JP5996772B2 - 自動車用の流体を電気的に加熱するための装置及びこの加熱装置を組み立てる方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用の流体を電気的に加熱するための装置及びこの加熱装置を組み立てる方法に関する。本発明は、特に、そのような加熱装置を備える自動車用の換気、暖房、および／または、空調設備に適用される。

通常は、自動車の乗員室を暖めるための、並びに、霜取りおよび除氷するための空気の加熱は、空気流を熱交換器に通すことによって、あるいは、より正確には、空気流と流体との間の熱の交換によって行なわれる。その流体は、一般的に、熱機関の場合にはクーラントである。しかしながら、この加熱モードは、自動車の乗員室の急速で効果的な暖房を確保するために、特に、非常に冷たい環境内で自動車を使用する前にあるいは非常に急速な温度上昇が必要とされるとき乗員室の暖房または除氷あるいは霜取りを行なうために、不適切又は不十分であると分かる場合がある。

また、電気自動車の場合、加熱機能は、もはや熱交換器内でのクーラントの循環によって達成されない。しかしながら、乗員室を暖めるための水回路を設けることができるが、この加熱モードも、自動車の乗員室の急速で効果的な暖房を確保するのに不適切又は不十分であると分かる場合がある。

また、補助的な水回路による空間要件およびコストを減らすために、電気自動車のためのヒートポンプモードで機能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、この場合には、従来のように冷媒を用いて空気流を冷却できるようにする空調ループが空気流を加熱するために使用される。これを行なうためには、空調ループの蒸発器を凝縮器として使用することが必要である。しかしながら、この加熱モードも不適切又は不十分であると分かる場合がある。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状態に依存するからであり、また、過度に低い温度を有する外気の場合には、この空気を熱エネルギー源として使用できないからである。

１つの既知の解決策は、追加の電気加熱装置を熱交換器または水回路または空調ループに対して付加することから成る。追加の電気加熱装置は、熱機関のクーラント、または、電気自動車の乗員室を暖めるための水回路内の水、または、空調ループ内の冷媒などの流体の上流側での加熱に適する場合がある。

追加の電気加熱装置は、加熱されるべき流体と接触する加熱要素を備える。今日では、追加の加熱装置の構造およびその組み立てを簡略化することが求められる。

したがって、本発明の目的は、製造および組み立てが簡単でコンパクトな自動車用の流体を電気的に加熱するための装置を提案することである。

この目的のため、本発明は、自動車用の流体を電気的に加熱するための装置に関し、該装置は、
− 全体が略円筒状の形状を有する少なくとも１つの加熱要素を備える少なくとも１つの加熱モジュールであって、前記加熱モジュールが加熱されるべき流体を案内するための回路を規定する、少なくとも１つの加熱モジュールと、
− 加熱要素の第１の端部を受ける流体のための入口ボックスであって、加熱されるべき流体のための入口チャネルが内部に形成されるとともに、前記入口チャネルが流体案内回路と連通する、入口ボックスと、
− 加熱要素の第２の端部を受ける流体出口ボックスであって、流体のための出口チャネルが内部に形成されるとともに、前記出口チャネルが流体案内回路と連通する、流体出口ボックスと、
− 加熱要素内に配置される少なくとも１つの入口シールであって、前記入口シールが流体入口ボックスの入口チャネルの入口ダクトと加熱要素との間に介挿される、少なくとも１つの入口シールと、
− 加熱要素内に配置される少なくとも１つの出口シールであって、前記出口シールが流体出口ボックスの出口チャネルの出口ダクトと加熱要素との間に介挿される、少なくとも１つの出口シールと、
を備えることを特徴とする。

