JP2002019457A - 特に自動車に使用される電気加熱装置 - Google Patents

特に自動車に使用される電気加熱装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 均一な空気の排出温度が得られかつ低温の空
気が流れ込む時、加熱装置の効率が低下しない自動車に
使用される電気加熱装置を提供する。 【解決手段】 加熱ブロックを形成するように積み重ね
られた複数の加熱素子2と制御装置とが一緒になって、
構造ユニットを形成する。このために、制御装置は、加
熱素子を一体状に保持するフレームの側部バー4,5内
に収容される。加熱すべき空気は、加熱ブロックと共に
側部バー内に設けられた窓7を流れ、制御装置の電力用
電子部品にそれぞれ連結されかつ窓7に隣接配置された
冷却エレメント6を通過する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に自動車で補助
加熱手段として使用するのに適した、空気を加熱する電
気加熱装置に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車には、車両内部および/またはエ
ンジンを加熱するために加熱装置またはラジエータが使
用される。一方では、エンジンの始動時で、エンジンが
十分な熱エネルギを与えない間、それらが使用される。
他方、特に消費量最適化内燃機関では、自動車にそのよ
うな加熱装置を使用する必要がある。
【0003】しかし、そのような加熱装置の使用は、自
動車の分野に制限されない。これらの加熱装置は、様々
な他の目的に、たとえば家庭用機器(ルームエアコン)
や工場などの分野にも使用するのに適している。
【0004】ヨーロッパ特許第A2−0901311号
は、自動車用の電気加熱手段を開示している。記載の加
熱装置は、加熱ブロックを形成するように結合された複
数の加熱素子を含む。加熱ブロックおよび加熱ブロック
を制御する制御装置が、共通のフレーム内に保持されて
いる。このように、制御装置は、フレーム内に保持され
た加熱ブロックと一緒になって構造ユニットを形成す
る。制御装置は、冷却エレメントを備えた電子スイッチ
を有する電力用電子部品を含む。制御装置は、加熱すべ
き空気流の主要部分が加熱ブロックを流れ、その空気流
の周辺部分が冷却用に制御装置に加えられるように配置
されている。
【0005】この周知の加熱装置は、制御装置を流れる
空気流が加熱電力の全体効率を低下させることから、不
都合である。加熱すべき空気流の加熱ブロックを通過す
る部分と制御装置を通過する部分とでは、出口温度が異
なっている。制御装置に加えられた空気流の出口温度
は、主空気流より大幅に低い。その結果、特に空気の排
出温度が不均一になる。また、低温の空気が流れ込む
時、加熱装置は効率が低下するであろう。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、もっと効率的な加熱を行うことができる電気加
熱装置を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】この目的は、請求項1の
特徴によって達成される。本発明によれば、加熱すべき
空気が制御装置に全体的に加えられるのではなく、電力
用電子部品を流れてそれらを冷却するために使用される
空気量を窓形開口で制御することができる。このように
して、加熱ブロックを通過する空気量への適合が可能で
あるため、両方の空気量がほぼ同一の出力温度になるで
あろう。このようにして、加熱装置全体の効率が、制御
電子部品の冷却用に分流される空気流によって低下する
ことはないであろう。
【0008】本発明の好適な実施形態によれば、空気流
に影響を与える手段が、対向した窓形開口の間の領域内
に設けられている。このように、空気流を電力用電子部
品の冷却エレメントに最適に加えられるように誘導する
ことができることによって、冷却空気流の最大可能加熱
が達成されるであろう。U形冷却エレメントを設け、そ
の脚部の間に突出する空気誘導部材を追加して設けるこ
