JP2014510667A - 電気加熱素子を有する熱交換器 - Google Patents

Abstract

本発明は、加熱本体を含む電気加熱装置（１）であって、加熱本体内に少なくとも１つの電気加熱素子（８）が設けられ、前記電気加熱素子の動作が加熱装置を構成する制御モジュール（３）に依存し、加熱本体（２）がキャビティ（６）を少なくとも部分的に画定する壁（５）を含み、キャビティ内に制御モジュール（３）が受け入れられる電気加熱装置（１）において、電気加熱素子（８）および制御モジュール（３）が８０〜６００ボルトのいわゆる低電圧で給電されるのに適し、キャビティを画定する壁（５）を覆う電気絶縁体（１７）が設けられることを特徴とする電気加熱装置（１）に関する。

Description

本発明の技術分野は、電気モータにより推進される車両に装着される換気設備、加熱設備、および／または、空調設備の技術分野である。本発明は、特に、これらの設備に装着されるとともに、この設備のハウジングによって収容される空気の流れが通過される電気加熱装置を対象にする。

石油資源の益々の不足は、自動車製造者を、新たなエネルギー源により動作する車両の開発へと導いている。電気エネルギーによる車両の推進は、興味深い代替案に相当する解決策であり、この場合、この電気エネルギーを蓄えて、その電気エネルギーを、車両を推進させる電気モータへ供給するためのバッテリを設けることが必要である。

内燃エンジンを備える現在の車両は、内燃エンジンの冷却を確保する流体の全部または一部を転用することにより車室の暖房を確保する。この冷却剤は、内燃エンジンとの接触時に熱くなり、車両の車室が備えるダッシュボードの下側に通常は装着されるハウジング内に設けられるユニットヒータとの熱交換によって、その熱量を車室内へ送られる空気の流れへと引き渡す。

電気推進またはハイブリッド推進を伴う車両の場合には、この熱量源の加熱システムを与えない推進モードが、内燃エンジンの利用可能性を欠いて存在する。このとき、そのエネルギーを必要なエネルギーも供給するバッテリから電気推進エンジンへと引き出す電気ラジエータを用いて車室の暖房を確保することが既知の慣例である。

しかしながら、そのような解決策は特定数の欠点を与える。実際に、そのような加熱機器の特定の制御モードと相まった電気ラジエータの給電電圧（ＰＷＭ）は、電磁気的障害をもたらす現象を生み出す可能性があり、その電磁気的障害は、特に車両のラジオを聴くときにパチパチという音をたてる混信へと形を変える。

また、電気ラジエータに給電するための電気推進モータのバッテリからの電圧の使用は、この電圧の結果としての電気的なアーク放電の危険の特定の管理を必要とする。この管理は、従来技術の解決策において効率的に行われない。

したがって、本発明の目的は、主に、加熱度合いを制御するための装置を受けるハウジングが内部に形成される加熱本体を備えるラジエータを生み出すことにより前述した欠点を解決することであり、このハウジングは、加熱本体と制御装置との間の任意の電気アークを回避するために例えばハウジングの内側に裏打ちされる電気絶縁手段を備える。

したがって、本発明の主題は、加熱本体を備える電気加熱装置または熱交換器であって、加熱本体内に少なくとも１つの電気加熱素子が設けられ、電気加熱素子の動作が加熱装置の構成要素である制御モジュールの依存状態下に置かれ、加熱本体がキャビティを少なくとも部分的に画定する壁を備え、キャビティ内に制御モジュールが収容される電気加熱装置において、電気加熱素子および制御モジュールが低電圧と呼ばれる８０〜６００ボルトの電圧で給電されるのに適し、キャビティを画定する壁を覆う電気絶縁体が設けられることが革新的な電気加熱装置である。