電気加熱装置は、別々にあるいは組み合わせて解釈される以下の特徴のうちの１つ以上を備えてもよい。
− 入口ダクトおよび出口ダクトはそれぞれ、入口シールおよび出口シールをそれぞれ受ける外側環状溝を有する
− 入口シールおよび出口シールがＯリングシールである
− 加熱装置は、流体入口ボックスと加熱要素の第１の端部との間に介挿される追加の入口シールと、流体出口ボックスと加熱要素の第２の端部との間に介挿される追加の出口シールとを備える
− 追加の入口シールおよび追加の出口シールが平坦である
− 加熱装置は、加熱要素を取り囲む外側ケーシングを備える
− 外側ケーシングが金属である
− 追加の入口シールが流体入口ボックスと外側ケーシングとの間にも介挿され、また、追加の出口シールが流体出口ボックスと外側ケーシングとの間にも介挿される
− 外側ケーシングの端部は、流体入口ボックスおよび流体出口ボックスに圧着されるフランジを有する
− 制御手段が、外側ケーシングの外側に配置されるとともに、外側ケーシングに取り付けられる。

また、本発明は、加熱装置を組み立てるための方法に関し、該方法は、
− 入口シールおよび追加の入口シールが流体入口ボックス内に配置されるステップと、
− 外側ケーシングが追加の入口シール上に配置されるとともに、加熱要素が入口シール上および追加の入口シール上に配置され、加熱要素が外側ケーシングの内側に配置されるステップと、
− 内部コアが加熱要素内に配置されて、内部コアの第１の端部が流体入口ボックス内に受けられるステップと、
− 出口シールが流体出口ボックス内に配置されるとともに、追加の出口シールが金属外側ケーシング上および加熱要素上に配置されるステップと、
− 加熱装置サブアセンブリを形成するために、出口シールを備える流体出口ボックスが加熱モジュール上に配置されるステップと、
− このように形成されたサブアセンブリが入口シールおよび出口シールならびに追加の入口シールおよび追加の出口シールを圧縮するように押圧されるとともに、外側ケーシングが流体入口ボックスおよび流体出口ボックスに圧着されるステップと、
を備えることを特徴とする。

入口シールおよび出口シールは、流体入口ボックスまたは流体出口ボックスと加熱要素との間での流体の任意の漏れを防止するべく流体のための第１のレベルのシールを与える。

追加の入口シールおよび追加の出口シールは、入口および出口ボックスと加熱要素との間に流体のための第２のシールレベルを確保するが、外側からくる不純物が加熱モジュールに入ることも防止する。

外側ケーシングによって、加熱装置は、特に自動車衝突試験により良く耐えることができる頑丈で操作可能なアセンブリを形成する。同様に、加熱モジュール内で循環する流体により及ぼされる圧力に対する耐性が高められる。

また、制御手段は、外側ケーシングの外側に配置されることにより、加熱モジュール内で循環する流体から分離される。したがって、外側ケーシングは、流体の任意の漏れに起因する電子機器の何らかの不具合を防止するシールバリアを形成する。

本発明の他の特徴および利点は、例示的で非限定的な例として与えられる以下の説明および添付図面を読むことにより更に明確に分かる。

本発明に係る自動車のための電気的な流体加熱装置の正面図を概略的に描く。 図１の電気加熱装置の側面図を概略的に描く。 図１の加熱装置の縦方向の面に沿う断面図を概略的に描く。 図２の加熱装置の加熱モジュールに対して略中央の横方向の面に沿う断面図を概略的に描く。 図１の加熱装置を組み立てる方法のフロー図である。

これらの図では、ほぼ同一の要素が同じ参照符号を有する。明確にするために、方法の様々なステップが１００から番号付けされる。

図１〜図４は、換気、暖房及び／又は空調設備における自動車用の流体を電気的に加熱する装置１を示す。

電気加熱装置１は、例えば、電気自動車の乗員室を暖めるための水加熱回路に水が入る前に水を加熱するための付加的な加熱装置である。他の例によれば、電気加熱装置１は、冷媒を加熱するために、ヒートポンプモードで機能できる空調ループの蒸発器の上流側に配置される。更なる他の例によれば、電気加熱装置１は、熱機関のクーラントを伝熱流体として使用する熱交換器の上流側に配置される。そのような電気加熱装置１は、電気推進またはハイブリッド推進を伴う自動車のために、時としてバッテリーのセットと称される電気エネルギー蓄積装置の熱調節を目的とする熱交換器の上流側に設けることもできる。

