CN105473359A - 用于机动车辆的热流体调节装置以及相应的供暖、通风和/或空调设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对用于机动车辆的流体进行热调节的装置，所述装置包括至少一个热模块(3a、3b)，所述热模块包括：-芯部(11)，具有芯部本体(12)，和-封壳(13a、13b)：能够被供电以便形成热源，且围绕芯部(11)布置，以便限定用于要被热调节的流体的引导回路(15)，引导回路(15)限定在芯部(11)的本体(12)和封壳(13a、13b)之间。根据本发明，封壳(13a、13b)围绕芯部(11)以距芯部(11)的本体(12)的被包含在0.5mm至8mm之间的距离(e)布置。本发明还涉及一种包括这样的装置的供暖和/或空调设备。

Description

用于机动车辆的热流体调节装置以及相应的供暖、通风和/或空调设备

技术领域

本发明涉及一种用于机动车辆的用于对流体进行热调节的装置，诸如用于对流体进行电加热的装置。本发明更具体地应用到包括这样的加热装置的机动车辆供暖和/或空调单元。

背景技术

意图为车辆内部供暖的空气通常通过使空气流穿过热交换器而升温，更具体地通过在空气流和流体之间的热交换而升温。总体上，在燃烧发动机的情况下，这是冷却剂。

这样的供暖方法可被证明不适于或不足以确保机动车辆的内部的供暖以及除雾和除霜。

但是，需要用于使车辆内部快速且有效地加热的方法，特别是用于在非常冷的环境下在使用之前或甚至当温度有非常快速的升高时使内部升温或用于对车辆除霜或除雾的方法。

此外，在电动车辆的情况下，供暖功能不再由冷却剂流通通过热交换器而实行。但是，水回路可被设置用于为车辆内部供暖，但该供暖方法可同样被证明是不适于或不足以确保车辆内部的快速和有效的供暖。

此外，为了减小额外的水回路的尺寸和成本，还已知的实践是，电动车辆使用以热泵模式操作的空调环路。由此，在该情况下，使用空调环路来加热空气流，该空调环路常规地允许空气流利用制冷剂被冷却。

但是，该供暖方法可证明是不适当或不足够的。这是因为热泵模式的空调环路的性能取决于外部天气条件。例如，当外部空气温度过低时，该空气不能用作热能量源。

一个已知的方案是向热交换器或水回路或甚至空调环路添加额外的电加热装置。

额外的电加热装置可适于流体的上游加热，所述流体诸如发动机冷却剂或电动车辆内部供暖水回路的水或甚至空调环路的制冷剂。

以已知的方式，额外的电加热装置包括一个或多个加热模块，其与要被加热的流体接触。

在包括加热管而没有布置在该加热管内的芯部的加热模块的情况下，要被加热的流体——诸如水——可停留在加热管的壁上，并开始沸腾。这是因为流体行进的速度随着距加热管中心的距离增大而减小。

根据一个已知的方案，加热模块包括芯部和制造为壳的形式的加热元件，所述壳例如圆柱形壳，围绕芯部，以便限定在芯部和圆柱形壳之间引导流体的引导回路。圆柱形壳因此是热能量源。加热元件或壳可具有电加热器件，例如一个或多个加热电阻，其通过丝网印刷制造为在加热元件的外表面上的电阻迹线的形式。

在该情况下，流体通过的速度较大，壳的内壁附近的流体升温而没有达到沸点。

但是，如果限定在芯部的本体和壳之间的引导回路的容积太小，则流体通过的速度增加，由此增加压降。

但是另一方面，如果芯部和加热壳之间的距离过大，将降低圆柱形壳和流体之间的热传递。

为了增加加热元件和在芯部与加热元件之间流通的流体之间的热交换效率，一个已知的方案是产生在引导回路中流通的流体的螺旋运动。这则增加加热元件(例如圆柱形壳的形式)和在该圆柱形壳内流通的流体之间的热交换。