本発明の第１の特徴によれば、キャビティを画定する壁が、底壁、および、前記底壁に対して垂直な周壁である。

好適には、加熱本体は、加熱されるべき流れが通過されるチューブバンドルを備え、前記チューブバンドルがキャビティを画定する前記壁と接合されて一体ユニットを形成する。

本発明の第２の特徴によれば、電気絶縁体は、キャビティを画定する壁、特に底壁および前記底壁に対して垂直な周壁の形状を補完する形状を有する柔軟シートの形態を成す。

この変形において、柔軟シートは、電気加熱素子に給電する少なくとも１つの導電体が通過する少なくとも１つの貫通穴を有する。

本発明の第３の特徴によれば、キャビティがカバーによって閉じられる。

この変形において、カバーは、金属材料から形成されるとともに、キャビティへと向けられるその前面に配置される電気絶縁体を備える。

電気絶縁体が別個の隣接する部分から形成されるのが有益である。

一体ユニットが金属材料から形成されることも有益である。

本発明の更なる他の特徴によれば、電気絶縁体は、キャビティを画定する壁の内面上に噴射される絶縁材料の層の形態を成す。

１つの実施形態において、本発明は、制御モジュールが、低電圧に適合されるあるいは低電圧が通される第１の部分と、極低電圧と呼ばれる５〜４８ボルトの電圧に適合されるあるいはそのような電圧が通される第２の部分とを備える、という点において認識できる。低電圧に供されるＰＣＢの部分は、極低電圧部分のために使用される絶縁距離よりもかなり大きいトラック間の絶縁距離によって認識される。さもなければポテンシャル障壁と呼ばれるいわゆるガルバニ絶縁境界が、低電圧部分と極低電圧部分との間に存在する。また、制御部分と加熱部分との間の電気的な接続部が、いわゆる低電圧領域に位置される。

そのような状況では、第１の部分および第２の部分が１つの同じプリント回路に形成される。

最後に、本発明は、前述した特徴のうちのいずれか１つが使用される加熱装置を備える、特に電気モータによって駆動される車両用の換気・加熱設備にも及ぶ。

本発明に係る主な利点は、それ自体の制御手段を支持し且つ高電圧が給電される加熱装置での電気的なアーク放電の危険性の簡略化された管理にある。言い換えると、本発明により、低電圧ラジエータにおいてより低コストで電気的絶縁をもたらすことができる。

他の利点は、そのような加熱装置を製造できる容易さにある。加熱本体は制御モジュールとは独立に形成され、また、それは、キャビティの存在により、電磁気的なシールドを与えるこの加熱本体の構造である。したがって、電磁気的障害を回避するために追加の部品を加える必要がない。

最後に、最終的な利点は、加熱本体を容易にリサイクルできる可能性にある。これは、加熱本体を１つの同じ材料、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金から形成できるからである。したがって、特に、これらの様々な部品を溶接によって、特に蝋付けによって互いに接合することにより、加熱本体を一体に形成することもできる。

本発明の他の特徴、詳細、および、利点は、図面とともに示唆として以下に与えられる説明を読むと更に明確に分かるようになる。

図１は、本発明に係る電気加熱装置の斜視図である。 図２は、本発明に係る電気加熱装置に組み込まれる制御装置の一実施形態を示す図１のＡ−Ａに沿う断面図である。 図３は、図２に表される実施形態の平面図である。

なお、図は、本発明を実施するための詳細な態様で本発明を説明しており、勿論、前記図は、必要に応じて本発明をより良く規定するために使用され得る。

図１は、本発明に係る電気加熱装置１を概略的に示している。電気加熱装置は、主に、互いに電気的に結合される２つの別個の部分、すなわち、加熱本体２と制御モジュール３とから成る。

加熱本体２は、加熱されるべき流体が通過されるようになっているチューブバンドル４を備え、前記流体はガス状流体または液状流体となり得る。自動車用の換気・加熱設備の場合、ガス状流体は、設備内で運ばれて放熱体９を介して再加熱される空気の流れである。この同じ設備では、液体状態の流体を、冷却システム内で循環するグリコールが加えられた水にすることもできる。

加熱本体２は、キャビティ６を縁取る壁５によってチューブバンドル４を越えて延び、キャビティ６は、制御モジュール３が内部に設けられる内容積を画定する。

加熱本体２は、少なくとも１つの電気加熱素子８を受ける複数のハウジング７を備える。図１は単一の電気加熱素子８のみを表すが、勿論、この加熱素子は、チューブバンドル４を構成する各ハウジング７内で再現され、加熱素子を受けるハウジングの一端から他端へと延びる。

図示しない変形実施形態において、加熱本体は、電気加熱素子と内燃エンジンなどの熱源の冷却回路内で循環する伝熱流体とを例えば交互に受ける複数のハウジングを備える。このため、制御モジュールを受ける部分と反対側の加熱本体の部分は、以下でマニホールドと呼ばれるウォーターボックスを備え、このマニホールドには、冷却回路に接続するための手段が配置される。前記接続手段は、マニホールド内の伝熱流体のための入力インタフェースおよび出力インタフェースを形成する。