描かれる電気加熱装置１は、第１および第２の加熱モジュール２ａ，２ｂ、制御手段３、流体入口ボックス４、および、流体出口ボックス５を備える。

図３から分かるように、各加熱モジュール２ａ，２ｂは、中心コア６、例えば中空部と、加熱要素７ａ，７ｂとを備え、加熱要素７ａ，７ｂは、中心コア６を取り囲むチューブの形態に形成されて、加熱されるべき流体を中心コア６の外面と加熱要素７ａ，７ｂのチューブの内面との間で案内するための回路８を規定する。

加熱要素７ａ，７ｂは、加熱要素７ａ，７ｂと案内回路８内を循環する流体との間の熱交換によって流体を加熱するために制御手段３によって制御される。

加熱モジュール２ａ，２ｂは、同一であるとともに、略平行に並んで配置される。この並列配置は、加熱装置１の縦方向の空間要件を減少させる。また、この配置は、熱慣性が低く、圧力の損失が少ない。

加熱要素７ａ，７ｂはそれぞれ向かい合う縦方向端部を有する。

流体入口ボックス４は、それぞれの加熱要素７ａ，７ｂの第１の端部の方向に突出する２つの入口ダクト１３ａ，１３ｂを備える。これらの入口ダクト１３ａ，１３ｂは、円筒状の加熱要素７ａ，７ｂのそれぞれの第１の端部内に受けられる。

また、流体入口ボックス４は、装置１の入口導管１１も備える。したがって、流体入口ボックス４には、入口導管１１と入口ダクト１３ａ，１３ｂとの間に、流体のための入口チャネル１０が形成される。このとき、入口チャネル１０は、第１の加熱モジュール２ａの案内回路８と第２の加熱モジュール２ｂの案内回路８とに連通し、したがって、入口導管１１を２つの加熱モジュール２ａ，２ｂの案内回路８に流体接続する。

同様に、流体出口ボックス５は、それぞれの加熱要素７ａ，７ｂの第２の端部の方向に突出する２つの出口ダクト１４ａ，１４ｂを備える。これらの出口ダクト１４ａ，１４ｂは、円筒状の加熱要素７ａ，７ｂのそれぞれの第２の端部内に受けられる。

また、流体出口ボックス５は、装置１の出口導管１２も備える。したがって、流体出口ボックス５には、出口導管１２と出口ダクト１４ａ，１４ｂとの間に、流体のための出口チャネル２８が形成される。このとき、出口チャネル２８は、第１の加熱モジュール２ａの案内回路８と第２の加熱モジュール２ｂの案内回路８とに連通し、したがって、出口導管１２を２つの加熱モジュール２ａ，２ｂの案内回路８に流体接続する。

流体入口ボックスおよび流体出口ボックス４，５は、ほぼ同じ形状を有するとともに、加熱モジュール７ａ，７ｂの向かい合う２つの端部に対して対称的に接続される。

また、加熱装置１は、Ｏリングシールなどの２つの入口シール１５ａ，１５ｂも備える。各入口シール１５ａ，１５ｂは、それぞれの加熱要素７ａ，７ｂ内に配置されると共に、流体入口ボックス４のそれぞれの入口ダクト１３ａ，１３ｂと加熱要素７ａ，７ｂとの間に介挿される。入口シール１５ａ，１５ｂは、例えば、流体入口ボックス４の入口ダクト１３ａ，１３ｂの外側環状溝内に受けられる。

加熱装置１は、Ｏリングシールなどの２つの出口シール１６ａ，１６ｂを対称的に備える。各出口シール１６ａ，１６ｂは、それぞれの加熱要素７ａ，７ｂ内に配置されると共に、流体出口ボックス５の出口ダクト１４ａ，１４ｂと加熱要素７ａ，７ｂとの間に介挿される。出口シール１６ａ，１６ｂは、例えば、流体出口ボックス５の出口ダクト１４ａ，１４ｂの外側環状溝内に受けられる。

