JPH11235918A - 暖房用熱交換器 - Google Patents

暖房用熱交換器

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JPH11235918A
JPH11235918A JP3829698A JP3829698A JPH11235918A JP H11235918 A JPH11235918 A JP H11235918A JP 3829698 A JP3829698 A JP 3829698A JP 3829698 A JP3829698 A JP 3829698A JP H11235918 A JPH11235918 A JP H11235918A
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JP
Japan
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heating element
heating
electric heating
heat exchanger
plates
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JP3829698A
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Inventor
Reijirou Okano
令二郎 岡野
Shinji Naruse
新二 成瀬
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気発熱体を一体化する暖房用熱交換器にお
いて、PTCヒータ素子による自己温度制御機能を確保
しつつ、電気発熱体部分の低コスト化および電気発熱体
部分の温度ばらつきの解消を図る。 【解決手段】 熱交換用コア部3に組み込まれる電気発
熱体9として、所定の設定温度にて抵抗値が急増する正
の抵抗温度特性を有するPTCヒータ素子からなる発熱
体素子90と、柔軟な金属発熱抵抗材料からなる発熱抵
抗プレート91、92とを備え、発熱体素子90と発熱
抵抗プレート91、92とを電気的に直列接続して通電
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電気発熱体を一体化
した暖房用熱交換器に関するもので、車両エンジン(内
燃機関)にて加熱された温水(エンジン冷却水)を熱源
として空気を加熱する車両暖房用熱交換器に用いて好適
である。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の電気発熱体を一体化した
熱交換器は、特開平5−69732号公報において提案
されている。この従来装置によれば、温水(エンジン冷
却水)を熱源として空気を加熱する暖房用熱交換器に電
気発熱体を一体化することにより、エンジン始動直後の
ように温水温度が低いときには、電気発熱体への通電に
より、電気発熱体の発生熱を空気中に放熱して空気を加
熱することができる。
【0003】そして、電気発熱体として、所定の設定温
度T0 にて抵抗値が急増する正の抵抗温度特性を有する
抵抗体材料からなるPTCヒータ素子を用いている。こ
のPTCヒータ素子の使用により電気発熱体の発熱温度
を設定温度T0 に自己制御する自己温度制御機能を発揮
できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、電気発熱体
は熱交換器のコア部内に配置するため、温水が流れる偏
平チューブと同様の偏平状に形成される。そのため、P
TCヒータ素子も偏平な薄板形状にする必要がある。し
かも、PTCヒータ素子はチタン酸バリウム等の衝撃に
弱いセラミック系材料で構成されるため、熱交換器の組
付過程等において、PTCヒータ素子の割れ等の損傷が
発生しやすい。
【0005】このため、PTCヒータ素子を多数個に分
割して形成することが考えられるが、この場合はPTC
ヒータ素子の使用数の増加により電気発熱体部のコスト
が高くなるとともに、PTCヒータ素子相互間の隙間部
分の温度が素子部の温度より低くなり、熱交換器吹出空
気の温度ばらつきが大きくなるという不具合がある。本
発明は上記点に鑑みてなされたもので、電気発熱体を一
