CN104471320A - 用于电加热的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电加热流体的装置，其尤其应用在电驱动的机动车中，其具有感应线圈(2)和至少一个第一感应器(12)，该感应线圈集成在振荡回路(3)中并且产生交变磁场(1)，该感应器定位在交变磁场(1)的内部，其特征在于，感应器(12)设置在模块(19)的内部，该模块能够供待加热的流体穿流，其中该感应线圈(2)设置在模块(19)的外部。

Description

用于电加热的装置
技术领域
本发明涉及一种用于电加热流体的装置，其尤其应用在电驱动的机动车中，该装置具有感应线圈和至少一个第一感应器，该感应线圈集成在振荡回路中并且产生交变磁场，该感应器定位在交变磁场的内部。
背景技术
如今大多通过加热流体(其通常是水-乙二醇-混合物)来加热借助内燃机驱动的车辆。首先想到用于冷却内燃机的流体在吸收了内燃机的热量之后，通过水-空气-热交换器来引导。该空气作为冷却流体环流着水-空气-热交换器，在此从冷却流体中吸收热量。该冷却流体在此冷却，并且加热空气。加热的空气随后输送到车辆的内室中，并因此用于调节内室的温度。
在无内燃机的车辆中或在高效的柴油发动机中，发动机废热缺乏或者不足以按驾驶员的期望加热车辆车厢。为了应付这一点，目前应用了电加热器，以将电能转换成热量。在此基本上具有两个备选方案。在第一实施例中，流入内室中的空气直接被电辅助加热器加热。例如从EP 1 935 684 A1中已知这种实施方式。
该辅助加热器为此这样定位在内室空气吸入的区域中，即在空气输送进内室之前，空气与电加热器接触并因此吸收热量。这些辅助加热器经常直接设置在热交换器附近或热交换器自身上面，该热交换器用于借助加热的、来自内燃机的冷却水来加热气流。为此产生了额外的零件费用，此外，大多数使用的PTC-陶瓷元件都相当重。
作为第二备选方案，本领域已知的电力水加热器首先加热流体，例如用于冷却内燃机的水-乙二醇-混合物。加热的流体然后通过附加的水-空气-热交换器输送，从而加热环流热交换器的空气。
该原理与空气的加热类似，即该加热如何在内燃机驱动的车辆中进行，但区别在于，水-乙二醇-混合物在此进行电加热，但不是通过内燃机的废气加热。
该方法的缺点是，需要用于水-乙二醇-混合物的水循环，并且需要额外的部件例如水泵、管道和阀门。
当然，水循环能够以相对简单的方式充分利用不同的废气源，如电动机、电池或工业电子，它们在电动车中必须主动冷却，这再次会引起冷却水循环的应用。
在电池容量受到限制时讨论有效距离的背景下，水加热在电动车中是经常使用的技术。此外能够在发动机室中设置水加热，因此不必将高压部件加装在乘客车厢中，这对一些车辆制造商来说将是一个安全问题。
目前通过将一个或多个加热元件伸进流体中并且将热量排放到该流体中，实现电的水加热。这些元件可以是由金属构成的加热绕组亦或所谓的PTC-石/陶瓷。在应用PTC-陶瓷时有利的是，由于其电阻的温度关系(PTC＝正的温度系数)，它们就过热而言具有本质的安全性。
在应用这种水加热器时的主要缺点是，所用的加热元件必须与应该加热的流体电绝缘开来。这一要求使得这种技术的应用更加昂贵，此外还对加热元件的效率和反应速度产生不利的影响。
发明内容
因此本发明的目的是，提供一种解决方案，通过与加热元件的直接接触，无需额外的电绝缘，就能加热流体，并且提高热量传递到流体的效率，同时降低所需的零件费用以及用于这种系统的成本。
本发明的目的通过具有权利要求1特征的结构得以实现。本发明的有利的改进方案在从属权利要求中进行定义。
本发明提供了一种用于电加热流体的装置，其尤其应用在电驱动的机动车中，其中至少一个第一感应器能够借助交变磁场加热，该感应器能够定位在交变磁场的内部，其中感应器设置在模块的内部，该模块能够供待加热的流体穿流。
在此有利的是，感应线圈导电地集成在振荡回路中，并且感应线圈在空间上设置在模块之外。
此外还有利的是，用于产生紊动的环流和/或穿流的感应器具有表面元件和/或洞口和/或冲孔，或者用于产生紊动的环流的感应器具有通过变形、尤其通过冲压和/或卷边和/或通过一次成型和/或通过切削变形产生的表面。通过紊流能够明显提高感应器和流体之间的热量传递。
