JP2014525372A - 自動車用の電気加熱装置ならびに関連付けられた空調および／または加熱ユニット - Google Patents

Abstract

本発明は、自動車のための電気液体加熱装置に関連し、当該加熱装置は、前記液体を加熱するための少なくとも１つのモジュールを備える。当該装置は、前記少なくとも１つの加熱モジュールが、前記液体を加熱するための少なくとも１つの加熱手段（１１４）を有するとともに加熱されるべき前記液体を案内するための回路（１５、１１５、２１５）を規定する実質的に円筒形状のチャンバ（１３、１１３、２１３）と、前記円筒形状のチャンバ（１３、１１３、２１３）の一端に面して位置決めされた、前記少なくとも１つの加熱手段（１１４）を制御するための制御手段（９、１０９、２０９）と、を有することを特徴とする。

Description

本発明は、自動車用の電気加熱装置に関連する。本発明は、より詳しくは、自動車用の加熱および／または空調ユニットに適用する。

従来、自動車の客室を加熱すること、ならびに曇りを除くことおよび霜を取ること、を目的として空気を加熱することは、熱交換器を通る空気の流れの通過によって、より正確には空気の流れと液体との間の熱の交換によって、行われる。

一般的に、これは、熱機関の場合、クーラントである。

しかしながら、この加熱のモードは、車の客室の迅速かつ効率的な加熱を保証するのに、特に車が非常に寒い環境において使用される前あるいは温度の非常に迅速な増加が望まれる時に客室を加熱するのにまたは曇りを除くことまたは霜を取ることを保証するのに、不適切または不十分であると判明し得る。

電気自動車の場合、加熱機能は、もはや、熱交換器におけるクーラントの循環によって実現されない。

水回路が、客室を加熱するために設けられている。

この加熱のモードは、車の客室の迅速かつ効率的な加熱を保証するのに不適切または不十分であることが判明し得る。

さらに、追加的な水回路の空間要求およびコストを低減するために、電気自動車に対しては、ヒートポンプモードにおいて動作する空調ループを使用することも知られている。したがって、クーラント流体を用いて従来のやり方で空気の流れを冷却するための空調ループは、この場合、空気の流れを加熱するために使用される。この目的のために、空調ループの蒸発器を凝縮器として使用することが適切である。

しかしながら、この加熱のモードも、不適切または不十分であると判明し得る。これは、ヒートポンプモードにおける空調ループの性能が外部の気候条件に依存するためである。すなわち、この場合、過度に低い温度における外気は、熱エネルギーの源として使用され得ない。

従来技術におけるこれらの欠点を軽減するために、既知の解決法は、熱交換器または水回路あるいは空調ループに追加的な電気加熱装置を追加することから構成されている。

そのような電気加熱装置は、熱機関用のクーラント、または電気自動車の客室を加熱するための水回路用の水、あるいは空調ループのクーラント流体のような、液体の上流加熱のために適切であり得る。

しかしながら、既知の電気加熱装置は、大きな損失水頭を有し得る。

したがって、本発明の目的は、減少された空間要求を有するとともに損失水頭を低減することを可能にする電気加熱装置を提案することである。

この目的のために、本発明の主題は、自動車用の電気液体加熱装置であり、当該加熱装置は、前記液体を加熱するための少なくとも１つのモジュールを備え、当該少なくとも１つの加熱モジュールは、
−前記液体を加熱するとともに加熱されるべき液体を案内するための回路を規定するための少なくとも１つの手段を有する略円筒形状の筐体と、
−前記円筒形状の筐体の一端に面して位置決めされた、前記少なくとも１つの加熱手段の制御手段と、
を備えたことを特徴とする。

加熱装置は、また、１つまたは２つ以上の以下の特徴を、個別にまたは組み合わせて挙げられて、備え得る：
−前記装置は、前記液体を案内するための前記回路と連通する少なくとも１つの液体入口流路および少なくとも１つの液体出口流路を有し、当該流路は、当該装置において、前記円筒形状の筐体の縦軸に対して略直角に設けられている。