体化する暖房用熱交換器において、PTCヒータ素子に
よる自己温度制御機能を確保しつつ、電気発熱体部分の
低コスト化および電気発熱体部分の温度ばらつきの解消
を図ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1〜5記載の発明では、熱交換用コア部
(3)に組み込まれる電気発熱体(9)として、所定の
設定温度にて抵抗値が急増する正の抵抗温度特性を有す
る抵抗体材料からなる発熱体素子(90)と、柔軟な金
属発熱抵抗材料からなる発熱抵抗プレート(91、9
2)とを備え、発熱体素子(90)と発熱抵抗プレート
(91、92)とを電気的に直列接続して通電するよう
にしたことを特徴としている。
【0007】これによると、発熱体素子(90)は所定
の設定温度にて抵抗値が急増する正の抵抗温度特性を有
しているから、発熱体素子(90)の温度が設定温度に
到達すると、発熱体素子(90)の抵抗値急増により、
発熱体素子(90)と発熱抵抗プレート(91、92)
に流れる電流値が急激に減少して、発熱量が抑制され、
発熱体素子(90)と発熱抵抗プレート(91、92)
の発熱温度を設定温度に自己制御できる。
【0008】しかも、発熱抵抗プレート(91、92)
は二クロムのような柔軟な金属材料で構成するから、電
気発熱体(9)の長手方向全長にわたって、発熱体素子
(90)と発熱抵抗プレート(91、92)を連続的に
形成することができる。そのため、電気発熱体(9)の
長手方向全長にわたって発熱体素子(90)と発熱抵抗
プレート(91、92)との組合せで空気を略均一に加
熱できるので、熱交換器吹出空気の温度ばらつきを解消
できる。
【0009】さらに、発熱体素子(90)は主に温度制
御の機能を受持ち、発熱機能は主に発熱抵抗プレート
(91、92)に分担させることができるから、発熱体
素子(90)は小型なものを1個配置するだけでよく、
一方、発熱抵抗プレート(91、92)は発熱体素子
(90)に比してはるかに安価な材料で構成できる。そ
のため、電気発熱体(9)全体を低コスト化できる。
【0010】また、発熱抵抗プレート(91、92)は
二クロムのような柔軟な金属材料で構成するから、組付
過程等における割れ損傷等の発生を大幅に低減できる。
そして、本発明は具体的には、請求項2記載のように、
発熱体素子(90)および発熱抵抗プレート(91、9
2)をいずれも薄板状に形成し、さらに、発熱抵抗プレ
ート(91、92)の端部に他の部位より板厚を小さく
した接続端部(91a、92a)を形成し、この接続端
部(91a、92a)を発熱体素子(90)に圧接させ
ることにより、発熱体素子(90)と発熱抵抗プレート
(91、92)との間を電気的に接続する構成とするこ
とできる。
【0011】また、本発明は具体的には、請求項3記載
のように、電気発熱体(9)の長手方向の中央部に発熱
体素子(90)を配置し、発熱体素子(90)の左右両
側に発熱抵抗プレート(91、92)を配置する構成と
することできる。また、本発明は具体的には、請求項4
記載のように、電気発熱体(9)の長手方向の左右両端
部に、外部回路との接続用の端子部(91b、92b)
を配置する構成とすることできる。
【0012】また、本発明は具体的には、請求項5記載
のように、電気発熱体(9)の長手方向の一端部に発熱
体素子(90)を配置し、電気発熱体(9)の長手方向
の一端部から他端部に向かって発熱抵抗プレート(9
1、92)を配置し、発熱抵抗プレート(91、92)
のうち、電気発熱体(9)の長手方向の他端側の部位
に、外部回路との接続用の端子部(91b、92b)を
配置する構成とすることできる。
【0013】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すもの
である。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
づいて説明する。 (第1実施形態)図1〜図3は本発明を適用した車両暖
房用熱交換器の第1実施形態を示すもので、図1におい
て、暖房用熱交換器Hは、温水入口側タンク1と、温水
出口側タンク2と、この両タンク1、2の間に設けられ
た熱交換用コア部3とを有している。
【0015】温水入口側タンク1には図示しない車両エ
