ES2354964T3 - Dispositivo de calefacción eléctrico. - Google Patents

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ES2354964T3 ES09012040T ES09012040T ES2354964T3 ES 2354964 T3 ES2354964 T3 ES 2354964T3 ES 09012040 T ES09012040 T ES 09012040T ES 09012040 T ES09012040 T ES 09012040T ES 2354964 T3 ES2354964 T3 ES 2354964T3
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Michael Niederer
Kurt Walz
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Abstract

Dispositivo de calefacción eléctrico que comprende: una carcasa (4), en la que está configurada una pared de separación (12) que divide la carcasa (4) en una cámara de calefacción (14) y una cámara de circulación (10) que aloja un medio, a través de la que fluye el medio, una abertura de entrada (6) para introducir el medio en la cámara de circulación (10) y una abertura de salida (8) para evacuar el medio calentado de la cámara de circulación (10), varios elementos de calefacción (18) con elementos de calefacción PTC (22), que están previstos entre chapas de contacto (24) con secciones de prolongación (26) configuradas en las mismas que están descubiertas en la cámara de calefacción (14), caracterizado por: una primera placa de circuito impreso (36) que presenta alojamientos de contacto colocados por deslizamiento en las secciones de prolongación (26) y superada en altura por elementos de lengüeta de contacto (41) en su lado superior opuesto a los elementos de calefacción PTC (22), y una segunda placa de circuito impreso (37) que presenta alojamientos de contacto enchufable (44) para los elementos de lengüeta de contacto (41), llevando la segunda placa de circuito impreso (37) elementos de conmutación eléctricos (46) y presentando la primera placa de circuito impreso (36) vías de conductor mediante las que se agrupan eléctricamente elementos de calefacción (18) individuales.

Description

La presente invención se refiere a un dispositivo de calefacción eléctrico para calentar un medio que fluye, debiendo entenderse por medio, en el sentido de la presente invención, en particular un medio líquido. La presente invención se refiere en particular a un dispositivo de calefacción eléctrico para un automóvil, en este caso 5 especialmente para un automóvil que se hace funcionar con un accionamiento que prácticamente no desprende calor de proceso o no lo hace de manera considerable. A esto pertenecen en particular los accionamientos híbridos. Por consiguiente se indicará con la presente invención un dispositivo de calefacción que es adecuado en particular para generar el calor necesario para los procesos que se desarrollan en piezas de instalación individuales de un automóvil o que al menos los favorece. El dispositivo de calefacción según la invención debe ser adecuado en 10 particular para generar una mayor cantidad de calor en el tiempo más breve para desprender éste en el tiempo más breve a las piezas de instalación correspondientes dentro del automóvil. A este respecto la presente invención fijará su atención en evitar un sobrecalentamiento del dispositivo de calefacción eléctrico debido a errores de control.
Por el documento DE 407 558 C se conoce un dispositivo de calefacción eléctrico para calentar agua, que comprende cajas planas unidas entre sí y configuradas de manera idéntica, que configuran entre sí hendiduras en 15 forma de U. El agua que debe calentarse fluye en forma de meandro a través del dispositivo de calefacción, de modo que el calor generado por elementos de calefacción eléctricos introducidos en las hendiduras en forma de U puede transferirse al agua y ésta puede calentarse.
Por el documento EP 0 899 985 A1 se conoce un calentador de agua según el preámbulo de la reivindicación 1 en el que perforaciones conformadas en perfiles extruidos se comunican con una abertura de 20 entrada y una abertura de salida para el agua que va a calentarse. El dispositivo de calefacción eléctrico anteriormente conocido tiene varios perfiles extruidos estratificados que están sujetos entre sí con intercalación de elementos de calefacción PTC.
