JP7479474B2 - 特に車両用の流体加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に車両用、より詳細には車室内の換気、暖房、及び／又は空調、並びに／あるいはバッテリの温度調節のための設備用の流体加熱装置に関する。これは、特に、自律的であり得る電気車両又はハイブリッド車両であり得る。

熱交換器を使用して、空気流と伝熱液との間の熱交換により、車室内の温度処理用の空気を加熱することが知られている。ハイブリッド車両や電気車両の場合、電気加熱素子の温度を上昇させるように電流を循環させて、伝熱液を接触して配置させた熱エネルギー源を構成する電気加熱装置が知られている。次いで、熱エネルギーは、電気加熱素子と伝熱液との間で交換され、伝熱液は、交換器によって車室を加熱する前に加熱される。

過熱を防止するために、欧州特許第２ ８８４ ５１９号明細書は、電気加熱素子のための電源回路を開放する手段の使用を教示している。その手段は、電気加熱素子と接触して配置されたバイメタルストリップの変形によって作動される。バイメタルストリップは、電気加熱素子の温度が特定の所定の閾値に達すると変形し、リーフによって回路を開放する手段の作動を保証する。

欧州特許第２ ８８４ ５１９号明細書

過熱を防止するためのそのような解決策は、電気加熱素子に対して正確に位置決めするために、バイメタルストリップが高価な構造の特定の形状を有する必要があるという事から、大きな欠点を有する。更に、バイメタルストリップとリーフを介した開放手段との間の機械的結合で生じる大きな体積は、アセンブリを加熱装置内に搭載するための操作のマージンを減少させ、その結果、特に、バイメタルストリップが、最大加熱領域の外側に配置されるリスクがある。

したがって、簡単な構造であり、加熱装置内への搭載が容易であり、加熱装置の電気加熱素子の過熱を防止する解決策を見つけることが必要である。

本発明は、そのような解決策を少なくとも部分的に提供することを目的とする。

その目的のために、本発明の主題は、特に自動車用の電気流体加熱装置であり、それは、流体を加熱するように意図された少なくとも１つの電気加熱素子と、流体の温度に関する情報を与えるように意図された温度センサと、１つ又は複数の電気加熱素子用の電源回路内で突入電流を生成するように意図された突入電流スイッチと呼ぶスイッチと、突入電流が発生した場合に、その回路を開放する開放手段と、を備え、温度センサ及び突入電流スイッチは、互いに独立して配置され、加熱装置は、温度センサからの信号を突入電流スイッチに伝送するように構成される。

したがって、突入電流スイッチとは独立して搭載された温度センサを用いて、本発明は、これらの構成要素の各々を、選択された関連位置に配置し得ることで、過熱を防止するための解決策のアセンブリを単純化する。

本発明はまた、
加熱装置は、温度センサと突入電流スイッチとの間で信号を伝送する手段を備え、
信号を伝送する手段は、導電体を備え、
加熱装置は、突入電流スイッチを制御し得るマイクロコントローラを備え、
信号を伝送する手段は、温度センサとマイクロコントローラとの間の接続を実施し、
加熱装置は、上流スイッチ及び下流スイッチを更に備え、
電気加熱素子は、上流スイッチ及び下流スイッチに直列に接続され、
上流スイッチ又は下流スイッチの一方は、電気加熱素子を通って流れる電流を調節するように構成され、
上流スイッチ及び下流スイッチは、電気加熱素子を流れる電流を制御するための制御回路基板に接続され、
回路を開放する手段は、少なくとも１つのヒューズを備え、
ヒューズは、電気加熱素子と直列に接続され、
回路を開放する手段は、上流スイッチの上流、又は下流スイッチの下流に接続され、
回路を開放する手段は、上流スイッチ及び下流スイッチが同時に故障した場合に、電気加熱素子を保護するように構成され、
突入電流スイッチは、電気加熱素子と並列の短絡線に接続され、
短絡線は、第１の端部と第２の端部とを備え、
短絡線の第１の端部は、電気加熱素子と上流スイッチとの間に配置され、及び／又は短絡線の第２の端部は、電気加熱素子と下流スイッチとの間に配置され、
短絡線の第１の端部は、上流スイッチの上流に配置され、及び／又は短絡線の第２の端部は、下流スイッチの下流に配置され、
回路を開放する手段は、少なくとも１つのヒューズを備え、
ヒューズは、短絡線の第１の端部の上流、又は短絡線の第２の端部の下流に接続され、
ヒューズは、突入電流スイッチの上流に接続され、
ヒューズは、突入電流スイッチの下流に接続され、
回路基板は、その回路基板の主領域に関して断熱された領域を備え、
温度センサは、回路基板のその断熱領域に搭載され、
加熱装置は、流体を循環させるためのチャンバと回路基板との間にヒートシンクを更に備える
といった、本発明の多くの実施形態を形成し、それら特徴のいずれか１つを含むことができ、個々に、又は任意の技術的な可能な組合せで採用される。

