JP6106078B2 - ヒータ及びヒートポンプシステム - Google Patents

Description

本発明は、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子を発熱源に用いたヒータ及びヒートポンプシステムに関する。

従来の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、エンジン始動時はエンジン冷却水の温度が低いことなどから補助熱源として電気式ヒータも使われる。また、今後、電気自動車の普及が進むのに伴い電気式ヒータの搭載が促進されるものと思われる。

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２００８−７１０６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、熱効率が悪く、液体が流れるタンクを構成する部品点数が多くなり、結果として重くなり、省スペース化、コストダウンが難しくなる。また、電気的に導通している部分が液体中に浸漬している状態になるので、漏電の可能性も懸念される。

そこで、液体が流れるパイプ部分と、電気的に導通しているＰＴＣ発熱ユニットが完全に分離されている形での加熱装置が望ましい。しかしながら、従来知られているようなパイプ側面にＰＴＣ発熱素子を単純に貼り付けただけでは、効率の良い熱伝導が得られない。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、より効率よく流体を加熱でき、且つ実使用上の信頼性、安全性に優れ、軽量化、省スペース化、コストダウンを可能としたヒータ及びヒートポンプシステムを提供する。

本発明の一態様によれば、流体が流れる流路と、前記流路の外側に設けられ、それぞれに発熱ユニットが収容された複数の筒部とを有する金属製の本体であって、前記流路と前記筒部との間の部分、および前記筒部が同じ金属材料で一体に連続している本体と、前記筒部の端部を閉塞する封止体と、を備え、前記発熱ユニットは、電極面を有するＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子と、前記電極面に接着された電極板と、前記電極板と、前記筒部の内壁との間に設けられ、前記電極板に重ね合わされた絶縁体と、を有し、前記複数の筒部は、前記流路を挟んで対向する位置に設けられた少なくとも一対の筒部を有し、前記複数の筒部内にそれぞれ収容された複数の前記発熱ユニットは、前記流路を挟んで対向する位置に設けられた少なくとも一対の発熱ユニットを有し、前記発熱ユニットは、前記流路を挟んで対向する前記一対の筒部を結ぶ方向に前記筒部の内壁間に狭圧され、前記流路と前記発熱ユニットとの間には、隙間がなく、一体構造の前記金属製の本体のみからなる連続した熱伝導経路が設けられていることを特徴とするヒータが提供される。

本発明によれば、より効率よく流体を加熱でき、且つ実使用上の信頼性、安全性に優れ、軽量化、省スペース化、コストダウンが可能となる。

（ａ）及び（ｂ）は、実施形態のヒータの外観図。 図１におけるＡ−Ａ拡大断面図。 図２における要部の拡大図。 筒部内の発熱ユニットの模式平面図。 実施形態のヒータを用いた車載温水ヒータシステムの模式図。 （ａ）〜（ｃ）は、流路の他の具体例を表す模式断面図。 図２に示す部分の他の具体例を示す断面図。 実施形態のヒータの変形例の模式断面図。 （ａ）及び（ｂ）は、実施形態のヒータの電極取出部を示す模式図。 実施形態のヒータの模式側面図。 実施形態のヒータを用いたヒートポンプシステムの模式図。 実施形態のヒータを用いたヒートポンプシステムの模式図。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。

図１（ａ）は実施形態のヒータ１の外観斜視図であり、図１（ｂ）はそのヒータ１の側面図である。
図２は、図１（ｂ）におけるＡ−Ａ拡大断面図である。

ヒータ１は、本体１１と、本体１１が延びる長手方向の両端部に設けられた封止体２３とを有する。本体１１は、例えばアルミニウムなどの金属製である。封止体２３は、例えば樹脂等のキャップである。

本体１１の中心軸近傍には、図２に示すように、流路５０が形成されている。流路５０は、本体１１の長手方向に沿って、その長手方向を貫通して形成されている。

本体１１の長手方向の両端部には、それぞれ、入口部２１と出口部２２が本体１１に一体に設けられている。入口部２１及び出口部２２はそれぞれ封止体２３の外部に突出している。

