JP7466644B2 - 特に車両用の流体加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に車両用に意図された流体加熱装置、より詳細には、車両内部の換気、暖房および／または空調、および／またはバッテリの熱調節のための設備用に意図された流体加熱装置に関する。

熱交換器を使用して、空気流と伝熱液との熱交換により、車両内部を熱的に処理することが意図された空気を加熱することが知られている。ハイブリッド車または電気自動車の場合、熱エネルギー源を形成する電気加熱装置であって、電流を通流させることで伝熱液に接触配置された電気加熱素子の温度を上昇させる電気加熱装置が知られている。次いで、熱エネルギーが加熱素子と伝熱液との間で交換される。そして、交換器により、車両内部の加熱の前に伝熱液が温まる。

電気加熱素子に電力を供給するために使用される電流を制御するには、流体の温度に関する情報を提供するセンサが必要である。

これまでこれらのセンサの設置に使用されてきた場所は、十分に良いとは言えない。

したがって、シンプルな設計で、流体加熱装置に簡単に設置でき、流体の温度に関する信頼性の高い画像を提供可能であるとともに、電気加熱素子の制御回路と相互作用可能である温度読取ソリューションを見出すことが必要である。

本発明は、上述の特徴のうちの少なくとも１つを有する温度読取ソリューションを手案することを目的とする。

この目的のために、本発明の主題は、流体の通流のための第ｌチャンバを有するハウジングと、前記第１チャンバ内の流体を加熱するための少なくとも電気加熱素子と、単数または複数の前記電気加熱素子を通流する電流を制御するための電子回路基板と、少なくとも１つの熱センサと、を備える特に自動車用の電気流体加熱装置である。本発明によれば、単数または複数の前記熱センサは、前記電子回路基板に配置されるとともに、前記第１チャンバにヒートシンクを介して熱的に接続される。

本発明によるヒートシンクにより、センサは、ハウジングの第１チャンバに直接的に配置されることなく、その温度にアクセスすることができる。具体的には、ヒートシンクにより、センサは、前記第１チャンバに存在する電気加熱素子および／または伝熱流体の温度に、前記第１チャンバの壁の温度を読み取ることに基づいてアクセスすることができる。電気加熱素子及び伝熱流体が温度を間接的に読み取ることが重要である。これは、第１チャンバの選択されたゾーンの温度に対する既知の対応関係または既知の相関関係により可能とされる。

さらに、本発明によるヒートシンクは、ハウジングがダイカストされている間に少なくとも部分的に形成され得る。これにより、温度読取ソリューションの製造がよりシンプルになる。

また、本発明は、以下の特徴のうちのいずれか１つを、単独で、または、本発明の多数の実施形態を形成する技術的に可能な任意の組み合わせで備え得る。
－単数または複数の電気加熱素子は、第１チャンバにおいて流体に接触するように配置される。
－ヒートシンクは、電子回路基板に接触している。
－ヒートシンクは、ハウジングの流体出口開口、特に第１チャンバの出口開口に近接して配置される。
－電子回路基板は、主ゾーンと、前記主ゾーンから熱的に絶縁されたゾーンと、を備えている。
－絶縁されるゾーンは、電子回路基板に形成された貫通スロットにより規定される。
－絶縁されるゾーンは、単数または複数の熱センサを収容する。
－絶縁されるゾーンは、ヒートシンクに近接して配置される。
－電子回路基板は、ハウジングの第２チャンバに配置される。
－第２チャンバは、第１チャンバから隔壁により仕切られる。
－ヒートシンクは、カラムを備える。
－カラムは、第２チャンバに形成される。
－カラムは、隔壁から延びる。
－カラムは、電子回路基板に接触している。
－カラムは、電子回路基板を支持する。
－カラムは、円錐形を有する。
－カラムは、ボアを有する。
－カラムは、補強フィンが設けられた周縁部を有する。
－要素が、電子回路基板をカラムに固定する。
－固定要素および／またはカラムは、ハウジングに接触した電子回路基板を接地（アース）する。
－固定要素は、ヘッドとシャンクとを備える。
－固定要素のシャンクは、電子回路基板の開口を通過するとともに、カラムのボアに延び入る。
－固定要素のヘッドは、電子回路基板をカラムに対して付勢する。
－固定要素は、ネジにより形成される。

非限定的な例として添付図面を参照してなされる以下の説明を読むことで、本発明はより良く理解され、本発明のさらなる詳細、特徴および利点が明らかになるであろう。

図１は、本発明による加熱装置の縦断面図である。 図２は、図１の詳細を示す。 図３は、本発明による加熱装置の電子回路基板の概略構成を示す。

まず最初に、全ての図面において、類似する要素および／または同一の機能を果たす要素は、同一の参照符号で示されていることに留意されたい。

慣例により、特に断らない限り、「長手方向」という用語は、電気加熱装置の最大寸法が延びる方向に適用され、「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、「鉛直方向」という用語は、長手方向にも横方向にも垂直な方向を指す。