入口シール１５ａ，１５ｂおよび出口シール１６ａ，１６ｂは、流体入口ボックス４または流体出口ボックス５と加熱要素７ａ，７ｂとの間での流体の任意の漏れを防止するべく流体のための第１のレベルのシールを与える。

また、加熱装置１は、流体入口ボックス４とそれぞれの加熱要素７ａ，７ｂの第１の端部との間に介挿される追加の入口シール７、および、流体出口ボックス５とそれぞれの加熱要素７ａ，７ｂの第２の端部との間に介挿される追加の出口シール１８も備える。

追加の入口シール１７および追加の出口シール１８は、平坦であり、流体入口ボックス４または流体出口ボックス５に対して相補的な形状、すなわち、例えば略長方形の形状を有するとともに、入口ダクト１３ａ，１３ｂまたは出口ダクト１４ａ，１４ｂと関連付けられる２つの円形の切り欠きを有する。

追加の入口シール１７および追加の出口シール１８は、入口ボックス４または出口ボックス５と加熱要素７ａ，７ｂとの間に流体のための第２のシールレベルを確保するが、外側からくる不純物が加熱モジュール２ａ，２ｂに入ることも防止する。

入口シール１５ａ，１５ｂおよび出口シール１６ａ，１６ｂならびに追加の入口シール１７および追加の出口シール１８は、例えば、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエン−モノマー）、シリコン、または、ニトリル材料などのエラストマー材料を備える。

したがって、流体の流れは、入口導管１１から、入口チャネル１０へ入った後、加熱モジュール２ａ，２ｂの案内回路８内で平行に生じ、出口チャネル２８へと出てきて、その後、出口導管１２へ入る。図３には、入口チャネル１０から出口チャネル２４までの加熱装置１内の流体の経路の一例が矢印により概略的に示される。

また、加熱装置１は、２つの加熱モジュール２ａ，２ｂを取り囲む外側ケーシング１９を備える。あるいは（図示しないが）、加熱装置１が２つの外側ケーシングを備えて、それぞれの外側ケーシングが単一の加熱モジュールを取り囲むようにする。

外側ケーシング１９は、加熱装置１が特に自動車衝突試験により良く耐えることができる頑丈で操作可能なアセンブリを形成できるようにする。同様に、加熱モジュール２ａ，２ｂ内で循環する流体により及ぼされる圧力に対する耐性が高められる。

外側ケーシング１９は、例えば金属であり、あるいは、プラスチック材料から形成される。金属材料から形成される外側ケーシング１９は、機械的衝撃の際のそのより良い強度にとって好ましく、また、アルミニウム材料から形成される外側ケーシングは、その低い重量にとって好ましく、耐食性がある。

ケーシング１９の端部は、流体入口ボックス４および流体出口ボックス５の所まで加熱要素７ａ，７ｂの周囲で延びる。より正確には、追加の入口シール１７および追加の出口シール１８は、流体入口ボックスおよび流体出口ボックス４，５、外側ケーシング１９、および、加熱要素７ａ，７ｂの間で圧縮される。

各加熱要素７ａ，７ｂの使用は、加熱命令にしたがってそれが接続される加熱要素７ａ，７ｂの使用を可能にするおよび／または防止するために、例えばマイクロコントローラによって制御される。この目的のため、加熱要素７ａ，７ｂの制御手段３は、プリント回路基板（ＰＣＢ）などの電気回路支持体を備える。

電気回路支持体は電子部品および／または電気部品を支える。これらの電子部品および／または電気部品は、例えば、マイクロコントローラ、加熱要素７ａ，７ｂを電流スイッチに接続する電気接点、高電圧供給コネクタおよび低電圧供給コネクタ、ならびに、データバスコネクタを備えてもよい。例えば、電気接点は、例えばマイクロコントローラを支える面とは反対側の電気回路支持体の面によって支えられる。