入口部２１は筒状に形成され、その内部は流路５０に通じている。出口部２２も筒状に形成され、その内部は流路５０に通じている。

本体１１の側面側には、筒部１２が設けられている。図２に示すように、筒部１２は、流路５０の外側に一体に設けられている。流路５０のまわりに、例えば９０°置きに４つの筒部１２が設けられている。

入口部２１及び出口部２２も含めて本体１１は、例えば押し出し成形にて一体に形成される。

筒部１２の内部には断面矩形状の中空部３５が形成されている。中空部３５は、流路５０と同様に、本体１１の長手方向に延びている。中空部３５には、発熱ユニット１０が収容されている。

図３は、ある１つの筒部１２内に収容された発熱ユニット１０の断面図を表す。図４は、図３において下方から見た筒部１２の平面図に対応する。

発熱ユニット１０は、発熱素子としてＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子１６を有する。ＰＴＣ素子１６は、正温度特性をもったセラミック素子であり、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、例えば四角い薄板片状に形成され、その表裏両面には、例えば銀やアルミニウムなどの金属からなる電極面１６ａが形成されている。複数のＰＴＣ素子１６が、筒部１２の内部で筒部１２の長手方向に沿って配置されている。

ＰＴＣ素子１６の一対の電極面１６ａには、それぞれ、電極板４１、４２が接着されている。ＰＴＣ素子１６は、一対の電極板４１、４２に挟み込まれている。一対の電極板４１、４２には、それぞれ逆極性の電圧が印加される。

電極板４１、４２は、筒部１２の内部でＰＴＣ素子１６の電極面１６ａに重ね合わされている。電極板４１、４２と電極面１６ａとは、熱伝導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。

ＰＴＣ素子１６の表裏面に、例えばアルミニウムを溶射することで電極面１６ａが形成される。あるいは、ＰＴＣ素子１６の表裏面に、例えば銀ペーストを塗布することで、電極面１６ａが形成される。または、ＰＴＣ素子１６の表裏面に銀ペーストを塗布した後に、アルミニウムを溶射することで、電極面１６ａが形成される。このため、電極面１６ａには微細な凹凸が形成される。

したがって、電極面１６ａと電極板４１、４２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電極板４１、４２に接し、ＰＴＣ素子１６と電極板４１、４２との導通は確保できる。なお、接触抵抗の低減には、アルミニウムの溶射がより望ましい。

電極板４１、４２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である。絶縁シート２１の両端縁部２１ａ、２１ｂは互いに重ね合わされ、絶縁シート２１は、ＰＴＣ素子１６に接着された電極板４１、４２を覆っている。

筒部１２は、流路５０側に設けられた内側内壁３１と、その反対側に設けられた外側内壁３２とを有する。ＰＴＣ素子１６は、一方の電極面１６ａを内側内壁３１側、すなわち流路５０側に向け、他方の電極面１６ａを外側内壁３２側に向けている。

一方の電極板４１は、内側内壁３１と一方の電極面１６ａとの間に介在され、他方の電極４２は、他方の電極面１６ａと外側内壁３２との間に介在されている。

絶縁シート２１の両端縁部２１ａ、２１ｂを、ＰＴＣ素子１６の電極面１６ａと、内側内壁３１との間ではなく、筒部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から流路５０への熱伝達効率の低下を抑制できる。

筒部１２は、互いに対向する内側内壁３１及び外側内壁３２と、それらに対して略直角に形成され、互いに対向する一対の側面１２ｂとを有する扁平形状に形成されている。内側内壁３１及び外側内壁３２の方が側面１２ｂより幅が広く面積が大きい。

ＰＴＣ素子１６及び電極板４１、４２は、絶縁シート２１で周囲を覆われた状態で、筒部１２の内部に収容される。一方の電極面１６ａと内側内壁３１との間には、電極板４１と絶縁シート２１が狭圧されている。他方の電極面１６ａと外側内壁３２との間には、電極板４２と絶縁シート２１が狭圧されている。

