WO2016079015A1 - Dispositif de chauffage electrique de fluide - Google Patents

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    • F24D2200/29—Electrical devices, e.g. computers, servers

Definitions

  • the present invention relates to the field of electric fluid heating devices and more particularly electric heating devices in the field of electric or hybrid motor vehicles.
  • an electric heating device may be included in a thermal management circuit for heating a heat transfer fluid that can be used to heat the air intended for the passenger compartment, or even electrical vehicle components such as batteries to assist in this process. they reach their optimum operating temperature in cold weather.
  • the electric heating devices may comprise one or more immersion heaters, in particular ceramic, placed in contact with the fluid within an enclosure. These immersion heaters are generally connected to an electronic management circuit comprising components for managing the electrical power supplied to the heaters, in particular their startup or shutdown. These components generate by Joule effect of the heat which can affect their good functioning as well as their life and consequently to that of the electric heating device.
  • One of the aims of the present invention is to at least partially overcome the disadvantages of the prior art and to propose an improved electric heating device.
  • the present invention thus relates to a device for electric heating of a fluid comprising:
  • ⁇ at least a heating housing including an inlet and a fluid outlet and defining an enclosure for fluid flow
  • At least one electric heating element disposed in contact with the fluid within said heater housing, and ⁇ an electronic circuit for controlling of the electric heaters, the electronic management circuit being disposed against a wall of the at least one heating housing outside of the fluid circulation chamber.
  • the operating temperature of the electronic management circuit is greater than the temperature of the fluid at the outlet of the heating casing or casings.
  • the components of the electronic management circuit may have a higher operating temperature than the fluid allows them to be effectively cooled.
  • At least one heater housing is made of plastic.
  • At least one heating housing is made of metallic material.
  • the heating device comprises an additional layer of electrically insulating material disposed between the electronic management circuit and the wall of the at least one heating unit.
  • the heating device comprises turbulators of the fluid flow, arranged on the wall of at least one of said at least one heating unit, inside the fluid circulation chamber. .
  • the heating device comprises turbulators of the fluid flow, arranged on the outer wall of at least one electric immersion heater.
  • the heating device comprises a single heating box in which an electric immersion heater is arranged.
  • the heating device comprises a first and a second heating casing, an electric immersion heater being arranged in each of them, the first and the second heating casing being connected by an orifice of communication so that the fluid can pass from one heating chamber to another, the first heater housing having the fluid inlet and the second heater housing having the fluid outlet.
  • the electric immersion heaters are connected to the same electronic management circuit arranged against a wall of one of the heating housings, outside the fluid circulation chambers.
  • the electronic management circuit is disposed on the wall of the first heating unit comprising the fluid inlet.
  • the wall of the heating housing comprises a thinning of its thickness at its contact zone with said electronic management circuit.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an electric heating device according to a first embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an electric heating device according to a second embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an electric heating device according to a third embodiment
  • At least one heating housing 3 in which a fluid circulates.
  • Said heating unit 3 comprises an inlet 5a and an outlet 5b of said fluid, forming a fluid circulation chamber.
  • the electric heating device 1 also comprises a box 20 surrounding the various components of the component and also allowing an inlet and an outlet of the fluid to be heated.
  • the electric immersion heater 7, for example ceramic comprises a portion passing through the heating housing 3, inserted into the fluid circulation chamber, and a portion emerging from the heating housing 3 at an opening provided for this purpose.
  • the seal is for example made by means of a seal or by other known means such as a weld at the contact between the electric immersion heater 7 and the heating unit 3.
  • the electric immersion heater 7 is connected to the electronic management circuit 9 by means of a connector 11 and a connection device 13 such as cables or a flexible connection circuit.
  • the electronic management circuit 9 is in turn disposed against a wall of at least one heating housing 3, outside the fluid circulation chamber.
  • the fluid passing through the electric heating device 1 may be lower than the operating temperature of the electronic components of the electronic management circuit 9, said fluid can therefore cool said electronic management circuit 9 through the wall of the heating housing 3.