Por el documento FR 2 827113 A se conoce un dispositivo de calefacción eléctrico con elementos de calefacción PTC que en una cámara hacia la que fluye el medio que va a calentarse están previstos de una abertura 25 de entrada y una abertura de salida que están separadas por una pared de separación de una cámara en la que está prevista una placa de circuito impreso equipada con elementos constructivos eléctricos. Esta placa de circuito impreso presenta hendiduras atravesadas por secciones de prolongación formadas por chapas de contacto de los elementos de calefacción PTC y están en contacto de forma eléctricamente conductora con los elementos de calefacción PTC. 30
La presente invención se basa en el problema de proporcionar un dispositivo de calefacción eléctrico mejorado con elementos de calefacción PTC que posibilite una puesta en contacto sencilla de los elementos de calefacción PTC.
Para solucionar este problema se proporciona con la presente invención un dispositivo de calefacción eléctrico con las características de la reivindicación 1. Perfeccionamientos preferidos del dispositivo de calefacción 35 según la invención se indican en las reivindicaciones dependientes.
El dispositivo de calefacción eléctrico según la invención es adecuado en particular como dispositivo de calefacción para un accionamiento híbrido de un vehículo. Además el dispositivo de calefacción según la invención es adecuado también como recuperador para descargar energía en exceso que se produce mediante el funcionamiento del generador de un motor eléctrico en caso de un frenado regenerativo. Una energía eléctrica en 40 exceso de este tipo se usa en primer lugar para rellenar un acumulador eléctrico (batería) previsto en el vehículo. Sin embargo, cuando también este acumulador está completamente cargado, debe descargarse energía eléctrica y para ello es adecuado en particular el dispositivo de calefacción eléctrico según la invención, mediante el que la energía eléctrica se transforma en energía térmica, que puede desprenderse por ejemplo a través de intercambiadores térmicos al entorno o usarse para calentar el habitáculo. 45
La presente invención se explica a continuación con más detalle mediante un ejemplo de realización en conexión con el dibujo. En éste muestran:
la figura 1, una vista desde arriba en perspectiva de una parte del ejemplo de realización con la cubierta abierta;
la figura 2, una vista desde arriba en perspectiva de la parte inferior de la carcasa con el fondo de carcasa 50 retirado;
la figura 3, una vista en corte longitudinal a través del ejemplo de realización mostrado en la figura 1;
la figura 4, una vista desde arriba en perspectiva de un ejemplo de realización de un elemento de calefacción eléctrico, que se utiliza en el dispositivo de calefacción según las figuras 1 a 3;
la figura 5, dos placas que van a colocarse sobre la parte mostrada en la figura 1;
la figura 6, el ejemplo de realización según la figura 1 con placas colocadas sobre la parte según la figura 5;
la figura 7, el ejemplo de realización según la figura 1 con la segunda placa de circuito impreso colocada; y
la figura 8, el ejemplo de realización mostrado en las figuras anteriores con la cubierta colocada.
La figura 1 muestra el ejemplo de realización de un dispositivo de calefacción 2 con una carcasa 4 5 longitudinal compuesta por un marco de carcasa 4 esencialmente cilíndrico y un fondo de carcasa 4b atornillado en el mismo. En una superficie lateral del marco de carcasa 4a, en extremos opuestos de este marco de carcasa 4a longitudinal están dispuestas tubuladuras que rodean aberturas de entrada y salida 6, 8 y a las que pueden conectarse a través de abrazaderas de tubo o similar conductos de conexión que conducen a una cámara de circulación 10 rodeada esencialmente por el marco de carcasa 4a. En la figura 1 las tubuladuras están dispuestas en 10 los extremos frontales del marco de carcasa 4a. Otra disposición de las tubuladuras en los extremos opuestos del marco de carcasa 4a longitudinal se indica con líneas discontinuas. Esta cámara de circulación 10 se separa de una cámara de calefacción 14 situada por encima mediante una pared de separación 12, y concretamente de modo que el fluido contenido en la cámara de circulación 10 (por ejemplo agua) no puede llegar al interior de la cámara de calefacción 14. La pared de separación 12 puede estar conformada por ejemplo formando una sola pieza con el 15 marco de carcasa 4a.