各ハウジング７間には放熱体９が設けられ、この放熱体の機能は、本発明に係る加熱装置、特に電気加熱素子８と、チューブバンドル４を通過する流体との間の交換表面積を増大させることである。この放熱体９は、例えば、ジグザグ形態で折り曲げられるスチールストリップであり、放熱体上には、熱交換を促進させるためのダンパを配置できる。

簡単にするため、放熱体９は部分的に表されるが、これらの放熱体がハウジング７の全長にわたって延びることが求められる。

実際には、このハウジング７は２つのプレートによって形成され、それぞれのプレートは、隣接する放熱体９に当接する。他の実施形態によれば、ハウジングは、長方形または楕円形の断面のチューブによって実施され、該チューブ内に電気加熱素子８が挿入される。

チューブバンドル４は第１の側面１０と第２の側面１１とによって縁取られ、これらの側面はいずれも、キャビティ６を少なくとも部分的に画定する壁５を形成するためにチューブバンドル４を越えて延びる。この画定は、壁５がキャビティの底部の側部に位置されるという点において部分的であり、上端はカバー１６によって塞がれるようになっている。

キャビティ６の厚さは、チューブバンドル４の厚さよりも大きい。言い換えると、キャビティ６は、加熱されるべき空気の流れが通過されるバンドルの前面を通る平面と直交する平面内でチューブバンドル４に覆いかぶさる。

キャビティ６は、該キャビティ６を取り囲む壁５の一部を形成する周壁１２の縁部に当接するカバー１６によって閉じられる。

電気加熱素子８は例えば２つの電極１３，１５から形成され、その機能は、制御モジュール３から、本発明に係る電気加熱装置１の熱源を形成するＰＴＣ（正の温度係数）効果を有する加熱セラミック１４または加熱石へと電流を輸送することである。

したがって、電気加熱素子８は、ＰＴＣ効果を有する少なくとも１つの加熱セラミック１４または加熱石からマイナス電位が通される第１の電極１３と、セラミック１４へプラス電位を導くのに関与する第２の電極１５とから形成される。

特に留意する点として、加熱本体２、特にチューブバンドル４は、前述した電極１３，１５に印加される電位から分離する電気的なグランドに対して電気的に接続される。したがって、これにより、低電圧の使用の結果として、また、ＰＷＭ（パルス幅変調）タイプの制御の結果として、加熱本体が電磁気的障害を放つアンテナへと化すことが回避される。また、これにより、加熱本体は、電気的なシールドの機能を果たすこともできる。

図２は、加熱装置を制御モジュール３のレベルで更に詳しく示している。図２は、参照符号２８が付された矢印により、電気絶縁体１７、制御モジュール３、および、カバー１６を互いに積み重ねることによる組み立て段階を示している。

任意の電気アークを回避するために、電気絶縁体１７は、キャビティ６により画定される内容積空間内で、このキャビティ６の壁５と制御モジュール３との間に設けられる。言い換えると、電気絶縁体１７は、それがキャビティの壁に当接して取り付けられるという意味では、キャビティの壁を覆う。このため、電気絶縁体１７は、キャビティ６を画定する壁の形状を補完する形状を有する。

参照符号５が付されてキャビティ６を画定する壁は、底壁１８と周壁１２とによって形成される。底壁１８は、例えば空気の流体が通過されるチューブバンドル４の前面１９と直交する平面内で延びる平板によって形成される。底壁１８は、導電体２０が通過する少なくとも１つの穴を有し、導電体２０は、制御モジュール３の高電圧部分から電極１３または１５へと電流を伝えるために使用される。この導電体２０は、例えば溶接によって電極に固定される電気端子を形成する。穴は、複数の導電体２０を受け入れるように連続していてもよいが、底壁１８が複数の穴を有し、それぞれの穴に、単一の端子、または、１つの同じ電気加熱素子８に対して割り当てられる２つの端子が通されてもよい。この底壁１８は、加熱本体２の一部を形成し、チューブバンドル４と同じ材料で形成される。その材料は、電磁気的障害により形成される磁場を通すために、金属材料、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金である。