さらに、上で定義した配向および方向に準拠して、長手方向は軸Ｏｘにより示し、横方向は軸Ｏｙにより示し、鉛直方向は軸Ｏｚにより示すものとする。これらの種々の軸は、図１および図２に示す正規直交基準系Ｏｘｙｚを全体として規定する。この基準系において、「頂部」または「上方／上」という用語は、軸Ｏｚの正の方向により示され、「底部」または「下方／下」という用語は、同一の軸Ｏｚの負の方向により示される。

図１に示すように、本発明は、加熱装置１に関する。前記装置は、流体、特に伝熱液を加熱するために使用される。前記装置は、流体の通流のためのハウジング２と、少なくとも１つの加熱素子４、本例において２つの加熱素子４と、単数または複数の前記加熱素子への供給電流を制御するための制御ユニット８と、を備えている。

具体的には、ハウジング２は、流体の通流のための第１チャンバ２１を規定している。第１チャンバは、前記ハウジング内を通流する流体が前記電気加熱素子に接触するような態様において、電気加熱素子４を収容するように設置されている。また、ハウジング２は、第２チャンバ２２を規定している。第２チャンバ内には、電気加熱素子４を通流する電流を制御するための制御ユニット８が格納されている。最後に、ハウジングは、カバー６により第1チャンバ２１から仕切られた第３チャンバ２３を規定している。

ハウジング２は、例えば、アルミニウムおよび／またはアルミニウム合金のダイカストにより形成されている。

流体をチャンバ２１に通流させるために、ハウジング２は、前記チャンバ２１と連通する少なくとも第１入口パイプ（図示せず）と、少なくとも第２出口パイプ２５と、を備えている。入口パイプおよび出口パイプ２５は、ハウジング２の同一の面、本例においてハウジング２の底部２６に配置されている。

出口パイプ２５は、第１開口２５ａを介してチャンバ２１内に直接的に通じている。入口パイプは、底部２６の反対側の前記チャンバの一端部に形成された第２開口を経由してチャンバ２１内に通じている。入口パイプは、チャンバ２１に長手方向に沿って延びて前記チャンバに通じるチャネルを備えている。

各電気加熱素子４は、らせん状に配置されたシールド抵抗器４１と、前記抵抗器を電流供給源に接続することが意図された少なくとも１つの接続端子４２と、を備えている。前記電気加熱素子４は、ハウジング２においてカバー６を貫通して長手方向に延びている。

この目的のために、カバー６は、開口部６１を備えている。前記電気素子の各々について、抵抗器４１が第１チャンバ２１内で延びるとともに、端子４２がカバー６を貫通して延びて第３チャンバ２３に通じるように、電気加熱素子４は開口部６１に装着されている。前記カバー６と前記端子４２との接続部は、漏れが生じないようにされている。

さらに、カバー６は、チャンバ２１の端部に、漏れが防止された態様で装着されている。これは、接着剤による結合、ネジ留め、圧力嵌め、または当業者に知られている他の手段および／または技術によりなされる。カバー６は、例えばアルミニウムおよび／またはアルミニウム合金から構成されることに留意されたい。

第２チャンバ２２は、第１チャンバ２１の上方にこれに沿って配置され、上縁部が上蓋３により閉鎖されている。さらに、第２チャンバ２２は、鉛直方向凸部２２ａとプラットホーム２２ｂとを備えている。鉛直方向凸部２２ａおよびプラットホーム２２ｂは、前記第２チャンバと第１チャンバ２１との間の隔壁１０に形成されている。

制御ユニット８は、第２チャンバ２２の鉛直方向凸部２２ａの上方に位置する電子回路基板８１と、少なくとも１つのスイッチと、を備えている。少なくとも１つのスイッチは、流体および／または前記電気加熱素子の過熱を防止するように、電流量を制御するように構成されている、および／または電気加熱素子４を通流する電流を遮断するように構成されている。

本発明によれば、加熱装置は、電子回路基板８１に配置された単数または複数の熱センサであって、第１チャンバ２１にヒートシンク９を介して熱的に接続された熱センサを備えている。

図２に示すように、ヒートシンク９は、隔壁１０から延びるカラム９１と、ヘッド９２ｂに接続されたシャンク９２ａを備える固定要素９２と、を備えている。

特に、ヒートシンク９のカラム９１に対する当接面として隔壁１０を選択するということは、前記壁が第１チャンバ２１に存在する流体の熱を伝導により受け取ることにより、流体および／または電気加熱素子４の温度に対応または関連する温度を有するという事実にリンクしている。

カラム９１は、開放した上縁部９１ａと閉鎖した下縁部９１ｂとの間に規定され、壁１０に接触するボアを備えている。また、カラム９１は、補強フィン９４が設けられた周縁部９３を備えている。

本例では２つあるフィン９４は、カラム９１の径方向において、当該カラムの下縁部９２ｂと上縁部９２ａとの間で幅が小さくなる三角形の断面を、各々有している。

したがって、カラム９１およびフィン９４は、フレア状の全体形状を有している。この形状により、カラム９１の大きな基部とフィン９４の基部とが隔壁１０に接触して配置された状態で、隔壁１０から電子回路基板８１に向かってほとんどすべての熱を排出することができるという利点が得られる。

