JP2015516908A - 自動車のための電気加熱装置、および、関連する加熱、換気および／または空調装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、自動車のための流体を電気的に加熱するための装置（５）であって、前記流体を加熱するための少なくとも１つのモジュール（７ａ、７ｂ）を備え、前記少なくとも１つの加熱モジュール（７ａ、７ｂ）は、中央コア（１１）と、前記中央コア（１１）との間で流体を案内する案内回路（１５）を規定する加熱要素（１３）と、前記中央コア（１１）の周りの前記流体案内回路（１５）に配置されるとともに前記流体の流れを邪魔することが可能な少なくとも１つの邪魔要素（１７；２１；３７；４７）と、を有する装置に関連する。本発明は、また、そのような電気加熱装置（５）を備えた自動車のための加熱、換気および／または空調装置（１）に関連する。

Description

本発明は、自動車のための電気加熱装置に関連する。本発明は、特に、自動車のための換気、加熱および／または空調装置に適用される。

従来、自動車の客室を加熱するための空気、ならびに除霜および除氷作業のための空気は、熱交換器を通る気流の通過により、より詳しくは気流と流体との間の熱交換により、加熱される。

一般的に、熱機関の場合、流体はクーラントである。

しかしながら、このモードの加熱は、車両の客室の迅速かつ効率的な加熱を保証するのに、特に非常に寒い環境で車両が使用される前にあるいは温度の非常に迅速な上昇が望まれる時に客室を加熱するのに、または除霜または除氷の性能に、不適切または不十分のいずれかであると判明し得る。

電気自動車に関して、加熱機能は、熱交換器におけるクーラントの循環によってはもはや実行されない。

水システムが、客室を加熱するために設けられ得る。

このモードの加熱もまた、車両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のいずれかであると判明し得る。

さらに、追加の水システムの空間の要求およびコストを低減するために、電気自動車にとって、ヒートポンプモードで作動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、空調ループは、伝統的に冷却剤を使用して気流を冷却するために使用されているが、この場合、気流を加熱するように使用される。この目的のために、空調ループの蒸発器が凝縮器として使用されるべきである。

しかしながら、このモードの加熱もまた、不適切または不十分のいずれかであると判明し得る。実際、ヒートポンプモードにおける空調ループの性能は、外部の気候条件に依存する。周囲の空気の温度が低すぎる場合、この空気は熱エネルギーの源として使用され得ない。

先行技術のこれらの欠点を克服するために、１つの公知の解決策は、熱交換器、水システム、あるいは空調ループに、追加の電気加熱装置を取り付けることである。

そのような電気加熱装置は、流体を上流で加熱するのに適合され得て、当該流体は、おそらく、熱機関におけるクーラントであり、電気自動車の客室を加熱するための水システムにおける水であり、もしくは空調ループの冷却剤である。

たとえば、そのような電気加熱装置は、正温度係数（ＰＴＣ）素子のような、複数の加熱手段を有するものとして公知であり、それは、複数のＰＴＣ加熱手段の周りに加熱チャンバを規定するようなやり方でハウジング内に収容されるとともに、その内部を加熱されるべき流体が循環する。

しかしながら、そのような加熱装置は、比較的大きなスペースを占有するとともに、かなり重いことがあり得る。

また、これらの公知の電気加熱装置は、比較的大きな水頭損失につながり得て、これは複数の自動車製造業者により設定される参照値に適合しない。

さらに、複数の公知の加熱装置は、大きな熱慣性につながり得て、これは熱性能を制限する。

本発明の目的は、したがって、水頭損失および熱慣性を制限するとともにほとんど空間を占有しない電気加熱装置を提案することにより、先行技術の欠点の少なくともいくつかを克服することである。

これを達成するために、本発明は、自動車のための流体を電気的に加熱するための装置であって、前記流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、中央コアと、前記中央コアとの間で流体を案内するための回路を規定する加熱要素と、前記中央コアの周りの流体を案内するための前記回路に配置されるとともに当該流体の流れを邪魔することが可能な少なくとも１つの邪魔要素と、を有する加熱装置に関連する。