本発明は、非限定的な例として、添付の図面を参照して与えられる以下の説明を読むことによって、好適に理解され、本発明の更なる詳細、特徴及び利点が明らかになるであろう。

本発明による加熱装置の長手方向断面図である。 第１の実施形態における本発明による加熱装置の回路図である。 第２の実施形態における本発明による加熱装置の回路図である。

まず、すべての図において、類似している及び／又は同じ機能を実行する要素は、同じ参照番号で示していることに留意されたい。

慣例により、特に明記しない限り、「長手方向」という用語は、電気加熱装置の最大寸法が延在する方向に適用され、「横方向」という用語は、長手方向に実質的に垂直な方向に適用され、「垂直方向」という用語は、長手方向及び横方向の両方に垂直な方向を指す。

更に、上記で画定された向き及び方向を参照して、長手方向は、軸Ｏｘによって表され、横方向は、軸Ｏｙによって表され、垂直方向は、軸Ｏｚによって表される。これらの様々な軸は共に、図１に示す正規直交基準系Ｏｘｙｚを画定する。この基準系内では、「上部」又は「上方」という用語は、軸Ｏｚの正の方向によって表され、「下部」又は「下方」という用語は、この同じ軸Ｏｚの負の方向によって表される。

図１に示すように、本発明は加熱装置１に関する。加熱装置は、流体、特に伝熱液を加熱するために使用される。加熱装置は、流体を循環させるためのハウジング２と、少なくとも１つの加熱素子４（この例では２つの加熱素子）と、１つ又は複数の加熱素子を支持するカバー６と、１つ又は複数の加熱素子の電源電流を制御する制御ユニット８と、を備える。

特に、ハウジング２は、流体を循環させるための第１のチャンバ２１を画定し、第１のチャンバは、１つ又は複数の電気加熱素子４を収容するように配置され、これにより、ハウジング内を循環する流体は、１つ又は複数の電気加熱素子と接触する。ハウジング２はまた、１つ又は複数の電気加熱素子４内を循環する電流を制御するための制御ユニット８が収容される第２のチャンバ２２を画定する。最後に、ハウジングは、カバー６によって第１のチャンバ２１から分離された第３のチャンバ２３を画定する。

ハウジング２は、例えば、アルミニウム及び／又はアルミニウム合金をダイカストして形成される。

チャンバ２１内で流体を循環させるために、ハウジング２は、チャンバ２１と連通する、少なくとも第１の入口パイプ（図示せず）と、少なくとも第２の出口パイプ２５と、を備える。入口パイプ及び出口パイプ２５は、ハウジング２の同一の側に配置され、この例ではハウジング２の下部２６に配置される。

出口パイプ２５は、第１の開口部２５ａを通ってチャンバ２１内に直接通じている。入口パイプは、下部２６とは反対側のチャンバの一端に形成された第２の開口を介してチャンバ２１内に通じる。入口パイプは、チャンバ２１に長手方向に隣接し、そのチャンバに通じるチャネルを備える。

各電気加熱素子４は、螺旋状に配置されたシールド抵抗器４１と、その抵抗器を電流供給源に接続するように意図された少なくとも１つの接続端子４２と、を備える。電気加熱素子４は、カバー６を通ってハウジング２内で長手方向に延在する。

この目的のために、カバー６は、開口部６１を備え、電気素子の各々について、抵抗器４１が第１のチャンバ２１内に延在し、端子４２がカバー６を通って延在し、第３のチャンバ２３に通じるように、電気加熱素子４が搭載される。カバー６と端子４２との間の接続は、漏れ止めがなされている。

第２のチャンバ２２は、第１のチャンバ２１の上方に、第１のチャンバに沿って配置され、上方カバー３によって閉じられた上方縁部を有する。更に、第２のチャンバ２２は、垂直突起２２ａと、第２のチャンバと第１のチャンバ２１との間の分離壁１０上に形成されたプラットフォーム２２ｂと、を備える。

