CN103797892B - 具有电加热元件的热交换器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电加热装置（1），包括加热本体，其中安装有至少一个电加热元件（8），所述电加热元件的操作取决于控制模块（3），所述控制模块构成加热装置，所述加热本体（2）包括壁（5），所述壁（5）至少部分地限定腔体（6），控制模块（3）被容置在该腔体（6）中，其特征在于，所述电加热元件（8）和控制模块（3）适于被供有80至600伏之间的所谓的低电压，且在于电绝缘件（17）被设置，该电绝缘件（17）覆盖限定腔体（6）的壁（5）。
Description
技术领域
本发明的技术领域是安装在由电马达推进的车辆上的通风、供暖和/或空调设备的领域。本发明更具体地目标在于安装在这些设备中且被空气流通过的电加热装置，所述空气流被该设备的壳体容纳。
背景技术
油资源的日益缺乏导致汽车制造商开发利用新能源操作的车辆。车辆通过电能推进是呈现出令人关注的替代方式的解决方案，并且有必要安装电池以储存该电能并将电能供应至推进车辆的电马达。
当前配备有内燃发动机的车辆确保乘客舱通过确保内燃发动机冷却的流体的所有或一些被供暖。该冷却剂与内燃发动机接触时升温，并通过与安装在壳体中的单体式加热器的热交换将其热量给予送入乘客舱的空气流中，该壳体通常安装在车辆的乘客舱配备的仪表板下。
在具有电动或混合动力推进的车辆的情况下，推进模式在内燃发动机不可用的情况下存在，该情况下没有该热量源的供暖系统。则已知实践是确保借助电散热器为乘客舱供暖，所述电散热器从电池汲取其能量，所述电池还供应必要的能量至电推进发动机。
然而，这样的解决方案具有一些缺陷。实际上，与这样的供暖设备的一些控制模式（PWM）相关的电散热器的电源电压可产生生成电磁干扰的现象，特别是当收听车辆的收音机时，电磁干扰转变为噼啪声的干扰。
而且，使用来自电推进马达的电池的电压为电散热器供电由于该电压而需要特别管理电弧风险。该管理在现有技术方案中没有有效地进行。
发明内容
本发明的目的因此是解决上述缺陷，主要是通过制造散热器，该散热器包括加热本体，在该加热本体中形成有接收用于控制加热率的装置的壳体，该壳体包括电绝缘器件，例如排列在壳体中，以避免加热本体和控制装置之间的任何电弧。
本发明的主体因此是电加热装置或热交换器，包括加热本体，其中安装有至少一个电加热元件，其操作根据控制模块布置，所述控制模块是加热装置的组成部分，所述加热本体包括壁，所述壁至少部分地界定腔体，控制模块被容置在该腔体中，其特征在于，所述电加热元件和控制模块适于被80至600伏之间的所谓的低电压供电，且在于电绝缘件被设置，该电绝缘件覆盖界定腔体的壁。
根据本发明的第一特征，界定腔体的壁是底壁和垂直于所述底壁的周边壁。
有利地，所述加热本体包括管束，所述管束被要被加热的流通过，所述管束与界定腔体的所述壁连结在一起以形成单件式单元。
根据本发明的第二特征，所述电绝缘件采取柔性板的形式，具有补充界定腔体的壁的形式的形式，特别是底壁和垂直于所述底壁的周边壁。
在该变化例中，所述柔性板具有至少一个通孔，为电加热元件供电的至少一个导电器穿过所述通孔。
根据本发明的第三特征，腔体被盖覆盖。
在该变化例中，盖由金属材料制成，并包括布置在其朝向腔体的面上的电绝缘件。
有利地，所述电绝缘件由分立且相邻的部分制成。
还有利地，单件式单元由金属材料形成。
根据本发明的另一特征，所述电绝缘件采取绝缘材料层的形式，其喷洒在界定腔体的壁的内部面上。
在一个实施例中，本发明特征在于控制模块包括第一部分和第二部分，第一部分与低电压匹配被低电压通过，第二部分与5至48伏之间的电压（称为超低电压）匹配或被其通过。专用于低电压的PCB的部件的特征将在于轨道之间的绝缘距离，所述绝缘距离远大于用于超低电压部件的绝缘距离。在低电压和超低电压部件之间的所谓的电绝缘划分，或另外称为势垒，将存在。此外，控制和加热部件之间的电连接将位于所谓的低电压区域中。