  • the heating housing 3 may in particular be made of plastic or metal material. In the latter case, when the heating housing 3 is made of metallic material, an additional layer (not shown) of electrically insulating material is disposed between the electronic control circuit 9 and said wall of the heating unit 3 so as to avoid the risks. short circuits.
  • the heating device 1 may comprise turbulators 15 of the fluid flow. These turbulators 15 are placed on the wall of the heating casing 3, inside the fluid circulation chamber and have a double interest. They allow a better homogenization of the fluid flow and thus a better heating of the latter. They also increase the contact surface above the electronic management circuit 9 improving its cooling by the fluid.
  • the turbulators 15 of the fluid flow are placed on the outer wall of the electric immersion heater 7, that is to say on the wall in contact with the fluid.
  • These turbulators 15 may also serve as a guide to the fluid flow.
  • the wall of the heating casing 3 may also comprise a thinning of its thickness at its contact zone with said electronic management circuit 9 as shown in Figure 2.
  • the electric heating device 1 comprises a single heating unit 3 in which an electric immersion heater 7 is disposed.
  • the heater 3 comprises a first 3a and a second heater housing 3b.
  • the first heater housing 3a has the fluid inlet 5a and the second heater housing 3b has the fluid outlet 5b.
  • the circulation chambers of the first 3a and second 3b heater box 3a, 3b are connected to each other by a communication port 17 so that the fluid can pass from one heating box to another.
  • Each of the heating housings 3a, 3b also comprises an electric immersion heater 7.
  • the first 3a and the second 3b heater box can be for example two independent boxes contiguous to each other and connected by a common communication port 17.
  • the first 3a and the second heater housing 3b can also be formed from an overall housing and split into two by means of an inner wall having the communication port 17 so as to form two fluid circulation chambers.
  • the electric immersion heaters 7 are connected to the same electronic management circuit 9.
  • the latter is arranged against a wall of one of the first or second heating casing 3a, 3b, outside the enclosures of fluid circulation.
  • the electronic management circuit 9 is disposed on the wall of the first heater housing 3a having the fluid inlet 5a, outside of its fluid circulation chamber. Due to this positioning, the cooler fluid entering the circulation chamber of the first heating unit 3a is used to cool the electronic management circuit 9.

Abstract

La présente invention concerne un dispositif de chauffage (1) électrique d'un fluide comportant: au moins un boîtier de chauffage (3) comprenant une entrée (5a) et une sortie (5b) du fluide et définissant une enceinte de circulation du fluide, au moins un thermoplongeur électrique (7) disposé, au contact du fluide, au sein dudit boîtier de chauffage (3), et un circuit électronique de gestion (9) du ou des thermoplongeurs électriques (7), le circuit électronique de gestion (9) étant disposé contre une paroi de l'au moins un boîtier de chauffage (3), à l'extérieur de l'enceinte de circulation du fluide.

Description

DISPOSITIF DE CHAUFFAGE ELECTRIQUE DE FLUIDE
La présente invention concerne le domaine des dispositifs de chauffage électrique de fluide et plus particulièrement des dispositifs de chauffage électrique dans le domaine des véhicules automobiles électriques ou hybrides.
Dans le domaine des véhicules électriques ou hybrides, il est connu de compenser l'apport thermique d'un moteur à combustion pour le chauffage du véhicule, notamment de l'habitacle, par l'ajout d'un ou plusieurs dispositifs de chauffage électriques. Un tel dispositif de chauffage électrique peut être inclus dans un circuit de gestion thermique afin de réchauffer un fluide caloporteur pouvant être utilisé pour réchauffer l'air destiné à l'habitacle ou bien même des organes du véhicule électrique tels que les batteries pour aider à ce qu'elles atteignent leur température optimale de fonctionnement par temps froid.
Les dispositifs de chauffage électrique peuvent comporter un ou plusieurs thermoplongeurs, notamment céramiques, placés au contact du fluide au sein d'une enceinte. Ces thermoplongeurs sont généralement connectés à un circuit électronique de gestion comportant des composants permettant la gestion de la puissance électrique fournie aux thermoplongeurs, en particulier leur mise en route ou leur arrêt. Ces composants génèrent par effet joule de la chaleur qui peut nuire à leur bon fonctionnement ainsi qu'à leur durée de vie et par conséquence à celle du dispositif de chauffage électrique.