加熱装置は、流体の温度及び／又は１つ又は複数の電気加熱素子４の温度に関する情報を与えるように意図された少なくとも１つの温度センサ８３を更に備える。

図２及び図３に示すように、加熱装置はまた、電気加熱素子４用の電源回路８８内に突入電流を生成するように意図された突入電流スイッチと呼ぶ少なくとも１つのスイッチ８７と、突入電流が発生した場合に、その回路を開放する少なくとも１つの手段８９と、を備える。電気加熱素子４は、回路８８において並列に接続される。電流を開放する１つ又は複数のスイッチ８７及び１つ又は複数の手段８９は、例えば、制御ユニット８に統合される。

本発明によれば、温度センサ８３及び突入電流スイッチ８７は、互いに独立して搭載された２つの構成要素を形成する。

このような解離は、突入電流スイッチ８７から距離を置いてセンサ８３を搭載することを可能にし、センサ及びスイッチは各々、加熱装置内の異なる位置に配置され得る。また、このような解離により、複数の温度センサと複数の突入電流スイッチとを同一の加熱装置に設けることができる。

特に、突入電流スイッチ８７は、電気加熱素子４のうちの１つと並列の短絡線８８１に接続され、その短絡線は、上流端部８８１ａ及び下流端部８８１ｂを有する。上流位置及び下流位置とは、電流の流れの方向に関する本明細書の定義である。

本発明の一特徴によれば、短絡線８８１を閉じることによって、熱センサ８３が、熱伝達流体及び／又は電気加熱素子４による閾値温度の通過に関する情報を受信した場合に、突入電流スイッチ８７は反応し、次いで短絡線が１つ又は複数の電気加熱素子４を短絡する。次いで、電源回路の抵抗が急激に減少し、これにより突入電流が発生し、開放手段８９が作動する。これは、回路８８を開放し、１つ又は複数の電気加熱素子４をオフに切り替える。

回路８８を開放する手段８９は、短絡線８８１の第１の端部８８１ａの上流、又は短絡線８８１の第２の端部８８１ｂの下流に、搭載又は接続された少なくとも１つのヒューズ８９１を備える。

電源回路８８は、１つ又は複数の電気加熱素子４を通って流れる電流を調節するように構成されたスイッチ８２のセットを備え得る。各電気加熱素子４は、第１の電流調節スイッチと、第２の電流調節スイッチとに直列に接続され、第１の電流調節スイッチは、上流スイッチ８２Ａと呼び、制御ユニット８のパルス幅変調（ＰＷＭ）発生器と連通し、第２の電流調節スイッチは、下流スイッチ８２Ｂと呼び、上流スイッチ８２Ａが故障した場合に、電気加熱素子４の安全性を保証する。

電気車両又はハイブリッド車両の暖房用途で必要とされる高い供給電力を処理する能力で知られる、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）及び／又は金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）から、電流調節スイッチ８２は選択される。

電気加熱素子４を流れる電流を調節するための上流スイッチ８２Ａ及び下流スイッチ８２Ｂを含む回路８８において、本発明による回路８８を開放する手段８９は、それらの上流スイッチ及び下流スイッチが同時に故障した場合に介入する。その手段８９は、電気加熱素子４の上流スイッチ８２Ａの上流、又は下流スイッチ８２Ｂの下流に配置される。

更に、図２に示すように、短絡線８８１の第１の端部８８１ａは、上流スイッチ８２Ａの上流の回路８８に接続され、短絡線８８１の第２の端部８８１ｂは、下流スイッチ８２Ｂの下流の回路８８に接続される。

しかしながら、図３に示すように、短絡線８８１の第１の端部８８１ａは、電気加熱素子４と上流スイッチ８２Ａとの間で、電気加熱素子４のすぐ上流に配置されてもよい。短絡線の第２の端部８８１ｂは、電気加熱素子と下流スイッチ８２Ｂとの間で、電気加熱素子４のすぐ下流に配置されてもよい。

短絡線８８１の端部８８１ａ、８８１ｂのこのような配置は、スイッチ８７が不都合なトリガを起こした場合に、回路８８を開放する手段８９の作動を防止する。具体的には、短絡線８８１は、通常動作時に回路８８を流れる電流を調節し得るスイッチ８２Ａ、８２Ｂを短絡しない。

図３は、上流スイッチ８２Ａの上流に配置されたヒューズ８９１を示しているが、その上流スイッチと電気加熱素子４との間に、そのヒューズを配置することを想定することは、実現性が高い。このようなヒューズの配置は、引き続き、本発明の趣旨に合致している。

有利には、温度センサ８３は、回路基板８１上に、特にその回路基板の主領域８１３に関して断熱された領域８１２に、配置されてもよい。次いで、回路８８を開放する手段８９は、主領域８１３内に、又はハウジング２の第２のチャンバ２２内に形成された任意の他の支持体上に、配置されてもよい。