在这样的情形下，第一部分和第二部分形成在同一印刷电路上。
最后，本发明还覆盖用于机动车辆的通风和供暖设施，特别是被电马达驱动的，并包括其中使用上述特征中的任一个的加热装置。
根据本发明的主要优势在于对支撑其自身控制器件和由高电压供电的加热装置上产生电弧的风险的简化管理。换句话说，本发明使得可以以较低成本制成用于低电压散热器的电绝缘件。
另一优势在于这样的加热装置能被制造的简单性。加热本体独立于控制模块被制造，并且该加热本体的结构通过腔体的存在提供电磁屏蔽。因此不必添加额外的部件来避免电磁干扰。
最终，最后的优势在于可以重复利用加热本体，因为加热本体能够由同一材料制成，例如铝或铝合金。因此还可以一体地制造加热本体，特别是通过通过焊接(特别是钎焊)将这些不同部件连结在一起。
附图说明
本发明的其他特征、细节和优势在阅读以下通过表示以及附图给出的描述而更加显而易见。在图中：
图1是根据本发明的电加热装置的透视图；
图2是沿图1中A-A截取的横截面视图，示出了并入到根据本发明的电加热装置中的控制装置的实施例；
图3是图2所示的实施例的平面图。
应注意到，附图以详细方式解释了本发明，用于实施本发明；如果必要，所述附图能够当然用于更好地限定本发明。
具体实施方式
图1示意性地示出根据本发明的电加热装置1。电加热装置主要包括两个链接至彼此不同的部件：加热本体2和控制模块3。
加热本体2包括管束4，管束用于被要被加热的流体通过，所示流体能够是气体流体或液体流体。在用于机动车辆的通风和供暖设施的情况下，气体流体是空气流，所示空气流在该设施中被输送并经由热耗散器9重新加热。在该同一设施中，液态的流体也可以是加有乙二醇的水，其在冷却系统中循环。
加热本体2超过管束4通过壁5继续，壁5形成腔体6的边缘，腔体6界定内部空间，控制模块3安装在该内部空间中。
加热本体2包括多个壳体7，所述壳体接收至少一个电加热元件8。图1示出仅单个电加热元件，但显然，该加热元件重复出现在构成管束4的每一个壳体7中，并从接收其的壳体7的一端延伸至另一端。
在未示出的变化实施例中，加热本体包括多个壳体，所述壳体接收，例如替换地，电加热元件和在热源的冷却回路中循环的热传递流体，所述热源诸如内燃发动机。为此，加热本体的与接收控制模块的部分相对的部分包括水箱，下文称为歧管，其上布置有用于连接至冷却回路的器件，所述连接器件形成用于歧管中的热传递流体的输入和输出接口。
在每一个壳体7之间，安装有热耗散器9，其功能是增加根据本发明的加热装置和通过管束4的流体之间的交换表面积，所述加热装置特别是电加热元件8。该热耗散器9例如是钢带，以之字形折叠，且其上可布置有有助于热交换的调节板（damper）。
为了简化起见，耗散器9仅部分地示出，但规定这些耗散器在壳体7的整个长度上延伸。
实际上，该壳体7由两个板制成，每一个板承载在相邻的耗散器9上。根据另一实施例，壳体通过矩形或圆矩形截面的管实施，电加热元件8被旋拧至所述管中。
管束4以第一侧面10和第二侧面11为边界，所述第一侧面10和第二侧面11两者均延伸超过管束4，以形成至少部分地界定腔体6的壁5。该界定是部分的，由于壁5位于腔体的底部处并且在腔体的侧部上，顶部意图被盖16阻挡。
腔体6的厚度大于管束4的厚度。换句话说，腔体6在一平面中突出于管束4，该平面垂直于穿过被要被加热的空气流通过的束的面的平面。
腔体6被盖16封闭，盖16承载形成围绕腔体6的壁5的部分的周边壁12的边缘。
电加热元件8例如由两个电极13和15构成，其功能是将电流从控制模块3运输至具有PTC（正温度系数）效应的加热陶瓷14或石，所述加热陶瓷或石形成根据本发明的电加热装置1的热源。
电加热元件8因此由被负电势（从具有PCT效应的至少一个加热陶瓷14或石）通过的第一电极13和负责将正电势传导至陶瓷14的第二电极15构成。