とができるようにすることによって、特に好都合な変更
例を得ることができる。
【0009】冷却空気は、制御装置の部材上を誘導され
る時、さらに加熱されるであろう。このため、制御装置
の印刷回路板は好ましくは、それの一方側だけに部材を
搭載している。このようにして、空気を部材に特に簡単
に加えることができる。また、部材のそのような配置は
製造エンジニアリングの点からも特に好都合である。
【0010】本発明の好適な実施形態によれば、印刷回
路板は、フレームの平面に直角に配置されている。この
ような配置は、一方では空気を部材に簡単に加えること
ができるようにする。他方、これによって電気加熱装置
の構造深さを小さくすることができる。
【0011】制御装置の固定は、側部バーの箱内に突出
する加熱素子の電気接続ラグを使用してそのような固定
を行う時、特に簡単にすることができる。このために、
接続ラグに対して相補的なばね部材を印刷回路板に設け
ることができる。この実施形態では、同手段の補助によ
って、機械的固定と共に、加熱素子用の制御電流を流す
ための電気接触も行うことができる。これは、本発明に
従った電気加熱装置に必要な材料の量と、そのような電
気加熱装置の製造用の設備とを大幅に減少させるという
効果を有する。
【0012】本発明のさらなる好都合な実施形態が、従
属請求項に開示されている。次に、添付の図面を参照し
ながら本発明による電気加熱装置の好ましい1つの実施
の形態を以下に説明する。
【0013】
【発明の実施の形態】図1は、本発明に従った電気加熱
装置1の側面図を示している。図2は、電気加熱装置1
の上面図を示している。電気加熱装置1は、層状に配置
された、すなわち積み重ねられた複数の加熱素子2を有
する加熱ブロックを含む。各加熱素子2は、抵抗加熱素
子と、この抵抗加熱素子に隣接配置されたラジエータす
なわち伝熱性プレートとで構成されている。抵抗加熱素
子として使用される加熱素子は、好ましくはPTC素子
である。加熱素子2を有する加熱ブロックは、フレーム
内に保持されている。このフレームは、対向した長手方
向バー3と、それに直角に配置された側部バー4および
5とで構成されている。フレームのバーは、金属製また
はプラスチック材製のいずれかである。
【0014】図1及び2に示されている実施形態では、
長手方向バー3はほぼ対称的な構造であるが、2つの側
部バー4および5は異なっている。側部バー4とは異な
って、側部バー5は、一側部が開放した箱として実現さ
れている。この箱形側部バー5の開放部分は、加熱素子
2側と反対側に位置する側部バーの側部に位置してい
る。この箱は、加熱素子2に供給される電流を制御する
ことによって個々の加熱素子2の熱出力を制御する制御
装置を内部に挿入できるようになっている。箱形側部バ
ー5の開放側部は、制御回路の挿入後にプラグオンまた
はクリップオン式カバーによって閉鎖される。
【0015】挿入後、制御装置の印刷回路板10は好ま
しくは、フレームの平面に直角に配置されるが、平行配
置も可能である(図示せず)。加熱装置1は、2つの接
続ピン8を介して電流を供給される。これらの接続ピン
は、要求された加熱電流を容易に流すことができるよう
に実現されている。図1及び2に示されている実施形態
では、接続ピン8は、箱形側部バー5が開放している側
部から突出している。
【0016】同一側部に、制御装置を制御するためのさ
らなるプラグベースが設けられているが、このプラグベ
ースは図1及び2に示されていない。側部バー5は、フ
レームの平面上に位置する側部に窓形開口7を有する。
これらの窓形開口7は、それらも加熱すべき空気流内に
位置するようにして配置される。向き合った窓形開口7
の間に冷却エレメント6が配置されているが、これらの
冷却エレメント6は、制御回路の電力用電子部品に属す
る。加熱装置が作動状態にある時、加熱すべき空気が、
加熱素子2からなる加熱ブロックだけでなく、窓形開口
7も流れる。
【0017】冷却エレメント6を通過する空気量は、窓
形開口7の寸法を選択することによって決定することが
できる。本発明によれば、加熱ブロックを流れる空気と
