ES2642854T3 - Calefacción eléctrica para vehículo, en particular para vehículos con accionamiento híbrido o con accionamiento eléctrico - Google Patents
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Abstract
Calefacción eléctrica para vehículo, en particular para vehículos con accionamiento híbrido o con accionamiento eléctrico, con - un módulo de calefacción (10), que está dotado de: - un cuerpo de soporte (14) que presenta dos superficies laterales exteriores principales opuestas (20, 21), - el cuerpo de soporte (14)- cuando se observa en la dirección de una de las dos superficies laterales exteriores principales (20, 21)- está subdividido en dos zonas de calefacción (16, 18) situadas una junto a otra, - el cuerpo de soporte (14) está provisto de al menos un elemento de calefacción (22) en cada zona de calefacción (16, 18), y - una unidad de control (31) para el control de los elementos de calefacción (22) de forma independiente entre sí, caracterizado por - al menos un intercambiador de calor (42, 48) acoplado térmicamente al cuerpo de soporte (14) para suministrar energía térmica a un medio de transporte de calor, - el cuerpo de soporte (14) presenta un sustrato cerámico, de modo que los elementos de calefacción (22) están realizados, respectivamente, como pistas conductoras de calefacción (24) y que cada pista conductora de calefacción (24) está recubierta por uno o varios elementos de cubierta (36, 37) que está o están unido(s) fijamente al sustrato cerámico, - el sustrato cerámico presenta en al menos un sector periférico una zona sobresaliente que se proyecta por el elemento de cubierta (36, 37), y - los componentes de la unidad de control (31) para los elementos de calefacción (22) están dispuestos en la zona sobresaliente del sustrato cerámico y, por tanto, en una zona del cuerpo de soporte localizada fuera de las zonas de calefacción (16, 18).
Description
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DESCRIPCION
Calefaccion electrica para vehnculo, en particular para vehnculos con accionamiento hnbrido o con accionamiento electrico
La invencion se refiere a una calefaccion electrica para vehnculo y concretamente en particular para un vehnculo con accionamiento hnbrido o accionamiento electrico. En cuanto a la calefaccion electrica para vehnculo se puede tratar de una calefaccion de aire, aunque tambien de una calefaccion que calienta un medio de transporte de calor, en la que el medio de transporte de calor transfiere su energfa termica a una corriente de aire que fluye dentro del vehnculo, por ejemplo a traves de un intercambiador de calor.
Es conocido que vehnculos convencionales con motores de combustion interna esten equipados con una calefaccion electrica adicional, de manera que ya durante la fase de calentamiento del medio de refrigeracion del motor se dispone de energfa suficiente para calentar el habitaculo del vehnculo. Tambien en vehnculos con motores de combustion interna, en los que por el tipo de funcionamiento o de construccion el medio de refrigeracion presenta una temperatura demasiado baja, pueden ser empleadas calefacciones electricas adicionales de este tipo. Finalmente, se utilizan calefacciones electricas para vehnculo, en particular en vehnculos con accionamiento hnbrido o electrico.
Las calefacciones electricas para vehnculo conocidas presentan normalmente varios modulos de calefaccion o ramales de calefaccion que pueden ser controlados por separado uno de otro. Cada ramal de calefaccion comprende uno o varios elementos de calefaccion, que son controlados simultaneamente por ramal de calefaccion. Por tanto, no es posible el control de los elementos de calefaccion individuales de un ramal de calefaccion por separado uno de otro. Esto significa que el ramal de calefaccion presenta siempre la misma temperatura a traves de toda su longitud.
Si las calefacciones electricas para vehnculo con tales modulos de calefaccion o ramales de calefaccion estan montadas de tal manera que los ramales de calefaccion estan alineados verticales o esencialmente verticales, entonces el flujo de aire que pasa a traves de la calefaccion electrica para vehnculo se puede calentar de manera diferente para el conductor y para el copiloto. Por tanto, se puede realizar de forma relativamente facil una llamada calefaccion de dos zonas.
Sin embargo, la situacion del espacio de construccion puede tambien hacer que sea necesario que la calefaccion electrica para vehnculo deba o debiera ser montada girada 90° con respecto a la disposicion descrita anteriormente. Entonces, el flujo de aire que pasa a traves de la calefaccion se puede calentar con diferente grado con respecto a las capas de flujo superpuestas. Si mediante la calefaccion se quiere realizar un ajuste y una regulacion de la temperatura separados para el conductor y el copiloto, esto debe ser realizado de forma costosa con valvulas de mezcla de temperatura o medidas similares, en las que aire frio y caliente son mezclados por separado para el conductor y el copiloto, lo que por un lado es desfavorable energeticamente y por otro lado puede conducir a mamparas parciales del modulo de calefaccion o de la calefaccion. Por estas mamparas parciales se pueden producir sobrecalentamientos locales sobre el modulo de calefaccion o la calefaccion o en la refrigeracion electronica.