加熱装置の別の態様によれば、前記邪魔要素は、少なくとも一部において、前記案内回路の全長にわたって延びている。

加熱装置の別の態様によれば、前記邪魔要素は、概してチューブ状の形状を有する。

加熱装置の別の態様によれば、前記邪魔要素は、金属材料から形成されている。

加熱装置の別の態様によれば、前記邪魔要素は、前記加熱要素の内側表面と接触している。

加熱装置の別の態様によれば、前記邪魔要素は、前記中央コアの外側表面と接触している。

加熱装置の別の態様によれば、前記邪魔要素は、少なくとも一部において、前記案内回路の全体の厚みにわたって延びている。

加熱装置の別の態様によれば、前記邪魔要素は、少なくとも１つのリブを有する。

加熱装置の別の態様によれば、前記少なくとも１つのリブは、実質的にらせん状である。

加熱装置の別の態様によれば、前記リブは、前記加熱要素の前記内側表面に向いている。

加熱装置の別の態様によれば、前記邪魔要素は、突起を有する。

加熱装置の別の態様によれば、前記突起は、前記加熱要素の前記内側表面に向いている。

加熱装置の別の態様によれば、前記邪魔要素は、前記中央コアおよび前記加熱要素から分離した要素である。

加熱装置の別の態様によれば、前記邪魔要素は、金属シートを有する。

加熱装置の別の態様によれば、前記邪魔要素は、前記加熱要素に圧入されている。

加熱装置の別の態様によれば、前記邪魔要素と前記中央コアとは、一体に形成されている。

本発明は、また、少なくとも１つの本発明の電気加熱装置を備えた、自動車のための換気、加熱および／または空調装置を有する。

案内回路における流体の流れを邪魔することにより、邪魔要素は、流体と加熱要素との間の熱の交換を促進し、これにより、加熱装置の効率性を改善する。

邪魔要素は、金属であり得て、熱伝導率のその良好な性質のおかげで、加熱要素から生じる熱の、当該加熱要素から離れている案内回路の一部への良好な伝導を可能にする。

また、邪魔要素が加熱要素の内側表面と接触している時、加熱要素から離れている流体領域への熱の伝導が、さらに一層良好となる。これは、また、加熱装置の効率性を改善することを可能にする。

本発明の他の特徴および利点は、例示的かつ非限定的な例として与えられる以下の説明を読むと、および、付随する図面から、より明らかになるであろう。

図１は、本発明による流体を電気的に加熱するための装置を備えた、自動車のための換気、加熱および／または空調装置を、概略的かつ単純化されたやり方で示している。 図２は、加熱モジュールの放射軸に沿った断面において加熱装置を示している。 図３ａは、第１の実施の形態による加熱装置の邪魔要素の斜視図かつ本質的に断面図である。 図３ｂは、加熱要素を有する図３ａにおける加熱装置の斜視図かつ本質的に断面図である。 図３ｃは、図３ａにおける邪魔要素の正面図である。 図４ａは、第１の実施の形態の変形例による加熱装置の、その一部が加熱要素の外側に示されている邪魔要素の斜視図である。 図４ｂは、図４ａにおける加熱装置の邪魔要素の平らにされた金属シートを示している。 図５は、第２の実施の形態による加熱装置の中央コアの周りの邪魔要素の斜視図である。 図６ａは、第２実施の形態の変形例による加熱装置の邪魔要素の斜視図である。 図６ｂは、加熱要素を有する図６ａにおける加熱装置の斜視図かつ本質的に部分断面図である。

これらの図面では、実質的に同一の要素は、同じ参照数字を有している。

図１は、電気自動車の客室を加熱するための水加熱システム３を有する、自動車の換気、加熱および／または空調装置１の一部を示している。

この換気、加熱および／または空調装置１は、水加熱システム３の上流で、水が加熱システム３に入る前に当該水を加熱するための電気加熱装置５を備えている。

ここでは、電気自動車の客室を加熱するための水システムが示されている。

当然、電気加熱装置５が、冷却剤を加熱するようにヒートポンプモードで作動することが可能な空調ループの蒸発器の上流に配置されることも規定され得る。

そのような電気加熱装置５は、熱伝達流体として熱機関のクーラントを使用する熱交換器の上流にも設けられ得る。そのような電気加熱装置５は、電気駆動またはハイブリッド自動車のための、バッテリユニットして記載されることもある、電気エネルギーを保存するための装置の温度を制御するための熱交換器の上流にも設けられ得る。