冷却エレメント6を流れる空気との間の温度差ができる
限り小さくなるように、空気流量が調整される。窓形開
口7を流れる空気の温度が加熱ブロックを流れる空気の
温度にできる限り近づいた場合だけ、加熱装置は最高可
能効率で作動するであろう。
【0018】図3は、箱形側部バー内に配置された制御
装置の詳細を斜視図で示している。印刷回路板10の上
に、電力用電子部品11に加えて制御電子部品12が実
際に装着されている。制御電子部品12は、電力用電子
部品11、特に電力用トランジスタによってそれぞれの
対応の加熱素子2に供給すべき電流の量を決定する。電
流は、接続ピン8の一方から導電性レール13を介して
制御装置に供給される。電力用トランジスタ11の出力
部は、印刷回路板10に溶接で固定されて、このトラン
ジスタに対応したばね部材14に接続されている。
【0019】ばね部材14は、制御装置が側部バー5に
取り付けられた時に加熱素子の接続ラグに接続されるよ
うにして、印刷回路板上に配置されている。そのような
接続ラグ15が、図4および図5に示されている。
【0020】図示の実施形態では、接続ラグ15が図3
の印刷回路板10を通過して、ばね部材14内へ挿入さ
れる。そのような構造にすることによって、印刷回路板
10を制御電子部品と共にフレーム内に迅速に機械的に
固定することができる。同時に、それぞれの加熱素子と
の電気接続が行われる。
【0021】印刷回路板は、一方側だけに部材を備えて
いる。加熱段階の数に応じて、電力用トランジスタ11
が印刷回路板に水平方向に固定されている。図示の実施
形態では、3つの加熱段階が、したがって3つの電力用
トランジスタが設けられている。各電力用トランジスタ
11は、出力端子が印刷回路板10に溶接で固定されて
いる。連結ラグがトランジスタを越えて突出しており、
この連結ラグに冷却エレメント6が固定されている。冷
却エレメント6を加熱素子に断熱状態で連結することが
好都合であろう。
【0022】冷却エレメント6に冷却フィンが設けられ
ており、これは、印刷回路板に直角をなす平面上に位置
している。図示の実施形態ではさらに、冷却フィンは、
印刷回路板の部材非搭載側に配置されている。冷却エレ
メント6の1つの脚部だけが印刷回路板の部材搭載側ま
で突出して、トランジスタ11の連結ラグに連結されて
いることによって、そのトランジスタで発生した熱を消
散させることができる。図示の実施形態では、トランジ
スタ11に連結された冷却エレメント脚部が、印刷回路
板10の開口に挿通されて印刷回路板10の部材搭載側
まで突出している。しかし、それが印刷回路板の縁部を
越えて突出するようにしてもよく、その場合には印刷回
路板10の開口をなくすことができる。トランジスタ1
1、ばね部材14及び冷却エレメント6を含む部材の同
じ構造が各加熱段階用に印刷回路板上に設けられてい
る。
【0023】図4は、箱形側部バー5、およびこの側部
バーに挿入されるようにした制御回路の詳細の説明用斜
視図である。側部バー5の一方側が、長手方向バー3
と、加熱素子2を備えた加熱ブロックとに連結されてい
る。側部バー5の上表面に、加熱すべき空気が通る窓形
開口9を見ることができる。
【0024】箱形側部バー5内に、3つの接続ラグ15
と1つの接続ピン8aとを見ることができる。この接続
ピンは、すべての加熱素子2用の陽極接続部を代表して
いる。本図面はさらに、側部バー5の箱に挿入されるよ
うにした制御装置5aの斜視図を示している。制御装置
5aは、側部バー5に面する側が側部バー5に挿入され
る。
【0025】制御装置5aの側部バー5に面する側に、
印刷回路板10の下面を見ることができる。3つの冷却
エレメント6がこの印刷回路板10を越えて突出してい
る。これらの冷却エレメントまたは冷却プレートの各々
が、加熱段階の電力用トランジスタ11の1つに対応し
ている。各冷却エレメント6用に、相補的な窓形開口7
が側部バー5の表面に設けられている。これによって、
加熱装置が作動している時、各冷却エレメントに空気流
が効果的に供給されるという効果が得られる。
【0026】側部バーから離れた側に面する側部に、さ