Por el documento DE-C-100 32 099 es conocida una calefaccion electrica adicional para calentar el aire que fluye en el habitaculo de un vehnculo que tiene una tira de material de soporte con dos superficies laterales, en la que sobre al menos una de las superficies laterales estan dispuestos varios elementos de calefaccion en forma de tira, que pueden ser controlados para ajustar la potencia de calefaccion. En este caso este control se realiza en cascada, es decir, conectando secuencialmente otros elementos de calefaccion para la variacion (escalonada) (aumento o reduccion) de la potencia de calefaccion. En otras palabras, por tanto el control de los elementos de calefaccion no es posible independiente el uno del otro, como cuando es conectado un segundo elemento de calefaccion adicionalmente a un primer elemento de calefaccion controlado, despues el primer elemento de calefaccion no puede ser desconectado de nuevo sin que antes haya sido desconectado el segundo elemento de calefaccion. Por tanto, con esta calefaccion electrica adicional conocida no se pueden controlar y calentar de forma independiente entre sf zonas de calefaccion individuales sobre el elemento de calefaccion.
Ademas, por el documento DE-A-10 2010 000 042 es conocido un elemento de calefaccion electrica y un procedimiento para su fabricacion o por el documento DE-A-25 31 450 un cuerpo de refrigeracion.
En el documento US-A-2004/0252986 se describe una calefaccion electrica de cuerpo de laminas para vehnculos que presenta una pluralidad de cuerpos de soporte con pistas de calefaccion por resistencia, encontrandose, respectivamente, laminas conductoras termicas entre cuerpos de soporte colindantes. La calefaccion esta subdividida en dos grupos de cuerpos de soporte, estando cada grupo dispuesto en una mitad diferente de la calefaccion. De esta forma, por ejemplo, la mitad izquierda de la calefaccion puede ser accionada a una temperatura diferente de la de la mitad derecha de la calefaccion.
El objeto de la invencion es proporcionar una calefaccion electrica para vehnculo, en particular para vehnculos con accionamiento hnbrido o con accionamiento electrico, con la que se pueda realizar de forma facil un ajuste a una temperatura diferente del medio, por ejemplo aire, que fluye a lo largo de diferentes zonas de un modulo de
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calefaccion, por ejemplo la del conductor y la del copiloto. Un modulo de calefaccion de este tipo puede ser usado para calentar un medio de transporte de calor (por ejemplo que fluye), que en particular se trata de un gas (tal como aire) o un lfquido (como por ejemplo agua).
Para llevar a cabo este objeto se proporciona con la invencion una calefaccion electrica para vehnculo, en particular para vehnculos con accionamiento hnbrido o con accionamiento electrico que presenta al menos un modulo de calefaccion, que esta provisto de las caractensticas de la reivindicacion 1. Realizaciones individuales de la invencion son objeto de las reivindicaciones subordinadas.
Analogamente se propone con la invencion un modulo de calefaccion para una calefaccion electrica para vehnculo (calefaccion completa o adicional), en el que sobre un cuerpo de soporte que se extiende a traves de esencialmente toda la longitud del modulo de calefaccion estan definidas dos zonas de calefaccion situadas adyacentes. Cada zona de calefaccion puede tener uno o varios elementos de calefaccion para, por ejemplo, poder variar la potencia de calefaccion por zona de calefaccion. Los elementos de calefaccion pueden ser controlados lineal o escalonadamente. El propio cuerpo de soporte tiene dos superficies laterales exteriores principales situadas opuestas y esta realizado preferiblemente con forma de tira. Como material para el cuerpo de soporte es adecuado por ejemplo un material ceramico.
Cuando se observa en la direccion de una de las dos superficies laterales exteriores principales del cuerpo de soporte, este esta subdividido en (al menos) dos zonas de calefaccion situadas adyacentes. Cada zona de calefaccion presenta al menos un elemento de calefaccion, pudiendo ser controlados los elementos de calefaccion de diferentes zonas de calefaccion de forma independiente entre st Para ello se utiliza una unidad de control. La unidad de control tiene un circuito electrico, de modo que al menos un componente (tal como por ejemplo un transistor bipolar, MOSFET o IGBT) del circuito electrico genera perdida de potencia en forma de calor. Este componente se encuentra convenientemente sobre el cuerpo de soporte, y espedficamente en una zona de control separada espacialmente de las zonas de calefaccion. De esta manera, la perdida de potencia puede ser aprovechada adicionalmente para el control de la temperatura del medio de transporte de calor que fluye a traves de la calefaccion de vetnculo. El modulo de calefaccion esta provisto ademas de un intercambiador de calor que esta acoplado termicamente al cuerpo de soporte y esta expuesto al medio de transporte de calor (gas o lfquido) que se va a calentar. Mediante el intercambiador de calor, la energfa termica de los elementos de calefaccion es transferida al entorno eventualmente a traves de una superficie ampliada, es decir, al medio de transporte de calor (por ejemplo, gas o lfquido) que fluye a lo largo. El intercambiador de calor se denomina tambien en lo que sigue cuerpo de refrigeracion.
