DE112015005226T5

DE112015005226T5 - Elektrische vorrichtung zur fluiderwärmung

Info

Publication number: DE112015005226T5
Application number: DE112015005226.7T
Authority: DE
Inventors: Frèderic Pierron; Laurent Tellier; José Leborgne
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Current assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date: 2014-11-19
Filing date: 2015-11-13
Publication date: 2017-07-27
Also published as: JP2017535472A; WO2016079015A1; CN107208928A; FR3028601A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Vorrichtung (1) zur Erwärmung eines Fluids, die Folgendes aufweist: mindestens ein Heizgehäuse (3), das einen Einlass (5a) und einen Auslass (5b) für das Fluid aufweist und einen Fluidzirkulationsraum definiert, mindestens eine elektrische Heizpatrone (7), die innerhalb des Heizgehäuses (3) in Kontakt mit dem Fluid angeordnet ist, und einen elektronischen Kreis (9) zur Steuerung des bzw. der elektrischen Heizpatronen (7), wobei der elektronische Steuerungskreis (9) außerhalb des Fluidzirkulationsraums an einer Wand des mindestens einen Heizgehäuses (3) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Vorrichtungen zur elektrischen Fluiderwärmung und insbesondere der Vorrichtungen zur elektrischen Erwärmung auf dem Gebiet der Elektro- oder Hybridkraftfahrzeuge.
Auf dem Gebiet der Elektro- oder Hybridkraftfahrzeuge ist bekannt, die Wärmezufuhr eines Verbrennungsmotors zur Erwärmung des Fahrzeugs, insbesondere des Fahrgastraums, durch das Hinzufügen einer oder mehrerer elektrischer Heizvorrichtungen zu kompensieren. Eine derartige elektrische Heizvorrichtung kann in einem Wärmesteuerungskreis enthalten sein, um ein Wärmeträgerfluid zu erwärmen, das zur Erwärmung der für den Fahrgastraum vorgesehenen Luft oder auch von Elementen des Elektrofahrzeugs, etwa der Batterien verwendet werden kann, damit diese bei kaltem Wetter ihre optimale Betriebstemperatur erreichen.
Vorrichtungen zur elektrischen Erwärmung können eine oder mehrere insbesondere keramische Heizpatronen aufweisen, die innerhalb eines Raums in Kontakt mit dem Fluid angeordnet sind. Diese Heizpatronen sind üblicherweise mit einem elektronischen Steuerungskreis verbunden, der Komponenten umfasst, mit denen es möglich ist, die elektrische Leistung, die für die Heizpatronen bereitgestellt wird, insbesondere deren Einschalten oder Ausschalten zu steuern. Diese Komponenten erzeugen durch den Joule-Effekt Wärme, die ihren ordnungsgemäßen Betrieb sowie ihre Betriebsdauer und somit die der elektrischen Heizvorrichtung beeinträchtigen kann.
Eines der Ziele der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Nachteile aus dem Stand der Technik zumindest teilweise zu beseitigen und eine verbesserte elektrische Heizvorrichtung vorzuschlagen.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit eine elektrische Vorrichtung zur Erwärmung eines Fluids, die Folgendes aufweist:

– mindestens ein Heizgehäuse, das einen Einlass und einen Auslass für das Fluid aufweist und einen Fluidzirkulationsraum definiert,
– mindestens eine elektrische Heizpatrone, die innerhalb des Heizgehäuses in Kontakt mit dem Fluid angeordnet ist, und
– einen elektronischen Kreis zur Steuerung des bzw. der elektrischen Heizpatronen,