制御手段３は、外側ケーシング１９の外側に配置されるとともに、それの背面に取り付けられる（図２参照）。この目的のため、制御手段３は、例えば、加熱モジュール２ａ，２ｂに対する電気的接続のための通路が設けられるプラスチック材料から形成されるシースなど、電気ボード支持体を包むシールされた電気絶縁性のシースを備える。

制御手段３は、外側ケーシング１９の外側に配置されることにより、加熱モジュール２ａ，２ｂ内で循環する流体から分離されることが確保される。したがって、外側ケーシング１９は、流体の任意の漏れに起因する電子機器の何らかの不具合を防止するシールバリアを形成する。

サブアセンブリを閉じられた状態に維持するため、外側ケーシング１９は、入口ボックス４および出口ボックス５に圧着される端部にフランジ２０を有してもよい（図１および図２）。

ここで、図５に概略的に示される加熱装置１を組み立てる様々なステップについて説明する。

ステップ１０１では、入口シール１５ａ，１５ｂおよび追加の入口シール１７が流体入口ボックス４内に配置される。

ステップ１０２では、外側ケーシング１９が追加の入口シール１７上に配置されるとともに、加熱要素７ａ，７ｂが外側ケーシング１９の内側に追加の入口シール１７上で入口シール１５ａ，１５ｂに当て付けて配置される。外側ケーシング１９は、加熱要素７ａ，７ｂの前または後のいずれかで配置される。

ステップ１０３では、内部コア６がそれぞれの加熱要素７ａ，７ｂ内に配置されて、内部コア６の端部を流体入口ボックス４内に配置する。

ステップ１０４では、出口シール１６ａ，１６ｂが流体出口ボックス５内に配置されるとともに、追加の出口シール１８が外側ケーシング１９上および加熱要素７ａ，７ｂ上に配置される。

ステップ１０５では、加熱装置のサブアセンブリを形成するために、出口シール１６ａ，１６ｂを備える流体出口ボックス５が加熱モジュール２ａ，２ｂ上に配置される。

ステップ１０６では、このように形成されたサブアセンブリが入口シール１５ａ，１５ｂおよび出口シール１６ａ，１６ｂならびに追加の入口シールおよび追加の出口シール１７，１８を圧縮するように押圧され、また、サブアセンブリを閉じられた状態に維持するために、外側ケーシング１９のフランジ２０が流体入口ボックス４および流体出口ボックス５に圧着される。

他のステップでは、制御手段３が外側ケーシング１９に取り付けられる。

このようにして得られる加熱装置１は比較的コンパクトである。これは、図２に示される例では、（制御手段３を別にした）サブアセンブリの幅ｄ１が約５１〜５５ｍｍであり、制御手段３を伴う加熱装置１の幅ｄ２が約６５ｍｍだからである。

Claims (10)