将非常特别地注意到，加热本体2，特别是管束4，电连接至电接地件，该电接地件与施加至上述电极13、15的电势分开。这因此避免了使加热本体由于使用低电压和由于PWM（脉冲宽度调制）类型的控制而转变为天线辐射电磁干扰。这还允许加热本体呈现电屏蔽功能。
图2更详细地示出处于控制模块3水平的加热装置。图2通过标记为28的箭头示出通过将电绝缘件17、控制模块3和盖16堆叠在一起的组装阶段。
为了避免电弧，电绝缘件17安装在由腔体6限定的内部空间中，在该腔体6的壁5和控制模块3之间。换句话说，电绝缘件17覆盖腔体的壁，在该意义上其附连抵靠所述壁。为此，电绝缘件17的形式补充界定腔体6的壁的形式。
标记为5且限定腔体6的壁由底壁18和周边壁12形成。底壁18由平板形成，所述平板在垂直于被流（例如空气流）通过的管束4的面19的平面中延伸。底壁18具有至少一个孔，导电器20穿过该孔，导电器20用于将电流从控制模块3的高压部件输送至电极13或15。该导电器20形成固连至电极的电端子，例如通过焊接固连。孔可以是连续的，以容置多个导电器20，但底壁18可还具有多个孔，每个孔被分配至同一电加热元件8的三个端子或两个端子穿过。该底壁18形成加热本体2的部件，并由与管束4相同的材料制成。其是金属材料，例如铝或铝合金，以引导由电磁干扰产生的磁场。
周边壁12垂直于该底壁18延伸。所述周边壁包括第一平坦部和第二平坦部，第一平坦部在被要被加热的流体通过的管束4的面19的平面中延伸，第二平坦部平行于第一平坦部，且相对于控制模块3对着第一平坦部。这些周边壁12还包括第一侧面10和第二侧面11在腔体6的厚度中正交于第一平坦部和/或第二平坦部延伸的部分。周边壁12因此限定围绕腔体6的条带的形式。
根据示例性实施例，电绝缘件17由具有介电性质的柔性板形成，例如由塑料制成，例如硅树脂。该柔性板具有至少一个孔21，该孔21从一侧到另一侧穿过柔性板。该孔21与导电器20对齐地形成，以允许其通过，且因此使得其能够电连接至控制模块3。
该柔性板可例如通过三种方法创建和组装。第一种方法包括制造与加热本体分开的柔性板，以及随后将该柔性板添加到腔体中。第二种方法包括密封导电器20，随后喷洒一层绝缘材料（例如介电塑料）到界定腔体6的壁5的内部面上。第三种方法包括密封导电器20，随后将腔体6浸入保持为液态的电绝缘塑料材料浴中。
管束4和界定腔体的壁5连结在一起，以形成单件式单元。因此将理解，通过周边壁12和底壁18延伸的侧面10和11、热耗散器9和壳体7形成单一的组件，该组件有利地由同一材料制造。单件或单一的属性被获得，例如，通过将这些部件钎焊在一起。这样的构造增强了根据本发明的加热装置的重复利用性。
腔体6用作用于接收控制模块3的区域。控制模块3由第一部分22和第二部分23制成，第一部分22被低电压通过，第二部分23被5至48伏之间的电压通过，称为超低电压。第一部分22和第二部分23由同一印刷电路形成，该印刷电路支撑由低电压供电的电子部件、由超低电压供电的电子部件和安装在低电压部件和超低电压部件之间的电绝缘件。电绝缘件的功能是防止特别是在短路事件中从低电压至低电压的任何电跨接。该电绝缘件例如采取光耦合器部件的形式，并能够将来自超低电压部件的电信号或电能传输至低电压部件，或反之亦然，同时例如通过光耦合器情况下信号传输的光学性质，或变压器情况下电能传输的磁性质来防止任何物理接触。
用于低电压的第一部件22，在存在通向腔体6的导电器20时，被尽可能多的槽24从一侧到另一侧穿过。一旦连结在一起，该导电器20穿过槽24，以电连接至安装在印刷电路的面中的一个和/或另一个上的低电压电子部件。将注意到，导电器20的电极可由中间部件链接在一起，以通过限制和控制卡的连接数量，譬如，借助连接装置，称为母线（busbar）。
根据该实施例，将注意到，作为控制模块3的部件的印刷电路在垂直于被要被加热的空气流或液体流通过的面19的平面的平面中延伸。
