特許ウォッチ

公開番号2025113455
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-01
出願番号2025089208,2023556202
出願日2025-05-28,2022-09-21
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B60H 3/00 20060101AFI20250725BHJP(車両一般)
要約【課題】有効に加熱できる流路の延びる方向の領域を広くすることのできるヒーターエレメントを提供する。
【解決手段】ハニカム構造体を有し、下記(i)又は(ii)の何れかの条件を満たすヒーターエレメント:(i)第一電極が、一方の端面上に設けられ、第二電極が、ハニカム構造体の他方の端面上に設けられた電極部分Aと、当該電極部分Aに連結しており他方の端面から流路の延びる方向における所定の長さにわたって、隔壁の表面に設けられた電極部分Bとを有する;(ii)第一電極が、一方の端面上に設けられた電極部分Aと、電極部分Aに連結しており一方の端面から流路の延びる方向における所定の長さにわたって、隔壁の表面に設けられた電極部分Bとを有し、第二電極が、他方の端面上に設けられた電極部分Aと、電極部分Aに連結しており他方の端面から流路の延びる方向における所定の長さにわたって、隔壁の表面に設けられた電極部分Bとを有する。
【選択図】図1C
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、一方の端面から他方の端面まで延びる流路を形成す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；及び
第一電極と、第二電極とで構成された一対の電極；
を備え、
前記第一電極及び第二電極が、下記（ｉ）又は（ｉｉ）の何れかの条件を満たすヒーターエレメント：
（ｉ）前記第一電極が、前記一方の端面上に設けられ、
前記第二電極が、前記他方の端面上に設けられた電極部分Ａと、当該電極部分Ａに連結しており前記他方の端面から前記流路の延びる方向における所定の長さにわたって、前記隔壁の表面に設けられた電極部分Ｂとを有する；
（ｉｉ）前記第一電極が、前記一方の端面上に設けられた電極部分Ａと、当該電極部分Ａに連結しており前記一方の端面から前記流路の延びる方向における所定の長さにわたって、前記隔壁の表面に設けられた電極部分Ｂとを有し、
前記第二電極が、前記他方の端面上に設けられた電極部分Ａと、当該電極部分Ａに連結しており前記他方の端面から前記流路の延びる方向における所定の長さにわたって、前記隔壁の表面に設けられた電極部分Ｂとを有する。
続きを表示（約 860 文字）【請求項２】
前記電極部分Ｂの前記所定の長さは、前記ハニカム構造体の流路の延びる方向の長さに対して１／２００以上１／２未満の平均長さである請求項１に記載のヒーターエレメント。
【請求項３】
前記複数のセルを区画形成するすべての隔壁の表面全体に前記所定の長さにわたって連続的に前記電極部分Ｂが設けられている請求項１又は２に記載のヒーターエレメント。
【請求項４】
前記複数のセルを区画形成する隔壁の一部の表面に前記所定の長さにわたって連続的に前記電極部分Ｂが設けられている請求項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０．５Ω・ｃｍ以上２０Ω・ｃｍ以下である請求項１又は２に記載のヒーターエレメント。
【請求項７】
前記電極部分Ｂの平均厚さが前記セルの水力直径の１／１００００以上１／１０以下である請求項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０．１２５ｍｍ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９】
前記ハニカム構造体は、前記隔壁の厚さが０．０８ｍｍ以上０．３６ｍｍ以下、セル密度が２．５４セル／ｃｍ
2
以上１４０セル／ｃｍ
2
以下、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１０】
前記第一電極と前記第二電極は同じ材質である請求項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 4,400 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悪化を招く。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及び特許文献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等により行われるが、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、外周側壁と、外周側壁の内側に配設され、第１の端面から第２の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部を備え、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及び第２の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、車室暖房用ヒーターに用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
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】
【０００６】
特許文献３に記載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。従って、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、特許文献３に記載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。
【０００７】
