JP2518216B2 - Liquid heating equipment - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、車両搭載用エンジンにおけるエンジンオイ
ルの加熱装置などに適用して有効な液体の加熱装置に関
する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a liquid heating device that is effective when applied to an engine oil heating device in a vehicle-mounted engine.

［従来の技術］ 例えば、ディーゼルエンジン車においては、寒冷時に
エンジンオイルの粘度が高くなるため、始動直後はエン
ジン内および潤滑系部品にオイルが充分に送油されない
ことがあり、このような場合、例えばピストンリングと
シリンダ内面の摩耗が過度に進行して始動性能を低下さ
せたり、全く始動しない等の問題を生じることがある。[Prior Art] For example, in a diesel engine vehicle, since the viscosity of the engine oil increases in cold weather, the oil may not be sufficiently sent to the engine and lubricating system components immediately after starting. In such a case, For example, the wear of the piston ring and the inner surface of the cylinder may progress excessively to deteriorate the starting performance, or the engine may not start at all.

この対策として、一般には、低温であっても低粘度で
流動性の高い広温度域用エンジンオイル（マルチグレー
ド油）が使われる。しかしながらこの種のエンジンオイ
ルは、低温で低粘度特性を得るために種々の添加剤を混
入してあり、この添加剤の中には金属腐食やピストンリ
ング溝内にカーボンを堆積させやすい性質のものがあ
る。このような添加剤の劣性を補償するため、清浄分散
剤を添加すると、この分散剤は高価であるためコストア
ップを招く。またこの分散剤は経時変化を生じ易く、エ
ンジンオイルの粘度−温度特性が安定しないといった不
具合もある。As a countermeasure against this, engine oil (multigrade oil) for wide temperature range, which has low viscosity and high fluidity even at low temperature, is generally used. However, this type of engine oil contains various additives to obtain low-viscosity characteristics at low temperatures. Some of these additives have the property of easily causing metal corrosion and carbon deposition in the piston ring groove. There is. If a detergent dispersant is added in order to compensate for the inferiority of such an additive, the dispersant is expensive, which causes an increase in cost. Further, this dispersant is apt to change with time, and there is a problem that the viscosity-temperature characteristic of the engine oil is not stable.

このようなことから、エンジンオイルの循環系の途中
にヒータを設け、始動時にエンジンオイルを加熱して最
適粘度にすることが考えられる。For this reason, it is conceivable to provide a heater in the middle of the engine oil circulation system to heat the engine oil at the time of start-up to achieve the optimum viscosity.

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、エンジンオイルは、一旦温度上昇する
と、エンジンの運転中エンジンにより温められるので加
熱を続ける必要はない。[Problems to be Solved by the Invention] However, once the temperature of the engine oil rises, the engine oil is warmed by the engine while it is running, so it is not necessary to continue heating.

このため、よく知られている通常の電熱ヒータを用い
た場合は、エンジンオイルが所定温度に達すると加熱作
動を停止させるため、温度センサやリレー等の格別な制
御手段を併用することになり、このような制御手段は構
造が複雑で高価になってしまう。Therefore, when using a well-known normal electric heater, in order to stop the heating operation when the engine oil reaches a predetermined temperature, special control means such as a temperature sensor and a relay will be used together, Such a control means has a complicated structure and is expensive.

したがって本発明の目的は、格別な制御手段を用いる
ことなくエンジンオイル等のような液体を効果的に加熱
することができる液体の加熱装置を提供するものであ
る。Therefore, an object of the present invention is to provide a liquid heating device that can effectively heat a liquid such as engine oil without using a special control means.

