電気ヒーターのコンセプト
開発に先立って、いくつかの既存および潜在的な技術 (巻線抵抗または正温度係数 (PTC) 加熱など) が分析されました。 4 つの主要な開発目標が評価され、これらの目標に関していくつかの潜在的な技術が比較されました。
(1) 効率に関しては、新しいヒーターは、広範囲の冷却液温度とすべての電圧で必要な熱出力を提供できるという点で、非常に効率的でなければなりません。
(2) 質量とサイズの点で、新しいヒーターはできるだけ小さくて軽い必要があります。
(3) 使いやすさとコストの観点から、希土類材料と Pb の使用は避けなければならず、新製品のコストは競争力のあるものでなければなりません。
(4) 安全の観点から、感電や火傷事故のリスクは、あらゆる条件下で防止する必要があります。
自動車用電気ヒーターの既存の概念の中で最も人気があるのは、正の温度係数を持つチタン酸バリウム (BaTiO3) で作られた抵抗器を使用した PTC ヒーターです。 このため、その動作原理のいくつかの詳細を説明し、高電圧ヒーター用の HVH に従って開発された層状ヒーターと比較します。
PTC 要素の自己制限特性により、特に故障モードのシステムの設計が容易になる点もありますが、固有の欠点がいくつかあります。主な欠点は次のとおりです。
(1) PTC 温度が 120 度を超える場合の Pb ドーピングの必要性。 小さなパッケージ サイズで急速な熱伝達を確保するために、PTC 素子は、自動車用クーラント ヒーターを適用する際に Pb ドーピングが必要な温度範囲で動作する必要があります。
(2) 希土類金属 La の適用は、PTC では非常に一般的です。
(3) PTC 素子の高い熱抵抗と相まって、通電時に高い始動電流をもたらす非線形抵抗/温度プロファイルにより、PTC ヒーターの応答時間が比較的遅くなります。
(4) PTC 温度が低いと、冷却剤に伝達される熱が少なくなり、冷却剤の温度が上昇するにつれて熱性能が低下します。
(5) PTC 温度が低くなると、電圧が低下して熱性能が低下し、熱伝達が制限されます。 (6) PTC 素子の温度は印加電圧に直接関係するため、部分負荷での制御は困難です。
