CN107850338B - 流体加热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种流体加热装置，其用于加热流体，其中，该流体加热装置包括加热器单元，该加热器单元具有加热器和以覆盖所述加热器的周围的方式形成的加热部，所述加热部具有：内侧换热面，其形成于贯穿所述加热器的内侧的通孔的内表面且与流体进行换热；以及外侧换热面，其形成于所述加热器的外侧的外壁部且与流体进行换热。

Description

流体加热装置
技术领域
本发明涉及一种用于加热流体的流体加热装置。
背景技术
在JP2014－053288A中公开了一种利用加热器来加热自供给通路供给到箱体内的流体并将流体自排出通路排出的流体加热装置。在该流体加热装置中，利用设于箱体内的螺旋状的加热器来加热在箱体中流通的流体。
然而，在JP2014－053288A的流体加热装置中，在供流体流通的箱体内收纳有加热器的发热部，流体直接接触于发热部的表面而进行换热。因此，用于与流体进行换热的传热面积取决于加热器的大小。
本发明的目的在于，使用于与流体进行换热的传热面积较大。
发明内容
根据本发明的某一技术方案，提供一种流体加热装置，其用于加热流体，其中，该流体加热装置包括加热器单元，该加热器单元具有加热器和以覆盖所述加热器的周围的方式形成的加热部，所述加热部具有：内侧换热面，其形成于贯穿所述加热器的内侧的通孔的内表面且与流体进行换热；以及外侧换热面，其形成于所述加热器的外侧的外壁部且与流体进行换热。
在该技术方案中，加热器单元具有以覆盖加热器的周围的方式形成的加热部。加热部具有：内侧换热面，其形成于贯穿加热器的内侧的通孔的内表面；以及外侧换热面，其形成于加热器的外侧的外壁部。在加热器单元中，加热部的表面积成为用于与流体之间进行换热的传热面积，因此，内侧换热面的表面积和外侧换热面的表面积的合计面积成为传热面积。因而，与使加热器和流体直接接触的情况相比，能够使用于与流体进行换热的传热面积较大。
附图说明
图1是本发明的实施方式的流体加热装置的分解立体图。
图2是流体加热装置的加热器单元和箱体的侧视图，是利用截面表示箱体的图。
图3是流体加热装置的加热器单元和箱体的主视图，是利用截面表示箱体的图。
图4是本发明的实施方式的变形例的流体加热装置的加热器单元和箱体的主视图，是利用截面表示箱体的图。
图5是说明利用流体加热装置加热的流体的温度变化的图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式的流体加热装置100。
流体加热装置100被应用于在EV(Electric Vehicle：电动车)、HEV(HybridElectric Vehicle：混合动力车)等车辆上搭载的车辆用空调装置(省略图示)。流体加热装置100是为了使车辆用空调装置执行供暖运转而加热作为流体的温水的装置。
首先，参照图1～图4说明流体加热装置100的整体结构。
如图1所示，流体加热装置100包括：箱体10，其供水流通；加热器单元20，其收纳在箱体10内；母线组件30，其用于连接各种电气部件；作为控制部的控制基板40，其用于控制加热器单元20的动作；以及罩50，其覆盖母线组件30和控制基板40。
箱体10形成为大致长方体形状。箱体10具有矩形的底面13、自底面13竖立设置的壁面14、以及以与底面13相对的方式在壁面14的端部开口的开口部15。箱体10具有用于供给温水的供给口11和用于排出温水的排出口12。供给口11和排出口12上下排列地开设于箱体10的相同壁面14。流体加热装置100以在使用时排出口12位于比供给口11靠上方的方式配设在车辆内。
