JP2017048938A - 流体加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓋部材がダイキャスト成形によって形成される場合にも、タンクの密閉性を確保する。【解決手段】流体加熱装置１００は、開口部１５を有し内部を流体が流通するタンク１０と、開口部１５からタンク１０内に挿入され、タンク１０内を流通する温水を加熱するヒータユニット２０と、タンク１０に取り付けられて開口部１５を閉塞する天板部２３と、を備え、天板部２３は、開口部１５の周縁部１５ａと平行に形成されて周縁部１５ａに接合される外周縁２３ｂと、外周縁２３ｂの内周に形成されて外周縁２３ｂから離れるほどタンク１０内に突出するように傾斜する勾配部２３ｃと、を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、流体を加熱する流体加熱装置に関する。

特許文献１には、温水を所定量蓄える温水タンクと、温水タンク内の温水を加熱する電気ヒータと、を有し、温水タンクから供給される温水を利用して暖房を行う温水式暖房装置が開示されている。この温水式暖房装置では、温水ヒータを挿入するために温水タンクの上面が開口している。温水タンクの上部には、温水タンク内の温度を検出するためのサーミスタが設けられる。そのため、温水タンクの上面に温水が浸入しないように、温水タンクの上面の開口を密閉する必要がある。

特開平１０−２８７１２３号公報

ところで、温水タンクや、温水タンクの開口を閉塞する蓋部材は、金属材料によるダイキャスト成形によって形成されることがある。ダイキャスト成形によって部材を形成する場合には、抜き勾配を設ける必要があるので、抜き勾配によって温水タンクと蓋部材との密閉性を確保することが困難になるおそれがある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、蓋部材がダイキャスト成形によって形成される場合にも、タンクの密閉性を確保することを目的とする。

本発明のある態様によれば、流体を加熱する流体加熱装置は、開口部を有し、内部を流体が流通するタンクと、前記開口部から前記タンク内に挿入され、前記タンク内を流通する流体を加熱するヒータユニットと、前記タンクに取り付けられて前記開口部を閉塞する蓋部材と、を備え、前記蓋部材は、前記開口部の周縁部と平行に形成されて前記周縁部に接合される外周縁と、前記外周縁の内周に形成されて前記外周縁から離れるほど前記タンク内に突出するように傾斜する勾配部と、を有することを特徴とする。

この態様では、蓋部材は、開口部の周縁部と平行に形成される外周縁と、外周縁の内周に形成される勾配部と、を有する。蓋部材をダイキャスト成形によって形成する場合には、勾配部は、その傾斜が抜き勾配となって金型から抜かれる。また、外周縁は、いわゆる無理抜きによって金型から抜かれる。蓋部材の外周縁は、開口部の周縁部と平行に形成されるので、外周縁と周縁部とを接合することでタンクを密閉することができる。したがって、蓋部材がダイキャスト成形によって形成される場合にも、タンクの密閉性を確保することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る流体加熱装置の分解斜視図である。 図２は、流体加熱装置のヒータユニット及びタンクの側面図であり、タンクを断面で示した図である。 図３は、流体加熱装置のヒータユニット及びタンクの正面図であり、タンクを断面で示した図である。 図４は、流体加熱装置のヒータユニットの正面図である。 図５は、流体加熱装置の蓋部材の底面図である。 図６は、図５におけるＶＩ−ＶＩ線に沿った断面を拡大して示した図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る流体加熱装置１００について説明する。

流体加熱装置１００は、ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ：電動車両）やＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ：ハイブリッド車両）などの車両に搭載される車両用空調装置（図示省略）に適用される。流体加熱装置１００は、車両用空調装置が暖房運転を実行するために、流体としての温水を加熱するものである。

まず、図１から図３を参照して、流体加熱装置１００の全体構成について説明する。

図１に示すように、流体加熱装置１００は、水が流通するタンク１０と、タンク１０内に収容されるヒータユニット２０と、各種電装部品を接続するためのバスバーモジュール３０と、ヒータユニット２０の動作を制御するための制御部としての制御基板４０と、バスバーモジュール３０及び制御基板４０を覆うカバー５０と、を備える。