周壁１２はこの底壁１８に対して垂直に延びる。前記周壁は、加熱されるべき流体が通されるチューブバンドル４の前面１９の平面内で延びる第１の平面と、第１の平面と平行で且つ制御モジュール３に対して第１の平面と反対側に位置される第２の平面とを備える。これらの周壁１２は、第１の平面および／または第２の平面に対して直交するキャビティ６の厚さ方向に延びる第１の側面１０の一部および第２の側面１１の一部も備える。このように規定される周壁１２は、キャビティ６の周囲に帯を形成する。

典型的な実施形態にしたがって、電気絶縁体１７は、例えばシリコンなどのプラスチックから成る誘電特性を有する柔軟シートにより形成される。この柔軟シートは、該柔軟シートを左右に通過する少なくとも１つの穴２１を有する。この穴２１は、導電体２０の通過を許容し、したがって、導電体を制御モジュール３に電気的に接続できるようにするために、導電体２０と一直線を成して形成される。

この柔軟シートを例えば３つの方法によって形成して組み付けることができる。第１の方法は、加熱本体とは別個に柔軟シートを製造した後に、この柔軟シートをキャビティ内に加えることにある。第２の方法は、導電体２０をシールした後に、絶縁材料、例えば誘電性プラスチックの層を、キャビティ６を画定する壁５の内面上に噴射することにある。第３の方法は、導電体２０をシールした後に、液体状態に維持される電気絶縁プラスチック材料の槽内にキャビティ６を浸漬することにある。

チューブバンドル４およびキャビティを画定する壁５は、一体部品ユニットを形成するために互いに接合される。したがって、言うまでもなく、ハウジング７、放熱体９、周壁１２によって延びる側面１０，１１、および、底壁１８は、好適には１つの同じ材料から製造される一体型アセンブリを形成する。一体部品または一体性は、例えばこれらの部品を互いに蝋付けすることによって得られる。そのような形態は、本発明に係る加熱装置のリサイクル性を高める。

キャビティ６は、制御モジュール３を受けるための領域としての機能を果たす。制御モジュールは、低電圧が通される第１の部分２２と、極低電圧と呼ばれる５〜４８ボルトの電圧が通される第２の部分２３とから形成される。第１の部分２２および第２の部分２３は、低電圧により給電される電子部品と、極低電圧により給電される電子部品と、低電圧部品と低電圧部品との間に設けられるガルバニ絶縁体とを支持する１つの同じプリント回路によって形成される。ガルバニ絶縁体の機能は、特に短絡の場合に低電圧から低電圧への任意の電気的なクロスオーバーを防止することである。このガルバニ絶縁体は、例えば光カプラ部品の形態を成すとともに、例えば光カプラの場合には信号伝送の光学的性質によってあるいは変圧器の場合には電気エネルギーの伝送の磁気的な性質によって、任意の物理的な接触を防止しつつ、電気信号または電気エネルギーを極低電圧部品から低電圧部品へとあるいはその逆へと伝送することができる。

低電圧を対象とする第１の部分２２には、キャビティ６へと通じる導電体２０が存在する数とせいぜい同じ数のスロット２４が左右に貫通される。互いに接合されると、この導電体２０は、プリント回路の前面の一方および／または他方に設けられる低電圧電子部品に電気的に接続されるようにスロット２４を通過する。なお、例えばバスバーと呼ばれる接続装置を用いるなど、制御カードとの接続数を制限するために中間部品によって導電体２０の電極を互いに結合させることができる。

なお、この実施形態によれば、制御モジュール３の部品であるプリント回路は、加熱されるべき空気の流れあるいは液体の流れが通過される前面１９の平面に対して垂直な平面内で延びる。

制御モジュール３は、第１の部分２２および／または第２の部分２３を車両の給電および／または制御ネットワークに結合させるようになっている少なくとも１つのコネクタ２５を備える。このコネクタ２５は、カバー１６の厚さを通過するオリフィス２６を介してカバー１６を通過する。キャビティの開口部を通じた電磁気的障害の任意の伝搬を回避するために、カバーが金属材料から形成される。それにもかかわらず、この材料の使用は、制御モジュール３とカバー１６との間の電気的なアーク放電の危険ももたらす。この状況を是正するために、カバー１６は、キャビティ６の方へ向けられるその前面に配置される相補的電気絶縁体２７を備える。キャビティ６内に配置される電気絶縁体１７に関しては、電気絶縁体を噴射または浸漬によるプラスチック柔軟シートの付加によって形成することができる。相補的電気絶縁体２７および電気絶縁体１７が１つの同じ部品を形成してもよく、相補的電気絶縁体２７は、制御モジュールをキャビティ６内に装着できるようにするために、ヒンジ形成部によって電気絶縁体１７に結合される。