絶縁シート２１で包んだＰＴＣ素子１６及び電極板４１、４２を筒部１２の中に挿入した後、内側内壁３１と外側内壁３２とを結ぶ方向に機械的圧力を加えて筒部１２を押しつぶす。これにより、ＰＴＣ素子１６、電極板４１、４２及び絶縁シート２１は、内側内壁３１と外側内壁３２との間で狭圧された状態となり、筒部１２内で固定される。

したがって、ＰＴＣ素子１６の電極面１６ａと、流路５０との間には隙間が形成されず、金属製の本体１１の一部３３が一体に介在される。このため、ＰＴＣ素子１６と流路５０を流れる液体との間に、空気層が介在しない熱伝達経路を広い面積にわたって確保することができ、熱伝達効率を向上できる。

筒部１２の側面１２ｂには、長手方向に沿って溝、もしくはくぼみが形成されているため、筒部１２を押しつぶしたときに側面１２ｂが外側に膨らんでしまうのを防ぐことができる。

図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、筒部１２の両端部の開口には、電気絶縁性、防水性及び耐熱性を有する封止体２３が設けられる。また、筒部１２と封止体２３との間の隙間には、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が充填される。これにより、筒部１２の内部への液体の浸入が防止される。

電極板４１、４２のそれぞれの一端部には後述する電気ケーブルが接続され、その電気ケーブルは封止体２３を貫通して外部に導出される。外部に導出された電気ケーブルは、電源と接続される。電気ケーブルが封止体２３を貫通する部分には、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が充填される。

実施形態における筒部１２の端部を閉塞する封止体は、封止体２３と、筒部１２と封止体２３との間の隙間に充填される例えばシリコーン系の封止材と、電気ケーブルが封止体２３を貫通する部分に充填される例えばシリコーン系の封止材と、を含む。

本実施形態のヒータ１は、例えば自動車に搭載して、車内暖房用のヒータとして用いることができる。そして、自動車に搭載されたバッテリからの電力が、電気ケーブル及び電極板４１、４２を介して、ＰＴＣ素子１６に供給され、ＰＴＣ素子１６が発熱する。

この熱は、電極板４１、４２及び絶縁シート２１を介して、金属製の本体１１へと伝わり、さらに流路５０を流れる液体に伝わる。流路５０内には、例えば水、不凍液などの液体が導入される。液体は、入口部２１から流路５０内に流入して、流路５０を流れる。

流路５０を流れる液体は、発熱ユニット１０によって加熱された本体１１における流路５０と筒部１２との間の部分３３との熱交換により加熱され、出口部２２から温水として外部に流出する。

流路５０及び筒部１２を有する本体１１は、例えば押し出し成形で形成された一体物であり、流路５０と筒部１２との間の部分３３、および筒部１２は同じ金属材料で一体に連続している。また、流路５０には、本体１１と別体のパイプは設けられていない。したがって、内側内壁３１と流路５０との間には同じ材料の一体の金属が連続して介在している。また、発熱ユニット１０は、筒部１２内で狭圧され、発熱ユニット１０は内側内壁３１に対して空気層を介在させずに密着している。そのため、発熱ユニット１０の熱を効率よく、流路５０を流れる液体に伝達することができる。

ＰＴＣ素子１６は冷えれば冷えるほどエネルギーを放出するという特性を有する。そのため、より温度が低い液体が流れる流路５０側から効率的に発熱ユニット１０の熱が奪われ、結果として、筒部１２の外側内壁３２側から流路５０の反対側に逃げる熱量は抑えられる。

また、本体１１において、流路５０と内側内壁３１との間の部分３３の体積は、外側内壁３２よりも外側の部分３４の体積よりも大きい。このため、図２において矢印Ａで表すように、本体１１において流路５０の反対側の部分３４に伝わった熱は、流路５０に向かう経路の断面積がより大きくされた部分３３を介して効率よく流路５０に伝わることができる。