如图2和图3所示，加热器单元20具有加热器21、以覆盖加热器21的周围的方式形成的加热部22、将顶面16和加热部22连结起来的连结部29、以及自连结部29突出地形成的作为一对散热部的散热翅片29a。在加热器单元20中，在加热器21的周围压铸成形金属而形成加热部22。加热器单元20借助连结部29与将用于供加热器单元20插入的开口部15闭塞的顶板部23的顶面16相连结，从而与顶板部23一体地成形。
加热器21具有自搭载于车辆的电源装置(省略图示)经由母线组件30供给电力的一对端子21a、21b。加热器21在一对端子21a、21b之间具有向箱体10内突出的螺旋状的发热部21c。加热器21也可以具有如下那样的发热部，该发热部不为螺旋状，而是以例如能够在加热部22内往复的方式形成。
加热器21是通电而使发热部21c发热的护套加热器或PTC(Positive TemperatureCoefficient：正温度系数)加热器。从加热器21的成本考虑，理想的是护套加热器。加热器21接收来自控制基板40的指令而发热，对在箱体10内流通的温水进行加热。
加热部22具有：通孔25，其直径形成得比发热部21c的内周的直径小且沿着发热部21c的中心轴线贯穿发热部21c的内侧；以及外壁部26，其以直径比发热部21c的外周的直径大的方式形成于发热部21c的外侧且与箱体10的内壁17相对。在通孔25的内表面形成有与流体换热的内侧换热面25c，在外壁部26形成与流体换热的外侧换热面26c。加热部22由熔点比加热器21的熔点低的金属成形。在此，加热器21由不锈钢形成，加热部22由铝合金形成。
通孔25形成于被呈螺旋状卷绕的发热部21c的内侧。箱体10的供给口11在通孔25的延长线上开口。通孔25形成供自供给口11供给的温水流动的内周流路27(参照图3)。并不限于此，箱体10的排出口12也可以在通孔25的延长线上开口
如图3所示，通孔25具有沿着温水的流动方向向内周突出的多个内周翅片25a。内周翅片25a使内周流路27中的传热面积比未设有内周翅片25a的情况下的内周流路27中的传热面积大。多个内周翅片25a以等角度间隔朝向内周放射状地形成在通孔25的整周上。
在外壁部26与箱体10的内壁17之间形成与内周流路27相连续且供温水流通的外周流路28。外周流路28将自内周流路27流动过来的温水向排出口12引导。外壁部26的传热面积比通孔25的传热面积大。另外，外周流路28的流路面积比内周流路27的流路面积大。
外壁部26具有沿着加热器21的外周形状形成的外壁主体26a和沿着温水的流动方向自外壁主体26a向外周突出的多个外周翅片26b。
外壁主体26a以覆盖被呈螺旋状卷绕的发热部21c的外侧的方式形成。由于设有外壁主体26a，因此，加热器21和温水不会直接接触。
外周翅片26b使外周流路28中的传热面积比未设置外周翅片26b的情况下的外周流路28中的传热面积大。外周翅片26b以与箱体10的底面13和顶面16大致平行的方式延伸设置。外周翅片26b形成为，与箱体10的高度方向上的中央部相比，越接近顶面16，距基端部26d的距离越长。另外，外周翅片26b形成为，与箱体10的高度方向上的中央部相比，越远离顶面16，距基端部26d的距离越长。外周翅片26b形成为，以与箱体10的相对的一对壁面14分别隔开规定间隔的方式与箱体10的相对的一对壁面14相面对。
位于相邻的一对外周翅片26b之间的基端部26d的外壁部26与位于其他部分的外壁部26相比形成于加热器21的发热部21c的附近。由此，能够使在外周流路28中流动的温水靠近加热器21的发热部21c，因此能够提高加热部22与温水之间的换热效率。另外，加热部22的所有的基端部26d形成为距加热器21的距离大致恒定。
外周翅片26b的数量比内周翅片25a的数量多。由此，外侧换热面26c的传热面积比内侧换热面25c的传热面积大。另外，外周翅片26b的长度比内周翅片25a的长度长。由此，能够在不损害压铸成形加热部22时的成形性的情况下确保加热温水的性能。