为了实现它，已经提出芯部在其外表面上具有大体螺旋的沟槽。这样的芯部因此制造复杂。

该螺旋沟槽使得可以迫使流体采用旋涡运动。但是，对于这样的方案，已经发现存在高的压降和流体引导回路入口处的速度的均匀性缺乏。

发明内容

因此本发明的目的是提出一种热调节装置，特别是电加热装置，其具有改善的热交换效率同时减小压力降。

为此，本发明的一个主题是一种用于机动车辆的用于对流体进行电热调节的装置，所述装置包括至少一个热模块，所述热模块包括：

-芯部，包括芯部本体，和

-壳，能够被供电，以便形成热源，且围绕芯部布置，以便限定用于引导要被热调节的流体的引导回路，引导回路限定在芯部的本体和壳之间，

其特征在于，壳围绕芯部以距芯部的本体0.5mm至8mm的距离布置。

芯部和壳之间的距离的范围使得可以以简单的方式确保，在加热装置的情况下，壳赋予流体由壳产生的最大热能。

上述装置可等同地应用于热从流体的移除。

该装置还具有的优点是以直至1000l/h或甚至1500l/h的流速在流体回路中产生非常小的压力降。

所述装置可还包括一个或多个以下特征，分别考虑或结合考虑：

-壳围绕芯部的本体以一侧向距离相对于芯部的本体布置；

-热模块沿纵向轴线延伸，且芯部的本体和热模块的壳之间的距离沿壳的长度大体上恒定；

-芯部的本体和热模块的壳分别具有大体圆柱形形状；

-壳包括至少一个电加热电阻；

-芯部的本体的外表面是大体光滑的；

-热模块的芯部具有流体入口端部和与入口端部相对的流体出口端部；

-芯部包括预限定数量的间隔件，其定位在芯部的本体和芯部的入口端部或出口端部之间；

-所述装置设置在用于为所述车辆的内部供暖的加热回路中。

本发明还涉及用于机动车辆的供暖和/或空调单元，其特征在于，其包括如上限定的热调节装置。

附图说明

本发明的其它特征和优势将从阅读以下通过非限制性说明示例给出的描述和从研究附图而变得更加清楚，在附图中：

图1是根据本发明的用于对用于机动车辆的流体进行电加热的装置的透视图，其局部地示出隐藏的细节；

图2示出图1的电加热装置，其以实线示出，流体出口集管被去除；

图3示意性地示出加热装置的加热模块的芯部；

图4是图3的芯部的局部截面透视图；和

图5是示出图3和4的芯部的本体以及围绕芯部的本体设置的加热壳的示意性平面图。

具体实施方式

在这些附图中，大致相同的元件具有相同的附图标记。

图1示出热调节装置1，诸如用于对用于供暖和/或空调单元的、用于机动车辆的流体进行电加热的装置。

电加热装置1例如是额外的加热装置，用于加热设置在用于加热车辆流体的回路中的流体，所述流体用于为内部供暖。

根据一个例子，电加热装置1定位在能够作为热泵操作的空调环路的热交换器上游，以便加热制冷剂。

根据另一例子，电加热装置1设置在利用燃烧发动机冷却剂作为热传递流体的热交换器的上游。

这样的电加热装置1可也设置在意图调节电能存储装置的温度的热交换器的上游，所述电能存储装置有时称为用于电驱动车辆或混合动力车辆的电池组。

本发明可还应用于对流体进行冷却的装置。

所示的电加热装置1包括至少一个加热模块3a、3b，在该情况下为第一加热模块3a和第二加热模块3b。

当然，电加热装置可设置为包括单个加热模块，或多个加热模块，这取决于需求。

电加热装置1可还包括控制器件5，用于控制电力供应至加热模块3a、3b。

另外，电加热装置1可包括流体入口集管9b，其与加热模块3a、3b流体地连通(这意味着存在经由流体进行的连通)，用于要被加热的流体进入；还包括流体出口集管9a，其与加热模块3a、3b流体地连通，用于排放被加热的流体。

参考图2，加热模块3a、3b包括：

-芯部11，具有芯部本体12，和

-壳13a、13b，设置为围绕芯部11的本体12。

加热模块3a、3b可具有大体纵向的形状并沿纵向轴线A延伸。

在所示例子中，芯部11和壳13a、13b例如分别是大体圆柱形形状的，且沿纵向轴线A延伸。芯部11和壳13a、13b可以是同心的。

加热模块3a、3b因此具有由壳13a、13b限定的大体圆柱形形状。

芯部11和壳13a、13b限定引导回路15，引导回路15引导要被加热的流体，诸如液体。

根据图1和2所示的实施例，每个加热模块3a、3b包括引导回路15，引导回路15引导在芯部11和相应的壳13a、13b之间的流体。

更具体地，芯部11——在图3和4中更好地所见——具有限定引导回路15的芯部11本体12。

引导回路15围绕芯部11的本体12的外表面限定，且因此在芯部11的外侧和加热模块3a、3b的相关联壳13a或13b的内侧。换句话说，芯部11的本体12的外表面和相关联壳13a或13b的内表面限定一容积，要被加热的流体在该容积中围绕该芯部11流通。