温度センサ８３が回路基板８１上に配置された状態で、第１のチャンバ２１に含まれる流体の温度の画像の記録は、その第１のチャンバと、その回路基板との間に配置されたヒートシンクを使用して実行されてもよい。

有利には、温度センサ８３と突入電流スイッチ８７との間の接続は、選択された信号伝送手段によって実施される。それは、例えば、電気的性質の信号、特に導電体で伝送するための手段である。

信号伝送手段はまた、マイクロコントローラ８４を介して、温度センサ８３と、上流スイッチ８２Ａ又は下流スイッチ８２Ｂの一方と、の間の接続を実施するように構成され、そのマイクロコントローラは、突入電流スイッチ８７の動作を制御し得る。

並列に接続された複数の電気加熱素子４の場合、回路８８を開放する同一の手段８９、特に同一のヒューズ８９１、及び／又は同一の突入電流スイッチ８７は、複数の、又は更にはすべての電気加熱素子に使用され得る。具体的には、電流は最も抵抗の小さい電線を通って流れるので、１つの電気加熱素子に対して行われる短絡は、加熱装置の他のすべての電気加熱素子を十分に短絡する。

Claims (9)

1. 自動車用の電気流体加熱装置であって、
   流体を加熱するように意図された少なくとも１つの電気加熱素子（４）と、
   流体の温度に関する情報を与えるように意図された温度センサ（８３）と、
   前記１つ又は複数の電気加熱素子用の電源回路（８８）内で突入電流を生成するように意図された、突入電流スイッチと呼ぶスイッチ（８７）と、
   前記突入電流が発生した場合に、前記回路を開放する開放手段（８９）と
   を備え、
   前記温度センサ（８３）及び前記突入電流スイッチ（８７）が、互いに独立して配置され、
   前記加熱装置が、前記温度センサ（８３）からの信号を前記突入電流スイッチ（８７）に伝送するように構成され、
   前記温度センサ（８３）が、前記１つ又は複数の電気加熱素子（４）を流れる電流を制御するための制御回路基板（８１）に搭載され、
   前記装置が、前記流体を循環させるためのチャンバ（２１）と前記回路基板（８１）との間にヒートシンク（９）を更に備える、
   電気流体加熱装置。
2. 前記温度センサ（８３）と前記突入電流スイッチ（８７）との間で前記信号を伝送する手段を備える、請求項１に記載の加熱装置。
3. 前記信号を伝送する前記手段が、導電体を備える、請求項２に記載の加熱装置。
4. 前記突入電流スイッチ（８７）を制御し得るマイクロコントローラ（８４）を備え、前記信号を伝送する前記手段が、前記温度センサ（８３）と前記マイクロコントローラとの間の接続を実施する、請求項３に記載の加熱装置。
5. 前記突入電流スイッチ（８７）が、前記電気加熱素子（４）と並列の短絡線（８８１）に接続され、前記短絡線が、第１の端部（８８１ａ）と、第２の端部（８８１ｂ）と、を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の加熱装置。
6. 前記電気加熱素子（４）と直列に接続された上流スイッチ（８２Ａ）及び下流スイッチ（８２Ｂ）を更に備え、
   前記電気加熱素子が、前記上流スイッチ（８２Ａ）と前記下流スイッチ（８２Ｂ）との間に配置され、
   前記上流スイッチ及び下流スイッチの少なくとも一方が、前記電気加熱素子を流れる電流を調節するように構成される、請求項５に記載の加熱装置。
7. 前記短絡線（８８１）の前記第１の端部（８８１ａ）が、前記電気加熱素子（４）のすぐ上流に配置され、及び／又は前記短絡線（８８１）の前記第２の端部（８８１ｂ）が、前記電気加熱素子（４）のすぐ下流に配置される、請求項６に記載の加熱装置。
8. 前記短絡線（８８１）の前記第１の端部（８８１ａ）が、前記上流スイッチ（８２Ａ）の上流に配置され、及び／又は前記短絡線（８８１）の前記第２の端部（８８１ｂ）が、前記下流スイッチ（８２Ｂ）の下流に配置される、請求項６に記載の加熱装置。
9. 前記回路（８８）を開放する前記手段（８９）が、前記短絡線（８８１）の前記第１の端部（８８１ａ）の上流に、又は前記短絡線（８８１）の前記第２の端部（８８１ｂ）の下流に搭載された少なくとも１つのヒューズ（８９１）を備え、
   前記上流スイッチ（８２Ａ）及び前記下流スイッチ（８２Ｂ）が同時に故障した場合に、前記ヒューズが、前記電気加熱素子（４）を保護するように構成される、請求項６から８のいずれか一項に記載の加熱装置。

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