樹脂プレート４との間の第１流体流路７Ａに流入する流体Ｒは、この第１流体流路７Ａを周方向Ｃの一方側Ｃ１へ回るようにして流れる。このとき、各ＰＴＣ素子２によって発生する熱は、第１電極板３Ａから放熱されて第１流体流路７Ａを流れる流体Ｒに伝熱される。そして、第１流体流路７Ａを流れる流体Ｒは、図５に示すように、第２流入口７２へ流入する。

【0020】

次いで、同図に示すように、第２流入口７２から第１電極板３Ａと第２電極板３Ｂとの間の第２流体流路７Ｂに流入する流体Ｒは、この第２流体流路７Ｂを周方向Ｃの他方側Ｃ２へ回るようにして流れる。このとき、各ＰＴＣ素子２によって発生する熱は、第１電極板３Ａ、第２電極板３Ｂ及び各ＰＴＣ素子２の側面から放熱されて第２流体流路７Ｂを流れる流体Ｒに伝熱される。そして、第２流体流路７Ｂを流れる流体Ｒは、図６に示すように、第３流入口７３へ流入する。

【0021】

次いで、同図に示すように、第３流入口７３から第２電極板３Ｂと板バネ５Ａとの間の第３流体流路７Ｃに流入する流体Ｒは、この第３流体流路７Ｃを周方向Ｃの一方側Ｃ１へ回るようにして流れる。このとき、各ＰＴＣ素子２によって発生する熱は、第２電極板３Ｂから放熱されて第３流体流路７Ｃを流れる流体Ｒに伝熱される。そして、第３流体流路７Ｃを流れる流体Ｒは、図７に示すように、流出口７４へ流出する。
その後、流体Ｒは、フィルタ１３を通ってろ過され、流体加熱ヒータ１の中心部１１に形成された出口流路１２を通って外部へ流出する。

【0022】

このように、本例の流体加熱ヒータ１においては、流体Ｒが３つの流体流路７Ａ，７Ｂ，７Ｃを通過する際に、各ＰＴＣ素子２から一対の電極板３Ａ，３Ｂを介して流体Ｒが加熱される。これにより、流体Ｒは、一対の電極板３Ａ，３Ｂの間を通過する時間だけでなく、各電極板３Ａ，３Ｂの外側を通過する時間も加熱される。そして、各ＰＴＣ素子２から発生する熱を、第１電極板３Ａの両面及び第２電極板３Ｂの両面から、３つの流体流路７Ａ，７Ｂ，７Ｃを通過する流体Ｒに伝達することができる。そのため、各ＰＴＣ素子２から発生する熱を流体Ｒに伝達するための各電極板３Ａ，３Ｂの面積を、効果的に増やすことができる。

【0023】

それ故、本例の流体加熱ヒータ１によれば、各ＰＴＣ素子２による流体Ｒの加熱効率を更に高めることができる。

【0024】

本例において示した流体加熱ヒータ１の３つの空間における流体流路７Ａ，７Ｂ，７Ｃの構造は、図９（ａ）に模式的に示すように、流体Ｒが、１つの空間における流体流路７Ａを一方から他方へ通過した後、他の１つの空間における流体流路７Ｂを他方から一方へ通過し、その後、残りの１つの空間における流体流路７Ｃを一方から他方へ通過する構造とした。
これ以外にも、３つの空間における流体流路７Ａ，７Ｂ，７Ｃの構造は、次のようにすることができる。具体的には、３つの空間における流体流路７Ａ，７Ｂ，７Ｃの構造は、図９（ｂ）に模式的に示すように、３つの空間における流体流路７Ａ，７Ｂ，７Ｃの一方から他方へ、流体Ｒが同時に並行して通過する構造とすることができる。

【0025】

また、３つの空間における流体流路７Ａ，７Ｂ，７Ｃの構造は、図９（ｃ）に模式的に示すように、流体Ｒが、２つの空間における流体流路７Ａ，７Ｂを一方から他方へ同時に並行して通過した後、残りの１つの空間における流体流路７Ｃを他方から一方へ通過する構造とすることもできる。
また、３つの空間における流体流路７Ａ，７Ｂ，７Ｃの構造は、図９（ｄ）に模式的に示すように、流体Ｒが、１つの空間における流体流路７Ａを一方から他方へ通過した後、残りの２つの空間における流体流路７Ｂ，７Ｃを他方から一方へ同時に並行して通過する構造とすることもできる。

【符号の説明】

【0026】

１ 流体加熱ヒータ
２ ＰＴＣ素子
３Ａ，３Ｂ 電極板
４ 樹脂プレート（第１押圧部材）
４１ 対向突起
４２ ガイド突起
５Ａ 板バネ（第２押圧部材）
５１ 弾性変形爪
５Ｂ 剛性プレート
６ ケース
７Ａ，７Ｂ，７Ｃ 流体流路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】