如上所述，加热器单元20具有以覆盖加热器21的周围的方式形成的加热部22。加热部22具有在贯穿发热部21c的内侧的通孔25的内表面形成的内侧换热面25c和在发热部21c的外周的外壁部26形成的外侧换热面26c。在加热器单元20中，加热部22的表面积成为用于与温水之间进行换热的传热面积，因此，内侧换热面25c和外侧换热面26c的表面积的合计面积成为传热面积。因而，与使加热器21和温水直接接触的情况相比，能够使用于与温水进行换热的传热面积较大。
如图4所示的变形例那样，既可以使外周翅片26b朝向外周形成为放射状，也可以将内周翅片25a以与箱体10的顶面16大致平行的方式延伸设置。在该情况下，同样地，能够使用于与温水进行换热的传热面积较大。此外，多个内周翅片25a只要以分别大致平行的方式形成即可，也可以不与箱体10的顶面16大致平行。另外，既可以使内周翅片25a和外周翅片26b均形成为放射状，也可以将内周翅片25a和外周翅片26b以与箱体10的顶面16大致平行的方式延伸设置。
如图3和图4所示，连结部29形成为，与加热部22相连结的第1连结部29b的截面积比与顶面16相连结的第2连结部29c的截面积小。由此，能够抑制加热器21的热经由顶面16向后述的IGBT34、35等电子部件传递。
与外周翅片26b同样地，散热翅片29a以与箱体10的底面13和顶面16大致平行的方式延伸设置。通过设置散热翅片29a，从而自加热部22经由第1连结部29b传递过来的热向外周流路28内的温水散热，因此，能够进一步抑制加热器21的热经由顶面16向后述的IGBT34、35等电子部件传递。
如图2所示，与箱体10的开口部15相比，顶板部23在加热器单元20的轴线方向上形成得较长。在顶板部23中的自箱体10伸出的部分设有连接器(省略图示)，其用于将搭载于车辆的电源装置、上位的控制器(省略图示)与流体加热装置100相连接。
在加热器单元20被插入到箱体10内的状态下，顶板部23与开口部15的外周缘焊接起来。顶板部23形成箱体10的顶面16。顶面16与箱体10的底面13大致平行地相对。
如图1所示，在顶板部23形成有用于安装作为温度开关的双金属开关31的凹部24a、用于安装加热器温度传感器32的凹部24b、以及用于安装水温传感器33的凹部24c。
双金属开关31对加热器单元20的温度进行检测，并与检测出的温度相应地进行切换。具体而言，在加热器单元20的温度上升到比第1设定温度高的温度的情况下，双金属开关31切断向加热器单元20的电力供给。也可以是，在加热器单元20的温度下降到比低于第1设定温度的第2设定温度低的温度的情况下，双金属开关31再次切换而再次开始向加热器单元20的电力供给。
加热器温度传感器32检测加热器单元20中的加热器21的温度。加热器温度传感器32向控制基板40发送与检测出的加热器21的温度相对应的电信号。在加热器温度传感器32检测出的加热器21的温度高于设定温度的情况下，控制基板40使向加热器21的电力供给停止。
水温传感器33检测箱体10的排出口12附近的温水的温度。即，水温传感器33检测自箱体10排出的加热后的温水的温度。水温传感器33设于自顶板部23向箱体10内部突出的突出部23a(参照图2、图3以及图4)的内部。水温传感器33向控制基板40发送与检测出的温水的温度相对应的电信号。控制基板40控制向加热器21的电力供给，使得水温传感器33检测出的温水的温度达到期望的温度。
如图2所示，作为开关元件的一对IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)34、35抵接于顶板部23。
IGBT34、35经由母线组件30连接于车辆的电源装置。IGBT34、35连接于控制基板40，并与来自控制基板40的指令信号相应地进行开关动作。IGBT34、35通过开关动作来控制向加热器单元20的电力供给。由此，加热器单元20被调整为期望的温度，自第2流通口12排出的温水被调整为期望的温度。