Aufgrund der Anordnung des elektronischen Steuerungskreises an der Wand des Heizgehäuses ist es möglich, dass der Kreis durch die Wand von dem Fluid gekühlt wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Betriebstemperatur des elektronischen Steuerungskreises höher als die Temperatur des Fluids am Auslass des bzw. der Heizgehäuse.
Dadurch, dass die Komponenten des elektronischen Steuerungskreises eine höhere Betriebstemperatur als das Fluid haben können, können diese wirksam gekühlt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung besteht mindestens ein Heizgehäuse aus Kunststoff.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung besteht mindestens ein Heizgehäuse aus einem metallischen Material.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Heizvorrichtung eine zusätzliche Schicht aus elektrisch isolierendem Material auf, die zwischen dem elektronischen Steuerungskreis und der Wand des mindestens einen Heizgehäuses angeordnet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Heizvorrichtung Fluidstromturbulatoren auf, die innerhalb des Fluidzirkulationsraums an der Wand mindestens eines Heizgehäuses angeordnet sind.
Das Vorhandensein dieser Turbulatoren ermöglicht eine bessere Homogenisierung des Fluidstroms und auch eine Vergrößerung der Austauschfläche im Lot zum elektronischen Steuerungskreis.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Heizvorrichtung Fluidstromturbulatoren auf, die an der Außenwand mindestens einer Heizpatrone angeordnet sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Heizvorrichtung ein einziges Heizgehäuse auf, in dem eine elektrische Heizpatrone angeordnet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Heizvorrichtung ein erstes und ein zweites Heizgehäuse auf, in denen jeweils eine elektrische Heizpatrone angeordnet ist, wobei das erste und das zweite Heizgehäuse über eine Verbindungsöffnung so verbunden sind, dass das Fluid von einem Heizraum zu einem anderen strömen kann, wobei das erste Heizgehäuse den Fluideinlass und das zweite Heizgehäuse den Fluidauslass aufweist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die elektrischen Heizpatronen mit ein und demselben elektronischen Steuerungskreis verbunden, der außerhalb der Fluidzirkulationsräume an einer Wand eines der Heizgehäuse angeordnet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der elektronische Steuerungskreis an der Wand des ersten Heizgehäuses, das den Fluideinlass aufweist, angeordnet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Wand des Heizgehäuses auf Höhe ihres Kontaktbereichs mit dem elektronischen Steuerungskreis eine Verringerung ihrer Dicke auf.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung, die als veranschaulichendes und nicht einschränkendes Beispiel gegeben ist, und anhand der beigefügten Zeichnungen klarer. Darin zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Heizvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform,
2 eine schematische Darstellung einer elektrischen Heizvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform,
3 eine schematische Darstellung einer elektrischen Heizvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
In den verschiedenen Figuren haben identische Elemente die gleichen Bezugszeichen.
Wie in 1 gezeigt, die eine elektrische Heizvorrichtung veranschaulicht, weist diese Folgendes auf:

– mindestens ein Heizgehäuse 3, in dem ein Fluid zirkuliert. Das Heizgehäuse 3 weist einen Einlass 5a und einen Auslass 5b für das Fluid auf und definiert einen Fluidzirkulationsraum,
– mindestens eine elektrische Heizpatrone 7, die innerhalb des mindestens einen Heizgehäuses 3 in Kontakt mit dem Fluid angeordnet ist, und
– einen elektronischen Kreis 9 zur Steuerung des bzw. der elektrischen Heizpatronen 7.