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため本発明は、ヒータとして液体
に直接接触するPTC（正特性サーミスタ）セラミックを
使用し、このPTCセラミックにコルゲートフィンを熱伝
導可能に接合し、このフィンによって流体の流路を複数
の小流路に区画し、これら各小流路の上流端および下流
端をそれぞれ上記流路の上流および下流に向けたことを
特徴とする。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention uses a PTC (positive temperature coefficient thermistor) ceramic that is in direct contact with a liquid as a heater, and a corrugated fin is joined to the PTC ceramic in a heat conductive manner. The fins divide the fluid flow path into a plurality of small flow paths, and the upstream ends and the downstream ends of the small flow paths are directed to the upstream side and the downstream side of the flow paths, respectively.

［作用］ PTCセラミックは、キュリー点付近で結晶形が転移す
ることにより急激な抵抗変化を示す特性があり、このた
めPTCセラミック自身が自己温度を制御する機能を有す
る。したがって液体を所定温度に加熱したら加熱を自動
的に停止するので、格別な制御手段は不要である。しか
も、このようなPTCセラミックは液体に直接接触すると
ともに、このPTCセラミックにコルゲートフィンを熱伝
導可能に接合し、このフィンにより流路を複数の小流路
に区画し、これら各小流路の上流端および下流端をそれ
ぞれ上記流路の上流および下流に向けたので、流路に流
れ込んできた液体は各小流路に分かれて流れるようにな
り、コルゲートフィンおよびPTCセラミックヒータとの
接触面積が大きくなり、かつ流速分布および温度分布が
均等になるので、熱交換効率が向上する。[Operation] PTC ceramics have the characteristic of exhibiting a drastic resistance change due to the transition of the crystal form near the Curie point. Therefore, PTC ceramics themselves have the function of controlling their own temperature. Therefore, when the liquid is heated to a predetermined temperature, the heating is automatically stopped, and no special control means is required. Moreover, such a PTC ceramic is in direct contact with a liquid, and a corrugated fin is joined to the PTC ceramic so as to be able to conduct heat, and the fin divides the flow path into a plurality of small flow paths. Since the upstream end and the downstream end are directed to the upstream and the downstream of the flow passage, respectively, the liquid flowing into the flow passage is divided into each small flow passage, and the contact area with the corrugated fin and the PTC ceramic heater is increased. Since the flow velocity distribution and the temperature distribution are increased, the heat exchange efficiency is improved.

［発明の実施例］ 以下本発明について、図示の一実施例にもとづき説明
する。[Examples of the Invention] The present invention will be described below with reference to the illustrated example.

第５図はディーゼルエンジン搭載車両の潤滑系統構成
図を概略的に示すもので、図中１はピストン、２はコネ
クティンクロッド、３はクランク軸、４は吸気弁、５は
排気弁を示す。FIG. 5 schematically shows a lubricating system configuration diagram of a vehicle equipped with a diesel engine. In the figure, 1 is a piston, 2 is a connecting rod, 3 is a crankshaft, 4 is an intake valve, and 5 is an exhaust valve.

クランク軸３に取り付けたオイルポンプ６は、オイル
パン７内に蓄えられているエンジンオイルを各潤滑箇所
へ分配供給する。すなわち、オイルポンプ６の作動によ
り、オイルパン７内のエンジンオイルは、オイルストレ
ーナ８およびオイルフィルタ９を介して本発明の加熱装
置10を通り、オイルポンプ６で加圧されたのち、クラン
ク軸３内のオイル通路からコネクティングロッド２とク
ランク軸３との連結軸受部や、カムシャフト11のカム
面、およびタイミングギア12、その他の潤滑部材13…に
供給される。The oil pump 6 attached to the crankshaft 3 distributes and supplies the engine oil stored in the oil pan 7 to each lubrication point. That is, by the operation of the oil pump 6, the engine oil in the oil pan 7 passes through the heating device 10 of the present invention via the oil strainer 8 and the oil filter 9, is pressurized by the oil pump 6, and then is cranked by the crankshaft 3. The oil is supplied from an internal oil passage to the connecting bearing portion between the connecting rod 2 and the crankshaft 3, the cam surface of the camshaft 11, the timing gear 12, and other lubricating members 13.