−前記円筒形状の筐体は、前記制御手段に接続された少なくとも１つの抵抗トラックを有する。

−前記少なくとも１つの加熱モジュールは、当該コアと前記円筒形状の筐体との間に前記液体を案内するための回路を規定するように当該円筒形状の筐体の内部に位置決めされたコアを有する。

−前記コアは、略円筒形状の全体形状を有する。

−前記コアは、前記円筒形状の筐体に面し、例えば略らせん形状または円形状を有する、少なくとも１つの外部溝を有する。

−前記コアは、前記加熱された液体のための保存部としておよび拡張管として作用するために前記案内する回路と連通する内部空洞を有する。

−前記円筒形状の筐体は、前記少なくとも１つの加熱手段が位置決めされた少なくとも１つの開口を有する。

−前記入口流路および出口流路は、前記液体を案内するための回路内に通じており、当該回路は、前記円筒形状の筐体の回りに規定されている。

−前記少なくとも１つの加熱手段は、正の温度係数を有する加熱要素を有する。

−前記円筒形状の筐体は、当該円筒形状の筐体と一体に製造された、前記制御手段のための支持部を有する。

−当該装置は、前記円筒形状の筐体の内部に延びるパーティションを備える。

−前記入口流路および出口流路は、前記円筒形状の筐体の内部に通じている。

−前記パーティションは、前記制御手段のための支持部と一体に製造されている。

−前記入口流路および出口流路は、前記円筒形状の筐体に対して略径方向に延びている。

−前記入口流路および出口流路は、前記加熱モジュールに対して突出部を形成するように位置決めされている。

−前記入口流路および出口流路は、前記加熱モジュールの２つの対向する側面上に対向するように位置決めされている。

−当該装置は、前記制御手段のための保護カバーを備える。

−当該装置は、前記制御手段のための前記保護カバーと前記支持部との間にシール手段を備える。

本発明は、また、前記に規定された電気加熱装置を備えたことを特徴とする、自動車用の加熱および／または空調ユニットに関連する。

本発明のさらなる特徴および利点は、非限定的かつ説明に役立つ例により与えられた以下の説明を読むことから、および添付の図面から、より明らかになるであろう。

図１は、追加的な電気加熱装置を備えた自動車用の加熱ユニットを単純化されたやり方で概略的に示している。 図２は、第１の実施の形態による加熱装置の断面図である。 図３は、流体の入口および出口に対する第２の実施の形態による加熱装置の断面図である。 図４は、第３の実施の形態による加熱装置の断面図である。

これらの図面において、実質的に同一の要素は同じ符号を有している。

図２における要素に対応する図３および図４における要素は、それぞれ１００および２００だけ増加された同じ符号を有している。

図１は、電気自動車の客室を加熱するための水加熱回路３を備えた、自動車の加熱および／または空調ユニット１の一部を概略的に示している。

この加熱ユニットは、水加熱回路３の上流において、水が加熱回路３に入る前に当該水を加熱するための追加的な電気加熱装置５を備えている。

ここに示されているのは、電気自動車の客室を加熱するための水回路の場合である。

もちろん、クーラント流体を加熱するために、ヒートポンプモードにおいて動作可能な空調ループの蒸発器の上流に配置されるべき電気加熱装置５を提供することも可能である。

熱機関のクーラントを熱伝達液体として使用する熱交換機の上流にそのような電気加熱装置５を設けることも可能であり得る。

電気またはハイブリッド自動車のための、バッテリーパックとして知られていることもある、電気エネルギー保存装置を熱的に制御することを目的とされた熱交換器の上流にそのような電気加熱装置５を設けることも可能であり得る。