芯部的本体12的外表面可大体光滑，这意味着没有被设计为导致流体执行绕芯部11的特定运动的沟槽或肋。

作为变体，用于扰动流体流的器件可设置在芯部11的本体12的外表面上，以便改善热交换；作为例子，可设置袋状或甚至肋状的外表面。

此外，与加热模块3a、3b的芯部11相关联的壳13a、13b以0.5mm至8mm的距离e围绕芯部11的本体12设置，该距离在图4和5中示意性地示出。在所示例子中，这是侧向距离e。

该距离e形成芯部的本体12的外表面和壳13a、13b的内表面之间的间隔，使得可以限定引导回路15的容积。

在所示例子中，距离e在壳体13a、13b的整个长度上是恒定的，这意味着引导回路15的容积是恒定的。

另外，0.5mm至8mm的范围提供了热交换对压力降方面的有利折中。

特别地，通过窄的流体引导回路，流体通过的速度增加，且随着速度增加，压力降增加。另一方面，在用于要被加热的流体的引导回路过大的情况下，压力降下降，但流体和壳之间的热交换是低效的。

限定引导回路的容积的0.5mm至8mm的、芯部本体12和相关联壳13a、13b之间的距离的范围提供了流体和壳13a、13b之间的令人满意的交换，同时最小化压力降。由此限定的引导回路15的容积足够小，从而流体可充分快速地通过并吸收热，且容积也足够大，从而压力降下降。

该范围因此限定引导回路15的容积，其总是允许热量在壳13a、13b与在引导回路15中流通的流体之间传递，同时最小化压力降。

此外，为了允许流体进入加热模块3a、3b，加热模块3a、3b的芯部11可具有流体入口端部23a、23b，流体入口端部23a、23b与入口集管9b以及芯部11和相关联壳13a、13b之间的引导回路15流体地连通。

在所示例子中，加热模块3a、3b的芯部11的入口端部23a、23b可具有开口，所述开口限定流体通道截面，用于使流体进入相关联的加热模块3a、3b的引导回路15。开口可居中且是大的，以便允许流体均匀地分配至引导回路15。

由于芯部11的圆柱形形状，入口端部23a、23b可具有大体环形的形状。在该情况下，流体的分布是大体环形的且均匀的，如图3中的箭头所示。

同样，为了允许流体从加热模块3a、3b排出，加热模块3a、3b的芯部11可具有流体出口端部24a、24b，流体出口端部24a、24b与出口集管9a以及在芯部11和相关联壳13a、13b之间的引导回路15流体地连通。出口端部24a、24b允许已经流通通过引导回路15的流体从加热模块3a、3b排放。

为此，出口端部24a、24b可还具有与引导回路15流体连通的开口26，所述开口限定通道截面，用于已经流通通过引导回路15且需要被排放的流体。

加热模块3a、3b的芯部11的出口端部24a、24b可关于入口端部23a、23b大体对称。由此，出口端部24a、24b可同样是大体环形形状的。

此外，加热模块3a、3b的入口端部23a、23b和出口端部24a、24b是相对的，更具体地，是纵向相对的。

由此，通过经由入口端部23a、23b的被限定流体通道开口而被引入，来自流体入口集管9b的流体可流通通过由加热模块3a、3b的芯部11和相关联壳13a、13b之间的引导回路15所限定的流通容积。进一步地，在流体出口处，已经流通通过引导回路15的流体朝向芯部11的出口端部24a、24b引导，从而其可经由出口集管9a排放。

另外，加热模块3a、3b可包括预限定数量的间隔件35，它们设置在芯部11的入口端部23a、23b和芯部本体12之间。

作为例子，间隔件35可设置在面向入口端部23a、23b的、芯部本体12的端部表面的外周边上，和在相对的入口边缘23a、23b的外周边上。

间隔件35可以预限定的角间隔均匀地分布。当然，间隔件35可以不均匀地分布。

有利地，这样的间隔件35可属于芯部11且可与加热模块3a、3b的芯部11制造为单件。

间隔件35使得可以限定侧向窗口36，经由该窗口36，经由芯部11的入口端部23a、23b的流体通道开口而进入的流体到达在芯部本体12和相关联壳13a、13b之间限定的引导回路15。窗口36因此提供了入口端部23a、23b的流体通道开口和引导回路15之间的流体连通。