以上説明したＰＴＣ素子１６の特性、および本体１１の構造の工夫により、発熱ユニット１０が流路５０の外側に位置していても、発熱ユニット１０のエネルギーのほとんどは、内側の流路５０側に向かって伝達する。すなわち、流路５０の反対側に逃げる熱を抑えつつ、効率よく液体を加熱することができる。

本発明者等は、実施形態のヒータ１を使って以下の実験を行った。

発熱ユニット１０に電力を供給する前の初期状態において、流水の入口水温は９．０℃、環境温度は１８℃、流水量は１０リットル／分であった。

そして、印加電圧を直流３５０Ｖ、電流値を９．２Ａ、電力量を３２２０Ｗとして、発熱ユニット１０に電力を供給した状態で、流水の出口水温は１３．６℃になった。

熱量（Ｊ）＝４．２×水の質量（ｇ）×水の上昇温度（℃）であるため、熱量（Ｊ）は、４．２×１００００（ｇ）×４．６（℃）＝１９３２００（Ｊ）となる。
また、電力量（Ｊ）＝電力（Ｗ）×時間（秒）であるため、１９３２００（Ｊ）／６０秒（分）＝３２２０（Ｗ）となる。

すなわち、３２２０Ｗの電気エネルギーを３２２０Ｗの熱量に変換できたことになり、効率は１００％となる。

従来、発熱体を収容した金属から、液体などの媒体に熱を伝達するには、放熱板などを取り付けて、接触面積を大きくすることが行われていた。これに対して、本実施形態では、接触面積を大きく確保するのではなく、ＰＴＣ素子１６の特性を利用しつつ、上記部分３３の体積を大きく確保することにより、発熱ユニット１０から発生した熱を効率的に液体に伝達することを実現した。

液体が効率よく熱を奪うことで、１枚あたりのＰＴＣ素子１６の出力を極限まで取り出すことが可能となる。したがって、使用するＰＴＣ素子１６の数の低減を図れる。この結果、ヒータ全体の軽量化、省スペース化、低コスト化が可能となり、社会に大きく貢献できる。

図２に示すように、ヒータ１は、例えば金属製のケース６０内に収容される。あるいは、ケース６０は樹脂製であってもよい。

ヒータ１は、その両端部の封止体２３もしくは入口部２１及び出口部２２が、ケース６０の壁部に両持ち支持される。すなわち、ヒータ１の両端部がケース６０に支えられて、本体１１はケース６０の内部空間に浮いた状態となっている。したがって、本体１１の外側表面は、ケース６０の内壁と接触せず、本体１１とケース６０の内壁との間には、隙間が存在する。

このため、本体１１の熱がケース６０及びその外側に逃げにくい。また、本体１１がケース６０で覆われることで、加熱された本体１１の表面に人や物が触れてしまうことを防ぐことができ、安全性を高めることができる。

本体１１とケース６０との間には、断熱層として、空気を介在させてもよいし、あるいは例えばフロンガスなどのより断熱性が高いガスを介在させてもよい。

あるいは、図７に示すように、本体１１の外側表面を、例えばシリコーン系のスポンジ状の断熱材７０で覆ってもよい。この場合、ケース６０はなくてもよい。

また、本実施形態では、ＰＴＣ素子１６及びＰＴＣ素子１６に接する電極板４１、４２は、封止体２３によって密閉される筒部１２内部に収容され、外部に露出していない。また、電極板４１、４２と筒部１２の内壁との間には絶縁シート２１が介在されているので、筒部１２は通電されない。高い熱交換効率を得つつ、なおかつ高い安全性及び信頼性が得られる。

次に、図５は、実施形態の車載温水ヒータシステムを示す模式図である。

図５は、前述したヒータ１を自動車等の車両に取り付けた具体例を表す。入口部２１及び出口部２２は、循環路６に接続される。

循環路６は管路６ａ〜６ｄを有する。管路６ａは、出口部２２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と入口部２１とを接続する。

また、循環路６及びヒータ１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、ヒータ１内及び循環路６を、図５において白矢印で示す方向に液体が循環する。