上記加熱装置10は第１図ないし第４図に示されてお
り、20は加熱装置10のハウジングである。ハウジング20
は一側にオイル入口21を有するとともに他側に図示しな
いオイル出口を備えている。前述のオイルフィルタ９を
通ったエンジンオイルは上記オイル入口21よりハウジン
グ20内に導入され、このハウジング20内で加熱されたの
ち上記オイル出口からオイルポンプ６に向けて流出され
るようになっている。The heating device 10 is shown in FIGS. 1 to 4, and 20 is a housing of the heating device 10. Housing 20
Has an oil inlet 21 on one side and an oil outlet (not shown) on the other side. The engine oil that has passed through the oil filter 9 is introduced into the housing 20 through the oil inlet 21, is heated in the housing 20, and is then discharged from the oil outlet toward the oil pump 6. .

ハウジング20内には、ヒータ22、放熱フィン23…、電
極板24,25および板ばね26が積層して収容されている。In the housing 20, the heater 22, the radiation fins 23, the electrode plates 24 and 25, and the plate spring 26 are stacked and accommodated.

ヒータ22は第４図に示すように、PTC（正特性半導体
サーミスタ）セラミックからなり、このPTCセラミック
ヒータ22はたとえば平板形状に形成されている。このPT
Cセラミックヒータ22の両面には無電解メッキによるニ
ッケルオーミック電極およびその電極を被覆する耐食性
に優れたAgとPdからなる電極面27,28が形成されてい
る。なお、本実施例のPTCセラミックヒータ22はBa,Pb,T
iを主成分とし、キュリー温度がたとえば150℃のものが
使用されている。As shown in FIG. 4, the heater 22 is made of PTC (Positive Characteristic Semiconductor Thermistor) ceramic, and the PTC ceramic heater 22 is formed in a flat plate shape, for example. This PT
A nickel ohmic electrode by electroless plating and electrode surfaces 27, 28 made of Ag and Pd, which have excellent corrosion resistance and cover the electrode, are formed on both surfaces of the C ceramic heater 22. The PTC ceramic heater 22 of this embodiment is made of Ba, Pb, T
A material whose main component is i and whose Curie temperature is 150 ° C. is used.

上記PTCセラミックヒータ22の一方の電極面27には前
記一方の電極板24が接触されており、また他方の電極面
28にはコルゲートフィン23が接合されている。このフィ
ン23の他側には、上記他方の電極板25が接触されてい
る。The one electrode surface 24 of the PTC ceramic heater 22 is in contact with the one electrode plate 24, and the other electrode surface 27 is also in contact with the other electrode surface.
The corrugated fin 23 is joined to 28. The other electrode plate 25 is in contact with the other side of the fin 23.

そしてまた各電極板24,25のそれぞれ他側面にも他の
コルゲートフィン23,23が積層されている。Further, other corrugated fins 23, 23 are laminated on the other side surfaces of the electrode plates 24, 25, respectively.

このようなコルゲートフィン23…はハウジング20内を
多数の小流路に区画しており、これら各小流路は上流端
および下流端がそれぞれ上記ハウジング20のオイル入口
21およびオイル出口に向かい、これらオイル入口21およ
びオイル出口の直前で集合されてこれらオイル入口21お
よびオイル出口に連通している。Such corrugated fins 23 ... Divide the inside of the housing 20 into a large number of small flow passages, and each of these small flow passages has an oil inlet of the housing 20 at an upstream end and a downstream end.
21 and the oil outlet, the oil inlet 21 and the oil outlet are gathered immediately before the oil inlet 21 and the oil outlet to communicate with the oil inlet 21 and the oil outlet.

このように積層してなるヒータ22、フィン23…および
電極板24,25は、ハウジング20内に収容され、一方から
板ばね26によって押圧されることによりハウジング20内
に保持されている。The heater 22, the fins 23, ... And the electrode plates 24, 25 which are laminated in this manner are housed in the housing 20, and are held in the housing 20 by being pressed by the plate spring 26 from one side.