Die elektrische Heizvorrichtung 1 weist auch einen Behälter 20 auf, der die verschiedenen Elemente, aus denen er zusammengesetzt ist, umgibt und auch das Einströmen und Ausströmen des zu erwärmenden Fluids ermöglicht.
Die elektrische Heizpatrone 7, die beispielsweise aus Keramik besteht, umfasst einen Abschnitt, der das Heizgehäuse 3 durchquert und in den Fluidzirkulationsraum eingesetzt ist, und einen Abschnitt, der auf Höhe einer dazu vorgesehenen Öffnung aus dem Heizgehäuse 3 austritt. Auf Höhe dieser Öffnung wird die Dichtigkeit beispielsweise mit einer Dichtung oder mit anderen bekannten Mitteln erhalten, wie etwa mit einer Schweißverbindung auf Höhe des Kontakts zwischen der elektrischen Heizpatrone 7 und dem Heizgehäuse 3.
Die elektrische Heizpatrone 7 ist mit einem Verbindungsstück 11 und einer Verbindungvorrichtung 13, wie etwa Kabel oder auch eine flexible Verbindungsschaltung, mit dem elektronischen Steuerungskreis 9 verbunden.
Der elektronische Steuerungskreis 9 ist seinerseits außerhalb des Fluidzirkulationsraums an einer Wand mindestens eines Heizgehäuses 3 angeordnet. Da das Fluid, das durch die elektrische Heizvorrichtung 1 strömt, eine niedrigere Temperatur als die Betriebstemperatur der elektronischen Komponenten des elektronischen Steuerungskreises 9 haben kann, kann somit das Fluid den elektronischen Steuerungskreis 9 durch die Wand des Heizgehäuse 3 kühlen.
Das Heizgehäuse 3 kann insbesondere aus Kunststoff oder auch aus einem metallischen Material bestehen. In diesem Fall, wenn das Heizgehäuse 3 aus einem metallischen Material besteht, ist zwischen dem elektronischen Steuerungskreis 9 und der Wand des Heizgehäuses 3 eine (nicht gezeigte) zusätzliche Schicht aus elektrisch isolierendem Material angeordnet, so dass die Gefahr von Kurzschlüssen verhindert wird.
Wie in 2 veranschaulicht, kann die Heizvorrichtung 1 Fluidstromturbulatoren 15 aufweisen. Diese Turbulatoren 15 sind innerhalb des Fluidzirkulationsraums an der Wand des Heizgehäuses 3 angeordnet und haben einen doppelten Nutzen. Sie ermöglichen eine bessere Homogenisierung des Fluidstroms und somit eine bessere Erwärmung dieses Fluidstroms. Sie vergrößern auch die Kontaktfläche im Lot zum elektronischen Steuerungskreis 9, wodurch seine Kühlung durch das Fluid verbessert wird.
Gemäß einer (nicht gezeigten) alternativen Ausführung sind die Fluidstromturbulatoren 15 an der Außenwand der Heizpatrone 7, d.h. an der mit dem Fluid in Kontakt stehenden Wand angeordnet.
Diese Turbulatoren 15 können auch zur Führung des Fluidstroms dienen.
Um den Wärmeaustausch zwischen dem Wärmesteuerungskreis 9 und dem Fluid weiter zu verbessern, kann wie in 2 veranschaulicht die Wand des Heizgehäuses 3 auf Höhe ihres Kontaktbereichs mit dem elektronischen Steuerungskreis 9 auch eine Verringerung ihrer Dicke aufweisen.
Gemäß einer ersten Ausführungsform, die in den 1 und 2 veranschaulicht ist, weist die elektrische Heizvorrichtung 1 ein einziges Heizgehäuse 3 auf, in dem eine elektrische Heizpatrone 7 angeordnet ist.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform, die in 3 veranschaulicht ist, weist die Heizvorrichtung 3 ein erstes Heizgehäuse 3a und ein zweites Heizgehäuse 3b auf. Das erste Heizgehäuse 3a weist den Fluideinlass 5a auf, und das zweite Heizgehäuse 3b weist den Fluidauslass 5b auf. Die Zirkulationsräume des ersten Heizgehäuses 3a und des zweiten Heizgehäuses 3b sind über eine Verbindungsöffnung 17 so miteinander verbunden, dass das Fluid von einem Heizgehäuse zu einem anderen strömen kann. Jedes Heizgehäuse 3a, 3b weist auch eine elektrische Heizpatrone 7 auf.
Das erste und das zweite Heizgehäuse 3a, 3b können beispielsweise zwei unabhängige Gehäuse sein, die aneinandergehängt und über eine gemeinsame Öffnung 17 verbunden sind. Das erste Heizgehäuse 3a und das zweite Heizgehäuse 3b können auch ausgehend von einem globalen Gehäuse gebildet und mit einer Innenwand, die die Verbindungsöffnung 17 aufweist, zweigeteilt sein, so dass zwei Fluidzirkulationsräume gebildet sind.
Bei dieser zweiten Ausführungsform sind die elektrischen Heizpatronen 7 mit ein und demselben elektronischen Steuerungskreis 9 verbunden. Dieser ist außerhalb der Fluidzirkulationsräume an einer Wand des ersten oder des zweiten Heizgehäuses 3a, 3b angeordnet. Um seine Kühlung zu vereinfachen, ist der elektronische Steuerungskreis 9 vorzugsweise an der Wand des ersten Heizgehäuses 3a, das den Fluideinlass 5a aufweist, außerhalb seines Fluidzirkulationsraums angeordnet. Aufgrund dieser Anordnung wird das kühlere Fluid am Eingang des Zirkulationsraums des ersten Heizgehäuses 3a zum Kühlen des elektronischen Steuerungskreises 9 verwendet.
Es ist somit ersichtlich, dass es aufgrund der Anordnung des elektronischen Steuerungskreises 9 möglich ist, diesen bei einer optimalen Betriebstemperatur zu halten und somit die Betriebsdauer der Heizvorrichtung 1 zu verlängern.