らなる連結ピン8bを見ることができる。この接続ピン
は、電流の供給時に電気アースとして機能する。接続ピ
ン8bは、図3および図5に示された、加熱電力を個々
の加熱段階に供給する導電性レール13に接続されてい
る。加熱段階の各々は、導電性レール13を経て供給さ
れる電流量から約40アンペアまでをそれの電力用トラ
ンジスタ11を介して引き込む。
【0027】図5は、側部バー5、およびこの側部バー
5の箱形開口に挿入されるようにした制御回路のさらな
る詳細を斜視図で示している。図5の上部分には、窓形
開口7の2つを側部バー5の表面上に見ることができ
る。これらの窓形開口は、制御回路を側部バー5内に挿
入した時、冷却エレメント6の上下に位置するように配
置されている。側部バー5の箱形開口内に、加熱部材2
の接続ラグ15を見ることができる。各加熱段階用にそ
れぞれ1つの接続ラグ15が設けられている。
【0028】図5の下半分に、側部バー5に挿入される
ようにした制御回路が示されている。構造をさらにわか
りやすく示すため、この場合には電力用トランジスタの
1つだけが冷却エレメント6を備えている。その他に関
しては、制御回路の構造は図3に関連して記載した制御
回路と同じである。
【0029】図6乃至8は、本発明のさらなる実施形態
を示している。図6、図7および図8は、この実施形態
が先行実施形態と特に異なっている部分の様々な詳細図
を示している。
【0030】図6は、側部バー5のわずかに変更した構
造を部分斜視図で示している。窓形開口7の配置は、上
記実施形態と同じである。空気流の影響をもっと正確に
与えるために、側部バー5への制御回路の挿入を妨害さ
れることなく行なえるのであれば、壁が側部バー5の窓
開口7の間に設けられている。窓の間の上側部と加熱素
子に面する側部とに位置する中間空間がすべて、追加壁
18で閉鎖されている。これによって、加熱装置が作動
している間に空気が無意味に流れることが防止される。
【0031】図7は、空気が窓形開口7の間をどのよう
に誘導されるかを示している。空気をさらに正確に誘導
するために、窓形開口7の間に位置する領域に、空気誘
導部材17が挿入されている。Y形スポイラ部材によっ
て、U形冷却エレメント6の冷却フィンの周囲を空気が
うまく流れるようにすることができる。冷却エレメント
6のそれぞれの冷却フィンは、窓形開口7に露出するよ
うに隣接配置されている。図7に、電力用トランジスタ
11を備えた印刷回路板10も示されている。
【0032】図8は、冷却エレメント6の対応の構造を
示している。上記実施形態では、ほぼU形冷却エレメン
ト6は、そのU形側部が印刷回路板上に垂直になるよう
に載置されているが、本実施形態の冷却エレメント6
は、U形の下側が印刷回路板10に平行になるようにし
て配置されている。したがって、Y形空気誘導部材17
は、加熱部材に面する側部バー側から制御装置の方向に
突出するように配置されている。第1実施形態に従った
冷却エレメント6を使用した時、相補的な空気誘導部材
を向き合った窓形開口7の間の側方周辺部分に配置する
ことができる。
【0033】図8に示されている実施形態では、冷却フ
ィンの幅b1が約3mmである一方、冷却フィン間の距
離b2がわずかに小さく、約2.5mmである。冷却エ
レメントは、好ましくはアルミニウムまたは銅で形成さ
れている。
【0034】図9乃至12には、本発明に従った制御装
置のさらなる実施形態が示されている。この実施形態で
は、特に電力用トランジスタおよび冷却エレメントの構
造が、先行実施形態のものと異なっている。本実施形態
に従った冷却エレメント20は、異なったやり方で電力
用トランジスタに連結されている。先行実施形態では、
電力用トランジスタ11に冷却ベーンが形成されて、そ
れが電力用トランジスタの一側部を越えて突出してい
る。上記実施形態の冷却エレメントは、これらの冷却ベ
ーンに固定されている。電力用トランジスタの冷却ベー
ンは、印刷回路板に溶接されている。以下に記載する実
施形態では、冷却エレメントがクリップ連結部によって
トランジスタに連結されている。
【0035】図9乃至12に、本実施形態の冷却エレメ