经由芯部11的入口端部23a、23b到达的流体朝向芯部11的本体12的外表面和壳13a、13b的内表面之间限定的引导回路15引导，并润湿整个引导回路15的全部表面。

类似地，这样的间隔件35可设置在芯部11的本体12和出口端部24a、24b之间，由此限定窗口36，已经流通通过引导回路15的流体经由所述窗口36到达出口端部24a、24b的流体通道开口。在该情况下，窗口36提供引导回路15和出口端部24a、24b的流体通道开口之间的流体连通。

流体从加热模块3a、3b的芯部11的入口端部23a、23b循环通过引导回路15、然后通过出口端部24a、24b，在图3中通过箭头示意地示出。

根据图3所示，流体遵循通过引导回路15的直线运动，大体平行于纵向轴线A。

作为变体，可在流体引导回路15上游产生流体的不同运动，例如涡旋或螺旋运动。在该情况下，间隔件35可设置为遵循流体绕轴线A的运动，例如涡旋运动，从而流体的该运动围绕芯部11沿引导回路15继续。

间隔件35因此位于流体的路径中，且承担扰动流体流的风险。

为了减轻该缺点，间隔件35有利地布置且构造为不“破坏”流体的运动。

间隔件35可还具有偏转器功能，设置为朝向引导回路15引导到达芯部11的入口端部23a、23b的流体。

相反，设置在芯部的本体12和芯部11的出口端部24a、24b之间的间隔件35可具有偏转器功能，且朝向出口端部24a、24b引导已经流通通过引导回路15的流体。

在图3和4所示的例子中，间隔件35制造为大体凸的凸片形式，或制造为叶片的形式。

根据所示例子，芯部11可还包括中央偏转器37，其大体定位在芯部本体12的面向芯部11的入口端部23a、23b的端部表面的中心处。中央偏转器37还有助于将通过芯部11的入口端部23a、23b进入的流体流经由窗口36朝向引导回路15引导和分配。

中央偏转器37例如具有大体圆形的奶嘴形状。

对称地，中央偏转器37可定位在芯部本体12的面向芯部11的出口端部24a、24b的端部表面上。

壳13a、13b可被供电，且当被供电时形成热源，例如在加热模块3a、3b情况下的加热源。壳13a、13b则称为加热壳13a、13b。

壳13a、13b被控制器件5控制(图2)，以便在所示例子中通过加热壳13a、13b和流体之间的热交换来加热在引导回路15中流通的流体。

根据图2所示的实施例，壳13a、13b具有至少一个电加热器件，诸如加热电阻17。加热电阻17可被制成为电阻迹线17的形式。根据所示实施例，加热壳13a、13b具有两个电加热器件，其制造为两个电阻迹线17的形式。

两个电阻迹线17可至少部分地在壳13a、13b的高度上平行延伸。两个电阻迹线17例如彼此重叠或交错。

电阻迹线17例如通过丝网印刷制造在壳13a、13b的外表面上，即在与壳13a、13b的内表面相反的表面上，所述内表面面向限定引导回路15的芯部11的本体12。电阻迹线17因此在引导要被加热的流体的引导回路15之外。

通过该实施例，由一个或多个电阻17产生的热通过相应的加热壳13a或13b的壁直接传递至要被加热的流体，由此最小化热损失并减小装置的热惯性，从而流体可被快速地加热。

在该情况下，通过控制向加热电阻17的供电，控制器件5控制加热壳13a、13b，在该例子中，所述加热电阻制造为电阻迹线17的形式。

为此，电阻迹线17连接至控制器件5。为此目的，设置电连接至电阻迹线17的端部的连接端子18。控制器件5电连接至这些连接端子18。

此外，温度传感器(在图中未示出)可被设置用于测量相关联的加热元件13a、13b的温度。这可以是热敏电阻，诸如NTC(负温度系数)探针，其电阻随温度而均匀减小。该温度传感器可以被铜焊或钎焊至相关联壳13a、13b的外表面。