ンジンからの温水(エンジン冷却水)が流入する入口パ
イプ4が設けられ、温水出口側タンク2には温水を外部
へ流出させ、エンジン側に還流させる出口パイプ5が設
けられている。なお、本例の熱交換器は図1に示すよう
に左右対称形であるので、温水入口側タンク1と温水出
口側タンク2とを左右逆転してもよい。
【0016】各タンク1、2はそれぞれタンク本体部1
a、2aと、このタンク本体部1a、2aの開口端面を
閉じるシートメタル1b、2bとからなり、図1の上下
方向が長手方向となる周知のタンク構造である。そし
て、シートメタル1b、2bには偏平状のチューブ挿入
穴(図示せず)が多数個、図1の上下方向に1列または
複数列並んで形成されている。
【0017】熱交換用コア部3は暖房用空気の流れ方向
(図1、2の矢印A方向)に対して平行な偏平状に形成
された偏平チューブ6を多数個図1の上下方向に並列配
置している。そして、この多数個の偏平チューブ6相互
の間に波形状に成形されたコルゲートフィン(フィン手
段)7を配置し接合している。このコルゲートフィン7
には周知のごとく暖房用空気の流れ方向Aに対して所定
角度で斜めに多数のルーバ(図示せず)が切り起こし成
形されており、このルーバの成形によりフィン熱伝達率
を向上させている。
【0018】偏平チューブ6の両端開口部はシートメタ
ル1b、2bのチューブ挿入穴内にそれぞれ挿通され、
接合される。また、コア部3の最外側(図1の上下両端
部)のコルゲートフィン7のさらに外側にはサイドプレ
ート8a、8bが配設され、このサイドプレート8a、
8bは最外側のコルゲートフィン7およびシートメタル
1b、2bに接合される。
【0019】さらに、熱交換用コア部3の一部の部位
に、偏平チューブ6の代わりに、電気発熱体9を設置し
ている。図1の例では、熱交換用コア部3の4箇所(斜
線部)に電気発熱体9を等間隔で設置している。そし
て、熱交換用コア部3のうち、電気発熱体9が設置され
る部位では、隣接するコルゲートフィン7の折り曲げ頂
部の間に、偏平チューブ6の長手方向に延びる断面U字
状の保持板10を配置している。図2に示すように、こ
の保持板10のU字状曲げ形状からなる閉塞端部10a
が熱交換用コア部3の空気入口側に向き、他端側の開口
部10bが熱交換用コア部3の空気出口側に向くよう
に、保持板10の配置方向が設定されている。
【0020】また、保持板10は、その対向する2つの
板面10c、10d相互の間に所定間隔を設定し、その
状態で、この2つの板面10c、10dをそれぞれコル
ゲートフィン7の折り曲げ頂部に接合するようにしてあ
る。電気発熱体9は、開口部10bから保持板10の内
部に挿入されて保持される。ここで、電気発熱体9は保
持板10に対して後述の構造により電気的に絶縁して保
持される。
【0021】なお、保持板10の全体の厚さは、偏平チ
ューブ6の厚さと同一に設定してあるので、偏平チュー
ブ6の代わりに保持板10を隣接するコルゲートフィン
7相互の間に設置できる。 ところで、本例における熱交
換器では、上記各構成部品1〜8bのすべてがアルミニ
ュウム(アルミニュウム合金も含む)にて成形されてお
り、また、断面U字状の保持板10も同様にアルミニュ
ウムにて成形されている。
【0022】電気発熱体9は図2、3に示す構造になっ
ており、図3の左右方向(電気発熱体長手方向)は図1
の左右方向であり、電気発熱体9の中央部に円形の薄板
状からなる発熱体素子90が配置されている。この発熱
体素子90は、所定の設定温度(例えば、200°C付
近)T0 にて抵抗値が急増する正の抵抗温度特性を有す
る抵抗体材料(例えば、チタン酸バリウム)からなるP
TCヒータ素子である。
【0023】そして、発熱体素子90の左右両側に発熱
抵抗プレート91、92が配置されており、この発熱抵
抗プレート91、92は柔軟な金属発熱抵抗材料、例え
ば二クロム(ニッケル・クロム合金)から構成されるも
のであって、図3(a)に示すように蛇行状に屈曲した
薄板状の形状からなる。この蛇行状の形状により必要な
電気抵抗値を確保する。
【0024】発熱抵抗プレート91、92のうち、発熱
体素子90と電気接続される部位は他の部位に比して大
幅に薄肉として接続端部91a、92aを形成してい
る。図3に示すように、接続端部91aは発熱体素子9