ント20が特別な構造を有することが示されている。ク
リップ21を係合させるために、冷却エレメント20の
冷却フィンが非対称的構造を有する。このために、好ま
しくはU形冷却エレメントの一方側でフィンの数が通常
の場合より少なくなって、クリップ21を係合させるこ
とができるようにしている。好ましくはクリップは、電
力用トランジスタ19および冷却エレメント20に外側
から係合し、このようにして冷却エレメント20を制御
装置およびトランジスタ19に固定する。
【0036】本実施形態は特に、SMD形電力用トラン
ジスタに適している。冷却エレメントを固定できる冷却
ベーンを備えていないことは、SMD形トランジスタの
構造依存特性である。冷却エレメントを電力用トランジ
スタ19の下表面に連結できるようにするために、印刷
回路板に穴が設けられており、この穴の直径が好ましく
は約7.5mmである。
【0037】したがって、冷却エレメント20は、その
下側にピン20aを有する。図示の実施形態では、この
ピンが個々の冷却フィンの方向と逆の方向に突出してい
る。ピン20aの直径は好ましくは約7mmである。冷
却エレメント20に形成されたピン20aは、印刷回路
板10の穴を貫通して、直接的にトランジスタ19と接
触する。
【0038】この構造が、図10、図11及び図12に
詳細に示されている。図10は、電力用トランジスタ1
9を設けた印刷回路板の上面図を示している。電力用ト
ランジスタ19を印刷回路板10の周辺部分に配置する
ことによって、冷却エレメント20を固定するために使
用されるクリップ21を容易に留め付けることができ
る。
【0039】印刷回路板の、クリップ21が印刷回路板
に上下から係合する位置に凹みを設けることによって、
クリップ21のために印刷回路板10の構造深さを大き
くする必要をなくすことができる。好ましくは、この凹
みの深さは、この領域でのクリップ21の厚さとほぼ同
じである。トランジスタ19は好ましくは、接続接点2
2が印刷回路板10の反対の縁部の方に向くように配置
される。
【0040】図11は、側面図を示している。図12
は、図11のA−A線に沿った断面図を示している。図
12は、最適加圧点を有する正確な位置決め固定が保証
されるように、冷却エレメント20およびばね21が互
いに幾何学的に適応していることを示している。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による電気加熱装置の上面図である。
【図2】 本発明による電気加熱装置の側面図である。
【図3】 制御装置の詳細を示す斜視図であって、この
印刷回路板は電気部品を実装されている。
【図4】 箱形側部バー及びこの側部バーに挿入される
ようにした制御装置の詳細の説明用斜視図である。
【図5】 箱形側部バー、およびこの側部バーに挿入さ
れるようにした制御装置のさらなる詳細を示す斜視図で
ある。
【図6】 本発明に係る制御装置における箱形側部バー
に若干の変更を加えた実施形態の要部を示す部分斜視図
である。
【図7】 図6に示された側部バー内部の詳細を示す横
断面図である。
【図8】 図7において示された冷却エレメントの斜視
図である。
【図9】 実際に製造され得る簡略化された形態の本発
明による制御装置のもう1つの実施形態の斜視図であ
る。
【図10】図9に示された制御装置の部分上面図であ
る。
【図11】図9に示された制御装置の部分側面図であ
る。
【図12】図9に示された制御装置の図11におけるA
−A断面図である。
【符号の説明】
2 加熱素子 3 長手方向バー 4、5 側部バー 6 冷却エレメント 7 窓形開口 10 印刷回路板 11 電力用トランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フランツ・ボーレンダー ドイツ連邦共和国 カンデル、ヤーンシュ トラーセ 15アー

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 特に自動車用の補助加熱手段として使用
    される電気加熱装置であって、 矩形フレーム(3、4、5)内に保持された加熱ブロッ
