CN102673346A - 加热装置 - Google Patents

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CN102673346A CN2012100502210A CN201210050221A CN102673346A CN 102673346 A CN102673346 A CN 102673346A CN 2012100502210 A CN2012100502210 A CN 2012100502210A CN 201210050221 A CN201210050221 A CN 201210050221A CN 102673346 A CN102673346 A CN 102673346A
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Abstract

一种加热装置，包括环形热管(10)和多个热源(111，112)。环形热管(10)具有蒸发部(11)，由该环形热管传递的热量用于加热。加热液相工作流体(17)的所述多个热源(111，112)设置在环形热管的蒸发部中。

Description

加热装置
技术领域
本公开内容涉及加热装置。
背景技术
JP-A-2008-296646描述了具有加热装置的车内空调机，该加热装置采用由热源发出的热量进行加热。加热装置具有采用从发动机排出的热量作为热源的第一系统和采用从电池供给的电力作为热源的第二系统。第一系统和第二系统彼此独立，并根据需要或加热的能量效率而被选择性地使用。
第二系统包括热泵或如JP-A-2008-296646中的PTC加热器之类的电热器。
由于选择性地使用多个热源，可以以较好的燃料效率(能量效率)进行加热。然而，由于加热装置变大且变复杂，因此加热装置变得昂贵且可能具有重复功能。
发明内容
本公开内容的目标是提供具有简单结构的加热装置。
根据本公开内容的示例，加热装置包括环形热管和多个热源。环形热管具有蒸发部，由该环形热管传递的热量用于加热。加热液相工作流体的所述多个热源设置在环形热管的蒸发部中。
因此，可以使加热装置的结构简单。
附图说明
根据接下来参照附图的详细描述，本公开内容的上述和其它目标、特征和优点将变得更明显。在附图中：
图1为图示根据一种实施例的加热装置的示意图；
图2为图示加热装置的环形热管的示意图；
图3为与加热负载的变化相关的加热装置的操作图；以及
图4为与发动机的操作相关的加热装置的操作图。
具体实施方式
根据一种实施例的加热装置应用于用于车辆的空调机。图1图示了具有空调机的串联式混合动力车辆。
加热装置具有环形热管10(热环)。热管10通过工作流体的蒸发和冷凝进行热传递(热输送)。由热管10输送的热量用于加热(取暖)。
热管10具有通过环形地连接蒸发部11、冷凝部12、蒸汽管13和液体回流管14而限定的密闭容器。工作流体封装在容器内。例如，水用作工作流体。
在蒸发部11中，具有液态的工作流体被加热以蒸发成蒸汽(气体)。通过蒸发部11中的蒸发产生的蒸汽通过蒸汽管13中限定的蒸汽通道移动至冷凝部12。在冷凝部12中，蒸汽被冷却并冷凝成液态。冷凝部12中的冷凝的液态流体通过液体回流管14中限定的液体回流通道流回蒸发部11。
蒸汽通道和液体回流通道在热管10中彼此分开。在蒸汽流和液体流之间不发生干扰，使得热管10具有非常高的热输送能力。
例如，热管10为热对流管。也就是说，冷凝部12中冷凝的液体由于重力流回蒸发部11。如图2所示，蒸发部11设置在冷凝部12下方，以使得能够通过重力进行液体回流。不限于通过重力进行液体回流。可替换地，可以通过使用例如由钢丝棉提供的毛细现象进行液体回流。
蒸发部11以液相工作流体由蒸发部11中的多个热源加热的方式构造而成。在该实施例中，从车辆的发动机20排出的热量和电力可以对应于多个热源。
更具体地，蒸发部11具有热回收型热交换器111和电热器112。在热交换器111中，在从发动机20排出的气体和液相工作流体之间交换热量。电热器112加热存在于热交换器111中的液相工作流体。