Un des buts de la présente invention est de remédier au moins partiellement aux inconvénients de l'art antérieur et de proposer un dispositif de chauffage électrique amélioré.
La présente invention concerne donc un dispositif de chauffage électrique d'un fluide comportant :
■ au moins un boîtier de chauffage comprenant une entrée et une sortie du fluide et définissant une enceinte de circulation du fluide,
■ au moins un thermoplongeur électrique disposé, au contact du fluide, au sein dudit boîtier de chauffage, et ■ un circuit électronique de gestion du ou des thermoplongeurs électriques, le circuit électronique de gestion étant disposé contre une paroi de l'au moins un boîtier de chauffage, à l'extérieur de l'enceinte de circulation du fluide.
Le fait que le circuit électronique de gestion soit disposé contre la paroi du boîtier de chauffage permet que ledit circuit soit refroidit par le fluide au travers de ladite paroi.
Selon un aspect de l'invention, la température de fonctionnement du circuit électronique de gestion est supérieure à la température du fluide en sortie du ou des boîtiers de chauffage.
Les composants du circuit électronique de gestion pouvant avoir une température de fonctionnement supérieure à celle du fluide permet que ces derniers soient refroidis efficacement.
Selon un autre aspect de l'invention, au moins un boîtier de chauffage est réalisé en matière plastique.
Selon un autre aspect de l'invention, au moins un boîtier de chauffage est réalisé en matière métallique.
Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif de chauffage comporte une couche supplémentaire en matériau isolant électriquement disposée entre le circuit électronique de gestion et la paroi de l'au moins un boîtier de chauffage.
Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif de chauffage comporte des turbulateurs du flux de fluide, disposés sur la paroi d'au moins un dudit au moins un boîtier de chauffage, à l'intérieur de l'enceinte de circulation du fluide.
La présence de ces turbulateurs permet une meilleure homogénéisation du flux de fluide et également une augmentation de la surface d'échange à l'aplomb du circuit électronique de gestion.
Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif de chauffage comporte des turbulateurs du flux de fluide, disposés sur la paroi externe d'au moins un thermoplongeur électrique.
Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif de chauffage comporte un unique boîtier de chauffage dans lequel est disposé un thermoplongeur électrique. Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif de chauffage comporte un premier et un deuxième boîtier de chauffage, un thermoplongeur électrique étant disposé dans chacun d'entre-eux, le premier et le deuxième boîtier de chauffage étant reliés par un orifice de communication de sorte que le fluide puisse passer d'une enceinte de chauffage à l'autre, le premier boîtier de chauffage comportant l'entrée de fluide et le deuxième boîtier de chauffage comportant la sortie de fluide.
Selon un autre aspect de l'invention, les thermoplongeurs électriques sont reliés à un même circuit électronique de gestion disposé contre une paroi d'un des boîtiers de chauffage, à l'extérieur des enceintes de circulation du fluide.
Selon un autre aspect de l'invention, le circuit électronique de gestion est disposé sur la paroi du premier boîtier de chauffage comportant l'entrée de fluide.
Selon un autre aspect de l'invention, la paroi du boîtier de chauffage comporte un amincissement de son épaisseur au niveau de sa zone de contact avec ledit circuit électronique de gestion.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
- la figure 1 montre une représentation schématique d'un dispositif de chauffage électrique selon un premier mode de réalisation, - la figure 2 montre une représentation schématique d'un dispositif de chauffage électrique selon un deuxième mode de réalisation,
- la figure 3 montre une représentation schématique d'un dispositif de chauffage électrique selon un troisième mode de réalisation,
Sur les différentes figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence.
Comme le montre la figure 1 représentant un dispositif de chauffage électrique 1, ce dernier comporte :
■ au moins un boîtier de chauffage 3 dans lequel circule un fluide. Ledit boîtier de chauffage 3 comporte une entrée 5a et une sortie 5b dudit fluide, formant une enceinte de circulation du fluide. ■ au moins un thermoplongeur électrique 7, disposée au sein de l'au moins un boîtier de chauffage 3 au contact du fluide, et
■ un circuit électronique de gestion 9 du ou des thermoplongeurs électriques 7.