しかしながら、本発明者の検討の結果、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にくく、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ことが判明した。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。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みて創作されたものであり、一実施形態において、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することの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、本発明は別の一実施形態において、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。本発明は更に別の一実施形態において、機能材を有効活用できる割合を高めるのに役立つ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】
【０００９】
［態様１］
外周壁と、前記外周壁の内側に配設され、一方の端面から他方の端面まで延びる流路を形成す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；及び
第一電極と、第二電極とで構成された一対の電極；
を備え、
前記第一電極及び第二電極が、下記（ｉ）又は（ｉｉ）の何れかの条件を満たすヒーターエレメント：
（ｉ）前記第一電極が、前記一方の端面上に設けられ、
前記第二電極が、前記他方の端面上に設けられた電極部分Ａと、当該電極部分Ａに連結しており前記他方の端面から前記流路の延びる方向における所定の長さにわたって、前記隔壁の表面に設けられた電極部分Ｂとを有する；
（ｉｉ）前記第一電極が、前記一方の端面上に設けられた電極部分Ａと、当該電極部分Ａに連結しており前記一方の端面から前記流路の延びる方向における所定の長さにわたって、前記隔壁の表面に設けられた電極部分Ｂとを有し、
前記第二電極が、前記他方の端面上に設けられた電極部分Ａと、当該電極部分Ａに連結しており前記他方の端面から前記流路の延びる方向における所定の長さにわたって、前記隔壁の表面に設けられた電極部分Ｂとを有する。
［態様２］
前記電極部分Ｂの前記所定の長さは、前記ハニカム構造体の流路の延びる方向の長さに対して１／２００以上１／２未満の平均長さである態様１に記載のヒーターエレメント。
［態様３］
前記複数のセルを区画形成するすべての隔壁の表面全体に前記所定の長さにわたって連続的に前記電極部分Ｂが設けられている態様１又は２に記載のヒーターエレメント。
［態様４］
前記複数のセルを区画形成する隔壁の一部の表面に前記所定の長さにわたって連続的に前記電極部分Ｂが設けられている態様１又は２に記載のヒーターエレメント。
［態様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、態様１～４の何れか一つに記載のヒーターエレメント。
［態様６］
ＰＴＣ特性を有する前記材料の２５℃における体積抵抗率が０．５Ω・ｃｍ以上２０Ω・ｃｍ以下である態様１～５の何れか一つに記載のヒーターエレメント。
［態様７］
前記電極部分Ｂの平均厚さが前記セルの水力直径の１／１００００以上１／１０以下である態様１～６の何れか一つに記載のヒーターエレメント。
［態様８］
前記ハニカム構造体は、前記隔壁の厚さが０．１２５ｍｍ以下、セル密度が１００セル／ｃｍ
2
以下、且つ、セルピッチが１．０ｍｍ以上である態様１～７の何れか一つに記載のヒーターエレメント。
［態様９］
前記ハニカム構造体は、前記隔壁の厚さが０．０８ｍｍ以上０．３６ｍｍ以下、セル密度が２．５４セル／ｃｍ
2
以上１４０セル／ｃｍ
2
以下、前記セルの開口率が０．７０以上である態様１～７の何れか一つに記載のヒーターエレメント。
［態様１０］
前記第一電極と前記第二電極は同じ材質である態様１～９の何れか一つに記載のヒーターエレメント。
［態様１１］
前記隔壁の表面上に機能材含有層を備える態様１～１０の何れか一つに記載のヒーターエレメント。
［態様１２］
前記機能材含有層が水蒸気、二酸化炭素、及びにおい成分から選択される一種又は二種以上を吸着する機能を有する機能材を含有する態様１１に記載のヒーターエレメント。
［態様１３］
前記機能材含有層が触媒を含有する態様１１又は１２に記載のヒーターエレメント。
［態様１４］
態様１～１３の何れか一つに記載の少なくとも一つのヒーターエレメントと、
前記ヒーターエレメントに電圧を印加するための電源と、
車室と前記ヒーターエレメントの入口端面とを連通する流入配管と、
前記ヒーターエレメントの出口端面と前記車室とを連通する第一経路を有する流出配管と、
前記車室からの空気を前記流入配管を介して前記ヒーターエレメントの前記入口端面に流入させるための通風機と、
を備え、
前記ヒーターエレメントは、前記入口端面が前記一方の端面であり、前記出口端面が前記他方の端面であるように配置されるか、又は、前記入口端面が前記他方の端面であり、前記出口端面が前記一方の端面であるように配置される、
車室浄化システム。
［態様１５］
前記ヒーターエレメントは、前記入口端面が前記一方の端面であり、前記出口端面が前記他方の端面であるように配置される態様１４に記載の車室浄化システム。
［態様１６］
前記流出配管は、前記第一経路に加えて、前記ヒーターエレメントの前記出口端面と車外とを連通する第二経路を有しており、
前記流出配管は、前記流出配管を流通する空気の流れを前記第一経路と前記第二経路の間で切替え可能な切替えバルブを有しており、
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一実施形態によれば、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することのできるヒーターエレメントが提供される。また、本発明の別の一実施形態によれば、当該ヒーターエレメントを備えた車室浄化システムが提供される。当該ヒーターエレメントの隔壁表面に機能材含有層を設けると、再生困難で有効活用されない機能材及び／又は昇温不十分のために機能が発揮されないことにより有効活用されない機能材の割合を減らすことができる。すなわち、有効活用できる機能材含有層の領域が広がる。これにより、ヒーターエレメントのコストパフォーマンスを改善することが可能になる。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許