Tal como aclara la figura 3, la pared de separación 12 configura varias hendiduras 16 dispuestas en la dirección de anchura unas detrás de otras que se extienden esencialmente por toda la longitud de la carcasa 4 (véase la figura 2). La pared de separación 12 presenta por consiguiente una forma de meandro con hendiduras 16 que se adentran profundamente en la cámara de circulación 10, que frente a la cámara de circulación 10 están 20 completamente selladas y abiertas hacia la cámara de calefacción 14. Puesto que estas hendiduras 16 están fabricadas preferiblemente de un material de buena conducción, en particular metal y en este caso especialmente aluminio, conviene fabricar la pared de separación 12 por ejemplo como elemento constructivo separado y mediante conformación. Las hendiduras 16 tienen una sección transversal en forma de U y discurren en la dirección longitudinal de la carcasa 4 paralelas entre sí. 25
En cada una de las hendiduras 16 se encuentran elementos de calefacción 18, que presentan la estructura mostrada en la figura 4. El lado exterior de los respectivos elementos de calefacción 18 se forma a través de placas cerámicas 20. Entre estas placas cerámicas están dispuestos preferiblemente varios elementos de calefacción PTC 22. A su vez entre estos elementos de calefacción PTC 22 y las placas cerámicas 20 se encuentran chapas de contacto 24 de un material eléctricamente conductor. Unas secciones de prolongación 26 están conformadas 30 formando una sola pieza con estas chapas de contacto 24. Las secciones de prolongación 26 de las chapas de contacto opuestas entre sí se encuentran en lados diagonalmente opuestos. Por consiguiente las secciones de prolongación están separadas entre sí no sólo por el grosor de los elementos de calefacción PTC 22, sino que también están alejadas entre sí esencialmente por la anchura de los elementos de calefacción 18. Como refuerzo, las secciones de prolongación 26 tienen un grosor doble al doblar una vez el material de las chapas de contacto 24. 35
Las placas cerámicas 20, los elementos de calefacción PTC 22 y las chapas de contacto 24 están unidas preferiblemente mediante pegado formando una unidad. Tal como aclara la figura 4 las placas cerámicas 20 superan en altura los elementos de calefacción PTC 22 y las chapas de contacto 24 por todos sus lados para configurar un borde circundante. Los elementos de calefacción eléctricos 18 introducidos en las hendiduras 16 están en contacto con una de las placas cerámicas 20 con un brazo 28 de la hendidura en forma de U 16. Entre el brazo opuesto 30 y 40 el elemento de calefacción 18 se encuentra un elemento de presión 32, que está introducido bajo tensión en la hendidura 16 y está asociado a un elemento de calefacción eléctrico 18 individual. Mediante el respectivo elemento de presión 32 un único elemento de calefacción 18 se sujeta en la hendidura 16 y se sujeta contra los brazos opuestos 28, 30 de la hendidura 16. Por consiguiente el elemento de calefacción 18 está en contacto con una buena conducción térmica con los brazos opuestos 28, 30. Además los elementos de calefacción 18 se sitúan en vertical 45 sobre un alma 34 de la hendidura 16 que une los brazos 28, 30 y por consiguiente están fijados en altura. El elemento de calefacción eléctrico 18 está en contacto con los lados frontales inferiores de las placas cerámicas 20 con el alma 34, de modo que las piezas eléctricamente conductoras del elemento de calefacción 18 están separadas del alma metálica 34 y por tanto están aisladas. La profundidad de las hendiduras 16 se elige además de modo que por el elemento de calefacción 18 circula el medio en la cámara de circulación 16 al menos por la altura de los 50 elementos de calefacción PTC 22 apilados unos por encima de otros, es decir, todo el elemento de calefacción eléctrico 18 está alojado en la hendidura 16.