このような構成における作用について説明する。 The operation of such a configuration will be described.

電極板24,25を電源に接続してこれら電極板24,25間に
電圧を印加すると、PTCセラミックヒータ22が発熱す
る。この熱は、コルゲートフィン23…にも伝達され、各
フィン23…の表面温度が上昇する。When the electrode plates 24 and 25 are connected to a power source and a voltage is applied between the electrode plates 24 and 25, the PTC ceramic heater 22 generates heat. This heat is also transmitted to the corrugated fins 23 ... And the surface temperature of each fin 23 increases.

一方、オイルポンプ６の作動によりオイルパン７内の
エンジンオイルがオイルストレーナ８、オイルフィルタ
９を経てハウジング20のオイル入口21より流入してくる
と、このエンジンオイルはコルゲートフィン23…にて区
画された多数の小流路に分かれて流れ、出口側で集合し
て流れ出す。On the other hand, when the engine oil in the oil pan 7 flows in from the oil inlet 21 of the housing 20 through the oil strainer 8 and the oil filter 9 by the operation of the oil pump 6, the engine oil is partitioned by the corrugated fins 23 ... It flows into a large number of small channels, and it gathers on the outlet side and flows out.

このときエンジンオイルは、高温となっているヒータ
22の表面およびフィン23…の表面に接し、よってこれら
ヒータ22およびフィン23…から熱を奪って温度上昇す
る。At this time, the engine oil is heated to a high temperature.
The surfaces of the heaters 22 and the fins 23 are in contact with each other, and thus heat is taken from the heaters 22 and the fins 23 and the temperature rises.

このようにオイル加熱装置10を通過するときに加熱さ
れて最適温度となったエンジンオイルは、粘度が低くな
り、オイルポンプ６を通じてエンジン内や各潤滑系部品
13…に分配供給される。したがって寒冷時にエンジンオ
イルを加熱し、低粘度化して供給すれば、エンジンの始
動性を大幅に向上させるとともに、摩擦力を低減して損
失馬力を少くすることができ、燃費の向上が可能にな
る。The engine oil that has been heated to the optimum temperature when passing through the oil heating device 10 has a low viscosity, and the oil inside the engine and various lubricating system parts is passed through the oil pump 6.
It is distributed and supplied to 13 ... Therefore, when engine oil is heated and supplied with low viscosity in cold weather, engine startability can be greatly improved and frictional force can be reduced to reduce horsepower loss, thereby improving fuel efficiency. .

しかも、PTCセラミックヒータ22は、温度が上昇する
と自己の抵抗値が増大するものであり、たとえば150℃
のキュリー点に設定したものは、周囲温度、すなわちエ
ンジンオイルの温度が150℃付近に達するとPTCセラミッ
クヒータ22自身に電流が通れなくなり、自動的に発熱を
停止する。したがってこのヒータ22は定温度ヒータとな
り、安全性が高いばかりでなく、格別な温度制御手段を
必要としないから加熱装置10全体の構造が簡単になり、
コストダウンが可能になる。Moreover, the PTC ceramic heater 22 has its own resistance value that increases as the temperature rises.
When the ambient temperature, that is, the temperature of the engine oil reaches about 150 ° C., no current can be passed to the PTC ceramic heater 22 itself and the heat generation is automatically stopped. Therefore, this heater 22 becomes a constant temperature heater, which is not only high in safety but also requires no special temperature control means, which simplifies the entire structure of the heating device 10.
Cost reduction is possible.