IGBT34、35因重复开关动作而发热。IGBT34、35能够工作的温度的最大值比在箱体10内流动的温水的温度高。因此，IGBT34、35的温度经由顶板部23向在箱体10内中流动的温水传递，从而IGBT34、35被冷却。
如图1所示，母线组件30层叠于顶板部23的上部。母线组件30形成为比顶板部23小的矩形。母线组件30是由能够输送电力、电信号的金属板形成的导电性的连接构件。
控制基板40层叠于母线组件30的上部。控制基板40形成为比顶板部23小的矩形。控制基板40与母线组件30和IGBT34、35电连接。控制基板40根据上位的控制器的指令来控制IGBT34、35。
罩50设于控制基板40的上部。罩50形成为与顶板部23大致相同的外周形状。罩50与顶板部23的外周缘焊接起来。罩50将其与顶板部23之间的内部空间密闭。
接下来，主要参照图5来说明流体加热装置100的作用。
在图5中，横轴是在箱体10内流通的温水自供给口11起到排出口12为止流动的距离，纵轴是温度T(℃)。如图5所示，在流体加热装置100中，利用温度Th(℃)的加热器单元20将自供给口11供给的温度T1(℃)的温水加热至温度T2(℃)并将温水自排出口12排出。
供给口11形成在通孔25的延长线上。因此，温度T1的温水自供给口11供给并被向内周流路27引导。在内周流路27中，温水通过与形成有内周翅片25a的通孔25的内周之间的换热而被加热。此时，温水被沿着温水的流动方向形成的内周翅片25a进行整流。
通过内周流路27后的温水与同箱体10的供给口11相对的壁面14碰撞而转换方向，并被向外周流路28引导。这样，温水在内周流路27和外周流路28中连续地流动。在外周流路28中流动的温水通过与外壁主体26a和外周翅片26b之间的换热而被进一步加热。此时，温水也被沿着温水的流动方向形成的外周翅片26b进行整流。并且，被加热至温度T2后的温水自排出口12排出。
在此，外周流路28的流路面积比内周流路27的流路面积大。因此，外周流路28中的温水的流速V2(m/s)比内周流路27中的温水的流速V1(m/s)慢。然而，面对外周流路28的外壁部26的传热面积比形成内周流路27的通孔25的传热面积大。因此，如图5所示，能够使内周流路27和外周流路28中的温水的温度上升率为大致恒定。
根据以上的实施方式，能发挥以下所示的效果。
加热器单元20具有以覆盖加热器21的周围的方式形成的加热部22。加热部22具有形成于贯穿发热部21c的内侧的通孔25的内表面的内侧换热面25c和形成于发热部21c的外周的外壁部26的外侧换热面26c。在加热器单元20中，加热部22的表面积成为用于与温水之间进行换热的传热面积，因此，内侧换热面25c的表面积和外侧换热面26c的表面积的合计面积成为传热面积。因而，与使加热器21和温水直接接触的情况相比，能够使用于与温水进行换热的传热面积较大。
另外，由于外周流路28的流路面积比内周流路27的流路面积大，外周流路28中的温水的流速V2比内周流路27中的温水的流速V1慢。然而，面对外周流路28的外壁部26的传热面积比形成内周流路27的通孔25的传热面积大。因此，能够使内周流路27和外周流路28中的温度上升率为大致恒定。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但上述实施方式只不过示出了本发明的应用例的一部分，而并不是将本发明的保护范围限定于上述实施方式的具体结构的意思。
例如，在上述实施方式中，自供给口11供给过来的温水在内周流路27中流动，之后在外周流路28中流动并自排出口12排出。并不限于此，也可以是，自供给口11供给过来的温水在外周流路28中流动，之后在内周流路27中流动并自排出口12排出。