Las hendiduras en forma de U 16 tienen una sección transversal ligeramente cónica. El elemento de presión 32 también está configurado en forma de cuña, y concretamente con una pendiente que corresponde al desarrollo cónico de la hendidura 16. El grosor del elemento de presión 32 y del elemento de calefacción eléctrico 18 55 corresponde esencialmente a la anchura de la respectiva hendidura 16.
El elemento de presión 32 está compuesto por un material de buena conducción térmica, por ejemplo aluminio y el grosor de las placas cerámicas 20 se elige de modo que la conducción térmica de los elementos de
calefacción 18 apenas se ve afectada por el material de los brazos 28, 30. Debido a la elevada compresión de los elementos de calefacción 18 junto con el elemento de presión 32 se produce una evacuación de calor casi simétrica a ambos lados de las hendiduras longitudinales 16.
Tal como puede deducirse de la figura 1, las secciones de prolongación 34 superan en altura el lado superior de la pared de separación 12 y están descubiertas en la cámara de calefacción 14. En estas secciones de 5 prolongación 26 se colocan por deslizamiento las placas mostradas en la figura 5, concretamente una placa aislante 35 y una primera placa de circuito impreso 36. La placa aislante 35 es de un material eléctricamente aislante y presenta un patrón de orificios que corresponde al tamaño y la ubicación de las secciones de prolongación. Las aberturas rebajadas en la placa aislante 35 para las secciones de prolongación 26 sirven para el guiado de las secciones de prolongación 26 y para un aislamiento seguro. Además la placa aislante 35 presenta rebajes y 10 alojamientos para piezas de la primera placa de circuito impreso 36 que sobresalen de la primera placa de circuito impreso 36.
La primera placa de circuito impreso 36 presenta para cada hendidura 16 dos alojamientos de contacto 38 que están formados por alojamientos de sección de prolongación 40 curvados y que alojan bajo tensión previa las secciones de prolongación 26 (véase en particular la figura 3). En una configuración alternativa no representada en 15 este caso los alojamientos de contacto pueden estar formados también por dos chapas de contacto opuestas, cuya holgura se elige de modo que las secciones de prolongación alojadas en los alojamientos de contacto están en contacto con tensión previa con las chapas de contacto. En un caso de este tipo varias secciones de prolongación de elementos eléctricos dispuestos unos detrás de otros están conectadas en serie a través de las chapas de contacto. En el ejemplo de realización mostrado el agrupamiento eléctrico de elementos de calefacción 18 se realiza 20 a través de vías de conductor de la primera placa de circuito impreso 36, que por consiguiente se denomina también placa distribuidora.
La primera placa de circuito impreso 36 la superan en altura en el lado superior opuesto a los elementos de calefacción 18 seis elementos de lengüeta de contacto 41 así como un elemento de conexión cilíndrico 42 para la fase positiva, que en cada caso están dispuestos en la primera placa de circuito impreso 36. La primera placa de 25 circuito impreso 36 se sitúa aproximadamente a la altura de las superficies de apoyo 43 que están previstas en los extremos frontales del marco de carcasa 4a. La primera placa de circuito impreso 36 no presenta elementos constructivos electrónicos, sino sólo vías de conductor y los elementos de conexión 41, 42 anteriormente mencionados y así la primera placa de circuito impreso 36 sirve como placa distribuidora sólo para agrupar elementos de calefacción eléctricos 18 individuales en grupos con vistas a un control de todos los elementos de 30 calefacción eléctricos de un grupo.