    クを形成するように結合された複数の加熱素子(2)
    と、 該加熱素子(2)を制御する制御装置とを含み、該制御
    装置は、前記フレーム(3、4、5)内に保持された前
    記加熱ブロックと一緒になって構造ユニットを形成し、
    それぞれ冷却エレメント(6)を備えて印刷回路板(1
    0)上に配置された電力用トランジスタ(11)を備え
    ており、 前記フレームは、対向する長手方向バー(3)と、該長
    手方向バー(3)に直角に配置された側部バー(4、
    5)とによって形成されており、 前記側部バーの少なくとも一方(5)は、一側部が開放
    して前記制御装置を挿入できるようにした箱として実現
    されており、 前記側部バー(5)に窓形開口(7)が設けられてお
    り、 前記電力用トランジスタ(11)の前記冷却エレメント
    (6)は、前記制御装置の挿入状態において、それぞれ
    の対向した窓形開口(7)の間に位置するようにした電
    気加熱装置。
  2. 【請求項2】 空気流に影響を与える手段(17)が、
    前記対向した窓形開口(7)間に設けられている請求項
    1記載の電気加熱装置。
  3. 【請求項3】 前記冷却エレメント(6)はそれぞれU
    形であり、前記制御装置の挿入状態において、前記冷却
    エレメント(6)のそれぞれの対向脚部が前記窓形開口
    (7)に隣接配置されている請求項1記載の電気加熱装
    置。
  4. 【請求項4】 空気誘導手段(17)が、前記対向した
    窓形開口(7)間に設けられており、該空気誘導手段
    は、前記U形冷却エレメント(6)の前記脚部間に突出
    している請求項3記載の電気加熱装置。
  5. 【請求項5】 各冷却エレメント(20)は、前記印刷
    回路板(10)に設けられた開口を貫通して前記冷却エ
    レメント(20)および前記トランジスタ(19)を連
    結するピン(20a)を有する請求項1記載の電気加熱
    装置。
  6. 【請求項6】 前記冷却エレメント(20)の各々は、
    ばね(21)によって所定位置に固定されている請求項
    1記載の電気加熱装置。
  7. 【請求項7】 前記窓形開口(7)および/または空気
    流に影響を与える前記手段(17)は、空気が印刷回路
    板(10)上に配置された制御装置の部材間を流れるこ
    とができるようにして実現されている請求項2記載の電
    気加熱装置。
  8. 【請求項8】 前記制御装置の前記印刷回路板(10)
    は、一方側だけに部材が搭載されている請求項1記載の
    電気加熱装置。
  9. 【請求項9】 前記印刷回路板(10)は、前記フレー
    ム平面に直角に配置されて、それの長さが前記側部バー
    (5)の長さとほぼ同一であるようにして実現されてい
    る請求項1記載の電気加熱装置。
  10. 【請求項10】 前記制御装置は、前記加熱素子(2)
    から前記側部バー(5)の内部へ突出する電気接続ラグ
    (15)によって、前記側部バー(5)内に固定される
    ようにした請求項1記載の電気加熱装置。
  11. 【請求項11】 前記接続ラグ(15)を受け取るばね
    部材(14)が、前記印刷回路板(10)に設けられて
    おり、該ばね部材(14)は、前記接続ラグ(15)に
    対して相補的である請求項10記載の電気加熱装置。
  12. 【請求項12】 前記箱形側部バー(5)の前記開放側
    部は、プラグオンまたはクリップオン式カバーによって
    閉鎖することができる請求項1記載の電気加熱装置。
  13. 【請求項13】 前記箱形側部バー(5)の前記開放側
    部は、プラグオンまたはクリップオン式カバーによって
    閉鎖することができる請求項1乃至11のいずれか1項
    記載の電気加熱装置。
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