0の上面の上側に載せられ、接続端部92aは発熱体素
子90の下面の下側に接触するように配置される。これ
により、接続端部91a、92aにより発熱体素子90
をサンドウイッチ状に挟み込む構造となっている。発熱
抵抗プレート91、92の板厚を接続端部91a、92
aの板厚分だけ発熱体素子90より厚くすることによ
り、電気発熱体9全体の板厚をその左右方向の全長にわ
たって均一にすることができる。
【0025】さらに、上記発熱体素子90および発熱抵
抗プレート91、92全体を上下の絶縁被覆部材93、
94により被覆して、電気発熱体9が保持板10に対し
て電気的に絶縁して保持されるようにしてある。絶縁被
覆部材93、94の具体的材質としては、高耐熱性の樹
脂(例えば、ポリイミド樹脂等)からなる絶縁フィルム
が好適である。なお、図3(b)において95は上下の
絶縁被覆部材93、94の合わせ面を示す。
【0026】上述した構成により、発熱体素子90およ
び発熱抵抗プレート91、92は電気的には直列に接続
され、発熱抵抗プレート91、92の両端部は絶縁被覆
部材93、94の外部に取り出され、端子部91b、9
2bを形成している。この端子部91b、92bはより
具体的には図1に示すようにコア部3から空気流れ方向
Aの下流側に突出して、図示しない外部制御回路に電気
接続される。そして、この外部制御回路を介して車載電
源から各電気発熱体9に通電されるようになっている。
【0027】図1において、12、13はステンレスの
ような耐食性に優れた金属材料からなる締結(バンド)
部材であって、熱交換用コア部3の空気入口側の面およ
び空気出口側の面の両方に配置される。締結部材12、
13はその両端に折り曲げ形状からなる引掛け部を有し
ており、この引掛け部を上下のサイドプレート8a、8
bの長手方向の中央部に形成された係止溝部8c、8d
に引掛けて、上下のサイドプレート8a、8bの間に装
着する。この締結部材12、13の装着により、電気発
熱体9を保持板10の板面10c、10d間に圧接保持
させる締付け力を熱交換用コア部3に対して作用させ
る。
【0028】次に、上記した暖房用熱交換器の製造方法
を説明すると、まず、最初に図1に示す熱交換器構成を
組み付けるコア組付工程を行う。すなわち、熱交換用コ
ア部3のチューブ6とコルゲートフィン7を交互に積層
するとともに、熱交換用コア部3のうち、電気発熱体9
が設置される部位(図1の4箇所の斜線部)では、隣接
するコルゲートフィン7の折り曲げ頂部の間に、チュー
ブ6の長手方向に延びる断面U字状の保持板10を配置
する。
【0029】ここで、この保持板10の対向する2つの
板面10c、10dの間隔を所定間隔に保持するため
に、この保持板10の内部に、この所定間隔の板厚を持
ったダミー板(図示せず)を挿入する。このダミー板は
後述の一体ろう付けの工程に対する耐熱性を有し、かつ
アルミニュウムろう付けされない特性を持った材質(例
えば、カーボン等)で形成しておく。この組付工程で、
タンク1、2、パイプ4、5、およびサイドプレート8
a、8bも組み付けることはもちろんである。
【0030】次に、上記のごとくして、組み付けた熱交
換器組付体の組付状態を図示しない適宜の治具により保
持して、ろう付け炉内に搬入し、ろう付け工程を行う。
すなわち、ろう付け炉内で熱交換器組付体をろう付け温
度(600°C程度)に加熱して、熱交換器各部材のア
ルミニウムクラッド材のろう材を溶融し、熱交換器組付
体の各部材間を一体ろう付けする。
【0031】ろう付け終了後に、熱交換器組付体をろう
付け炉から搬出し、常温まで熱交換器組付体の温度が低
下した後に、熱交換器組付体の熱交換用コア部3におけ
る4箇所の保持板10の内側に挿入されているダミー板
を取り出す。この後に、保持板10の対向する2つの板
面10c、10dの内側に形成される所定間隔の空間
に、開口部10bから閉塞端部10a側へ向かって電気
発熱体9を挿入する。
【0032】すなわち、電気発熱体9はそれ単独で、熱
交換器組付体とは別に、図3に示す構造に予め組付けて
おき、この電気発熱体9を保持板10内に挿入する。こ
のとき、被覆部材9dが保持板10に圧接するように、
電気発熱体9は保持板10内に組み付けられる。この電
気発熱体9の組付の後に、締結部材12、13の両端の