図２を参照して、この電気加熱装置５の第１の実施の形態がここにより詳しく説明されよう。

加熱装置５は、
−加熱モジュール７と、
−加熱モジュール７の制御手段９と、
を備えている。

加熱モジュール７は、加熱装置５の関連付けられたハウジング内に収容されている。

加熱モジュール７は、中央コア１１と、略円筒形状を有する筐体１３と、を有しており、当該筐体１３は、加熱手段を有するとともに中央コア１１を取り囲んでいる。

中央コア１１と筐体１３とは、当該中央コア１１と筐体１３との間において加熱されるべき液体を案内するための回路１５を規定している。

したがって、中央コア１１の外部表面および筐体１３の内部表面は、加熱されるべき液体の循環量を規定している。案内回路１５における液体の流れを乱すための要素が、当該液体と筐体１３との間の熱交換を増加させるために設けられ得る。

中央コア１１は、中空体の形状に製造され得る。

コア１１の内部空洞１２としても知られるこの中空は、有利には、拡張管として作用する。そのような内部空洞１２は、この液体の加熱から生じる液体の体積における変化を吸収することを可能にする。

詳しくは、中央コア１１の内部空洞１２は、加熱された液体または熱伝導流体を蓄えるための保存部または手段を形成する。この目的のために、中央コア１１は、液体を案内するための回路１５と中央コア１１の内部における空洞１２との間の連通路１６を有する。

また、図２に示すように、この加熱された液体を蓄えるための手段は、そのような加熱装置５を有する流体回路が加熱された流体の膨張を吸収することを可能にする。

より詳しくは、内部空洞１２は、その上方部分において空気を含み、この空気は、水の膨張の効果の下に圧縮されることができる。内部空洞１２の上方部分は、図２を参照して、点線により概略的かつ単純化されたやり方で画定されている。

コア１１は、また、膨張制御手段を有し得る。

この制御手段は、たとえば、それを通って熱伝達流体が循環することができる少なくとも１つの調整された通路のタイプであり得る。この変形例によれば、図示されていないが、この目的のために、固定されたパーティションをコア１１の端部に設け、これにより、拡張管の内部体積を規定するとともにそれを通って熱伝達流体が循環可能である少なくとも１つの調整通路が設けられる、ということが可能である。

別の変形例によれば、図示されていないが、膨張制御手段は、流体の膨張によりコア１１の内部空洞１２に沿ってスライド可能である移動可能なパーティションを有し得る。

さらに、たとえば、約０．４〜０．５Ｌの加熱された液体の保存部を設けることが可能である。

中央コア１１は、例えば、略円筒形状を有している。

コア１１が略一定あるいはそれに反して変化する部分を有する、という規定を設けることもあり得る。

中央コア１１の略一定の部分により、液体は案内回路１５を通って一定速度において流れる。

対照的に、変化する部分により、流れの速度は案内回路１５に沿って変化する。

さらに、図示された実施の形態によれば、コア１１は、その外部表面において、すなわち筐体１３の内部表面に面して、略らせん形状の外部溝１７を有する。このらせん状の溝１７のために、案内回路１５は略らせん形状の経路を規定する。

もちろん、変形例として、縦軸Ａと平行な軸方向案内回路を規定するように、コア１１の外部表面が溝無しである、という規定を設けることもあり得る。

さらに別の変形例によれば、図示されていないが、コア１１は、その外部表面上に複数の環状の溝を有し得る。この場合、コア１１の内部が案内回路１５と連通するように連通孔が各環状溝の領域に設けられる。したがって、加熱モジュール７内に入る液体は、コア１１の内側およびコア１１の周りを環状に流れる。

その部分に対して、もちろん、中央コア１１が筐体１３の内部に受けられるように、筐体１３は中空体の形状で製造されている。

中央コア１１および筐体１３は同心状であり得る。

前述のように、筐体１３は、筐体１３と案内回路１５において循環する液体との間の熱交換により液体を加熱するための制御手段により制御される加熱要素を有している。

筐体１３は、たとえば、加熱モジュール７の制御手段に接続された少なくとも１つの抵抗トラックを有している。

抵抗トラックは、たとえば、筐体１３の外部表面上に、すなわち中央コア１１に面する筐体１３の表面に対向して、スクリーン印刷により製造されている。

また、筐体１３は、当該筐体１３の端部の領域に位置決めされたシール手段１８を有し得る。

この例としての実施の形態に関して、筐体１３の加熱手段は、例えば、適用に応じて、約２、３、４、あるいは６ｋＷの電力のために構成されている。

加熱装置５は、また、液体が加熱モジュール７内を流れることを可能にするために案内回路１５と連通する少なくとも１つの液体入口１９および少なくとも１つの液体出口２１を有している。