このとき、車両に搭載されたバッテリーから、ヒータ１の発熱ユニット１０に電力を供給することで発熱ユニット１０が発熱し、流路５０内の液体が加熱される。この加熱により生成された温水は出口部２２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。

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５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、流入部５１、流路５０内、出口部２２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発熱ユニット１０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。

流路５０の内壁に凹凸を形成することで、その内壁と液体との接触面積を大きくして、熱交換効率をより高めることができる。

例えば、図６（ａ）は、星形形状の凹凸を内壁に形成した流路５１を表す。また、図６（ｂ）は、波形形状の凹凸を内壁に形成した流路５２を表す。

あるいは、図６（ｃ）に示すように、断面が十字状の流路５３にして、液体との接触面積を増大させてもよい。

また、筒部１２は、角筒状の扁平形状に限らず、楕円もしくは円形状であってもよい。ＰＴＣ素子１６と内側内壁３１との間の距離が短いほど、本体１１の部分３３への熱伝達効率を高くすることができる。

筒部１２及び発熱ユニット１０のそれぞれの数は４つに限らず、求められるヒータ１の大きさや出力に応じて任意である。例えば、図８に示すように、筒部１２及び発熱ユニット１０の組み合わせは２つでもよい。図８に示す例では、本体７１において流路５０を挟んで対向する位置に筒部１２及び発熱ユニット１０が設けられている。

実施形態のヒータ１は、車載以外の用途にも広く適用でき、いずれの用途にしても、小型、シンプル且つ低コストな構成にて、効率良く液体を加熱して、温水を生成できる。

次に、電極板４１、４２の取出構造について説明する。

図９（ａ）は、図１（ａ）及び（ｂ）に示す一対の封止体２３のうちの一方（図９（ａ）においては符号２３ａで表す）の外側の端面図である。

本体１１における例えば前述した出口部２２が、封止体（第１の封止体）２３ａの中央を貫通して外部に突出している。その出口部２２が封止体２３ａを貫通する部分には、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９１が設けられている。

封止体２３ａの端面の外周側には、ひとつながりの電極連結プレート７２が設けられている。封止体２３ａの端面において、電極連結プレート７２よりも内側（中央側）には、４つのスリット７４が形成されている。４つのスリット７４はそれぞれ４つの筒部１２の位置に対応する位置に形成されている。

各スリット７４からは、電極端子４３が突出している。電極端子４３は、発熱ユニット１０が有する一対の電極板４１、４２のいずれか一方の電極板（例えば負極側電極板）の端部に一体に設けられている。

各電極端子４３は、電極連結プレート７２側に折り曲げられて、電極連結プレート７２の下に重ね合わされている。そして、電極端子４３と電極連結プレート７２とは、ネジ８１によって、封止体２３ａに対して共締め固定されている。

したがって、４つの発熱ユニット１０のそれぞれの負極側電極板は、共通の電極連結プレート７２に電気的に接続されている。さらに、４つのネジ止め部のうちの一つには、電気ケーブル８５の一端部８５ａもネジ止めされている。したがって、４つの発熱ユニット１０のそれぞれの負極側電極板は、共通の電気ケーブル８５に電気的に接続されている。

図９（ｂ）は、封止体２３ａとは反対側（流路５０の長手方向の反対側）の端部に設けられた封止体（第２の封止体）２３ｂの外側の端面図である。

本体１１における例えば前述した入口部２１が、封止体２３ｂの中央を貫通して外部に突出している。その入口部２１が封止体２３ｂを貫通する部分には、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９２が設けられている。

封止体２３ｂの端面の外周側には、２つの電極連結プレート７７、７８が設けられている。２つの電極連結プレート７７、７８は空間的にも電気的にもつながっていない。

封止体２３ｂの端面において、電極連結プレート７７、７８よりも内側（中央側）には、４つのスリット７５が形成されている。４つのスリット７５はそれぞれ４つの筒部１２の位置に対応する位置に形成されている。