引掛け部を上下のサイドプレート8a、8bの係止溝部
8c、8dに引掛けて、上下のサイドプレート8a、8
bの間に締結部材12、13を熱交換用コア部3が圧縮
されるように装着する。
【0033】これにより、電気発熱体9を保持板10の
内側に圧接保持させる締付け力を熱交換用コア部3に対
して作用させ、電気発熱体9を保持板10の内側に確実
に保持固定できる。また、同時に、電気発熱体9の内部
において、発熱抵抗プレート91、92の接続端部91
a、92aと発熱体素子90とのサンドウイッチ状の挟
み込み構造部に圧接力が作用するので、これらの相互間
を小さな接触抵抗で良好に電気的に導通できる。
【0034】次に、上記構成において作動を説明する。
車室の暖房を行うときには、図示しない空調用送風ファ
ンが作動して、暖房用熱交換器Hのコア部3の偏平チュ
ーブ6とコルゲートフィン7との間の空隙部を矢印A方
向に暖房用空気が通過する。一方、車両用エンジンのウ
ォータポンプ(図示せず)の作動によりエンジンからの
温水(熱源流体)が入口パイプ4より温水入口側タンク
1内に流入する。
【0035】そして、温水は、入口側タンク1にて多数
本の偏平チューブ6に分配され、この偏平チューブ6を
並列に流れる間にコルゲートフィン7を介して暖房用空
気に放熱する。多数本の偏平チューブ6を通過した温水
は、温水出口側タンク2に流入し、ここで集合され、出
口パイプ5から温水は熱交換器外部へ流出し、エンジン
側に還流する。
【0036】一方、暖房時において、エンジンからの温
水の温度が設定温度(例えば、80°C)より低いとき
は、外部制御回路から電気発熱体9の発熱抵抗プレート
91、92の端子部91b、92b間に車載電源の電圧
を加える。これにより、発熱体素子90および発熱抵抗
プレート91、92が通電され発熱する。発熱体素子9
0および発熱抵抗プレート91、92の発熱は被覆部材
93、94および保持板10を経て、両側のコルゲート
フィン7に伝導されて、このコルゲートフィン7から暖
房用空気に放熱される。従って、温水の低温時でも暖房
空気を速やかに加熱して即効暖房を行うことができる。
【0037】ここで、発熱体素子90は所定の設定温度
0 にて抵抗値が急増する正の抵抗温度特性を有するP
TC素子であるから、周知のごとく、その発熱温度を設
定温度T0 に自己制御する自己温度制御機能を備えてい
る。すなわち、発熱体素子90の温度が設定温度(キュ
ーリ点)T0 に到達すると、発熱体素子90の抵抗値が
急増するので、発熱体素子90と発熱抵抗プレート9
1、92との直列回路に流れる電流値が急激に減少し
て、発熱量が抑制され、発熱体素子90と発熱抵抗プレ
ート91、92の発熱温度を設定温度(キューリ点)T
0 に自己制御できる。
【0038】しかも、発熱抵抗プレート91、92は二
クロムのような柔軟な金属材料で構成するから、電気発
熱体9の長手方向(図1の左右方向)全長にわたって、
発熱体素子90と発熱抵抗プレート91、92を連続し
て形成することができる。そのため、発熱体素子90と
発熱抵抗プレート91、92との組合せで電気発熱体9
の長手方向全長にわたって空気を略均一に加熱できるの
で、熱交換器吹出空気の温度ばらつきを解消できる。
【0039】さらに、PTCヒータ素子からなる発熱体
素子90は主に温度制御の機能を受持ち、発熱機能は主
に発熱抵抗プレート91、92に分担させることができ
るから、発熱体素子90は小型なものを1個配置するだ
けでよく、一方、発熱抵抗プレート91、92はPTC
ヒータ素子に比してはるかに安価な材料で構成でき、低
コスト化を図ることができる。また、発熱抵抗プレート
91、92は二クロムのような柔軟な金属材料で構成で
きるから、組付過程等における割れ損傷等の発生を大幅
に低減できる。
【0040】(第2実施形態)図4は第2実施形態であ
り、第1実施形態では、発熱抵抗プレート91、92の
端子部91b、92bを電気発熱体9の長手方向両端部
に配置しているが、第2実施形態では、PTCヒータ素
子からなる発熱体素子90を電気発熱体9の長手方向の
一端部に配置するとともに、電気発熱体9の長手方向の
一端部から他端部に向かって発熱抵抗プレート91、9
2を配置し、さらに、端子部91b、92bをともに電
気発熱体9の長手方向の他端部に配置して、端子部91