在该情况下，控制器件5根据加热指令和根据温度传感器测量的温度来控制向加热电阻17的供电。

控制壳13a、13b的控制器件5可包括电路支撑件19，诸如印刷电路板(或PCB)。电路支撑件19承载电子和/或电部件。这些的显著例子是一个或多个电流开关，用于控制向加热元件13a、13b、微控制器、将加热电阻17连接至电流开关的电连接器、高电压功率连接器和低电压功率连接器和数据总线的供电。

可还设置定位电流支撑件19的器件，诸如夹持紧固器件，其被例如设置在电流支撑件19的四个角部。

此外，在包括多个加热模块的加热装置1(在所示例子中为两个)的情况下，这些加热模块3a、3b可以是相同的。

根据所示实施例，两个加热模块3a、3b大体平行地并排定位。

当然，可设想其他布置，例如将所述两个加热模块3a、3b沿加热模块3a、3b的纵向方向尾对尾定位。

并排布置使得可以减小加热装置1沿纵向方向的总尺寸。另外，该布置具有低的加热惯性和低的压力降。

此外，就所关注的流体入口和出口集管9a、9b而言，如可在图1所见，流体出口集管9a可具有与流体入口集管9b大体相同的形状。

根据该例子，入口集管9b和出口集管9a在加热模块3a、3b的两个相对端部处对称地连接。

根据所示实施例，两个集管9b、9a(分别是入口和出口集管)包括用于使流体进入或排放的流体流通管道9，与第一加热模块3a的引导回路15和与第二加热模块3b的引导回路15连通。

流体入口和出口集管9b、9a还包括凸出的流体进口或排放喷嘴29。每个集管9a、9b的喷嘴29对两个加热模块3a、3b共用。

流体由此从入口集管9b的流体进口喷嘴29流入到入口集管9b的流体流通管道25，然后并行进入到加热模块3a、3b的引导回路15中，并在出口集管9a的流体流通管道25中重新合并，然后进入用于将流体从出口集管9a排放的喷嘴29。

因此将意识到，包括如上限定的芯部11和围绕芯部11距芯部11的本体12为0.5mm至8mm量级的距离e处布置的加热壳13a、13b的加热模块3a、3b使得可以在要被加热的流体和加热壳13a、13b之间获得良好的热交换，以便满足所要求的加热需求，同时最小化压力降。

此外，具有如上描述的入口端部23a、23b(限定用于使流体进入到引导回路15的大的中央通道截面)的芯部11允许要被加热的流体在引导回路15中均匀分布，且由此有助于改善流通通过该引导回路15的流体和加热壳13a、13b之间的热交换。

Claims (10)

1.一种用于对用于机动车辆的流体进行电热调节的装置(1)，所述装置包括至少一个热模块(3a、3b)，所述热模块包括：

-芯部(11)，具有芯部本体(12)，和

-壳(13a、13b)：

-能够被供电，以形成热源，且

-围绕芯部(11)布置，以便限定用于引导要被热调节的流体的引导回路(15)，所述引导回路(15)被限定在芯部(11)的本体(12)和壳(13a、13b)之间，

其特征在于，所述壳(13a、13b)围绕芯部(11)以距芯部(11)的本体(12)0.5mm至8mm的距离(e)布置。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述壳(13a、13b)围绕芯部(11)的本体(12)以一侧向距离(e)相对于芯部(11)的本体(12)布置。

3.如权利要求1或2所述的装置，其中，热模块(3a、3b)沿纵向轴线(A)延伸，且芯部(11)的本体(12)和热模块(3a、3b)的壳(13a、13b)之间的距离(e)沿所述壳(13a、13b)的长度大体上恒定。

4.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述芯部(11)的本体(12)和热模块(3a、3b)的壳(13a、13b)分别具有大体圆柱形形状。

5.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述壳(13a、13b)包括至少一个电加热电阻。

6.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述芯部(11)的本体(12)的外表面是大体光滑的。

7.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，热模块(3a、3b)的芯部(11)具有流体入口端部(23a、23b)和与所述入口端部(23a、23b)相对的流体出口端部(24a、24b)。

8.如权利要求7所述的装置，其中，所述芯部(11)包括预限定数量的间隔件(35)，所述间隔件(35)定位在芯部(12)的本体和芯部(11)的入口端部(23a、23b)或出口端部(24a、24b)之间。

9.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其被设置在用于为所述车辆的内部供暖的加热回路中。

10.一种用于机动车辆的供暖和/或空调单元，其特征在于，其包括至少一个如前述权利要求中的任一项所述的热调节装置(1)。