1. 自動車用の流体を電気的に加熱するための加熱装置であって、
   全体が略円筒状の形状を有する少なくとも１つの加熱要素（７ａ，７ｂ）を備える少なくとも１つの加熱モジュール（２ａ，２ｂ）であって、前記加熱モジュール（２ａ，２ｂ）は加熱されるべき前記流体を案内するための回路（８）を規定する、少なくとも１つの加熱モジュール（２ａ，２ｂ）と、
   前記加熱要素（７ａ，７ｂ）の第１の端部を受ける、前記流体のための入口ボックス（４）であって、加熱されるべき前記流体のための入口チャネル（１０）が内部に形成されるとともに、前記入口チャネル（１０）は前記流体案内回路（８）と連通する、入口ボックス（４）と、
   前記加熱要素（７ａ，７ｂ）の第２の端部を受ける流体出口ボックス（５）であって、前記流体のための出口チャネル（２８）が内部に形成されるとともに、前記出口チャネル（２８）は前記流体案内回路（８）と連通する、流体出口ボックス（５）と、
   前記加熱要素（７ａ，７ｂ）内に配置される少なくとも１つの入口シール（１５ａ，１５ｂ）であって、前記入口シール（１５ａ，１５ｂ）は前記流体入口ボックス（４）の前記入口チャネル（１０）の入口ダクト（１３ａ，１３ｂ）と前記加熱要素（７ａ，７ｂ）との間に介挿される、少なくとも１つの入口シール（１５ａ，１５ｂ）と、
   前記加熱要素（７ａ，７ｂ）内に配置される少なくとも１つの出口シール（１６ａ，１６ｂ）であって、前記出口シール（１６ａ，１６ｂ）は前記流体出口ボックス（５）の前記出口チャネル（２８）の出口ダクト（１４ａ，１４ｂ）と前記加熱要素（７ａ，７ｂ）との間に介挿される、少なくとも１つの出口シール（１６ａ，１６ｂ）と、
   前記流体入口ボックス（４）と前記加熱要素（７ａ，７ｂ）の前記第１の端部との間に介挿される追加の入口シール（１７）と、前記流体出口ボックス（５）と前記加熱要素（７ａ，７ｂ）の前記第２の端部との間に介挿される追加の出口シール（１８）と、を備えることを特徴とする加熱装置。
2. 前記入口ダクト（１３ａ，１３ｂ）および前記出口ダクト（１４ａ，１４ｂ）はそれぞれ、前記入口シール（１５ａ，１５ｂ）および前記出口シール（１６ａ，１６ｂ）をそれぞれ受ける外側環状溝を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
3. 前記入口シール（１５ａ，１５ｂ）および前記出口シール（１６ａ，１６ｂ）は、Ｏリングシールである、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加熱装置。
4. 前記加熱要素（７ａ，７ｂ）を取り囲む外側ケーシング（１９）を備える、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の加熱装置。
5. 前記追加の入口シール（１７ａ，１７ｂ）は前記流体入口ボックス（４）と前記外側ケーシング（１９）との間にも介挿され、前記追加の出口シール（１８）は前記流体出口ボックス（５）と前記外側ケーシング（１９）との間にも介挿される、ことを特徴とする請求項４に記載の加熱装置。
6. 前記外側ケーシング（１９）は金属である、ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の加熱装置。
7. 前記外側ケーシング（１９）の外側に配置される制御手段（３）を備え、前記制御手段（３）は前記外側ケーシング（１９）に取り付けられる、ことを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の加熱装置。
8. 前記外側ケーシング（１９）の端部は、前記流体入口ボックスおよび前記流体出口ボックス（４，５）に圧着されるフランジ（２０）を有する、ことを特徴とする請求項４から７のいずれか一項に記載の加熱装置。
9. 前記追加の入口シール（１７）および前記追加の出口シール（１８）は平坦である、ことを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
10. 請求項８または請求項９に記載の加熱装置を組み立てるための方法であって、
    入口シールおよび追加の入口シールが流体入口ボックス内に配置されるステップ（１０１）と、
    外側ケーシングが前記追加の入口シール上に配置されるとともに、前記加熱要素が前記入口シール上および前記追加の入口シール上に配置され、前記加熱要素が前記外側ケーシングの内側に配置されるステップ（１０２）と、
    前記内部コアが前記加熱要素内に配置されて、前記内部コアの第１の端部が前記流体入口ボックス内に受けられるステップ（１０３）と、
    前記出口シールが前記流体出口ボックス内に配置されるとともに、前記追加の出口シールが前記金属外側ケーシング上および前記加熱要素上に配置されるステップ（１０４）と、
    加熱装置サブアセンブリを形成するために、前記出口シールを備える前記流体出口ボックスが前記加熱モジュール上に配置されるステップ（１０５）と、
    このように形成された前記サブアセンブリが前記入口シールおよび前記出口シールならびに前記追加の入口シールおよび前記追加の出口シールを圧縮するように押圧されるとともに、前記外側ケーシングが前記流体入口ボックスおよび前記流体出口ボックスに圧着されるステップ（１０６）と、
    を備えることを特徴とする方法。

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