Las al menos dos zonas de calefaccion estan dispuestas sobre una superficie lateral exterior principal comun o sobre diferentes superficies laterales exteriores principales del cuerpo de soporte. Finalmente, tambien es posible que en ambas superficies laterales exteriores principales del cuerpo de soporte esten dispuestos los elementos de calefaccion que estan asociados, respectivamente, a diferentes zonas de calefaccion. Por consiguiente, cada zona de calefaccion tiene correspondientemente elementos de calefaccion dispuestos en ambas superficies laterales exteriores principales del cuerpo de soporte. Sobre el cuerpo de soporte se encuentran convenientemente conducciones de alimentacion para los elementos de calefaccion de las zonas de calefaccion individuales, que estan disenadas separadas entre sf, de manera que los elementos de calefaccion asignados a las diferentes zonas de calefaccion tambien pueden ser controlados independientemente uno de otro. Por tanto, con el modulo de calefaccion propuesto segun la invencion, diferentes zonas de un ramal de calefaccion de una calefaccion electrica para vetnculo pueden ser calentadas en diferentes grados. Si ahora una calefaccion de vetnculo de este tipo es instalada de tal manera que los modulos de calefaccion o los ramales de calefaccion se extienden esencialmente horizontales, el medio de transporte de calor que fluye a traves de la calefaccion del vetnculo puede ser regulado en temperatura de manera diferente por ejemplo en su zona izquierda que en su zona derecha. Asf, en el caso de una calefaccion de aire para el conductor y el copiloto, es posible un ajuste de temperatura diferente del lado del conductor y del copiloto de una manera sencilla, sin necesidad de un "post-tratamiento" del flujo de aire que sale de la calefaccion del vehnculo. Ademas, este se puede dividir facilmente en dos flujos de aire parciales: por una parte para el lado del conductor y por otra parte para el lado del copiloto.
Si el modulo de calefaccion segun la invencion es instalado en orientacion vertical, es concebible igualmente un ajuste de la temperatura separado para el conductor y el copiloto, de modo que en este caso no hay que hacer uso de la posibilidad de calentar el modulo de calefaccion en diferente grado a traves de su extension longitudinal.
La calefaccion electrica para vehnculo segun la invencion puede pues ser modificada tanto en la direccion vertical como en la horizontal con respecto a su distribucion de temperatura sobre la superficie de la calefaccion del veldculo. Por tanto, es posible, por ejemplo, implementar cuatro flujos parciales de un medio de transferencia de calor que pueden ser calentados de forma diferente que, vistos en la seccion transversal de flujo, corresponden a cuatro cuadrantes.
Los elementos de calefaccion estan realizados en forma de pistas conductoras de calefaccion que estan realizadas, en particular en el procedimiento de impresion en pasta, sobre un sustrato ceramico como cuerpo de soporte. Las pistas conductoras de calefaccion, asf como otras pistas conductoras sobre el cuerpo de soporte estan recubiertas por elementos de cubierta (de nuevo, en particular de materiales ceramicos) que, por un lado son aislantes
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electricamente y por el otro lado electricamente conductores, y pueden estar unidos al cuerpo de soporte con soldadura de vidrio o adhesivo. Alternativamente, el aislamiento electrico puede ser realizado al mismo tiempo con conductividad termica tambien por una pelfcula de plastico a base de imida o por pasivacion de vidrio.
Ademas, el sustrato ceramico presenta en por lo menos un sector marginal una zona sobresaliente que se proyecta por el elemento de cubierta, de modo que en la zona sobresaliente del sustrato ceramico estan dispuestos componentes de la unidad de control para los elementos de calefaccion.
Otras realizaciones ventajosas de la invencion se indican en las reivindicaciones subordinadas.
Asf, por ejemplo, es posible que la calefaccion electrica para vetnculo presente dos intercambiadores de calor por modulo de calefaccion, entre los cuales este dispuesto un cuerpo de soporte acoplado termicamente a los intercambiadores de calor.
En otra realizacion ventajosa de la invencion puede estar previsto que el cuerpo de soporte este realizado en forma de tira y tenga una extension longitudinal y que las dos zonas de calefaccion esten dispuestas una tras otra en la extension longitudinal sobre una superficie lateral exterior principal comun del cuerpo de soporte o sobre diferentes superficies laterales exteriores principales del cuerpo de soporte, con o sin solapamiento mutuo.
Ademas, es posible que el cuerpo de soporte presente un sustrato ceramico, de manera que los elementos de calefaccion esten realizados, respectivamente, como pistas conductoras de calefaccion y que cada pista conductora de calefaccion este cubierta por uno o varios elementos de cubierta, que este o esten unido(s) fijamente al sustrato ceramico.
Ademas, es posible que el o cada elemento de cubierta este realizado como una pelfcula de plastico termicamente conductora y electricamente aislante, que en particular presenta un compuesto imido o una poliimida, y/o que entre cada superficie lateral exterior principal provista de al menos un elemento de calefaccion y el elemento de cubierta o entre el elemento de cubierta y un intercambiador de calor este dispuesta una pasta conductora de calor.