本申请主张基于2015年6月30日向日本国特许厅申请的日本特愿2015－130748及2016年2月5日向日本国特许厅申请的日本特愿2016－021030的优先权，并通过参照而将上述申请的所有内容引入本说明书中。

Claims (18)

1.一种车辆用流体加热装置，其用于加热流体，其中，
该车辆用流体加热装置包括：加热器单元，该加热器单元具有加热器和以覆盖所述加热器的周围的方式形成的加热部；以及
箱体，其收纳所述加热器单元，
所述加热部具有：
内侧换热面，其形成于贯穿所述加热器的内侧的通孔的内表面且与流体进行换热；以及
外侧换热面，其形成于所述加热器的外侧的外壁部且与流体进行换热，
所述外壁部的传热面积比所述通孔的传热面积大，
所述外壁部具有向外周突出的外周翅片，
所述箱体具有将用于供所述加热器单元插入的开口部闭塞的顶面，
所述外周翅片以与所述顶面大致平行的方式延伸设置，
所述通孔形成供流体流通的内周流路，
在所述外壁部与所述箱体的内壁之间形成供流体流通的外周流路，
流体连续地自所述内周流路向所述外周流路流动，
所述外周流路的流路面积比所述内周流路的流路面积大。
2.根据权利要求1所述的车辆用流体加热装置，其中，
所述顶面与所述加热部连结。
3.根据权利要求1所述的车辆用流体加热装置，其中，
所述加热器单元具有：
连结部，其将所述顶面和所述加热部连结起来；以及
散热部，其自所述连结部突出地形成。
4.根据权利要求3所述的车辆用流体加热装置，其中，
所述连结部的与所述加热部相连结的部分的截面积形成得比所述连结部的与所述顶面相连结的部分的截面积小。
5.根据权利要求1所述的车辆用流体加热装置，其中，
所述加热器的两端经由所述加热部与所述顶面连接。
6.根据权利要求1所述的车辆用流体加热装置，其中，
所述加热器具有形成为螺旋状的发热部，
所述通孔的直径形成得比所述发热部的内周的直径小，且所述通孔沿着所述发热部的中心轴线贯穿所述发热部，
所述外壁部的直径形成得比所述发热部的外周的直径大，且所述外壁部与所述箱体的内壁相对。
7.根据权利要求1所述的车辆用流体加热装置，其中，
所述通孔具有向内周突出的内周翅片。
8.根据权利要求7所述的车辆用流体加热装置，其中，
所述内周翅片沿着流体的流动方向形成。
9.根据权利要求1所述的车辆用流体加热装置，其中，
设于比所述箱体的中央部靠近所述顶面的位置的所述外周翅片形成为，与所述箱体的中央部相比，越接近所述顶面，距基端部的距离越长。
10.根据权利要求1所述的车辆用流体加热装置，其中，
设于比所述箱体的中央部远离所述顶面的位置的所述外周翅片形成为，与所述箱体的中央部相比，越远离所述顶面，距基端部的距离越长。
11.根据权利要求7所述的车辆用流体加热装置，其中，
所述内周翅片朝向内周形成为放射状。
12.根据权利要求1所述的车辆用流体加热装置，其中，
所述外周翅片沿着流体的流动方向形成。
13.根据权利要求1所述的车辆用流体加热装置，其中，
位于所述外周翅片的基端部的所述外壁部形成于所述加热器的附近。
14.根据权利要求7所述的车辆用流体加热装置，其中，
所述外周翅片的数量比所述内周翅片的数量多。
15.根据权利要求7所述的车辆用流体加热装置，其中，
所述外周翅片的长度比所述内周翅片的长度长。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的车辆用流体加热装置，其中，
所述箱体具有：
供给口，其用于供给流体；以及
排出口，其用于排出流体，
所述排出口和所述供给口排列地开设于所述箱体的相同面。
17.根据权利要求16所述的车辆用流体加热装置，其中，
所述供给口和所述排出口中的任意一者在所述通孔的延长线上开口。
18.根据权利要求17所述的车辆用流体加热装置，其中，
所述供给口在所述通孔的延长线上开口。
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