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公開番号2024101455
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-29
出願番号2023005440
出願日2023-01-17
発明の名称ヒーターエレメント及び車室浄化システム
出願人日本碍子株式会社
代理人アクシス国際弁理士法人
主分類H05B 3/14 20060101AFI20240722BHJP(他に分類されない電気技術)
要約【課題】水分が存在する環境下であっても電極が腐食し難く、ショートの発生を抑制できるヒーターエレメントを提供する。
【解決手段】隔壁14がPTC特性を有する材料で構成されたハニカム構造体10、第1端面12a上に設けられた電極部分A1と、電極部分A1に連結しており且つ第1端面12aから流路の延びる方向において隔壁14の表面に設けられた電極部分B1とを有する第1電極20、及び第2端面12b上に設けられた電極部分A2と、電極部分A2に連結しており且つ第2端面12bから流路の延びる方向において隔壁14の表面に設けられた電極部分B2とを有する第2電極30を備えるヒーターエレメント100である。電極部分B1と電極部分B2との間の距離L1が、ハニカム構造体10の流路の延びる方向の長さL3の30～97%である。
【選択図】図1A
特許請求の範囲【請求項１】
外周壁と、前記外周壁の内側に配設され、第１端面から第２端面まで延びる流路となる複数のセルを区画形成する隔壁とを有し、少なくとも前記隔壁がＰＴＣ特性を有する材料で構成されたハニカム構造体、
前記第１端面上に設けられた電極部分Ａ１と、前記電極部分Ａ１に連結しており且つ前記第１端面から前記流路の延びる方向において前記隔壁の表面に設けられた電極部分Ｂ１とを有する第１電極、及び
前記第２端面上に設けられた電極部分Ａ２と、前記電極部分Ａ２に連結しており且つ前記第２端面から前記流路の延びる方向において前記隔壁の表面に設けられた電極部分Ｂ２とを有する第２電極
を備え、
前記電極部分Ｂ１と前記電極部分Ｂ２との間の距離Ｌ１が、前記ハニカム構造体の前記流路の延びる方向の長さＬ３の３０～９７％であるヒーターエレメント。
続きを表示（約 790 文字）【請求項２】
前記距離Ｌ１が、前記ハニカム構造体の前記流路の延びる方向の長さＬ３の５０～９５％である、請求項１に記載のヒーターエレメント。
【請求項３】
前記セルを介して対向する前記電極部分Ｂ１の間及び前記電極部分Ｂ２の間の距離Ｌ２が、前記セルの水力直径の３０～９７％である、請求項１又は２に記載のヒーターエレメント。
【請求項４】
前記距離Ｌ２が、前記セルの水力直径の５０～９５％である、請求項３に記載のヒーターエレメント。
【請求項５】
ＰＴＣ特性を有する前記材料はチタン酸バリウムを主成分とし、鉛を実質的に含まない材料で構成されている、請求項１又は２に記載のヒーターエレメント。
【請求項６】
ＰＴＣ特性を有する前記材料の２５℃における体積抵抗率が０．５～３０Ω・ｃｍである、請求項１又は２に記載のヒーターエレメント。
【請求項７】
前記ハニカム構造体は、前記隔壁の厚さが０．３ｍｍ以下、セル密度が１００セル／ｃｍ
2
以下、且つセルピッチが１．０ｍｍ以上である、請求項１又は２に記載のヒーターエレメント。
【請求項８】
前記ハニカム構造体は、前記隔壁の厚さが０．０８～０．３６ｍｍ、セル密度が２．５４～１４０セル／ｃｍ
2
、前記セルの開口率が０．７０以上である、請求項１又は２に記載のヒーターエレメント。
【請求項９】
前記電極部分Ｂ１及びＢ２が設けられていない前記隔壁の表面上に機能材含有層を備える、請求項１又は２に記載のヒーターエレメント。
【請求項１０】
前記機能材含有層を前記電極部分Ｂ１及びＢ２の表面上に更に備える、請求項９に記載のヒーターエレメント。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒーターエレメント及び車室浄化システムに関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
自動車などの各種車両において、車室環境の向上に対する要求が高まっている。具体的な要求としては、車室内のＣＯ
2
を低減して運転者の眠気を抑制すること、車室内を調湿すること、及び車室内のにおい成分やアレルギー誘因成分などの有害な揮発成分を除去することなどが挙げられる。このような要求に有効な対策として換気が挙げられるが、換気は、冬場のヒーターエネルギーを大きくロスする要因となり、冬場のエネルギー効率の低下を招く。特に電気自動車（ＢＥＶ：ＢａｔｔｅｒｙＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）では、そのエネルギーロスにより、航続距離が大幅に減少するという問題がある。
【０００３】
上記の問題を解決する方法として、特許文献１及び２には、車室の空気中の水蒸気及びＣＯ
2