La segunda placa de circuito impreso 37 tiene seis alojamientos de contacto enchufables 44 asociados a los elementos de lengüeta de contacto 41, que están dispuestos en el lado superior de la segunda placa de circuito impreso 37. Además en el lado superior de la segunda placa de circuito impreso 37 está previsto un elemento de conexión de polo negativo 45. En su lado inferior la segunda placa de circuito impreso 37 lleva elementos de 35 conmutación eléctricos, en particular interruptores de semiconductores 46 que superan en altura la segunda placa de circuito impreso 37 en el lado frontal o en el lado de extremo y están en contacto con las superficies de contacto 43 con intercalación de una capa aislante 47, de modo que mediante el contacto directo así creado existe la posibilidad de descargar el calor de pérdida generado por los interruptores de semiconductores 46 mediante conducción al interior de la carcasa 4, una vez montada la segunda placa de circuito impreso 37 con separación 40 respecto a la primera placa de circuito impreso 36. Los elementos de lengüeta de contacto 41 se enganchan entonces en los alojamientos de contacto enchufable 44 correspondientes. El elemento de conexión de polo positivo 42 atraviesa una hendidura rebajada en la segunda placa de circuito impreso 37 y supera en altura la segunda placa de circuito impreso 37. En los dos elementos de conexión 42 y 45 se realiza la siguiente puesta en contacto al colocar una cubierta de carcasa 48. Ésta presenta en su lado superior una conexión de corriente 50 y una conexión 45 de señal 52 y sirve para sellar la cámara de calefacción 14 frente al entorno.
El ejemplo de realización mostrado en el dibujo tiene 24 elementos de calefacción con cuatro elementos de calefacción PTC en cada caso y se ha demostrado sorprendentemente que este dispositivo de calefacción eléctrico puede emitir un rendimiento térmico de hasta más de 10 kW. Con este rendimiento a través del dispositivo de calefacción puede convertirse la energía que se produce por el funcionamiento del generador y no acumulable de un 50 accionamiento eléctrico en energía térmica.
Lista de números de referencia
2 dispositivo de calefacción
4 carcasa
4a marco de carcasa 55
4b fondo de carcasa
6 abertura de entrada
8 abertura de salida
10 cámara de circulación
12 pared de separación
14 cámara de calefacción 5
16 hendidura
18 elemento de calefacción
20 placa cerámica
22 elemento de calefacción PTC
24 chapa de contacto 10
26 sección de prolongación
28 brazo
30 brazo
32 elemento de presión
34 alma 15
35 placa aislante
36 primera placa de circuito impreso/placa distribuidora
37 segunda placa de circuito impreso
38 alojamiento de contacto
40 alojamiento de sección de prolongación 20
41 elementos de lengüeta de contacto
42 elemento de conexión de polo positivo
43 superficie de contacto
44 alojamiento de contacto enchufable
45 elemento de conexión de polo negativo 25
46 interruptor de semiconductores
47 capa aislante
48 cubierta de carcasa
50 conexión de corriente
52 conexión de señal 30

Claims (13)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Dispositivo de calefacción eléctrico que comprende:
    una carcasa (4), en la que está configurada una pared de separación (12) que divide la carcasa (4) en una cámara de calefacción (14) y una cámara de circulación (10) que aloja un medio, a través de la que fluye el medio,
    una abertura de entrada (6) para introducir el medio en la cámara de circulación (10) y una abertura de salida (8) 5 para evacuar el medio calentado de la cámara de circulación (10),
    varios elementos de calefacción (18) con elementos de calefacción PTC (22), que están previstos entre chapas de contacto (24) con secciones de prolongación (26) configuradas en las mismas que están descubiertas en la cámara de calefacción (14), caracterizado por:
    una primera placa de circuito impreso (36) que presenta alojamientos de contacto colocados por deslizamiento en 10 las secciones de prolongación (26) y superada en altura por elementos de lengüeta de contacto (41) en su lado superior opuesto a los elementos de calefacción PTC (22), y
    una segunda placa de circuito impreso (37) que presenta alojamientos de contacto enchufable (44) para los elementos de lengüeta de contacto (41),
    llevando la segunda placa de circuito impreso (37) elementos de conmutación eléctricos (46) y presentando la 15 primera placa de circuito impreso (36) vías de conductor mediante las que se agrupan eléctricamente elementos de calefacción (18) individuales.