タンク１０は、略直方体形状に形成される。タンク１０は、矩形の底面１３と、底面１３から立設される壁面１４と、壁面１４の端部に底面１３と対向するように開口する開口部１５と、を有する。開口部１５には、底面１３と平行に形成される環状の平面である周縁部１５ａが形成される。

タンク１０は、温水が供給される供給口１１と、温水が排出される排出口１２と、を有する。供給口１１と排出口１２とは、タンク１０の同じ壁面１４に上下に並んで開口する。流体加熱装置１００は、使用時に排出口１２が供給口１１と比較して上方に位置するように車両内に配設される。

図２及び図３に示すように、ヒータユニット２０は、ヒータ２１と、ヒータ２１の周りを覆うように形成される加熱部２２と、を有する。ヒータユニット２０では、ヒータ２１の周りに金属がダイキャスト成形されて加熱部２２が形成される。ヒータユニット２０は、タンク１０に取り付けられてタンク１０の開口部１５を閉塞する蓋部材としての天板部２３と一体に成形される。

ヒータ２１は、車両に搭載される電源装置（図示省略）からバスバーモジュール３０を介して電力が供給される一対の端子２１ａ，２１ｂを有する。ヒータ２１は、一対の端子２１ａ，２１ｂ間に、タンク１０内に突出する螺旋状の発熱部２１ｃを有する。ヒータ２１は、螺旋状ではなく例えば加熱部２２内を往復するように形成される発熱部を有してもよい。

ヒータ２１は、通電することによって発熱部２１ｃが発熱するシーズヒータ又はＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）ヒータである。ヒータ２１は、コスト的には、シーズヒータであることが望ましい。ヒータ２１は、制御基板４０からの指令を受けて発熱し、タンク１０内を流通する温水を加熱する。

加熱部２２は、発熱部２１ｃの内周と比較して小径に形成され発熱部２１ｃの中心軸に沿って貫通する貫通孔２５と、発熱部２１ｃの外周と比較して大径に形成されタンク１０の内壁１７と対峙する外壁部２６と、を有する。加熱部２２は、螺旋状の発熱部２１ｃの軸方向に沿って略円筒状に形成される。加熱部２２は、ヒータ２１と比較して融点の低い金属によって成形される。ここでは、ヒータ２１はステンレスで形成され、加熱部２２はアルミニウム合金で形成される。

貫通孔２５は、螺旋状に巻かれる発熱部２１ｃの内側に形成される。タンク１０の供給口１１は、貫通孔２５の延長線上に開口する。貫通孔２５は、供給口１１から供給される温水が流通する内周流路２７（図３参照）を形成する。

図３に示すように、貫通孔２５は、温水の流れ方向に沿って内周に突出する複数の内周フィン２５ａを有する。内周フィン２５ａは、内周流路２７における伝熱面積を、内周フィン２５ａが設けられない場合と比較して大きくする。複数の内周フィン２５ａは、貫通孔２５の全周にわたって等角度間隔で形成される。

内周流路２７には、供給口１１から供給される温水が導かれる。内周流路２７では、内周フィン２５ａが形成される貫通孔２５の内周との熱交換によって温水が加熱される。このとき、温水は、温水の流れ方向に沿って形成される内周フィン２５ａによって整流される。内周流路２７を通過した温水は、タンク１０における供給口１１と対向する壁面１４にぶつかって方向転換し、後述する外周流路２８に導かれる。

外壁部２６は、タンク１０の内壁１７との間に、内周流路２７と連続して温水が流通する外周流路２８を形成する。外周流路２８は、内周流路２７から流れてきた温水を排出口１２に導く。外壁部２６は、貫通孔２５と比較して伝熱面積が大きい。また、外周流路２８は、内周流路２７と比較して流路面積が大きい。