热交换器111设置在发动机20的排气通道中。如图1所示，热交换器111设置在发动机20和消声器21之间。从发动机20延伸至热交换器111的排气管22可以是具有波纹形状的挠性管，以便吸收发动机20的振动并限制发动机20的振动传递至热交换器111。
发动机20驱动制冷循环30的电动发电机23和压缩机31。离合器(未示出)间歇式地将来自发动机20的驱动力传递至电动发电机23和压缩机31或停止将来自发动机20的驱动力传递至电动发电机23和压缩机31。当驱动力从发动机20到电动发电机23和压缩机31的传递被截断时，电动发电机23可以作为电动机驱动压缩机31。而且，当发动机20停止时，还能够将电动发电机23用作发动机起动器。
电动发电机23和用于电动发电机的换流器24由在冷却水回路中循环的冷却水冷却。冷却水回路具有水泵25、散热器26等。
水泵25使冷却水在冷却水回路中循环。散热器26为将电动发电机23和换流器24的热量散发到外面的热交换器。例如，外部空气由冷却风扇27发送至散热器26。
车辆的驱动电动机40(电动发电机)和用于驱动电动机的换流器41由循环通过冷却水回路的冷却水冷却。驱动电动机40的输出轴连接至车辆的变速差速器42。此外，发动机20的一部分可以由流过冷却水回路的冷却水冷却。
电热器112接收来自安装至车辆的电池15(蓄电池)的电力供给。例如，具有PTC特性的正温度系数(PTC)加热器用作电热器112。控制器16控制流过电热器112的电流的值。电池15可以为用于驱动的高压电池或辅助铅蓄电池。
压缩机31抽吸和排放制冷循环30的制冷剂。制冷循环30具有压缩机31、散热器32、膨胀阀33和蒸发器34。
散热器32为用于将从压缩机31排放的高温高压制冷剂的热量散发到车辆的车厢之外的热交换器。外部空气由冷却风扇27发送至散热器32。
膨胀阀33为对流出散热器32的制冷剂进行减压和膨胀的减压部。
蒸发器34为用于通过蒸发流出膨胀阀33的低压制冷剂而冷却将要发送到车厢中的空气的热交换器，以实现吸热效果。流出蒸发器34的制冷剂由压缩机31抽吸。
蒸发器34设置在室内空调单元50的壳体51中。空气通道被限定在壳体51中。空气调节风扇52设置在壳体51中，沿气流方向位于蒸发器34的上游。风扇52将空气发送至蒸发器34。
开关箱(未示出)设置在壳体51沿气流方向的最上游，以选择性地引入内部空气和外部空气。排气口被限定在壳体51沿气流方向的最下游，并将在壳体51的空气通道中被调节的空气吹到车厢中。空气调节管道(未示出)连接至空气出口。
热管10的冷凝部12设置在壳体51中，位于蒸发器34沿气流方向的下游侧。冷凝部12为用于通过与在热管10中流动的气相工作流体交换热量来加热从风扇52吹送的空气的热交换器。
内部空气或外部空气由风扇52引入壳体51中，并被发送至蒸发器34和冷凝部12。通过壳体51的空气出口和连接至壳体51的管道将通过蒸发器34和冷凝部12的空气吹入车厢中。空气由蒸发器34除去湿气，并由冷凝部12重新加热，以控制空气的温度。已调节的空气被发送至车厢。
图2图示了热管10。图2的上下方向分别表示车辆中的上下方向。
蒸发部11的热交换器111具有多个管道111a、上总箱111b和下总箱111c。管道111a限定用于工作流体的通道，总箱111b、111c相对于管道111a分配或聚集工作流体。气体通道被限定在管道111a之间，发动机20的排气流过该空气通道。管道111a被设置为沿车辆的上下方向延伸。
蒸发部11的电热器112与热交换器111形成一体。例如，电热器112通过碳素薄钢113紧密地固定至热交换器111。
碳素薄钢113隐藏电热器112和热交换器111之间的空隙，并确保从电热器112至热交换器111的预定热传递面积。碳素薄钢113的厚度尽可能薄。换句话说，电热器112以热阻相对于热交换器111中的液相工作流体变得尽可能小的方式连接至热交换器111。代替碳素薄钢113，可以使用具有高导热性的粘合剂或油脂。
在该示例中，电热器112连接至热交换器111的下部。更具体地，电热器112连接至位于管道111a的下侧的下总箱111c。例如，电热器112可以固定至管道111a。
冷凝部12具有多个管道121a、上总箱121b和下总箱121c。管道121a限定用于工作流体的通道，并且总箱121b、121c相对于管道121a分配或聚集工作流体。空气通道被限定在管道121a之间，并且空气流过该空气通道。管道121a被设置为沿车辆中的上下方向延伸。