各スリット７５からは、電極端子４４が突出している。電極端子４４は、発熱ユニット１０が有する一対の電極板４１、４２の他方の電極板（例えば正極側電極板）の端部に一体に設けられている。

４つの電極端子４４のうち２つは、電極連結プレート７７側に折り曲げられて、電極連結プレート７７の下に重ね合わされている。そして、電極端子４４と電極連結プレート７７とは、ネジ８２によって、封止体２３ａに対して共締め固定されている。

４つの電極端子４４のうち他の２つは、電極連結プレート７８側に折り曲げられて、電極連結プレート７８の下に重ね合わされている。そして、電極端子４４と電極連結プレート７８とは、ネジ８２によって、封止体２３ａに対して共締め固定されている。

すなわち、４つの発熱ユニット１０のそれぞれの正極側電極板のうち２つは、電極連結プレート７７に電気的に接続されている。他の２つの正極側電極板は、電極連結プレート７８に電気的に接続されている。

電極連結プレート７７における２つのネジ止め部のうちの一つには、電気ケーブル８６の一端部８６ａもネジ止めされている。したがって、４つの発熱ユニット１０のそれぞれの正極側電極板のうち２つは、電気ケーブル８６に電気的に接続されている。

電極連結プレート７８における２つのネジ止め部のうちの一つには、電気ケーブル８７の一端部８７ａもネジ止めされている。したがって、他の２つの正極側電極板は、電気ケーブル８７に電気的に接続されている。

なお、４つの正極側電極板も、負極側と同様に、１つにまとめてもよい。
正極側電極板を複数系統に分けると、複数の発熱ユニット１０間で与える電力を異ならせることができる。すなわち、状況に応じて一部の発熱ユニット１０だけを発熱させたり、一部の発熱ユニット１０の発熱量を他よりも上げるまたは下げる制御が可能になる。

図９（ａ）に示す負極側の電気ケーブル８５は、封止体２３ａの端面に形成された貫通孔７３を通じて、本体１１の側面側に導出される。

そして、図１０に示すように、本体１１の側面には筒状のケーブルガイド１００が設けられている。ケーブルガイド１００は、電気絶縁性及び耐熱性を有し、例えば石英管である。

電気ケーブル８５は、そのケーブルガイド１００の内部を通されて、図９（ｂ）に示す他方の封止体２３ｂの端面に形成された貫通孔７６を通じて、封止体２３ｂの端面側に導かれる。

したがって、すべての電気ケーブル８５、８６、８７を、同じ端面側から本体１１の外部に導出させることができる。また、前述した電極連結プレート７２、７７、７８を使うことで、外部に引き出される電気ケーブルの本数を少なくすることができる。したがって、実施形態によれば、電気ケーブル８５、８６、８７と外部電源との接続作業が容易になる。

また、正極側の電極連結プレート７７、７８を本体１１における長手方向の一方の端部に設け、負極側の電極連結プレート７２を本体１１における長手方向の他方の端部に設けている。この電極取出構造は、正負両極の電極連結プレートを本体１１の同じ端部に設けた構造に比べて、正負の電極間の沿面距離を長くでき、高い安全性が確保できる。また、実施形態の電極取出構造は、正負両極の電極連結プレートが本体１１の同じ端部に設けられた構造に比べて、本体１１の端部における電極取出部の面積を小さくでき、ヒータ１全体の小型化を図れる。

次に、実施形態のヒータ１をヒートポンプシステムに適用した具体例について説明する。

図１１は、そのヒートポンプシステムの模式図である。このヒートポンプシステムは、２つの熱交換器１０１、１０５と、膨張弁１０３と、圧縮機１０７と、前述した実施形態のヒータ１とを含む。

このシステム内を冷媒が循環する。冷媒は、圧縮機１０７で圧縮されて、高温高圧ガスの状態で配管１０８を通じて熱交換器１０１に送られる。そして、熱交換器１０１における、加熱対象の流体（空気や液体）との熱交換により、上記冷媒は凝縮され、高温高圧の液体の状態で、配管１０２を通じて膨張弁１０３に送られる。