図２は、サンプルの電気加熱装置５を概略的に示している。

加熱装置５は、たとえば、実質的に平行に隣り合って配置された、少なくとも１つの第１加熱モジュール７ａおよび第２加熱モジュール７ｂを有している。このやり方で配置された加熱モジュール７ａ、７ｂを有する加熱装置５は、より低い熱慣性を有している。この配置は、また、加熱装置５により占有される空間の大きさを低減することを可能にするとともに、加熱モジュール７ａ、７ｂにおける流体の体積を減少させることにより流体を加熱する際のより高い効率性を可能にする。

さらに、そのような加熱装置５は、１０００Ｌ／ｈにおいて１００ｍｂａｒより低い水頭損失を生成する。これらの結果は、複数の自動車製造業者により設定される水頭損失の要求を満たすことを可能にする。

加熱モジュール７ａ、７ｂは、中央コア１１と、中央コア１１を基本的に取り囲む筐体の形状で形成された加熱要素１３と、を有している。加熱要素１３は、たとえば、制御システム（不図示）により作動され得る。

中央コア１１および加熱要素１３は、たとえば、実質的に円筒状である。

中央コア１１および加熱要素１３は、同心であり得る。

中央コア１１および加熱要素１３は、中央コア１１と加熱要素１３との間で加熱されるべき流体を案内するための回路１５を規定する。言い換えれば、中央コア１１の外側表面および加熱要素１３の内側表面は、中央コア１１の周りを循環する加熱されるべき流体の体積を規定する。

加熱装置５は、少なくとも１つの流体入口配管１９と、少なくとも１つの流体出口配管２１と、を更に有している。入口配管１９および出口配管２１の両方は、たとえば、加熱装置５から突出している。

図示された例では、入口配管１９は、２つの加熱モジュール７ａ、７ｂに共通である。同様に、出口配管２１は、２つの加熱モジュール７ａ、７ｂに共通である。

流体と加熱要素との間の熱交換を増加させるために、加熱モジュールの邪魔要素３７は、流体の流れを邪魔するように、中央コア１１の周りの案内回路１５に配置されている。

たとえば、流体は、入口配管１９を通って加熱装置５に入る。流体は、次に、加熱モジュール７ａ、７ｂの各々を貫通する。流体は、案内回路１５に沿って邪魔されるやり方で流れる。熱伝達は、したがって、加熱要素１３の内側表面と流体との間で生じる。実際、加熱要素１３は、流体にいくらかの熱を与える。次に、加熱された流体は、出口配管２１を通って加熱装置５を出る。

案内回路１５において流体の流れを邪魔することにより、邪魔要素３７は、流体と加熱要素１３との間の熱交換を促進し、これにより、加熱装置５の効率性を改善する。

図３ａ、３ｂ、３ｃ、４ａおよび４ｂにより示される第１の実施の形態によれば、中央コア１１と加熱要素１３との間に配置された邪魔要素１７、２７は、加熱要素１３の内側表面と接触している。邪魔要素１７、２７は、中央コア１１の方向に延伸し得る。

金属材料から形成された邪魔要素１７、２７は、流体と接触する表面を有している。金属材料の熱伝導率の良好な性質のおかげで、邪魔要素１７、２７は、加熱要素１３から中央コア１１に向かって加熱要素１３から離れている案内回路１５の一部まで熱を伝達する。したがって、案内回路における流体の温度は一様であり、加熱要素１３の内側表面の近くを循環する流体の割合と、加熱要素１３から離れて循環する流体の割合とは、実質的に同じ温度を有する。

邪魔要素１７、２７は、たとえば、アルミニウム、銅、または真鍮のシートを有する。金属シートは、好ましくは、アルミニウムシートである。実際、この材料は、良好な腐食抵抗と、電気加熱装置に使用されるグリコール流体との良好な適合性と、を有する。また、この材料は、低コストである。

図３ａ、３ｂおよび３ｃに示された本発明の第１の実施の形態によれば、邪魔要素１７は、金属シートを有する。金属シートは、波型、すなわちアコーディオンのやり方でそれ自身の上に逆に曲げられ得て、この場合、金属の邪魔要素は「フィン状」であると呼ばれる。金属シートの２つの長手エッジは、たとえば実質的に円状の断面を有するチューブを形成するように結合され得る。

金属の邪魔要素１７のフィンの内側エッジは、また、中央コア１１の外側表面と接触している。「フィン状の」金属の邪魔要素１７は、案内回路１５の全厚ｅ_ｃにわたって少なくとも部分的に延伸している。前記要素が案内回路１５の全厚ｅ_ｃにわたって延伸する時、熱伝達が改善される。