此外还优选的是，该模块是可分开的。从而明显简化模块的制造。
在根据本发明的实施方式中有利的是，壳体下方部件和壳体上方部件在内部分别具有在中间延伸的分隔壁，该分隔壁将壳体下方部件或壳体上方部件划分为第一流动通道和第二流动通道，其中壳体上方部件或壳体下方部件的第一流动通道与壳体的流入口或流出口流体相通，并且壳体上方部件的第二流动通道与壳体下方部件的第二流动通道流体相通。该感应器在多个区域中被流体环流，因此流体和感应器之间的接触时间比只有一个流动通道的简单环流更长。
此外还有利的是，感应器与壳体上方部件或壳体下方部件的第一和第二流动通道的壁板液密密封，并且将模块的内部划分为上方区域和下方区域。这分别分隔成下方区域中的两个流动通道以及上方区域中的两个流动通道，这也对流体和感应器之间的接触时间有利。
此外还优选的是，感应器具有通穿孔，通过该通穿孔使模块上方区域的第二流动通道与模块下方区域的第二流动通道流体相通。从而实现上方区域和下方区域之间的流体过渡，这实现了模块的整体穿流。
在另一按本发明的实施例中有利的是，壳体下方部件的第一流动通道与壳体下方部件的第二流动通道通过连接器流体相通，壳体上方部件的第一流动通道与壳体上方部件的第二流动通道通过连接器流体相通。
此外还有利的是，根据上述权利要求中任一项所述的装置的特征在于，流体的流动路径通过连接管延伸到模块中，并且通过感应器的通穿孔延伸到壳体下方部件的第一流动通道中以及壳体下方部件的第二流动通道中，并且延伸到壳体上方部件的第二流动通道以及壳体上方部件的第一流动通道中，最后通过连接管从该模块中延伸出来，或以相反的方向延伸。
在备选的实施例中有利的是，至少一个紊流插入件通过感应器设置在模块中。在感应器自身没有产生紊流的措施的情况下，或者当感应器的表面未以合适的形式设计时，则附加的紊流插入件有助于产生紊流，以便在感应器和流体之间产生更好的热量传递。
此外还有利的是具有至少一个第一模块和至少一个第二模块的组件，该至少一个第一模块和至少一个第二模块分别具有至少一个感应器，其中一个模块设置在感应线圈的上方，另一模块设置在感应线圈的下方。
此外有利的是，这些组件的模块能够被串联或并联地穿流。
附图说明
下面借助实施例且参照附图详细地阐述了本发明。在附图中示出了：
图1示出了感应加热系统的示意性结构；
图2示出了根据本发明的感应加热系统的分解图；
图3示出了这些模块中的一个的中间平面的剖面图；
图4示出了根据图3的剖面图A-A的模块中的一个的剖面图；
图5示出了根据图3的剖面图B-B的模块中的一个的另一剖面图。
具体实施方式
图1示出了感应加热系统的原理构造。示出了连接到电路3的电感线圈2，该电路借助交流电压来驱动。通过电路3中的交流电压，在感应线圈2中产生磁场1。由于施加到电路3中的交流电流，因此该磁场1是交变磁场，它借助交流电流的频率来改变它的磁定向。
加热元件4安放在磁场1中，该加热元件由导电材料6构成，由于磁场1，因此在加热元件4中感应出涡流5。因为该涡流5针对于加热元件的特殊电阻起作用，所以在加热元件4中产生热量。
从中可得出，材料6(加热元件4由该材料构成)具有一定的特制的内部电阻，以便有效地加热加热元件4。材料6的内部电阻越小，则加热效果越小。
加热元件4必须与感应线圈2以这样的间距设置，即它还位于构成的磁场的内部。在加热元件4和感应线圈2之间还可设置其它由非导电材料构成的元件。
根据该简单的原理，构造出感应加热系统。加热元件4在备选的实施例中也可具有其它外部尺寸和形状。因此原则上能够考虑加热元件4的材料6的各种规则的亦或不规则的布局。
图2示出了感应加热系统的另一实施例。示出的是感应线圈11。振荡回路在此由于视线原因未示出，感应线圈以与图1已示出的构造类似的方式连接到该振荡回路上。
感应线圈11定位在两个构造相同的模块19之间。这些模块19基本上由壳体上方部件15、壳体下方部件14和一个或多个感应器12构成。根据应用目的，还能额外地在模块19中设置紊流插入件13。
在线圈11的上方设置有壳体下方部件14，它具有用于流体的入口或出口连接管16。感应器12插入该壳体下方部件14中，该感应器通过由线圈11感应到的电流加热。感应器12上的是紊流插入件13，该紊流插入件用于搅动环流感应器12的流体，以使热量更好地从感应器12传递到环流它的流体上。.