この入口１９および出口２１は、たとえば、それぞれ、入口管１９および出口管２１の形状で製造されている。

入口管１９および出口管２１は、たとえば、それぞれ、加熱装置５に対して突き出すように位置決めされている。図示された例では、この入口流路２３および出口流路２５は、また、加熱モジュール７を収容している加熱装置５の本体に対する突出部を形成している。

入口管１９は、液体の流入のための入口流路２３を有する。同様に、出口管２１は、液体の排出のための出口流路２５を有する。

入口流路２３および出口流路２５は、たとえば、それぞれ、円筒形状の筐体１３の縦軸Ａに対して直角に、装置５の本体に設けられ得る。

図示された例によれば、入口流路２３および出口流路２５は、それぞれ、加熱モジュール７の縦軸に対して直角に、装置５の本体に設けられている。

入口流路２３および出口流路２５は、たとえば、円筒形状の筐体２３およびコア１１に対して、したがって、この例では、加熱モジュール７に対して、略径方向に延びている。

さらに、入口流路２３および出口流路２５は、加熱モジュールの２つの対向する側面上に位置決めされ得る。入口流路２３および出口流路２５は、また、図２における例のように、対向するように、すなわち装置５の２つの対向する端部に、位置決めされ得る。

さらに、その部分に対して、制御手段９は、プリント回路基盤、ＰＣＢ、２７のような少なくとも１つの電気回路支持部と、当該支持部２７により保持された電子部品および／または電気部品を有し得る。これらの電子部品および／または電気部品は、たとえば、筐体１３の抵抗トラックに接続されたマイクロコントローラおよび電気接点を有し得る。たとえば、電気接点は、たとえばマイクロコントローラを保持する表面に対向するＰＣＢ支持部２７の表面により保持されている。

支持部２７は、また、少なくとも１つの電力および信号コネクタ３１を保持し得る。

加熱装置５は、また、制御手段９のための保護カバー３３を有し得る。このカバー３３は、コネクタ３１が通過するための開口を有している。

制御手段９は、加熱手段を保持する円筒形状の筐体１３の縦方向の端部に配置されている。

この場合、制御手段９は、加熱モジュール７を収容する加熱装置５のハウジングの端部の領域に位置決めされている。装置５は、したがって、加熱モジュール７を収容するこのハウジングを閉じるように位置決めされた制御手段９のための支持部３５を有している。

制御手段９のための支持部３５は、図２における例が図示しているように、加熱モジュール７のコア１１に支えられるように位置決めされ得る。

また、制御手段９のための保護カバー３３は、制御手段９のためのこの支持部３５に固定されている。

制御手段９のための保護カバー３３と制御手段９のための支持部３５との間のシール手段３７が、また、設けられ得る。これは、たとえば、オーリング３７である。

そのように製造された加熱装置５は、損失水頭を制限しながら、従来技術からのいくつかの解決策と比較して低減された空間要求を有する。

図３に概略的に示された、第２の実施の形態の加熱装置１０５は、加熱装置１０７が円筒状筐体１１３により取り囲まれた中央コアをもはや有していないという点で、第１の実施の形態とは異なっている。

対照的に、第２の実施の形態では、筐体１１３は、加熱手段１１４が位置決めされる少なくとも１つの開口１３９を有している。

入口流路１２３および出口流路１２５は、筐体１１３の回りの加熱装置１０５に通じている。したがって、筐体１１３は、加熱手段１１４を収容する筐体１１３の回りに液体を案内するための回路を規定する。