Como elemento de cubierta es adecuado en particular un material ceramico. Sin embargo, se utiliza preferiblemente una pelfcula de plastico termicamente conductora y aislante electricamente. Esta pelfcula se compone de un plastico de alto rendimiento, que garantiza un aislamiento electrico resistente a cargas disruptivas combinado con una buena conductividad termica. Un material plastico de este tipo presenta en particular un compuesto qrnmico imido o una poliimida. La poliimida es en particular una poliimida aromatica pura. Los materiales de este tipo son resistentes al calor, tienen bajas desgasificaciones, son ademas resistentes a la radiacion y presentan propiedades aislantes. Son estables en cuanto a la forma en el intervalo de temperaturas de -273° C hasta +400° C. Asimismo, la temperatura de uso continuado se situa hasta 230° C, siendo posible durante un corto periodo de tiempo 400° C. Un material conocido con poliimidas aromaticas puras, que es adecuado para el uso en la invencion, se comercializa bajo la denominacion Kapton®. Alternativamente, como material de cubierta sobre el sustrato ceramico puede ser aplicada una capa de pasivacion de un material electricamente aislante y termicamente conductor, como por ejemplo una capa de pasivacion de vidrio. Una pelfcula de plastico o una capa ceramica de cubierta (soldada con el vidrio) puede entonces suprimirse (pero no tiene por que serlo). Por las alternativas mencionadas anteriormente pueden conseguirse aislamientos electricos de tensiones (de prueba) de unos pocos kV.
Finalmente, tambien es posible que la calefaccion electrica para vetnculo segun la invencion comprenda varios modulos de calefaccion con, respectivamente, dos intercambiadores de calor que presentan aletas de refrigeracion que sobresalen en lados opuestos de un modulo de calefaccion, y un marco de sujecion en el que estan sujetos modulos de calefaccion dispuestos uno junto a otro, de modo que las aletas de refrigeracion de los intercambiadores dispuestos enfrentados entre sf, de dos modulos de calefaccion adyacentes engranan entre sf y/o que las aletas de refrigeracion de los intercambiadores de calor situados por fuera de los dos modulos de calefaccion mas distanciados entre sf estan recubiertos al menos parcialmente por sectores de cubierta del marco de sujecion. Alternativamente, el o cada intercambiador de calor puede presentar un cuerpo de refrigeracion con varias aletas de refrigeracion sobresalientes dispuestas adyacentes entre sf, entre las cuales puede fluir el medio de transporte de calor, de modo que al menos algunas de las aletas de refrigeracion - vistas en la direccion de flujo del medio de transporte de calor- presentan sectores de aleta de refrigeracion con inclinaciones con distinta orientacion.
En otra realizacion ventajosa de la invencion puede estar previsto que el medio de transporte de calor fluya a traves y/o alrededor del intercambiador de calor con la formacion de dos flujos parciales, estando asignado cada flujo parcial a una zona de calentamiento diferente del modulo de calefaccion.
Finalmente, tambien es posible que esten previstos varios modulos de calefaccion, de modo que por cada modulo de calefaccion cada zona de calefaccion este asignada a otro de los dos flujos parciales.
Alternativamente a la variante descrita anteriormente, segun la invencion pueden tambien estar previstos varios modulos de calefaccion, de los cuales un primer grupo de modulos de calefaccion que comprende al menos un modulo de calefaccion esta asignado, respectivamente, a uno de dos flujos parciales, concretamente a un primer o a un segundo flujo parcial, y de los cuales un segundo grupo de modulos de calefaccion que comprende al menos un modulo de calefaccion esta asignado, respectivamente, a uno de los otros dos flujos parciales, concretamente a un
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tercer o a un cuarto flujo parcial, de modo que dicha zona de calefaccion del al menos un modulo de calefaccion del primer grupo es asignada al primer flujo parcial, la otra zona de calefaccion del al menos un modulo de calefaccion del primer grupo al segundo flujo parcial, la zona de calefaccion del al menos un modulo de calefaccion del segundo grupo esta asignada al tercer flujo parcial y la otra zona de calefaccion del al menos un modulo de calefaccion del segundo grupo esta asignada al cuarto flujo parcial.
La calefaccion electrica para vehnculo segun la invencion puede presentar, alternativa o adicionalmente a las caractensticas mencionadas anteriormente, una de las caractensticas mencionadas a continuacion:
1. Un sustrato ceramico, sobre el cual en el proceso de impresion de pasta es imprimida por uno o por ambos lados una pista conductora que sirve como elemento de calefaccion, de modo que una pelfcula conductora de calor que esta aplicada sobre la pista conductora, afsla esta. Un cuerpo de refrigeracion o de calefaccion transfiere el calor de la pista conductora al aire.
2. Sobre el sustrato ceramico puede estar dispuesto un componente semiconductor u otro componente de un circuito electrico, con el cual se puede controlar la pista conductora de calefaccion. En este caso, el componente transfiere el calor que ha perdido al sustrato ceramico, con lo que a su vez es transferido su calor adicional al medio ambiente a traves del cuerpo de calefaccion o de refrigeracion (intercambiador de calor).
3. Alternativamente, sobre la pista conductora del sustrato ceramico puede estar fijada una ceramica de cubierta con adhesivo termoconductor para aislamiento. Sin embargo, la ceramica de cubierta puede ser colocada tambien sobre el sustrato ceramico impreso por un lado en pasta termoconductora y luego fijada mediante pinzas o elementos de fijacion mecanicos similares, eventualmente junto con el cuerpo de refrigeracion/calefaccion.