熱交換の効率性は、熱交換面の大きさとともに、すなわち、本件の場合、「フィン状の」金属の邪魔要素１７の表面の大きさとともに、増加する。

図４ａに示される第１の実施の形態の変形例では、邪魔要素２７は、レリーフのパターン、たとえば一様かつ一様に分配された突起、を有する金属シートを有する。これらの突起は、図４ｂに示されたような金属シート２８を変形させることにより形成され得る。シートの２つの長手エッジは、たとえば実質的に円状の断面を有する管を形成するように結合される。

金属の邪魔要素２７の厚みは、案内回路１５の厚みより小さいことがあり得る。これは、「薄い」金属の邪魔要素２７として知られている。

薄い金属の邪魔要素２７の作成は、その外側表面が加熱要素１３の内側表面より実質的に大きくなるように想定される。このようにして、薄い金属の邪魔要素２７は、加熱要素１３に圧入され、これにより、加熱要素１３と薄い金属の邪魔要素２７との間の良好な接触、および、その結果として、良好な熱の伝達が保証される。

別の実施の形態によれば、薄い金属の邪魔要素２７の外側表面は、たとえば良好な機械的かつ熱的接触を保証するために当該表面をロウ付けまたは溶接することにより、加熱要素１３の内側表面に接続される。

図３ａ、３ｂおよび３ｃにおける「フィン状の」金属の邪魔要素１７と比較して、図４ａおよび４ｂの薄い金属の邪魔要素２７は、低い水頭損失をもたらすという利点がある。

第２の実施の形態は、ここで、図５、６ａおよび６ｂを参照して説明されるであろう。第２の実施の形態では、邪魔要素３７、４７の内側表面は、中央コア１１の外側表面と接触している。

邪魔要素３７、４７は、たとえば、アルミニウムのような金属材料、あるいはポリアミドのような樹脂材料から形成され得る。

管状の邪魔要素３７、４７の外側表面は、案内回路１５に沿った流体の流れを邪魔するように変形部を有している。

図５に示される第２の実施の形態によれば、邪魔要素３７の外側表面は、加熱要素１３の内側表面に向かう少なくとも１つのリブ３１を有している。リブ３１は、実質的にらせん形状を有し得る。案内回路に沿った流体の流れは、したがって、実質的にらせん状の経路に従う。邪魔要素３７のリブ３１は、したがって、流体の流れを邪魔し、これにより、加熱要素１３と流体との間の熱の交換を改善する。

リブ３１の厚みｅ_ｒは、加熱要素１３の内側表面まで延伸し得る。

リブ３１のエッジ３３が加熱要素１３の内側表面と接触する時、最適な熱交換がある。この場合、たとえばロウ付けまたは溶接により、リブ３１のエッジ３３の領域において、加熱要素１３の内側表面に邪魔要素３７を固定することが可能である。この場合、邪魔要素３７は、金属材料から形成される。

他の実施の形態によれば、リブ３１は、中間の厚みｅ_ｒを有し得る。この場合、邪魔要素３７は、案内回路１５の厚みより低い厚みを有する。

図６ａおよび６ｂに示される第２の実施の形態の変形例によれば、邪魔要素４７の外側表面は、加熱要素１３の内側表面の方向に突出する突起４１を有する。邪魔要素４７の突起４１は、流体の流れを邪魔し、これにより、加熱要素１３と流体との間の熱交換を改善する。これらの突起４１は、中央コアの表面にわたって、または、邪魔要素の表面または邪魔されるべき流体と接触するその他の表面にわたって、一様にもしくは非一様に分布され得る。