控制模块3包括至少一个连接器25，所述连接器用于将第一部件22和/或第二部件23链接至车辆的电源和/或控制网络。该连接器25经由穿过盖16的厚度的开口26穿过盖16。为了避免电磁干扰通过腔体的打开部分的任何传播，盖由金属材料制成。然而，使用该材料还导致在控制模块3和盖16之间产生电弧的风险。为了纠正该情形，盖16包括布置在其面朝腔体6的面上的补充的电绝缘件27。对于布置在腔体6中的电绝缘器17，其可通过添加塑料柔性板、通过喷洒或浸入制成。补充的电绝缘件27和电绝缘件17可形成同一工件，补充的电绝缘件27通过铰接形成部分链接至电绝缘件17，以允许控制模块安装在腔体6中。
根据另一变化例，电绝缘由分立并相邻的部分制成，这些部分这里由安装在腔体6中的电绝缘件17和固连至盖16的内部面（也就是说面朝腔体6的内部面）的补充的电绝缘件27实施。控制模块3的安装则通过电绝缘件的部分的特有性质被辅助，同时避免由于这些部分紧密相邻以及可能彼此抵靠接触而造成的产生电弧的任何风险。
图3示出图2的平面图，其中盖16已经被移除。周边壁12与电绝缘件17接触，且控制模块3被接收在由电绝缘件17围绕的空间中。
控制模块3的印刷电路被分割为第一部分22和第二部分23，第二部分23用作用于连接器25的支撑件。第一部分22包括多个槽21，电极20穿过所述槽。
为了保证同一印刷电路上的低电压和超低电压之间的电绝缘，安装了电绝缘器。光耦合器包括收发器30和收发器31，在收发器30和收发器31之间传播有光信号33。标记为32的距离（其将收发器30与收发器31分开）保证了在同一印刷电路上的低电压和超低电压之间的电独立性。
Claims (13)
1.一种电加热装置(1)，包括加热本体(2)，该加热本体中安装有至少一个电加热元件(8)，该电加热元件的操作取决于控制模块(3)，所述控制模块是加热装置的组成部分，所述加热本体(2)包括壁(5)，所述壁(5)至少部分地界定腔体(6)，控制模块(3)被容置在该腔体(6)中，其特征在于，所述电加热元件(8)和控制模块(3)适于以低电压被供电，且在于电绝缘件(17)被设置，该电绝缘件(17)覆盖界定腔体(6)的壁(5)，其中，所述加热本体(2)由金属制成。
2.如权利要求1所述的装置，其中，界定腔体的壁(5)是至少一个底壁(18)和垂直于所述底壁(18)的周边壁(12)。
3.如权利要求1或2所述的装置，其中，所述加热本体(2)包括管束(4)，所述管束被要被加热的流通过，所述管束(4)与界定腔体(6)的所述壁(5、12、18)连结在一起以形成单件式单元。
4.如权利要求1或2所述的装置，其中，所述电绝缘件(17)采取柔性板的形式，具有补充界定腔体(6)的壁(5、12、18)的形状的形状。
5.如权利要求4所述的装置，其中，所述柔性板具有至少一个通孔(21)，为电加热元件(8)供电的至少一个导电器(20)穿过所述通孔。
6.如权利要求1或2所述的装置，其中，腔体(6)被盖(16)闭合。
7.如权利要求6所述的装置，其中，盖(16)由金属材料制成，并包括布置在其面朝腔体(6)的面上的电绝缘件(27)。
8.如权利要求1或2所述的装置，其中，所述电绝缘件(17)由分立且相邻的部分制成。
9.如权利要求1或2所述的装置，其中，所述电绝缘件(17)采取绝缘材料层的形式，其喷洒在界定腔体的壁(5、12、18)的内部面上。
10.如权利要求1或2所述的装置，其中，所述控制模块(3)包括第一部分(22)和第二部分(23)，所述第一部分(22)被低电压通过，所述第二部分(23)被5至48伏之间的电压通过，该5至48伏之间的电压称为极低电压。
11.如权利要求10所述的装置，其中，第一部分(22)和第二部分(23)形成在同一印刷电路上。
12.一种用于车辆的通风和供暖设备，包括如前述权利要求中的任一项所述的加热装置(1)。
13.如权利要求12所述的用于车辆的通风和供暖设备，其中所述车辆由电马达驱动。
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