  2. 2. Dispositivo de calefacción eléctrico según la reivindicación 1, caracterizado porque la primera placa de circuito impreso (36) es superada en altura por un elemento de conexión eléctrico (32) que atraviesa una hendidura rebajada en la segunda placa de circuito impreso (37) y sobresale de la misma. 20
  3. 3. Dispositivo de calefacción eléctrico según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la segunda placa de circuito impreso (37) lleva en su lado superior opuesto a la primera placa de circuito impreso (36) un elemento de conexión de polo negativo (45).
  4. 4. Dispositivo de calefacción eléctrico según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo comprende además una cubierta (48) que presenta una conexión de corriente y señal, a través de la que 25 está sellada la cámara de calefacción (14) y que lleva elementos de contacto complementarios descubiertos con elementos de contacto configurados en el lado superior de la segunda placa de circuito impreso (37).
  5. 5. Dispositivo de calefacción eléctrico según la reivindicación 4, caracterizado porque los elementos de contacto y los elementos de contacto complementarios pueden deslizarse con contacto unos en otros al colocar la cubierta (48) sobre la carcasa (4). 30
  6. 6. Dispositivo de calefacción eléctrico según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la pared de separación (12) configura una pluralidad de hendiduras (16) para alojar elementos de calefacción eléctricos (18), que se adentran en la cámara de circulación (10) y por las que circula a ambos lados el medio, y porque la pluralidad de hendiduras están configuradas en la dirección de anchura de la carcasa (4) de manera paralela unas detrás de otras. 35
  7. 7. Dispositivo de calefacción eléctrico según la reivindicacion 6, caracterizado porque las hendiduras (16) presentan una sección transversal aproximadamente en forma de U.
  8. 8. Dispositivo de calefacción eléctrico según la reivindicación 6 ó 7, caracterizado porque las hendiduras (16) están selladas frente a la cámara de circulación (10).
  9. 9. Dispositivo de calefacción eléctrico según una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque el grosor del 40 elemento de calefacción eléctrico (18) corresponde aproximadamente a la anchura de la hendidura (16).
  10. 10. Dispositivo de calefacción eléctrico según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el elemento de calefacción eléctrico (16) presenta dos placas (20) eléctricamente aislantes dispuestas paralelas entre sí, estando las chapas de contacto (24) en contacto a ambos lados con el al menos un elemento de calefacción PTC (22) y estando dispuestas entre éste y las placas (20) eléctricamente aislantes. 45
  11. 11. Dispositivo de calefacción eléctrico según la reivindicación 10, caracterizado porque las secciones de prolongación (26) están previstas en cada caso de forma diagonalmente opuestas y superan en altura el extremo superior de las placas eléctricamente aislantes (20), correspondiendo el tamaño de la superficie de las chapas de contacto (24) dispuestas entre las placas aislantes (20) en cada caso a la superficie exterior del al menos un elemento de calefacción PTC (22), que apunta al lado interior de la placa aislante (20). 50
  12. 12. Dispositivo de calefacción eléctrico según la reivindicación 11, caracterizado porque los extremos superiores de las respectivas secciones de prolongación (26) de los elementos de calefacción eléctricos (18) dispuestos en la hendidura (16) están dispuestos a la misma altura y en la zona de las secciones de prolongación (26) está prevista al menos una superficie de apoyo (42) para la primera placa de circuito impreso (36).
  13. 13. Dispositivo de calefacción eléctrico según la reivindicación 12, caracterizado porque el alojamiento de contacto 5 (38) para las secciones de prolongación (26) de varios elementos de calefacción eléctricos (18) dispuestos en una fila unos detrás de otros está formado por chapas de contacto opuestas entre sí y en contacto con las secciones de prolongación (26) bajo tensión previa.
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