しかも、ハウジング20に流入したエンジンオイルは、
コルゲートフィン23…により区画された多数の小流路内
を分かれて流れ、各小流路内でコルゲートフィン23の表
面やヒータ22の表面に接するから、これら温度の高いコ
ルゲートフィン23やヒータ22との接触面積が大きくな
り、熱交換効率が向上する。特にエンジンオイルは、コ
ルゲートフィン23…により区画された多数の小流路内を
分かれて流れ、各小流路内でコルゲートフィン23の表面
やヒータ22の表面に接するから流速分布および温度分布
が均等になり、熱交換性が良好になる。Moreover, the engine oil flowing into the housing 20 is
Since the corrugated fins 23 and the heater 22 are in contact with the surface of the corrugated fins 23 and the surface of the heater 22 in each of the small channels, the corrugated fins 23 and the heater 22 have high temperatures. The contact area is increased and the heat exchange efficiency is improved. In particular, the engine oil flows in a large number of small channels divided by the corrugated fins 23, and contacts the surface of the corrugated fins 23 and the surface of the heater 22 in each small channel, so that the flow velocity distribution and the temperature distribution are uniform. And the heat exchange property is improved.

第６図には、本発明のエンジンオイル加熱装置10を用
いた場合、オイルポンプ６内に導入されるエンジンオイ
ルの温度変化について示してある。この特性図から、安
定運転が得られるとされる100℃に達するまでの時間
は、エンジンヒータ加熱装置を装着しない従来の車両で
はエンジン始動後約10分もかかっているのに対し、本発
明によるものは約２分間で100℃に到達し、従来の1/5の
時間短縮が実現できることがわかる。FIG. 6 shows the temperature change of the engine oil introduced into the oil pump 6 when the engine oil heating device 10 of the present invention is used. From this characteristic diagram, it takes about 10 minutes after starting the engine in the conventional vehicle not equipped with the engine heater heating device until the temperature reaches 100 ° C., which is considered to achieve stable operation. It can be seen that the product reaches 100 ° C in about 2 minutes, and the time can be shortened to 1/5 of the conventional time.

上記実施例の板ばね26は、温度変化によるフィン23の
熱膨脹、収縮を吸収するとともに、振動を吸収して破損
を防止する作用もある。The leaf spring 26 of the above-mentioned embodiment absorbs thermal expansion and contraction of the fin 23 due to temperature change, and also absorbs vibration to prevent damage.

なお、本発明は上記の実施例に制約されるものではな
く、特許請求の範囲に記載した主旨の範囲で種々の変更
が可能である。It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims.

すなわち、たとえばPTCセラミックヒータは、平板状
角形のものに限らず、円板形、リング形、ハニカム形な
どであってもよく、また１枚のPTCセラミックヒータに
限らず複数枚を用いてもよい。That is, for example, the PTC ceramic heater is not limited to the flat plate-shaped one, and may be a disc type, a ring type, a honeycomb type, or the like, and it is not limited to one PTC ceramic heater and a plurality of PTC ceramic heaters may be used. .

また、ハウジング20の形状は、円形、球形などであっ
てもよい。The shape of the housing 20 may be circular, spherical, or the like.

そしてまた、加熱装置10の設置場所は、オイルパン
内、オイルパンとオイルフィルタの間、オイルポンプと
エンジンとの間など、オイル循環系の途中であればどこ
であってもよい。Further, the heating device 10 may be installed anywhere in the oil pan, between the oil pan and the oil filter, between the oil pump and the engine, as long as it is in the oil circulation system.

さらにまた、本発明はエンジンオイルの加熱装置に限
らず、流れている流体の加熱装置であれば適用可能であ
る。Furthermore, the present invention is not limited to the engine oil heating device, but can be applied to any flowing fluid heating device.