在根据本发明的另一实施例中有利的是，感应器12自身设计为起到着紊流插入件13的功能。每个模块19能够以这种方式精简一个构件。感应器为了能够起到紊流插入件的功能，必要的是，相应地构造感应器的表面结构。这一点通过应用不同的变形方法得以实现，例如冲压或在感应器中加卷边。借助这两个方法，能够在感应器上制造出几乎任意的表面结构。
通过有选择性的一次成型，能够实现根据本发明的其它形状。通过切削方法也可产生表面结构。
该模块19通过壳体上方部件15封闭，它具有入口或出口连接管17，用于输入或输出流体。该壳体下方部件14和壳体上方部件15在所示的实施方式中是相同的，这进一步降低了零件的多样性。
图2示出了两个模块19的布局，其中一个在感应线圈11的上方，一个在感应线圈的下方。这些模块19在此借助连接元件18在四个位置上相连。这些连接元件18具有占位器20，它在模块19之间为感应线圈11创造出自由空间。
在运行时，流体要么通过连接管16流入壳体下方部件14中，要么通过连接管17流入壳体上方部件15中。这只取决于所选的穿流方向，并且原则上两个方向都可考虑。然后，该流体在模块19中分散并因此环流紊流插入件13和感应器12，或者当该构件由感应器12和紊流插入件13组合而成时只环流这个构件。
现在加热的流体通过另外的连接管16、17再次从模块19中流出。
以这种方式不会在载流线圈11和感应器12(其与流体接触)之间产生直接接触。因此能够省略额外的绝缘。从而提高了热量传递的效率。
模块19的精确构造以及感应器12或紊流插入件13的几何形状明显取决于应用目的。原则上，感应器12的各种任意形状都能够考虑。感应器12可同样具有隆起和凹陷处，或具有传导翅片或其它有助于搅动流体的元件。
在备选的实施例中，还可考虑在模块内设置多个感应器。因此通过该模块可形成多个封闭的通道，这些通道供流体穿流并且分别具有感应器。同样可考虑的是，将多个供穿流的、分别具有感应器的平面堆叠起来。
原则上，这个/这些感应器12必须这样定位在线圈11的磁场中，从而能够在这个/这些感应器12中感应出足够强的涡流。
在根据本发明的备选的实施例中，像设置多个模块一样，还可考虑在线圈的磁场中只设置一个模块。原则上应注意的是，设置在这些模块中的感应器还设置在由线圈产生的磁场的有效范围中。
感应器和感应线圈的形状在备选的实施例中同样与图2所示的实施方式不同。因此作为感应器，例如能够应用多个单个的感应器，它们相互错接成导电的、彼此连接的网络。
模块19以及包围着感应器12的管子的材料应该根据所用的感应方法以及其它运行要求来选择。有利的是，在此应用塑料，因为在塑料里不能产生涡流，从而能够降低不期望的相互作用。
图3至5分别示出了模块19中的一个的剖面图。因此通过它们，能更清楚地看到模块19的内部构造。
图3在此示出了其中一个模块19的中间平面的剖面图。示出了两个连接管16、17，它们根据流动方向可当作流入口和流出口来用。
感应器12这样设置在壳体上方部件15和壳体下方部件14之间，即将模块19划分为上方区域和下方区域。
分隔壁21、29分别从中间在壳体上方部件15和壳体下方部件14中延伸，该分隔壁在与感应器12相连的情况下将每个壳体部件14、15划分为第一流动通道22、30和第二流动通道23、31。壳体下方部件14的第一流动通道22在此通过连接器28与壳体下方部件14的第二流动通道23流体相通。这同样适用于壳体上方部件15，在此第一流动通道30通过连接器27与第二流动通道31流体相通。
图4示出了根据图3所示剖面A-A的剖面图。在该附图中，除了已在图3中示出且在上面描述的元件以外，还额外地示出了感应器12的通穿孔26。通过该通穿孔26，下方壳体部件14的第二流动通道31与上方壳体部件15的第二流动通道31流体相通。
还可清楚地看到，上方分隔壁29和下方分隔壁21如何借助1封闭，并且壳体部件14、15划分为两个流动通道22、23、30、31。
壳体下方部件14的流动通道22因此通过感应器12、壁板24和分隔壁21构成。壳体下方部件14的第二流动通道23通过感应器12、壁板25和分隔壁21构成。类似地，壳体上方部件15的第一流动通道30通过感应器12、壁板32和分隔壁29构成，并且壳体上方部件15的第二流动通道31通过感应器12、壁板33和分隔壁29构成。
图5示出了其中一个模块19的根据图3所示剖面B-B的剖面图。