Le dispositif de chauffage électrique 1 comporte également un caisson 20 entourant les différents organes le composant et permettant également une arrivée et une sortie du fluide à chauffer.
Le thermoplongeur électrique 7, par exemple en céramique, comporte une portion traversant le boîtier de chauffage 3, inséré dans l'enceinte de circulation du fluide, et une portion ressortant du boîtier de chauffage 3 au niveau d'une ouverture prévue à cet effet. Au niveau de cette ouverture, l'étanchéité est par exemple réalisée au moyen d'un joint ou par d'autre moyens connus tels qu'une soudure au niveau du contact entre le thermoplongeur électrique 7 et le boîtier de chauffage 3.
Le thermoplongeur électrique 7 est connecté au circuit électronique de gestion 9 au moyen d'un connecteur 11 et d'un dispositif de connexion 13 tel que des câbles ou encore un circuit de connexion souple.
Le circuit électronique de gestion 9 est quant à lui disposé contre une paroi d'au moins un boîtier de chauffage 3, à l'extérieur de l'enceinte de circulation du fluide. Le fluide traversant le dispositif de chauffage électrique 1 pouvant être inférieure à la température de fonctionnement des composants électroniques du circuit électronique de gestion 9, ledit fluide peut donc refroidir ledit circuit électronique de gestion 9 au travers de la paroi du boîtier de chauffage 3.
Le boîtier de chauffage 3 peut notamment être réalisé en matière plastique ou bien encore en matière métallique. Dans ce dernier cas, lorsque le boîtier de chauffage 3 est en matière métallique, une couche supplémentaire (non représentée) en matériau isolant électriquement est disposée entre le circuit électronique de gestion 9 et ladite paroi du boîtier de chauffage 3 de sorte à éviter les risques de courts-circuits.
Comme illustré sur la figure 2, le dispositif de chauffage 1 peut comporter des turbulateurs 15 du flux de fluide. Ces turbulateurs 15 sont placés sur la paroi du boîtier de chauffage 3, à l'intérieur de l'enceinte de circulation du fluide et ont un double intérêt. Ils permettent une meilleure homogénéisation du flux de fluide et donc un meilleur chauffage de ce dernier. Ils augmentent également la surface de contact à l'aplomb du circuit électronique de gestion 9 améliorant son refroidissement par le fluide.
Selon une alternative de réalisation (non représentée), les turbulateurs 15 du flux de fluide sont placés sur la paroi externe du thermoplongeur électrique 7, c'est-à-dire sur la paroi en contact avec le fluide.
Ces turbulateurs 15 peuvent également servir de guide du flux de fluide.
Afin d'améliorer encore plus les échanges de chaleur entre le circuit de gestion thermique 9 et le fluide, la paroi du boîtier de chauffage 3 peut également comporter un amincissement de son épaisseur au niveau de sa zone de contact avec ledit circuit électronique de gestion 9 comme cela est illustré sur la figure 2.
Selon un premier mode de réalisation illustré aux figures 1 et 2, le dispositif de chauffage 1 électrique comporte un unique boîtier de chauffage 3 dans lequel est disposé un thermoplongeur électrique 7.
Selon un second mode de réalisation illustré à la figure 3, le dispositif de chauffage 3 comporte un premier 3a et un deuxième boîtier 3b de chauffage. Le premier boîtier de chauffage 3a comporte l'entrée 5a de fluide et le deuxième boîtier de chauffage 3b comporte la sortie 5b de fluide. Les enceintes de circulation des premier 3a et deuxième 3b boîtier de chauffage 3a, 3b sont reliées l'une à l'autre par un orifice de communication 17 de sorte que le fluide puisse passer d'un boîtier de chauffage à l'autre. Chacun des boîtiers de chauffage 3a, 3b comporte également un thermoplongeur électrique 7.