などの除去対象成分を吸着材などの機能材に捕捉した後、加熱によって除去対象成分を反応又は離脱させて車外に放出し、機能材を再生する車室浄化システムが開示されている。このような車室浄化システムでは、除去対象成分の捕捉性能を確保するために空気と機能材との接触ができるだけ多いこと、及び機能材の再生を促進するために機能材を所定の温度に加熱できることが求められる。再生は、例えば、機能材に吸着した物質を酸化反応により除去する方法、及び機能材に吸着した物質を脱離させて排出する方法などにより行われるが、何れにしても吸着物質に応じて機能材を適切な温度に加熱することが必要である。
【０００４】
他方、特許文献３には、外周壁と、外周壁の内側に配設され、第１端面から第２端面まで流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁とを有する柱状ハニカム構造体を備え、隔壁がＰＴＣ特性を有しており、隔壁の平均厚さが０．１３ｍｍ以下であり、第１端面及び第２端面における開口率が０．８１以上であるヒーターエレメントが開示されている。このヒーターエレメントは、車室の暖房用途に用いられるものであるが、ハニカム構造を有することで加熱面積を大きくすることができるので、効率の良い加熱手段である。したがって、このようなヒーターエレメントを機能材の担体として使用すると、機能材の再生時間の短縮化に貢献できると考えられる。特に、このヒーターエレメントは、通電による加熱が可能であり且つＰＴＣ特性を有するため、機能材を容易に加熱できる一方で、過剰な発熱を抑制し、機能材の熱劣化を抑制することもできると考えられる。また、過剰な温度になってしまう恐れが回避されるので、初期抵抗を小さく設定して加熱速度を速めても安全を確保でき、短時間での昇温が可能である。
【０００５】
しかしながら、特許文献３に記載のヒーターエレメントのセルを区画形成する隔壁の表面に機能材含有層を設けた場合、ヒーターエレメントの入口側近傍は温度が上昇し難く、セル内で機能材を有効に加熱できる流路の延びる方向の領域が狭くなる。つまり、ヒーターエレメントに担持した機能材の一部は、再生効率が低く、有効活用することができない。また、機能材が触媒であるとき、触媒活性化のために加熱が必要な場合があるが、担持した触媒の昇温が不十分だと触媒を有効活用することができない。有効活用できない機能材含有層を設けることはヒーターエレメントのコストパフォーマンスを低下させる要因となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０２０－１０４７７４号公報
特開２０２０－１１１２８２号公報
国際公開第２０２０／０３６０６７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ヒーターエレメントを加熱するための電極は、ハニカム構造体の第１端面及び第２端面に設けられているため、ハニカム構造体の第１端面及び第２端面だけでなく、第１端面及び第２端面から流路の延びる方向の隔壁の表面の一部にも延在するように一対の電極を設けることにより、機能材を有効に加熱できる流路の延びる方向の領域を広くできると考えられる。
【０００８】
他方、車室浄化システムにおいて、機能材を担持したヒーターエレメントが配置される領域には雨水などの水分が流入するおそれがある。そのため、このような水分が存在する環境下であってもヒーターエレメントの加熱性能が十分に発揮されることが要求される。
しかしながら、第１端面及び第２端面から流路の延びる方向の隔壁の表面の一部にも延在するように一対の電極を設けた場合、通電時に水分があると一対の電極間が水分によって電気的に接続され、ショート（短絡）してしまう。その結果、ヒーターエレメントが過剰に発熱し、場合によっては発火する可能性もある。
また、水分の存在は、電極が腐食する原因にもなるため、最終的には通電不良となって加熱性能が低下する。電極の腐食速度は電流密度に比例して加速するため、電極の面積を増やして電流密度を低下させれば電極の腐食を抑制できる。しかし、上記のように電極の面積を増やしすぎるとショートが発生する恐れがある。また、電流を少なくして電流密度を低下させると、ヒーターエレメントを所定の温度にまで加熱できない。
【０００９】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、機能材を有効に加熱できる流路の延びる方向の領域を広くしつつ、水分が存在する環境下であっても電極が腐食し難く、ショートの発生を抑制できるヒーターエレメントを提供することを課題とする。
また、本発明は、そのようなヒーターエレメントを備えた車室浄化システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、ヒーターエレメントの構造について鋭意研究を行った結果、第１端面及び第２端面から流路の延びる方向の隔壁の表面の一部に延在するように設けた一対の電極部分の距離が、上記の課題と密接に関係しているという知見に基づき、当該距離を特定の範囲に制御することにより、上記の課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、以下のように例示される。
（【００１１】以降は省略されています）

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