外壁部２６は、ヒータ２１の外周形状に沿って形成される外壁本体２６ａと、温水の流れ方向に沿って外壁本体２６ａから外周に突出する複数の外周フィン２６ｂと、を有する。

外壁本体２６ａは、螺旋状に巻かれる発熱部２１ｃの外側を覆うように形成される。外壁本体２６ａが設けられるので、ヒータ２１と温水とが直接接触することはない。

外周フィン２６ｂは、外周流路２８における伝熱面積を、外周フィン２６ｂが設けられない場合と比較して大きくする。外周フィン２６ｂは、天板部２３の後述する勾配部２３ｃが傾斜して形成される方向と同じ方向に向かって突出する。

外周フィン２６ｂは、タンク１０の底面１３及び天面１６と略平行に延設される。外周フィン２６ｂは、タンク１０の高さ方向の中央部と比較して天面１６に近いほど大きく形成される。外周フィン２６ｂは、タンク１０の対向する一対の壁面１４にそれぞれ所定の間隔をあけて臨むように形成される。

外周流路２８を流れる温水は、外壁本体２６ａ及び外周フィン２６ｂとの熱交換によって更に加熱される。このとき、温水は、温水の流れ方向に沿って形成される外周フィン２６ｂによって整流される。そして、外周流路２８を通過した温水は、排出口１２から排出される。

以上のように、ヒータユニット２０は、ヒータ２１の周りを覆うように形成される加熱部２２を有する。加熱部２２は、発熱部２１ｃの内周と比較して小径に形成される貫通孔２５と、発熱部２１ｃの外周と比較して大径に形成される外壁部２６と、を有する。ヒータユニット２０では、加熱部２２の表面積が温水との間で熱交換を行うための伝熱面積になるので、貫通孔２５と外壁部２６との表面積の合計が伝熱面積になる。したがって、ヒータ２１と温水とを直接接触させる場合と比較して、温水と熱交換を行うための伝熱面積を大きくすることができる。

図２に示すように、天板部２３は、タンク１０の開口部１５と比較してヒータユニット２０の軸方向に長く形成される。天板部２３におけるタンク１０からはみ出た部分には、車両に搭載される電源装置や上位のコントローラ（図示省略）と流体加熱装置１００とを接続するためのコネクタ（図示省略）が設けられる。

天板部２３は、ヒータユニット２０がタンク１０内に挿入された状態で、開口部１５の周縁部１５ａと溶接によって接合される。天板部２３は、タンク１０の天面１６を形成する。天面１６は、タンク１０の底面１３と略平行に対向する。

図１に示すように、天板部２３には、温度スイッチとしてのバイメタルスイッチ３１を取り付けるための凹部２４ａと、ヒータ温度センサ３２を取り付けるための凹部２４ｂと、水温センサ３３を取り付けるための凹部２４ｃと、が形成される。

バイメタルスイッチ３１は、ヒータユニット２０の温度を検出し、検出した温度に応じて切り換わる。具体的には、バイメタルスイッチ３１は、ヒータユニット２０の温度が第１の設定温度よりも上昇した場合にヒータユニット２０への電力の供給を遮断する。ヒータユニット２０の温度が第１の設定温度と比較して低い第２の設定温度よりも下降した場合に、バイメタルスイッチ３１が再び切り換わってヒータユニット２０への電力の供給を再開するようにしてもよい。

ヒータ温度センサ３２は、ヒータユニット２０におけるヒータ２１の温度を検出する。ヒータ温度センサ３２は、検出したヒータ２１の温度に応じた電気信号を制御基板４０に送る。制御基板４０は、ヒータ温度センサ３２が検出したヒータ２１の温度が設定温度よりも高い場合に、ヒータ２１への電力の供給を停止させる。

水温センサ３３は、タンク１０の排出口１２近傍における温水の温度を検出する。即ち、水温センサ３３は、タンク１０から排出される加熱後の温水の温度を検出する。水温センサ３３は、天板部２３からタンク１０内部に突出する突出部２３ａ（図２及び図３参照）の内部に設けられる。水温センサ３３は、検出した温水の温度に応じた電気信号を制御基板４０に送る。制御基板４０は、水温センサ３３が検出した温水の温度が所望の温度になるように、ヒータ２１への電力の供給を制御する。