［発明の効果］ 以上説明した通り本発明によれば、流路を流れる液体
をPTCセラミックヒータにより直接加熱するようにした
から、短時間の内に上記ヒータに設定したキュリー温度
近くまで液体を温度上昇させることができる。そして、
PTCセラミックヒータは上記キュリー点付近に達すると
自動的に発熱を停止するから、熱的安全性が高く、かつ
格別な温度制御手段は必要としないので構成が簡単にな
る。しかも、流路に流れ込んだ液体はコルゲートフィン
により区画された多数の小流路内を分かれて流れ、各小
流路内でコルゲートフィンの表面およびPTCセラミック
ヒータに接するから、コルゲートフィンやヒータとの接
触面積が大きくなり、さらに流速分布および速度分布が
均等になるから、熱交換効率が向上する。[Effects of the Invention] According to the present invention as described above, since the liquid flowing through the flow path is directly heated by the PTC ceramic heater, the liquid is heated to near the Curie temperature set in the heater within a short time. Can be raised. And
Since the PTC ceramic heater automatically stops heat generation when it reaches the vicinity of the Curie point, it has high thermal safety and does not require any special temperature control means, so that the structure is simple. Moreover, since the liquid that has flowed into the flow path divides into a large number of small flow paths partitioned by the corrugated fins and contacts the surface of the corrugated fins and the PTC ceramic heater in each small flow path, Since the contact area becomes large and the flow velocity distribution and velocity distribution become uniform, the heat exchange efficiency improves.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

図面は本発明の一実施例を示し、第１図はオイル加熱装
置の外観を示す斜視図、第２図は断面図、第３図は内部
構成部材の斜視図、第４図はPTCセラミックヒータの斜
視図、第５図はエンジンの潤滑系統を示す構成図、第６
図は特性である。 １……ピストン、６……オイルポンプ、７……オイルパ
ン、８……オイルストレーナ、９……オイルフィルタ、
10……オイル加熱装置、20……ハウジング、21……オイ
ル入口、22……PTCセラミックヒータ、23……コルゲー
トフィン、24,25……電極板、26……板ばね。The drawings show one embodiment of the present invention, FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of an oil heating apparatus, FIG. 2 is a sectional view, FIG. 3 is a perspective view of internal components, and FIG. 4 is a PTC ceramic heater. FIG. 5 is a configuration diagram showing an engine lubrication system, FIG.
The figure is the characteristic. 1 ... Piston, 6 ... Oil pump, 7 ... Oil pan, 8 ... Oil strainer, 9 ... Oil filter,
10 …… Oil heating device, 20 …… Housing, 21 …… Oil inlet, 22 …… PTC ceramic heater, 23 …… Corrugated fin, 24,25 …… Electrode plate, 26 …… Leaf spring.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丹羽 準 刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電装株 式会社内 (72)発明者 三輪 直人 刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電装株 式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−153962（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−111110（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−25842（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−26346（ＪＰ，Ｕ) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Jun Niwa, 1-1, Showamachi, Kariya city, Nippon Denso Co., Ltd. (72) Inventor, Naoto Miwa, 1-1, Showamachi, Kariya city, Nippondenso Co., Ltd. ( 56) References JP-A-59-153962 (JP, A) JP-A-62-111110 (JP, A) Actually opened Sho-60-25842 (JP, U) Actually opened 56-26346 (JP, U)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】液体の流路にヒータを設けて液体を加熱す
る装置において、上記ヒータとして液体に直接接触する
PTC（正特性サーミスタ）セラミックを用いるととも
に、このPTCセラミックにコルゲートフィンを熱伝導可
能に接合し、このコルゲートフィンにより上記流路を複
数の小流路に区画し、これら各小流路の上流端および下
流端はそれぞれ上記流路の上流および下流に向いている
ことを特徴とする液体の加熱装置。1. An apparatus for heating a liquid by providing a heater in a liquid flow path, which directly contacts the liquid as the heater.
A PTC (Positive Characteristic Thermistor) ceramic is used, and a corrugated fin is joined to this PTC ceramic so as to be able to conduct heat. The corrugated fin divides the flow path into a plurality of small flow paths. A liquid heating device, characterized in that the downstream end faces upstream and downstream of the flow path, respectively.