4. Un sustrato ceramico sobre el cual son impresas por ambos lados pistas conductoras como elementos de calefaccion en el proceso de impresion de pasta. En este caso, las pistas conductoras estan dispuestas sobre las dos superficies laterales exteriores principales del sustrato ceramico, de tal manera que forman dos zonas de calefaccion que estan dispuestas una detras de la otra y, eventualmente solapadas, vistas en la extension longitudinal del sustrato ceramico en particular en forma de tira. Una pelfcula conductora de calor (por ejemplo Kapton®), una pasivacion de vidrio o una ceramica de cubierta estan colocadas asf sobre las pistas conductoras y afslan estas pistas conductoras del medio ambiente, de modo que la conductividad termica se mantiene. El calor del modulo de calefaccion es transferido asf al aire circundante o al flujo de aire a traves de un cuerpo de refrigeracion o calefaccion.
5. Un sustrato ceramico sobre el cual estan impresas por un lado dos pistas conductoras como elementos de calefaccion en el proceso de impresion de pasta. En este caso, las pistas conductoras estan dispuestas sobre las dos superficies laterales exteriores principales del sustrato ceramico, de tal manera que forman dos zonas de calefaccion que estan dispuestas una detras de la otra y, eventualmente solapadas, vistas en la extension longitudinal del sustrato ceramico en particular en forma de tira. Una pelfcula conductora de calor (por ejemplo Kapton®), una pasivacion de vidrio o una ceramica de cubierta estan colocados sobre las pistas conductoras y afslan estas pistas conductoras del medio ambiente, de modo que la conductividad termica se mantiene. El calor del modulo de calefaccion es trasferido asf al aire circundante o al flujo de aire a traves de un cuerpo de refrigeracion o calefaccion.
6. Sobre el sustrato ceramico esta dispuesto, respectivamente, un componente semiconductor por zona de calefaccion y, eventualmente tambien por elemento de calefaccion, con los que las pistas conductoras de calefaccion pueden ser controladas de forma separada entre st Los componentes semiconductores transfieren asf el calor que pierden al sustrato ceramico y, por tanto, calientan igualmente el aire.
7. Ademas, el concepto segun la invencion se puede combinar con las caractensticas dadas a conocer en los documentos WO 2011/120946 A1 yWO 2011/085915 A1. El contenido de los dos documentos mencionados anteriormente es tambien contenido de la presente solicitud por referencia.
La invencion se explica con mas detalle a continuacion en virtud de un ejemplo de realizacion con referencia al dibujo. En particular muestran:
Fig. 1: una vista en perspectiva de un modulo de calefaccion,
Fig. 2: el modulo de calefaccion segun la Fig. 1 en una vista en despiece ordenado,
Fig. 3: una vista del lado inferior del elemento de calefaccion o del cuerpo de soporte del elemento de
calefaccion del modulo de calefaccion segun la Fig. 2, y
Figs. 4 y 5: vistas sobre dos calefacciones electricas para vetnculo con varios modulos de calefaccion segun las figuras 1 a 3, que estan alineados horizontalmente (vease la Fig. 4) o verticalmente (vease la Fig. 5).
La Fig. 1 muestra en perspectiva un modulo de calefaccion 10, cuya estructura se muestra en perspectiva y en una representacion en despiece ordenado en la Fig. 2 en el ejemplo de una calefaccion de aire. El modulo de calefaccion 10 esta disenado para su uso en redes de a bordo de alta tension de hasta 1 kV en vehnculos, en particular vehnculos hnbridos o electricos. El modulo de calefaccion 10 presenta un elemento de calefaccion electrica central 12 que esta provisto de una estructura de capas segun la siguiente descripcion. El elemento de calefaccion 12 comprende un sustrato ceramico 14, que esta subdividido en dos zonas de calefaccion 16 y 18 y una zona de control
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19. Ambas zonas de calefaccion 16, 18 pueden encontrarse, por ejemplo, sobre el lado superior 20 del substrato ceramico 14 segun la Fig. 2. Sin embargo, en este ejemplo de realizacion, una zona de calefaccion 16 esta situada en el lado superior 20 del sustrato ceramico 14 y la segunda zona de calefaccion 18 se encuentra en el lado inferior 21 del sustrato ceramico 14 (vease la vista del lado inferior del sustrato ceramico 14 segun la Fig. 3). La particularidad de las dos zonas de calefaccion 16, 18 consiste en que estan situadas yuxtapuestas con respecto a la extension longitudinal del sustrato ceramico en forma de tira 14, pudiendo eventualmente solaparse. En otras palabras, las dos zonas de calefaccion 16 y 18, asf como la zona de control 19 se suceden en la extension longitudinal del sustrato ceramico 14. Por zona de calefaccion 16,18 esta dispuesto sobre el sustrato ceramico 14 en particular en el proceso de impresion de pasta un elemento de calefaccion por resistencia 22 o 24 en forma de un conductor de calefaccion por resistencia 23 o 25, cuyo flujo esta controlado, respectivamente, por un transistor 26,27. Los transistores 26, 27, asf como otros componentes electronicos 28 forman una unidad de control 31 o son un componente de una de tales unidades y se encuentran dentro de la zona de control 19, que presenta ademas un diseno de pista conductora 30 con zonas de contacto 32.