他の変形によれば、電気的絶縁が別個の隣接する部分から形成され、これらの部分は、ここでは、キャビティ６内に設けられる電気絶縁体１７と、カバー１６の内面、すなわち、キャビティ６の内容積空間へと向けられる前面に固定される相補的電気絶縁体２７とによって実施される。このとき、制御モジュール３の装着は、これらの部分が直接に隣接して場合により互いに接触するという事実により電気的なアーク放電の任意の危険を回避しつつ電気絶縁体の一部の明確な性質によって円滑になされる。

図３は図２の平面図を示しており、この図ではカバー１６が除去されてしまっている。周壁１２が電気絶縁体１７と接触しており、また、制御モジュール３が電気絶縁体１７によって取り囲まれる容積空間内に受けられる。

制御モジュール３のプリント回路は第１の部分２２と第２の部分２３とに分けられ、第２の部分はコネクタ２５のための支持体としての機能を果たす。第１の部分２２は、電極２０が通過する複数のスロット２１を備える。

同じプリント回路上で低電圧と極低電圧との間の電気的な絶縁を保障するため、ガルバニ絶縁体が設けられる。光カプラはトランシーバ３０とトランシーバ３１とを備え、これらのトランシーバ間で光信号３３が循環する。トランシーバ３０をトランシーバ３１から隔てる参照符号３２が付された距離は、１つの同じプリント回路上の低電圧と極低電圧との間の電気的な独立性を保障する。

Claims (13)

1. 加熱本体（２）を備える電気加熱装置（１）であって、
   前記加熱本体内に少なくとも１つの電気加熱素子（８）が設けられ、前記電気加熱素子の動作が前記加熱装置の構成要素である制御モジュール（３）の依存状態下に置かれ、
   前記加熱本体（２）がキャビティ（６）を少なくとも部分的に画定する壁（５）を含み、前記キャビティ内に前記制御モジュール（３）が収容され、
   前記電気加熱素子（８）および前記制御モジュール（３）が低電圧で給電されるのに適し、
   前記キャビティ（６）を画定する前記壁（５）を覆う電気絶縁体（１７）が設けられることを特徴とする電気加熱装置（１）。
2. 前記キャビティを画定する前記壁（５）が、少なくとも１つの底壁（１８）、および、前記底壁（１８）に対して垂直な周壁（１２）である請求項１に記載の装置。
3. 前記加熱本体（２）は、加熱されるべき流れが通過されるチューブバンドル（４）を備え、
   前記チューブバンドル（４）が前記キャビティ（６）を画定する前記壁（５，１２，１８）と接合されて一体ユニットを形成する請求項１または２に記載の装置。
4. 電気絶縁体（１７）は、前記キャビティ（６）を画定する壁（５，１２，１８）の形状を補完する形状を有する柔軟シートの形態を成す請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記柔軟シートは、前記電気加熱素子（８）に給電する少なくとも１つの導電体（２０）が通過する少なくとも１つの貫通穴（２１）を有する請求項４に記載の装置。
6. 前記キャビティ（６）がカバー（１６）によって閉じられる請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記カバー（１６）は、金属材料から形成されるとともに、前記キャビティ（６）へと向けられるその前面に配置される電気絶縁体（２７）を備える請求項６に記載の装置。
8. 前記電気絶縁体（１７）が別個の隣接する部分から形成される請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記一体ユニットが金属材料から形成される請求項３に記載の装置。
10. 前記電気絶縁体（１７）は、前記キャビティを画定する壁（５，１２，１８）の内面上に噴射される絶縁材料の層の形態を成す請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記制御モジュール（３）は、前記低電圧が通される第１の部分（２２）と、極低電圧と呼ばれる５〜４８ボルトの電圧が通される第２の部分（２３）とを備える請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記第１の部分（２２）および前記第２の部分（２３）が１つの同じプリント回路に形成される請求項１１に記載の装置。
13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載の加熱装置（１）を備える、特に電気モータによって駆動される車両用の換気・加熱設備。

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