図２に示すように、天板部２３には、スイッチング素子としての一対のＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）３４，３５が当接する。

ＩＧＢＴ３４，３５は、バスバーモジュール３０を介して車両の電源装置に接続される。ＩＧＢＴ３４，３５は、制御基板４０に接続され、制御基板４０からの指令信号に応じてスイッチング動作する。ＩＧＢＴ３４，３５は、スイッチング動作によってヒータユニット２０への電力の供給を制御する。これにより、ヒータユニット２０は所望の温度に調整され、排出口１２から排出される温水は所望の温度に調整される。

ＩＧＢＴ３４，３５は、スイッチング動作を繰り返すことによって発熱する。ＩＧＢＴ３４，３５が動作可能な温度の最大値は、タンク１０内を流れる温水の温度と比較して高い。よって、ＩＧＢＴ３４，３５は、タンク１０内を流れる温水の温度が天板部２３を介して伝達されて冷却される。

図１に示すように、バスバーモジュール３０は、天板部２３の上部に積層される。バスバーモジュール３０は、天板部２３と比較して小さな矩形に形成される。バスバーモジュール３０は、電力や電気信号を送給可能な金属板によって形成される導電性の接続部材である。

制御基板４０は、バスバーモジュール３０の上部に積層される。制御基板４０は、天板部２３と比較して小さな矩形に形成される。制御基板４０は、バスバーモジュール３０及びＩＧＢＴ３４，３５と電気的に接続される。制御基板４０は、上位のコントローラの指令に基づいてＩＧＢＴ３４，３５を制御する。

カバー５０は、制御基板４０の上部に設けられる。カバー５０は、天板部２３と略同一の外周形状に形成される。カバー５０は、天板部２３の外周縁と溶接される。カバー５０は、天板部２３との間の内部空間を密閉する。

次に、図４から図６を参照して、天板部２３の構成について説明する。

ヒータユニット２０及び天板部２３は、ヒータユニット２０における螺旋状の発熱部１４ｃの中心軸に沿った垂直な面をパーティングラインＰＬとして一体にダイキャスト成形される。ヒータユニット２０及び天板部２３は、パーティングラインＰＬを境にして２つ（図４及び図５では左右）に分割される金型（図示省略）を用いて成形される。図４から図６の矢印は、ダイキャスト成形の際に金型が抜かれる方向を示している。

図４に示すように、加熱部２２の外周フィン２６ｂは、パーティングラインＰＬを境にして左右対称に形成される。外周フィン２６ｂには、金型から抜くための抜き勾配が設けられている。また、外周フィン２６ｂの先端は、曲面状に形成されている。よって、加熱部２２は、ダイキャスト成形の際にアンダーカットになる部分を有さないので、金型を左右に抜くだけで成形することができる。

天板部２３は、ダイキャスト成形の際に金型から抜くための抜き勾配を有する勾配部２３ｃと、抜き勾配を有さない外周縁２３ｂと、を有する。

図４に示すように、外周縁２３ｂは、開口部１５の周縁部１５ａと平行に形成される。図５に示すように、外周縁２３ｂは、勾配部２３ｃの外周に環状に形成される。外周縁２３ｂは、ダイキャスト成形時には、いわゆる無理抜きによって金型から抜かれる。

外周縁２３ｂは、タンク１０の開口部１５を閉塞するように天板部２３が載置された状態で、周縁部１５ａと面接触する。周縁部１５ａと外周縁２３ｂとは溶接によって接合される。このとき、周縁部１５ａと外周縁２３ｂとは面接触しているので、接合されることによってタンク１０の密閉性を確保することができる。

なお、図５及び図６に示すように、外周縁２３ｂは、製造時の寸法公差を加味して、開口部１５の周縁部１５ａの外周端よりも外側から内周端よりも内側にわたって形成される。

勾配部２３ｃは、外周縁２３ｂの内周に形成されて外周縁２３ｂから離れるほどタンク１０内に突出するように傾斜する。勾配部２３ｃは、加熱部２２の軸方向（左右方向）の中央部を挟んで対向するように一対設けられる。即ち、図５に示す一対の勾配部２３ｃは、パーティングラインＰＬを境にして左右対称に傾斜する。