Las zonas de calefaccion 16,18 estan recubiertas, respectivamente, por una pelfcula conductora de calor 34, 35 de Kapton® aislante de la electricidad, como elementos de cubierta 36, 37. Sobre los elementos de cubierta 36, 37 se encuentra, respectivamente, una capa de una pasta conductora del calor 38 o 39. Cada elemento de cubierta 36, 37 termina cerca de la zona de control 19, de manera que los componentes dentro de la zona de control 19 estan expuestos.
Alternativamente, el elemento de calefaccion 12 puede tambien presentar un compuesto de un sustrato ceramico con conductores de calefaccion impresos, capas de pasivacion de vidrio sobre los conductores de calefaccion, capas de soldadura de vidrio sobre las capas de pasivacion de vidrio y elementos de cubierta ceramicos, que estan unidos fijamente a las capas de pasivacion de vidrio mediante las capas de soldadura de vidrio. Un compuesto de este tipo esta descrito, por ejemplo, en el documento WO 2011/085915 A1. Este compuesto es hermeticamente estanco, asf como electricamente altamente resistente a las descargas disruptivas y, por tanto, seguro al contacto, asf como resistente a la humedad.
Desde el lado inferior 21 del sustrato ceramico 14 referido a la Fig. 2 se ajusta al elemento de cubierta inferior 37 un primer cuerpo de refrigeracion 42, que se extiende a traves de toda la longitud de zonas de calefaccion 16, 18 y la zona de control 19. El primer cuerpo de refrigeracion 42 esta hecho de material metalico conductor del calor, como por ejemplo de una aleacion de aluminio y comprende una placa de base 44 por la que sobresalen aletas de refrigeracion individuales 46 con sectores 47 de aleta de refrigeracion inclinados en direcciones opuestas, vistos en la direccion de flujo del aire (es decir, en la extension del espacio intermedio entre las aletas de refrigeracion 46). Sobre el elemento de cubierta ceramico superior 36 se situa un segundo cuerpo de refrigeracion 48, que como el primer cuerpo de refrigeracion 42 esta acoplado termicamente al elemento de cubierta ceramico 36. El segundo cuerpo de refrigeracion 48 presenta una estructura semejante a la del primer cuerpo de refrigeracion 42 y comprende una placa de base 50 con aletas de refrigeracion 52 que sobresalen por ella, asf como sectores 53 de aleta de refrigeracion inclinados
En la realizacion de los conductores de calefaccion por resistencia 23, 25 de las dos zonas de calefaccion 16, 18 por un lado comun del sustrato ceramico 14 (por ejemplo, el lado superior 20 segun la Fig. 2), el primer cuerpo de refrigeracion 42 puede presentar una placa de base 44 que sobresale por la secuencia de aletas de refrigeracion 46 , de modo que su zona sobresaliente 40 se ajuste al lado inferior 21 del sustrato ceramico 14 acoplada termicamente en la region de su zona de control 19.
Ambos cuerpos de refrigeracion 42, 48 se mantienen unidos con elementos de pinza 54 y, por tanto, estan sujetos a ambos lados en el elemento de calefaccion 12.
A traves de los dos cuerpos de refrigeracion 42,48 el calor generado dentro de las respectivas zonas de calefaccion 16 o 18 es descargado al medio ambiente, de modo que todo el modulo de calefaccion 10 esta disenado de tal manera que la zona de control 19, aunque esta dispuesta directamente adyacente a la zona de calefaccion 16, se puede mantener a una temperatura en la que la funcion de los componentes electricos no se ve perjudicada. Por un sensor de temperatura 56 puede ser detectada la temperatura de la zona de control 19, con lo que es posible una monitorizacion de la temperatura. Una monitorizacion de la temperatura de este tipo tambien se puede conseguir si en virtud de la curva caractenstica de corriente del conductor de calefaccion por resistencia puede deducirse la temperatura del elemento de calefaccion 12. Se realiza una monitorizacion de la temperatura del sustrato ceramico preferiblemente de forma continua. Con ayuda de esta monitorizacion de la temperatura es posible una limitacion electronica de la temperatura y, por tanto, de la potencia del elemento de calefaccion 12. Ademas, el transistor 26 esta protegido frente a un sobrecalentamiento.
Si el modulo de calefaccion se utiliza para calentar un lfquido, por ejemplo agua, el cuerpo de refrigeracion o los cuerpos de refrigeracion estan realizados por ejemplo como carcasa de intercambiador de calor, a traves de la cual fluye el lfquido (separado y obturado respecto de los componentes electricos del modulo de calefaccion 10). Es concebible que el lfquido que se calienta fluya en primer lugar a traves de un primer intercambiador de calor que esta acoplado termicamente a un primer lado del sustrato ceramico 14, para a continuacion ser dirigido a traves de un segundo intercambiador de calor que esta acoplado termicamente a un segundo lado del sustrato ceramico
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
14. Puesto que el flujo de liquido pasa a traves de diferentes zonas de calefaccion (concretamente una a cada lado o varias a cada lado del sustrato), que pueden ser controladas de forma separada entre s^ por un control correspondiente de las diferentes zonas de calefaccion, puede evitarse un sobrecalentamiento o incluso una ebullicion del lfquido a la salida o en la zona de la salida de la calefaccion electrica de lfquido.