Le premier 3 a et le deuxième 3b boîtier de chauffage peuvent être par exemple deux boîtiers indépendants accolés l'un à l'autre et reliés par un orifice de communication 17 commun. Le premier 3a et le deuxième 3b boîtier de chauffage peuvent également être formés à partir d'un boîtier global et séparé en deux au moyen d'une paroi interne comportant l'orifice de communication 17 de sorte à former deux enceintes de circulation de fluide. Dans ce second mode de réalisation, les thermoplongeurs électriques 7 sont reliés à un même circuit électronique de gestion 9. Ce dernier est disposé contre une paroi d'un des premier ou deuxième boîtier de chauffage 3a, 3b, à l'extérieur des enceintes de circulation de fluide. De préférence et pour faciliter son refroidissement, le circuit électronique de gestion 9 est disposé sur la paroi du premier boîtier de chauffage 3a comportant l'entrée 5a de fluide, à l'extérieur de son enceinte de circulation du fluide. De part ce positionnement, le fluide plus frais en entrée de l'enceinte de circulation du premier boîtier de chauffage 3 a est utilisé pour refroidir le circuit électronique de gestion 9.
Ainsi, on voit bien que de part le positionnement du circuit électronique de gestion 9 il est possible de maintenir ce denier à une température de fonctionnement optimale et ainsi de prolonger la durée de vie du dispositif de chauffage 1.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de chauffage (1) électrique d'un fluide comportant :
■ au moins un boîtier de chauffage (3) comprenant une entrée (5a) et une sortie (5b) du fluide et définissant une enceinte de circulation du fluide,
■ au moins un thermoplongeur électrique (7) disposé, au contact du fluide, au sein dudit boîtier de chauffage (3), et
■ un circuit électronique de gestion (9) du ou des thermoplongeurs électriques (7),
caractérisé en ce que le circuit électronique de gestion (9) est disposé contre une paroi de l'au moins un boîtier de chauffage (3), à l'extérieur de l'enceinte de circulation du fluide.
2. Dispositif de chauffage (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température de fonctionnement du circuit électronique de gestion (9) est supérieure à la température du fluide en sortie du ou des boîtiers de chauffage (3).
3. Dispositif de chauffage (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que au moins un dudit au moins un boîtier de chauffage (3) est réalisé en matière plastique.
4. Dispositif de chauffage (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que au moins un dudit au moins un boîtier de chauffage (3) est réalisé en matière métallique.
5. Dispositif de chauffage (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte une couche supplémentaire en matériau isolant électriquement disposée entre le circuit électronique de gestion (9) et la paroi d'au moins un boîtier de chauffage (3).
6. Dispositif de chauffage (1) selon l'une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des turbulateurs (15) du flux de fluide, disposés sur la paroi d"au moins un boîtier de chauffage (3), à l'intérieur de l'enceinte de circulation du fluide.
Dispositif de chauffage (1) selon l'une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un unique boîtier de chauffage (3) dans lequel est disposé un thermoplongeur électrique (7).
Dispositif de chauffage (1) selon l'une quelconques des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un premier (3a) et un deuxième (3b) boîtier de chauffage, un thermoplongeur électrique (7) étant disposé dans chacun d'entre- eux, le premier (3a) et le deuxième (3b) boîtier de chauffage étant reliée par un orifice de communication (17) de sorte que le fluide puisse passer d'une enceinte de chauffage à l'autre, le premier boîtier de chauffage (3 a) comportant l'entrée (5a) de fluide et le deuxième boîtier de chauffage (3b) comportant la sortie (5b) de fluide.
9. Dispositif de chauffage (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les thermoplongeurs électriques (7) sont reliés à un même circuit électronique de gestion (9) disposé contre une paroi d'un des boîtiers de chauffage (3a, 3b), à l'extérieur des enceintes de circulation du fluide.
10. Dispositif de chauffage (1) selon l'une des revendications 8 ou 7, caractérisé en ce que le circuit électronique de gestion (9) est disposé sur la paroi du premier boîtier de chauffage (3) comportant l'entrée (5a) de fluide. Dispositif de chauffage (1) selon l'une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi boîtier de chauffage (3) comporte un amincissement de son épaisseur au niveau de sa zone de contact avec ledit circuit électronique de gestion (9).
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