有利には、カラム９１およびフィン９４は、ハウジング２のダイカスト中に得られる単一の本体を形成する。

有利には、カラム９１およびフィン９４は、電子回路基板８１を第２チャンバ２２のプラットホーム２２ｂ上に位置決めする役割を果たす凸部２２ａのうちの１つにより形成される。これにより、ヒートシンク機能が、電子回路基板８１を支持する凸部２２ａのいずれかに割り当てられ得るという点で、加熱装置１の設計がシンプルになる。

図３に示すように、電子回路基板８１は、貫通スロット８１１を有している。貫通スロット８１１は、前記回路基板の主ゾーン８１３から熱的に絶縁されたゾーン８１２を規定している。前記絶縁ゾーンは、熱センサを収容している。

また、電子回路基板８１は、絶縁ゾーン８１２の近傍に開口８１４を備えている。開口８１４は、固定要素９２のシャンクを収容するように、カラム９１のボアと整列している。前記シャンクは、電子回路基板８１をカラム９１の上縁部９１ａに対して押圧（付勢）することを可能にするヘッド９２ａを設けられている。

換言すれば、ヒートシンク９は、カラム９１と固定要素９２との相互作用により、電子回路基板８１をハウジング２に固定することを可能とすると同時に、前記ハウジングに接した当該電子回路基板を接地する。

また、ヒートシンク９は、カラム９１および／または固定要素９２により、隔壁１０と電子回路基板８１との熱接触、より具体的には、隔壁１０と、前記電子回路基板に絶縁ゾーン８１２において配置された熱センサと、の熱接触を確立している。

有利には、固定要素９２は、カラム９１のボアに構成されたネジ穴と協働するネジにより形成される。

有利には、ヒートシンク９は、高温にさらされるゾーンである流体出口開口２５ａに近接して配置される。そして、電子回路基板８１の絶縁ゾーン８１２は、前記シンクに鉛直方向において対面するように配置される。

制御ユニット８は、例えば、図示しないマイクロコントローラを備える。マイクロコントローラは、特に、前記電気加熱素子に電力を供給する役割を果たすスイッチの開閉状態を制御することにより、電気加熱素子への供給電流を制御する。

冗長性を確保するとともに共通の故障モードを回避するため、異なる技術を利用する例えば２つまたは３つのセンサが存在する。これらのセンサにより生成された温度情報は、電流制御および／または安全温度超過の検出のために、マイクロコントローラに送信される。

Claims (8)

1. －流体の通流のための第１チャンバ（２１）を有するハウジング（２）と、
   －前記第１チャンバ（２１）内の流体を加熱するための少なくとも１つの電気加熱素子（４）と、
   －単数または複数の前記電気加熱素子（４）を通流する電流を制御するための電子回路基板（８１）と、
   －少なくとも１つの熱センサと、
   を備える特に自動車用の電気流体加熱装置において、
   前記電子回路基板（８１）は、主ゾーン（８１３）と、前記主ゾーンから熱的に絶縁されたゾーン（８１２）と、を備え、前記絶縁されたゾーン（８１２）は、単数または複数の前記熱センサを収容し、
   前記絶縁されたゾーン（８１２）の周囲に前記電子回路基板（８１）を貫通する複数の貫通スロット（８１１）が形成され、前記貫通スロット（８１１）により、前記絶縁されたゾーン（８１２）と、前記主ゾーン（８１３）とが区画され、
   単数または複数の前記熱センサは、前記第１チャンバ（２１）に前記絶縁されたゾーン（８１２）及びヒートシンク（９）を介して熱的に接続される、
   ことを特徴とする電気流体加熱装置。
2. 前記ヒートシンク（９）は、前記ハウジング（２）の流体出口開口（２５ａ）に近接して配置される、
   請求項１に記載の加熱装置。
3. 前記電子回路基板（８１）は、前記ハウジング（２）の第２チャンバ（２２）に設置され、
   前記第２チャンバは、前記第１チャンバ（２１）から隔壁（１０）により仕切られる、
   請求項１又は２に記載の加熱装置。
4. 前記ヒートシンク（９）は、前記第２チャンバ（２２）に形成されたカラム（９１）であって、前記隔壁（１０）から延びるカラム（９１）を備え、前記カラムは、前記電子回路基板（８１）と接触している、
   請求項３に記載の加熱装置。
5. 前記カラム（９１）は、前記電子回路基板（８１）を支持する、
   請求項４に記載の加熱装置。
6. 前記加熱装置は、前記電子回路基板（８１）を前記カラム（９１）に確実に固定する要素（９２）をさらに備え、
   前記要素（９２）は、前記回路基板を介して装着される、
   請求項４および５のいずれかに記載の加熱装置。
7. 前記カラム（９１）および／または固定される前記要素（９２）は、前記ハウジング（２）に接した前記電子回路基板（８１）を接地する、
   請求項６に記載の加熱装置。
8. 固定される前記要素（９２）は、単数または複数の前記熱センサに近接して配置されたヘッド（９２ａ）と、前記カラム（９１）のボアに係合するシャンク（９２ｂ）と、を有する、
   請求項６に記載の加熱装置。

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