Varios modulos de calefaccion 10 segun las Figs. 1 a 3 pueden ser montados ahora para formar una calefaccion electrica 58. Segun la Fig. 4 la calefaccion electrica 58 presenta un marco 60, en el que estan dispuestos en este ejemplo de realizacion tres modulos de calefaccion 10 superpuestos. En este caso se aplican entre sf las aletas de refrigeracion 46 y 52 de los cuerpos de refrigeracion 42 y 48 dispuestos colindantes entre sf que forman parte de los elementos de calefaccion 12 dispuestos uno junto a otro. Las zonas de contacto 32 de las zonas de control 19 de los modulos de calefaccion 10 estan conectadas electricamente a una unidad de control y evaluacion 62. Por las aletas de refrigeracion 46, 52 que se aplican entre sf, la calefaccion electrica 58, vista a traves de su seccion transversal de flujo, presenta entre los modulos de calefaccion colindantes 10 una mayor resistencia al flujo que en la zona de los dos cuerpos de refrigeracion 42, 48 situados por fuera de la calefaccion electrica 58. Para conseguir tambien en estas zonas una resistencia al flujo adecuada a la resistencia al flujo entre los modulos de calefaccion 10, los sectores 64 de marco que se extienden a ambos lados con respecto a la Fig. 4 presentan recubrimientos 66 que recubren en parte las aletas de refrigeracion 46, 52.
Segun la Fig. 4 en la calefaccion electrica 58 estan montados tres modulos de calefaccion segun las figuras 1 a 3, de modo que los tres modulos de calefaccion se extienden horizontalmente en el estado montado. Por las zonas de calefaccion 16, 18 dispuestas una junto a otra, el flujo de aire indicado en 68 puede ser calentado en su zona izquierda 70, referida a la representacion segun la figura 4, a una temperatura diferente respecto a su zona derecha 72.
En la Fig. 5 se muestra una calefaccion electrica adicional 58' que comprende cuatro modulos de calefaccion 10 orientados verticalmente, que en el estado montado de la calefaccion electrica 58' estan alineados verticalmente. En la medida que los componentes individuales de la calefaccion 58' corresponden a aquellos de la calefaccion 58 de la Fig. 4, estan dotados en la Fig. 5 de los mismos sfmbolos de referencia que en la Fig. 4.
De nuevo, el flujo de aire indicado en 68, que pasa a traves de la calefaccion electrica 58', puede calentarse en su mitad izquierda 70 con referencia a la Fig. 5 a un valor de temperatura diferente del de la mitad derecha 72. Para ello, no precisa necesariamente del control diferente de las dos zonas de calefaccion 16, 18 de los modulos de calefaccion individuales 10. Mas bien, unicamente los modulos de calefaccion 10, que estan asignados a dos mitades de flujo de aire diferentes 70, 72, tienen que ser controlados de manera diferente. Si ademas las zonas de calefaccion 16, 18 se controlan igualmente de manera diferente, el flujo de aire (vease la figura 68) que pasa a traves de la calefaccion electrica 58' puede ser regulado en temperatura de forma diferente en sus cuatro cuadrantes 70, 72, 74, 76.
Los conceptos segun las figuras. 4 y 5 tambien se pueden transferir de manera analoga al caso en el que el medio a calentar sea un lfquido. Aqrn tambien se puede realizar una separacion derecha/izquierda o una estratificacion de temperatura o un gradiente de temperatura considerado a traves de la seccion transversal, que puede utilizarse en particular en el caso de flujos laminares.