蒸汽管13将热交换器111的上总箱111b连接至冷凝部12的上总箱121b。热交换器111的上总箱111b中聚集的气相工作流体通过被限定在蒸汽管13中的蒸汽通道131流入冷凝部12的上总箱121b中。
液体回流管14将冷凝部12的下总箱121c连接至热交换器111的下总箱111c。冷凝部12的下总箱121c中聚集的液相工作流体通过被限定在液体回流管14中的体回流通道141流回热交换器111的下总箱111c。
内部压力调节阀18设置在液体回流管14的中部，并打开/关闭液体回流通道141。内部压力调节阀18为由诸如弹簧之类的弹性部件偏压的机械阀。如果阀18中的内部压力升高，则阀体沿关闭液体回流通道141的方向移位。
以下将描述热管10的操作。如果发动机20启动，则排气的温度(散发温度)升高，并且热交换器111中的液相工作流体17沸腾并变成蒸汽相。蒸汽相工作流体从热交换器111流过蒸汽管13中的蒸汽通道131，并在冷凝部12中冷凝成液相工作流体17。由于重力，液相工作流体17从冷凝部12流过液体回流管14中的液体回流通道141，并流回蒸发部11。
此时，在冷凝部12中，由风扇52吹送的空气被加热，并且被加热的空气被送入车厢。
进一步，同样在向电热器112供电时，电热器112的温度(加热器温度)升高，热交换器111中的液相工作流体17沸腾并变成蒸汽相。由风扇52吹送的空气在冷凝部12中被加热，并且被加热的空气被送入车厢。
当排气的散发温度升高时蒸汽压力也升高。当蒸汽压力升高时，内部压力调节阀18沿关闭液体回流通道141的方向机械地操作。因此，蒸汽压力被限制过度升高。也就是说，热管10的内部压力由其本身自动地和自发地调整。
在该实施例中PTC加热器用作电热器112。如果电热器112的温度升高，则电热器112的电阻值增加，并且电热器112的输出降低。也就是说，电热器112的输出由其本身自动地和自发地调整。
参照图3和4描述加热装置的操作的示例。图3为与加热负载的变动相关的操作图。图3的送风机风量表示加热负载。也就是说，以由风扇52吹送的空气量在加热负载变高时增加的方式和由风扇52吹送的空气量在加热负载变低时减少的方式控制风扇52。热环10的内部压力根据由风扇52吹送的空气量的增加并根据电热器112的热输出的增加而增加。
在图3的横坐标中的加热负载是中等的中间范围中，当必要热量处于中间范围时，可以由电热器112的PTC输出获得全部必要热量。此时，没有必要使发动机20运转用于加热，并且阀18完全打开。
在图3的横坐标中的加热负载低的左侧范围中，必要热量小，并且送风机空气量降低。因此，由空气带走的热量降低，并且电热器112的温度变高。因此，电热器112的PTC输出由于电热器112的PTC特性而降低，并且可以限制电热器112的功耗增加得比需要的多。
在图3的横坐标中加热负载高的右侧范围中，必要热量大，不能从电热器112获得全部必要热量。因此，发动机20启动以增加输出，从而从发动机20的排气中获得必要热量中的不能仅由电热器112的PTC输出获得的部分。此时，由于废热的回收量小于必要热量，因此维持阀18的打开状态，并且热环10的内部压力增加。
图4为与发动机20的运转相关的操作图。以发动机20的输出在电动发电机23需要的电量大时增加的方式和发动机20的输出在电动发电机23需要的电量小时降低的方式控制发动机20。图4图示了一种示例，其中由于中等加热负载，必要热量处于中间范围。
当发动机20未活动且不具有输出时，如图4的横坐标的左侧区域所示，从发送机20排出的气体的热量不传递至加热器112。因此，加热器112的温度不过度地变高，并且加热器112的PTC输出变得相对大。因此，可以由加热器112的PTC输出获得全部必要热量。
当发动机20运转时并且当发动机20的输出处于中间范围时，如图4的横坐标的中间范围所示，热交换器111的温度由发动机20的排气升高。因此，电热器112的温度变高，并且电热器112的PTC输出降低。
相反，热管10回收从发动机20排出的气体的热量，以便可以由电热器112的PTC输出和发动机20的排气获得必要热量。