该剖面位于两个连接器27、28的范围内，连接器27、28分别将第一流动通道22、30与第二流动通道23、31连接起来。
连接管16、17能够可选地当作流入口或流出口来用。这取决于所选的穿流方向。模块19的穿流顺序在下面是针对以下情况描述的，即连接管16当作模块19的流入口来用，而连接管17当作流出口来用。
然后，流体通过连接管16流入壳体下方部件14的第一流动通道22中，并且随后通过连接器28流入壳体下方部件14的第二流动通道23中，然后通过通穿孔26流入壳体上方部件15的第二流动通道31中，再通过连接器27流入壳体上方部件15的第一流动通道30中，最后通过连接管17从模块19中流出来。

Claims (13)

1.一种用于电加热流体的装置，其尤其应用在电驱动的机动车中，其中至少一个第一感应器(12)借助交变磁场(1)加热，该感应器定位在交变磁场(1)的内部，其特征在于，该感应器(12)设置在模块(19)的内部，该模块供待加热的流体穿流。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，感应线圈(2)导电地集成在振荡回路(3)中，并且该感应线圈(2)在空间上设置在模块(19)的外部。
3.根据前述权利要求中至少一项所述的装置，其特征在于，用于产生紊动的环流和/或穿流的感应器(12)具有表面元件和/或洞口和/或冲孔。
4.根据前述权利要求中至少一项所述的装置，其特征在于，用于产生紊动的环流的感应器(12)具有通过变形、尤其通过冲压和/或卷边和/或通过一次成型和/或通过切削变形产生的表面。
5.根据前述权利要求中至少一项所述的装置，其特征在于，该模块(19)是可分开的。
6.根据前述权利要求中至少一项所述的装置，其特征在于，壳体下方部件(14)和壳体上方部件(15)在内部分别具有在中间延伸的分隔壁(21、29))，该分隔壁将壳体下方部件(15)或壳体上方部件(14)划分为第一流动通道(22、30)和第二流动通道(23、31)，其中壳体上方部件或壳体下方部件(23、31)的第一流动通道(22、30)与模块(19)的流入口或流出口(16、17)流体相通，并且壳体上方部件(15)的第二流动通道(31)与壳体下方部件(14)的第二流动通道(23)流体相通。
7.根据前述权利要求中至少一项所述的装置，其特征在于，感应器(12)与壳体上方部件(15)或壳体下方部件(14)的第一流动通道(22、30)的壁板和第二流动通道(23、31)的壁板(25、33)的壁板(25、33)液密密封，并且将壳体的内部划分为上方区域和下方区域。
8.根据前述权利要求中至少一项所述的装置，其特征在于，感应器(12)具有通穿孔(26)，通过该通穿孔使壳体上方区域的第二流动通道(31)与壳体下方区域的第二流动通道(23)流体相通。
9.根据前述权利要求中至少一项所述的装置，其特征在于，壳体下方部件(14)的第一流动通道(22)与壳体下方部件(14)的第二流动通道(23)以及壳体上方部件(15)的第一流动通道(30)与壳体上方部件(15)的第二流动通道(31)通过连接器(27、28)流体相通。
10.根据前述权利要求中至少一项所述的装置，其特征在于，流体的流动路径通过连接管(16)延伸到壳体中，并且通过感应器的通穿孔(26)延伸到壳体下方部件(14)的第一流动通道(22)中以及壳体下方部件(14)的第二流动通道(23)中，并且延伸到壳体上方部件(15)的第二流动通道(31)以及壳体上方部件(15)的第一流动通道(30)中，最后通过连接管(17)从该壳体中延伸出来，或以相反的方向延伸。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，至少一个紊流插入件(13)通过第一感应器(12)设置在模块(19)中。
12.一种具有至少一个第一模块(19)和至少一个第二模块(19)的组件，该至少一个第一模块(19)和至少一个第二模块(19)分别具有根据上述权利要求中任一项所述的至少一个感应器(12)，其特征在于，一个模块(19)设置在感应线圈(2)的上方，另一模块(19)设置在感应线圈的下方。
13.根据权利要求11所述的组件，其特征在于，各模块(19)被串联或并联地穿流。
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