b、92bを同一部位に集めるようにしている。
【0041】また、第2実施形態では発熱抵抗プレート
91、92を蛇行状とせず、直線状に形成している。 (他の実施形態)なお、第1、第2実施形態では、いず
れも2個の発熱抵抗プレート91、92を使用している
が、発熱抵抗プレートを1個にすることもできる。この
場合は、PTCヒータ素子からなる発熱体素子90に1
個の発熱抵抗プレートの一端側を電気的に接続するとと
もに、発熱体素子90に正負いずれか一方の端子部を設
け、発熱抵抗プレートの他端側に正負他方側の端子部を
設けるようにすればよい。
【0042】また、上記の第1、第2実施形態では、車
両暖房用熱交換器について説明したが、本発明は車両用
に限定されることなく、種々な用途の暖房用熱交換器に
広く適用可能である。また、電気発熱体9の設置形態を
図1の形態に限らず、暖房用熱交換器の仕様の変化に対
応して種々変更し得ることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態を示す暖房用熱交換器の
斜視図である。
【図2】図1の電気発熱体設置部の拡大斜視図である。
【図3】(a)は図1、2の電気発熱体部の平面図で、
上側の絶縁被覆部材を取り外した状態を示す。(b)は
(a)のB−B断面図である。
【図4】本発明の第2実施形態を示す電気発熱体部の平
面図で、上側の絶縁被覆部材を取り外した状態を示す。
【符号の説明】
1、2…タンク、3…熱交換用コア部、6…偏平チュー
ブ、7…コルゲートフィン、9…電気発熱体、90…発
熱体素子、91、92…発熱抵抗プレート、91a、9
2a…接続端部、91b、92b…端子部、93、94
…絶縁被覆部材、10…保持板。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱源流体が流通するチューブ(6)とフ
    ィン手段(7)との組合せからなる熱交換用コア部
    (3)の一部の部位に電気発熱体(9)を組み込む暖房
    用熱交換器において、 前記電気発熱体(9)として、所定の設定温度にて抵抗
    値が急増する正の抵抗温度特性を有する抵抗体材料から
    なる発熱体素子(90)と、柔軟な金属発熱抵抗材料か
    らなる発熱抵抗プレート(91、92)とを備え、 前記発熱体素子(90)と前記発熱抵抗プレート(9
    1、92)とを電気的に直列接続して通電するようにし
    たことを特徴とする暖房用熱交換器。
  2. 【請求項2】 前記発熱体素子(90)および前記発熱
    抵抗プレート(91、92)をいずれも薄板状に形成
    し、 さらに、前記発熱抵抗プレート(91、92)の端部に
    他の部位より板厚を小さくした接続端部(91a、92
    a)を形成し、 この接続端部(91a、92a)を前記発熱体素子(9
    0)に圧接させることにより、前記発熱体素子(90)
    と前記発熱抵抗プレート(91、92)との間を電気的
    に接続することを特徴とする請求項1に記載の暖房用熱
    交換器。
  3. 【請求項3】 前記電気発熱体(9)の長手方向の中央
    部に前記発熱体素子(90)を配置し、前記発熱体素子
    (90)の左右両側に前記発熱抵抗プレート(91、9
    2)を配置したことを特徴とする請求項1または2に記
    載の暖房用熱交換器。
  4. 【請求項4】 前記電気発熱体(9)の長手方向の左右
    両端部に、外部回路との接続用の端子部(91b、92
    b)を配置したことを特徴とする請求項3に記載の暖房
    用熱交換器。
  5. 【請求項5】 前記電気発熱体(9)の長手方向の一端
    部に前記発熱体素子(90)を配置し、前記電気発熱体
    (9)の長手方向の一端部から他端部に向かって前記発
    熱抵抗プレート(91、92)を配置し、前記発熱抵抗
    プレート(91、92)のうち、前記電気発熱体(9)
    の長手方向の他端側の部位に、外部回路との接続用の端
    子部(91b、92b)を配置したことを特徴とする請
    求項1または2に記載の暖房用熱交換器。
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