Claims

Elektrische Vorrichtung (1) zur Erwärmung eines Fluids, die Folgendes aufweist: – mindestens ein Heizgehäuse (3), das einen Einlass (5a) und einen Auslass (5b) für das Fluid aufweist und einen Fluidzirkulationsraum definiert, – mindestens eine elektrische Heizpatrone (7), die innerhalb des Heizgehäuses (3) in Kontakt mit dem Fluid angeordnet ist, und – einen elektronischen Kreis (9) zur Steuerung des bzw. der elektrischen Heizpatronen (7), dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Steuerungskreis (9) außerhalb des Fluidzirkulationsraums an einer Wand des mindestens einen Heizgehäuses (3) angeordnet ist.
Heizvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebstemperatur des elektronischen Steuerungskreises (9) höher ist als die Temperatur des Fluids am Auslass des bzw. der Heizgehäuse (3).
Heizvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines des mindestens einen Heizgehäuses (3) aus Kunststoff besteht.
Heizvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines des mindestens einen Heizgehäuses (3) aus einem metallischen Material besteht.
Heizvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine zusätzliche Schicht aus elektrisch isolierendem Material aufweist, die zwischen dem elektronischen Steuerungskreis (9) und der Wand mindestens eines Heizgehäuses (3) angeordnet ist.
Heizvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Fluidstromturbulatoren (15) aufweist, die innerhalb des Fluidzirkulationsraums an der Wand mindestens eines Heizgehäuses (3) angeordnet sind.
Heizvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein einziges Heizgehäuse (3) aufweist, in dem eine elektrische Heizpatrone (7) angeordnet ist.
Heizvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein erstes (3a) und ein zweites Heizgehäuse (3b) aufweist, in denen jeweils eine elektrische Heizpatrone (7) angeordnet ist, wobei das erste (3a) und das zweite Heizgehäuse (3b) über eine Verbindungsöffnung (17) so verbunden sind, dass das Fluid von einem Heizraum zu einem anderen strömen kann, wobei das erste Heizgehäuse (3a) den Fluideinlass (5a) und das zweite Heizgehäuse (3a) den Fluidauslass (5b) aufweist.
Heizvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Heizpatronen (7) mit ein und demselben elektronischen Steuerungskreis (9) verbunden sind, der außerhalb der Fluidzirkulationsräume an einer Wand eines der Heizgehäuse (3a, 3b) angeordnet ist.
Heizvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Steuerungskreis (9) an der Wand des ersten Heizgehäuses (3), das den Fluideinlass (5a) aufweist, angeordnet ist.
Heizvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand des Heizgehäuses (3) auf Höhe ihres Kontaktbereichs mit dem elektronischen Steuerungskreis (9) eine Verringerung ihrer Dicke aufweist.