図６ｂに示されるように、突起４１の厚みｅ_ｂは、加熱要素１３の内側表面と接触するように、加熱要素１３の内側表面まで延伸し得る。

他の実施の形態によれば、突起４１は、また、中間の厚みｅ_ｂを有し得る。この場合、邪魔要素４７は、案内回路の厚みｅ_ｃより低い厚みを有する。

一実施の形態（不図示）によれば、加熱要素１３の内側表面は、少なくとも１つの邪魔要素１７、２７を有している。

第３の実施の形態（不図示）は、ここに説明されよう。この第３の実施の形態は、邪魔要素と中央コアとが１部品で形成されている点で、第２の実施の形態と異なっている。

この構成では、邪魔要素は、案内回路に沿った流体の循環を邪魔するように、中央コアの外側表面上に配置された変形部を有している。

第３の実施の形態によれば、邪魔要素は、少なくとも１つのリブを有し、当該リブは、加熱要素の内側表面に向いている。

リブは、実質的にらせん形状を有し得る。邪魔要素のリブは、したがって、流体の流れを邪魔し、これにより、加熱要素と流体との間の熱交換を改善する。

リブの厚みは、加熱要素の内側表面まで延伸し得る。リブは、また、中間の厚み、すなわち、案内回路の厚みより小さい厚みを有し得る。

第３の実施の形態の変形例によれば、邪魔要素は、突起を有し得て、当該突起は、加熱要素の内側表面に向いている。

邪魔要素の突起は、流体の流れを邪魔し、これにより、加熱要素と流体との間の熱交換を改善する。

突起の厚みは、加熱要素の内側表面まで延伸し得る。突起は、また、中間の厚み、すなわち案内回路の厚みより薄い厚みを有し得る。

したがって、加熱要素１３と流体との間の熱の伝達を可能にする少なくとも１つの邪魔要素１７、２７、３７、４７を備えた加熱装置５が、先行技術の解決策より効率的であることがわかる。

Claims (17)

1. 自動車のための流体を電気的に加熱するための装置（５）であって、
   前記流体を加熱するための少なくとも１つのモジュール（７ａ、７ｂ）を備え、
   前記少なくとも１つの加熱モジュール（７ａ、７ｂ）は、
   中央コア（１１）と、
   前記中央コア（１１）との間で流体を案内するための回路（１５）を規定する加熱要素（１３）と、
   前記中央コア（１１）の周りの流体を案内するための前記回路（１５）に配置されるとともに当該流体の流れを邪魔することが可能な少なくとも１つの邪魔要素（１７、２１、３７、４７）と、を有する
   ことを特徴とする加熱装置（５）。
2. 前記邪魔要素（１７、２７、３７、４７）は、少なくとも一部において、前記案内回路（１５）の全長にわたって延びている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気加熱装置（５）。
3. 前記邪魔要素（１７、２７、３７、４７）は、概してチューブ状の形状を有する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電気加熱装置（５）。
4. 前記邪魔要素（１７、２７、３７、４７）は、金属材料から形成されている
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電気加熱装置（５）。
5. 前記邪魔要素（１７、２７、３７、４７）は、前記加熱要素（１３）の内側表面と接触している
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電気加熱装置（５）。
6. 前記邪魔要素（１７、２７、３７、４７）は、前記中央コア（１１）の外側表面と接触している
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電気加熱装置（５）。
7. 前記邪魔要素（１７、２７、３７、４７）は、少なくとも一部において、前記案内回路（１５）の全体の厚み（ｅ_ｃ）にわたって延びている
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電気加熱装置（５）。
8. 前記邪魔要素（３７）は、少なくとも１つのリブ（３１）を有する
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の電気加熱装置（５）。
9. 前記少なくとも１つのリブ（３１）は、実質的にらせん状である
   ことを特徴とする請求項８に記載の電気加熱装置（５）。
10. 前記リブ（３１）は、前記加熱要素（１３）の前記内側表面に向いている
    ことを特徴とする請求項８または９に記載の電気加熱装置（５）。
11. 前記邪魔要素（４７）は、突起（４１）を有する
    ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の電気加熱装置（５）。
12. 前記突起（４１）は、前記加熱要素（１３）の前記内側表面に向いている
    ことを特徴とする請求項１１に記載の電気加熱装置（５）。
13. 前記邪魔要素（１７、２７、３７、４７）は、前記中央コア（１１）および前記加熱要素（１３）から分離した要素である
    ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の電気加熱装置（５）。
14. 前記邪魔要素（１７、２７）は、金属シートを有する
    ことを特徴とする請求項１３に記載の電気加熱装置（５）。
15. 前記邪魔要素（２７）は、前記加熱要素（１３）に圧入されている
    ことを特徴とする卯請求項１３または１４に記載の電気加熱装置（５）。
16. 前記邪魔要素と前記中央コア（１１）とは、一体に形成されている
    ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の電気加熱装置（５）。
17. 請求項１〜１６のいずれかに記載の少なくとも１つの電気加熱装置（５）
    を備えたことを特徴とする、自動車のための換気、加熱および／または空調装置（１）。

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