この場合、加熱された液体の保存部は、筐体１１３の回りにある。

さらに、この第２の実施の形態では、加熱手段１１４は、正の温度係数を有する加熱要素を有し得る。これらは、ＰＴＣ加熱要素として知られている。

これらのＰＴＣ加熱要素は、過加熱または過電流から保護される。

ＰＴＣ加熱要素の数は、応用に従って要求される電力に応じて選択される。ＰＴＣ加熱要素は、たとえば、約５００Ｗ〜１ｋＷの電力のために構成され得る。

各加熱手段１１４は、ＰＴＣ加熱要素を制御手段１０９を介して電位に接続するための２つの端子１４１を有している。

したがって、加熱は、ＰＴＣ加熱要素の浸漬により生じる。

さらに、制御手段１０９のための支持部１３５は、たとえば、円筒状筐体１１３と一体に製造されている。

この第２の実施の形態によれば、加熱モジュール１０７の筐体１１３は、したがって、同時に、
−加熱手段１１４を収容するという機能、
−加熱モジュール１０７を収容する装置１０５のハウジングを閉じるという機能、および、
−加熱モジュール１０７の制御手段１０９を支持するという機能、
を実行する。

このように製造された加熱装置１０５は、損失水頭をさらに低減することを可能にし、熱エネルギーの伝達が増加される。

最後に、第３の実施の形態の加熱装置２０５が、図４において単純化されたやり方で図示されている。

この第３の実施の形態は、加熱モジュール２０７が、また、コアと筐体との間の案内回路を規定するように円筒形状の筐体２１３により取り囲まれた中央コアを有していない、という点で、第１の実施の形態とは異なっている。

対照的に、この第３の実施の形態では、円筒形状の筐体２１３は、たとえば、装置２０５の本体の内壁に支えられており、入口流路２２３および出口流路２４５は、円筒形状の筐体２１３の内部に通じている。

案内回路２１５は、したがって、円筒形状の筐体２１３の内部において規定されている。

装置２０５は、また、円筒形状の筐体２１３の内部において延びているパーティション２４３を有している。

筐体２１３の内部に延びることにより、パーティション２４３は、加熱されるべき液体の流れにおける乱流を生成する。この乱流は、熱交換を改善することを可能にする。

また、このパーティション２４３は、制御手段２０９のための支持部２３５と一体に製造され得る。

この場合、支持部２３５は、したがって、同時に、
−加熱モジュール２０７の制御手段を支持するという機能、
−加熱モジュール２０７を収容する装置２０５のハウジングを閉じるという機能、および、
−案内回路２１５における液体の流れを乱すという機能、
を実行する。

この第３の実施の形態に従って製造された加熱装置２０５は、第１および第２の実施の形態と比べて、損失水頭をさらに低減することを可能にする。

さらに、円筒状筐体２１３の内部における加熱された液体の保存部は、第２の実施の形態より大きな容積を有する。

最後に、熱エネルギーの伝達は、また、第２の実施の形態と比べて改善される。

したがって、前記されたような１つまたは２つ以上の加熱モジュール７、１０７、２０７を有する前記された実施の形態のいずれかに従って製造された加熱装置５、１０５、２０５は、加熱モジュール７、１０７、２０７の内部に案内回路を規定することを可能にし、損失水頭を制限することを可能にしながら、低減された空間要求を有する。

Claims (20)