Lista de simbolos de referencia
10 modulo de calefaccion
12 elemento de calefaccion electrica del modulo de calefaccion 14 substrato ceramico del modulo de calefaccion 16 zona de calefaccion del sustrato ceramico
18 zona de calefaccion del sustrato ceramico
19 zona de control del sustrato ceramico
20 lado superior del sustrato ceramico
21 lado inferior del sustrato ceramico
22 elemento de calefaccion por resistencia sobre el sustrato ceramico
23 conductor de calefaccion por resistencia
24 elemento de calefaccion por resistencia sobre el sustrato ceramico
25 conductor de calefaccion por resistencia
5
10
15
20
25
30
26 transistor
27 transistor
28 componentes electricos/electronicos de la unidad de control
30 diseno de pistas conductoras
31 unidad de control
32 zonas de contacto
36 elemento de cubierta del modulo de calefaccion
37 elemento de cubierta del modulo de calefaccion
38 pasta termoconductora
39 pasta termoconductora
40 zona sobresaliente del sustrato ceramico
42 cuerpo de refrigeracion
44 placa base del cuerpo de refrigeracion
46 aletas de refrigeracion del cuerpo de refrigeracion
47 sectores de aleta de refrigeracion
48 cuerpo de refrigeracion
50 placa base del cuerpo de refrigeracion
52 aletas de refrigeracion del cuerpo de refrigeracion
53 sectores de aleta de refrigeracion
54 elementos de pinza
56 sensor de temperature
58 calefaccion electrica
58' calefaccion electrica
60 marco de la calefaccion
62 unidad de evaluacion de la calefaccion
64 sectores de marco del marco
66 cubiertas del marco
68 flujo de aire a traves de la calefaccion
70 mitad izquierda del flujo de aire a traves de la calefaccion
72 mitad derecha del flujo de aire a traves de la calefaccion
74 cuadrante del flujo de aire
76 cuadrante del flujo de aire
Claims (7)
- 5101520253035404550REIVINDICACIONES1. Calefaccion electrica para vehnculo, en particular para vehnculos con accionamiento hnbrido o con accionamiento electrico, con- un modulo de calefaccion (10), que esta dotado de:- un cuerpo de soporte (14) que presenta dos superficies laterales exteriores principales opuestas (20, 21),- el cuerpo de soporte (14)- cuando se observa en la direccion de una de las dos superficies laterales exteriores principales (20, 21)- esta subdividido en dos zonas de calefaccion (16, 18) situadas una junto a otra,- el cuerpo de soporte (14) esta provisto de al menos un elemento de calefaccion (22) en cada zona de calefaccion (16, 18), y- una unidad de control (31) para el control de los elementos de calefaccion (22) de forma independiente entre sf,caracterizado por- al menos un intercambiador de calor (42, 48) acoplado termicamente al cuerpo de soporte (14) para suministrar energfa termica a un medio de transporte de calor,- el cuerpo de soporte (14) presenta un sustrato ceramico, de modo que los elementos de calefaccion (22) estan realizados, respectivamente, como pistas conductoras de calefaccion (24) y que cada pista conductora de calefaccion (24) esta recubierta por uno o varios elementos de cubierta (36, 37) que esta o estan unido(s) fijamente al sustrato ceramico,- el sustrato ceramico presenta en al menos un sector periferico una zona sobresaliente que se proyecta por el elemento de cubierta (36, 37), y- los componentes de la unidad de control (31) para los elementos de calefaccion (22) estan dispuestos en la zona sobresaliente del sustrato ceramico y, por tanto, en una zona del cuerpo de soporte localizada fuera de las zonas de calefaccion (16, 18).
- 2. Calefaccion electrica para vehnculo segun la reivindicacion 1, caracterizada por que los elementos de calefaccion (22) asignados a las dos zonas de calefaccion (16, 18) estan dispuestos sobre una superficie lateral exterior principal comun (20, 21) del cuerpo de soporte (14).
- 3. Calefaccion electrica para vehnculo segun la reivindicacion 1, caracterizada por que el que al menos un elemento de calefaccion (22) de una zona de calefaccion (16, 18) esta dispuesto sobre una superficie lateral exterior principal (20, 21) del cuerpo de soporte (14) y el al menos un elemento de calefaccion (22) de la otra zona de calefaccion (16, 18) esta dispuesto sobre la otra superficie lateral exterior principal (20, 21) del cuerpo de soporte (14).
- 4. Calefaccion electrica para vehnculo segun una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por dos intercambiadores de calor (42, 48), entre los cuales esta dispuesto el cuerpo de soporte (14).
- 5. Calefaccion electrica para vehnculo segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada por que el cuerpo de soporte (14) esta realizado en forma de tira y presenta una extension longitudinal y por que las dos zonas de calefaccion (16, 18) estan dispuestas sucesivamente en la extension longitudinal sobre una superficie lateral exterior principal (20, 21) comun del cuerpo de soporte (14) o sobre diferentes superficies laterales exteriores principales (20, 21) del cuerpo de soporte (14) con o sin solapamiento mutuo.
- 6. Calefaccion electrica para vehnculo segun una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por que el o cada elemento de cubierta (36,37) esta realizado como una pelfcula de plastico termicamente conductora, asf como electricamente aislante, que en particular presenta un compuesto imido o una poliimida, o por que el elemento de cubierta (36, 37) presenta una capa de pasivacion, en particular de vidrio, y/o por que entre cada superficie lateral exterior principal (20, 21) dotada de al menos un elemento de calefaccion (22) y el elemento de cubierta (36, 37) o entre el elemento de cubierta (36, 37) y un intercambiador de calor (42, 48), esta dispuesta una pasta termoconductora (38, 39).
- 7. Calefaccion electrica para vehnculo segun una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por que el o cada intercambiador de calor (42, 48) presenta un cuerpo de refrigeracion con varias de aletas de refrigeracion (46, 52) sobresalientes dispuestas adyacentes entre sf, entre las cuales puede fluir el medio de transporte de calor, en la que al menos algunas de las aletas de refrigeracion (46, 52)- vistas en la direccion del flujo del medio de transporte de calor-tienen sectores (47, 53) de aleta de refrigeracion inclinados en direcciones opuestas.
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