図６に示すように、勾配部２３ｃは、外周縁２３ｂとの接続部からパーティングラインＰＬに向けて角度θ［ｄｅｇ］だけ傾斜する。勾配部２３ｃは、ダイキャスト成形時には、この傾斜が抜き勾配となって金型から抜かれる。よって、勾配部２３ｃは、ダイキャスト成形の際にアンダーカットになる部分を有さないので、金型を左右に抜くだけで成形することができる。勾配部２３ｃは、開口部１５の周縁部１５ａの内周端よりも内側からタンク１０の内側に向けて傾斜するように形成される。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

天板部２３は、開口部１５の周縁部１５ａと平行に形成される外周縁２３ｂと、外周縁２３ｂの内周に形成される勾配部２３ｃと、を有する。天板部２３をダイキャスト成形によって形成する場合には、勾配部２３ｃは、その傾斜が抜き勾配となって金型から抜かれる。また、外周縁２３ｂは、いわゆる無理抜きによって金型から抜かれる。天板部２３の外周縁２３ｂは、開口部１５の周縁部１５ａと平行に形成されるので、外周縁２３ｂと周縁部１５ａとを接合することでタンク１０を密閉することができる。したがって、天板部２３がダイキャスト成形によって形成される場合にも、タンク１０の密閉性を確保することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では、供給口１１から供給された温水が内周流路２７を流れた後に、外周流路２８を流れて排出口１２から排出される。これに限らず、供給口１１から供給された温水が外周流路２８を流れた後に、内周流路２７を流れて排出口１２から排出されるようにしてもよい。

１００ 流体加熱装置
１０ タンク
１５ 開口部
１５ａ 周縁部
１７ 内壁
２０ ヒータユニット
２１ ヒータ
２１ｃ 発熱部
２２ 加熱部
２３ 天板部（蓋部材）
２３ｂ 外周縁
２３ｃ 勾配部
２６ 外壁部
２６ａ 外壁本体
２６ｂ 外周フィン
２７ 内周流路
２８ 外周流路

Claims (5)

1. 流体を加熱する流体加熱装置であって、
   開口部を有し、内部を流体が流通するタンクと、
   前記開口部から前記タンク内に挿入され、前記タンク内を流通する流体を加熱するヒータユニットと、
   前記タンクに取り付けられて前記開口部を閉塞する蓋部材と、を備え、
   前記蓋部材は、
   前記開口部の周縁部と平行に形成されて前記周縁部に接合される外周縁と、
   前記外周縁の内周に形成されて前記外周縁から離れるほど前記タンク内に突出するように傾斜する勾配部と、を有することを特徴とする流体加熱装置。
2. 請求項１に記載の流体加熱装置であって、
   前記ヒータユニットは、ヒータと、前記ヒータの周りを覆うように形成される加熱部と、を有し、
   前記蓋部材は、前記加熱部と一体に形成されることを特徴とする流体加熱装置。
3. 請求項２に記載の流体加熱装置であって、
   前記ヒータは、螺旋状に形成される発熱部を有し、
   前記加熱部は、前記発熱部の軸方向に沿って形成され、
   前記勾配部は、前記加熱部の軸方向の中央部を挟んで対向するように一対設けられることを特徴とする流体加熱装置。
4. 請求項３に記載の流体加熱装置であって、
   前記加熱部は、前記タンクの内壁との間に流体が流通する外周流路を形成する外壁部を有し、
   前記外壁部は、前記勾配部が傾斜して形成される方向と同じ方向に向かって突出する外周フィンを有することを特徴とする流体加熱装置。
5. 請求項１から４のいずれか一つに記載の流体加熱装置であって、
   前記蓋部材は、ダイキャスト成形によって形成され、
   前記勾配部は、ダイキャスト成形の際に金型から抜くための抜き勾配を有し、前記外周縁は、抜き勾配を有さないことを特徴とする流体加熱装置。

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