当发动机20的输出处于高范围时，如图4的横坐标的右侧范围所示，发动机20的排气具有高温，并且热交换器111的温度进一步升高。因此，电热器112的温度变得更高，并且电热器112的PTC输出进一步降低。然而，由热管10回收的热量增加，以便可以通过发动机20的排气获得全部必要热量。
即使发动机20的排气的温度变得太高，并且即使由热管10回收的排气的热量超过必要热量，由于热管10的内部压力增加，因此内部压力调节阀18沿关闭液体回流通道141的方向操作。因此，由热管10回收的排气的热量被限制变得过多。
根据所述实施例，热管10的蒸发部11由诸如发动机20的排气热和电力之类的多个热源加热。与其中为多个热源分别设置多个加热系统的常规技术相比，可以使本实施例的加热装置的结构简单，而不存在热输送部的冗余。
由于热管10为热对流热管，因此冷凝部12中冷凝的液相工作流体17通过重力流回蒸发部11。因此，诸如泵或油绳之类的液体回流构件不必要，并且可以使加热装置的结构简单。
根据所述实施例，发动机20的排气的热量被收集。因此，在发动机20启动之后，排气的温度快速升高，并且热量的回收快速开始。而且，根据所述实施例，可以仅在液相工作流体17的一部分沸腾时开始加热。
在常规加热装置中，在发动机和冷却水变热之后收集冷却水的热量。与常规加热装置相比，本实施例的加热装置在热效率方面较高，并且可以使热容较小。因此，可以在短时间内开始加热，并且还可以减少燃料消耗。而且，用于将冷却水循环到冷凝部12的水泵不必要，从而可以降低功耗。
根据所述实施例，内部压力调节阀18基于内部压力机械地打开/关闭热管10的液体回流通道141，并且由PTC加热器构造而成的电热器112基于自身的温度自动控制输出。因此，基于发动机20的运转状态和加热负载的变化自发地控制加热能力。因此，与其中采用控制装置电气地控制加热能力的情况相比，控制系统的结构可以简化。
由于电热器112连接至热交换器111的下部，因此可以以简单的结构将电热器112与热交换器111集成在一起。
在上述实施例中，加热装置应用于串联式混合动力车辆，可替换地，本公开内容可以应用于具有发动机和电池的其他车辆。而且，本公开内容的加热装置可以应用于例如用于居所的固定型加热装置。
在上述实施例中，热管10为热对流型热管。可替换地，例如，冷凝部12中冷凝的液相工作流体17可以通过采用油绳的毛细管作用力或泵流回蒸发部11。
热源不限于发动机20的废热和电力。可以采用多种热源代替发动机20的废热和电力。
内部压力调节阀18可以省略，并且电加热器112不限于PTC加热器。在该情况中，可以采用电动阀、不具有PTC特性的电热器、以及控制电动阀和电热器的控制装置来电气地控制加热能力。
这种变化和修改应当被理解为落入本公开内容的如由权利要求限定的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种加热装置，包括：
具有蒸发部(11)的环形热管(10)，由该环形热管传递的热量用于加热；和
加热液相工作流体(17)的多个热源，其中所述多个热源设置在环形热管的蒸发部中。
2.根据权利要求1所述的加热装置，其中
所述多个热源对应于从发动机(20)排出的热量和电力。
3.根据权利要求2所述的加热装置，其中
所述蒸发部(11)包括：
热交换器(111)，在该热交换器中热量在从发动机排出的气体和液相工作流体(17)之间被交换，和
电热器(112)，其加热存在于热交换器(111)中的液相工作流体(17)。
4.根据权利要求3所述的加热装置，进一步包括：
打开/关闭环形热管(10)的液体回流通道(141)的阀(18)，其中
当环形热管(10)的内部压力变为高于预定值时，所述阀机械地操作以关闭液体回流通道(141)，并且
电热器(112)为具有PTC特性的PTC加热器。
5.根据权利要求3或4所述的加热装置，其中
电热器(112)连接至热交换器(111)的下侧。
6.根据权利要求3或4所述的加热装置，其中
所述热交换器(111)设置在安装至车辆的发动机(20)的排气通道中，并且
所述电热器(112)接收来自安装至该车辆的电池(15)的电力。
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