膨張弁で膨張された冷媒は、低温低圧の液体の状態で、配管１０４を通じて熱交換器１０５に送られる。熱交換器１０５における大気などとの熱交換により、上記冷媒は蒸発され、低温低圧ガスの状態で、配管１０６を通じて圧縮機１０７に送られ、以上説明したサイクルが繰り返される。

ヒータ１は、圧縮機１０７と熱交換器１０１との間の配管１０８に接続され、圧縮機１０７から熱交換器１０１に送られる圧縮ガスを加熱する。すなわち、ヒータ１は、圧縮機１０７と熱交換器１０１との間の経路における冷媒加熱を補助する。

ヒータ１の前述した流路５０内を圧縮ガスが流れ、そのガスは発熱ユニット１０によって加熱される。すなわち、ヒータ１は、液体に限らず、気体の加熱にも有効である。

また、ヒータ１は、図１２に示すように、熱交換器１０１と膨張弁１０３との間の配管１０２に接続して、その配管１０２を流れる液体を加熱してもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…ヒータ、１０…発熱ユニット、１１…本体、１２…筒部、１６…ＰＴＣ素子、１６ａ…電極面、２１…絶縁シート、３１…内側内壁、３２…外側内壁、４１…電極板、５０〜５３…流路

Claims (7)

1. 流体が流れる流路と、前記流路の外側に設けられ、それぞれに発熱ユニットが収容された複数の筒部とを有する金属製の本体であって、前記流路と前記筒部との間の部分、および前記筒部が同じ金属材料で一体に連続している本体と、
   前記筒部の端部を閉塞する封止体と、
   を備え、
   前記発熱ユニットは、
   電極面を有するＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子と、
   前記電極面に接着された電極板と、
   前記電極板と、前記筒部の内壁との間に設けられ、前記電極板に重ね合わされた絶縁体と、
   を有し、
   前記複数の筒部は、前記流路を挟んで対向する位置に設けられた少なくとも一対の筒部を有し、前記複数の筒部内にそれぞれ収容された複数の前記発熱ユニットは、前記流路を挟んで対向する位置に設けられた少なくとも一対の発熱ユニットを有し、
   前記発熱ユニットは、前記流路を挟んで対向する前記一対の筒部を結ぶ方向に前記筒部の内壁間に狭圧され、前記流路と前記発熱ユニットとの間には、隙間がなく、一体構造の前記金属製の本体のみからなる連続した熱伝導経路が設けられていることを特徴とするヒータ。
2. 前記ＰＴＣ素子は、前記電極面を前記流路側に向けていることを特徴とする請求項１記載のヒータ。
3. 前記筒部は、前記流路側に設けられた内側内壁と、前記内側内壁の反対側に設けられた外側内壁とを有し、
   前記本体において、前記流路と前記内側内壁との間の部分の体積は、前記外側内壁よりも外側の部分の体積よりも大きいことを特徴とする請求項１記載のヒータ。
4. 前記封止体の端面に電極連結プレートが設けられ、
   前記複数の発熱ユニットのそれぞれが有する同極性の前記電極板が、前記電極連結プレートに共通に接続されていることを特徴とする請求項１記載のヒータ。
5. 前記封止体は、前記流路の長手方向の一端側に設けられた第１の封止体と、他端側に設けられた第２の封止体とを有し、
   前記第１の封止体の端面に負極側の前記電極連結プレートが設けられ、前記第２の封止体の端面に正極側の前記電極連結プレートが設けられていることを特徴とする請求項４記載のヒータ。
6. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機で圧縮された前記冷媒が送られ、前記冷媒が凝縮される熱交換器と、
   前記熱交換器で凝縮された前記冷媒が送られ、前記冷媒が膨張される膨張弁と、
   前記圧縮機と前記熱交換器との間、または前記熱交換器と前記膨張弁との間の配管に接続された請求項１記載のヒータと、
   を備えたことを特徴とするヒートポンプシステム。
7. 前記本体は、アルミニウム製であることを特徴とする請求項１記載のヒータ。

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