1. 自動車のための電気液体加熱装置であって、
   前記液体を加熱するための少なくとも１つのモジュールを備え、
   前記少なくとも１つの加熱モジュールは、
   −前記液体を加熱するための少なくとも１つの手段（１１４）を有するとともに加熱されるべき前記液体を案内するための回路（１５、１１５、２１５）を規定する略円筒形状の筐体（１３、１１３、２１３）と、
   −前記円筒形状の筐体（１３、１１３、２１３）の一端に面して位置決めされた、前記少なくとも１つの加熱手段（１１４）の制御手段（９、１０９、２０９）と、
   を有する
   ことを特徴とする装置。
2. 前記液体を案内するための前記回路（１５、１１５、２１５）と連通する少なくとも１つの液体入口流路（２３、１２３、２２３）および少なくとも１つの液体出口流路（２５、１２５、２２５）を備え、
   前記流路は、当該装置において、前記円筒形状の筐体（１３、１１３、２１３）の縦軸（Ａ）に対して略直角に設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記円筒形状の筐体（１３、２１３）は、前記制御手段（９、２０９）に接続された少なくとも１つの抵抗トラックを有する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 前記少なくとも１つの加熱モジュール（７）は、当該コア（１１）と前記円筒形状の筐体（１３）との間に前記液体を案内するための回路（１５）を規定するように当該円筒形状の筐体（１３）の内部に位置決めされたコア（１１）を有する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の装置。
5. 前記コア（１１）は、略円筒形状の全体形状を有する
   ことを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記コア（１１）は、前記円筒形状の筐体に面し、例えば略らせん形状または円形状を有する少なくとも１つの外部溝（１７）を有する
   ことを特徴とする請求項４または５に記載の装置。
7. 前記コア（１１）は、前記加熱された液体のための保存部としておよび拡張管として作用するために前記案内する回路（１５）と連通する内部空洞を有する
   ことを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の装置。
8. 前記円筒形状の筐体（１１３）は、前記少なくとも１つの加熱手段（１１４）が位置決めされた少なくとも１つの開口（１３９）を有する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
9. 前記入口流路（１２３）および出口流路（１２５）は、前記液体を案内するための回路（１１５）内に通じており、当該回路は、前記円筒形状の筐体（１１３）の回りに規定されている
   ことを特徴とする請求項２を引用する請求項８に記載の装置。
10. 前記少なくとも１つの加熱手段（１１４）は、正の温度係数を有する加熱要素を有する
    ことを特徴とする請求項８または９に記載の装置。
11. 前記円筒形状の筐体（１１３）は、当該円筒形状の筐体（１１３）と一体に製造された、前記制御手段（１０９）のための支持部（１３５）を有する
    ことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の装置。
12. 前記円筒形状の筐体（２１３）の内部に延びるパーティション（２４３）を備えた
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
13. 前記入口流路（２２３）および出口流路（２２５）は、前記円筒形状の筐体（２１３）の内部に通じている
    ことを特徴とする請求項２を引用する請求項１２に記載の装置。
14. 前記パーティション（２４３）は、前記制御手段（２０９）のための支持部（２３５）と一体に製造されている
    ことを特徴とする請求項１２または１３に記載の装置。
15. 前記入口流路（２３、１２３、２２３）および出口流路（２５、１２５、２２５）は、前記円筒形状の筐体（１３、１１３、２１３）に対して略径方向に延びている
    ことを特徴とする請求項２または請求項２を引用する請求項３乃至１４のいずれかに記載の装置。
16. 前記入口流路（２３、１２３、２２３）および出口流路（２５、１２５、２２５）は、前記加熱モジュール（７、１０７、２０７）に対して突出部を形成するように位置決めされている
    ことを特徴とする請求項２または請求項２を引用する請求項３乃至１５のいずれかに記載の装置。
17. 前記入口流路（２３、１２３、２２３）および出口流路（２５、１２５、２２５）は、前記加熱モジュール（７、１０７、２０７）の２つの対向する側面上に対向するように位置決めされている
    ことを特徴とする請求項２または請求項２を引用する請求項３乃至１６のいずれかに記載の装置。
18. 前記制御手段（９、１０９、２０９）のための保護カバー（３３、１３３、２３３）を備えた
    ことを特徴とする請求項２または請求項２を引用する請求項３乃至１７のいずれかに記載の装置。
19. 前記制御手段（９、１０９、２０９）のための前記保護カバー（３３、１３３、２３３）と前記支持部（３５、１３５、２３５）との間にシール手段（３７、１３７、２３７）を備えた
    ことを特徴とする請求項１８に記載の装置。
20. 請求項１乃至１９のいずれかに記載の少なくとも１つの加熱装置（５、１０５、２０５）を備えたことを特徴とする、自動車用の加熱および／または空調ユニット。

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