CN108702812B - 热交换器系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热交换器系统，特别是用于连接到内燃机，所述内燃机优选为机动车辆的内燃机，该热交换器系统包括：至少一个热交换器模块，特别是油‑水热交换器模块(10)；以及层加热模块(11)，该层加热模块安装在或可安装在热交换器模块上，其中，层加热模块(11)包括：基板，特别是承载板(12)；以及电加热涂层(13)，该电加热涂层被施加到基板，特别是被施加到承载板(12)。

Description

热交换器系统

技术领域

本发明涉及一种热交换器系统，特别是油-水热交换器系统，特别是用于连接到内燃机，优选地用于连接到机动车辆的内燃机；并且本发明涉及一种用于生产所述类型的热交换器系统的方法。

背景技术

例如，EP 2 466 241 A1描述了一种具有多个槽元件的油-水热交换器，该多个槽元件一个堆叠在另一个顶部并且彼此焊接。这样的油-水热交换器通常集成到内燃机的冷却回路中并且可以用于例如冷却机油。

另一种油-水热交换器呈现在US 2015/0176913A1中。在特别的实施方式中，所述文件提出了位于热交换器的内部空间中的一种电加热器，用于使在热交换器内彼此相互作用的流体中的一种流体升温。

在已知的油-水热交换器的情形中，基本上认为不利的是，在这些油-水热交换器中，预加热要么是完全不可能的，要么只能以相当高昂的费用和低效的方式(特别是缓慢地)进行。特别地，对机油未处于操作温度时所形成的污染物的降低被认为是需要改进的。

关于现有技术，基本上还参考WO 2013/186106 A1和WO 2013/030048 A1。所述文件描述了具有电加热层的加热器，施加电压时(或者施加电流时)该电加热层升温。

关于现有技术，还参考DE 10 2011 006 248 A1。所述文件描述了具有加热装置的家用制冷设备。加热装置通过涂漆被生产为层加热器并且被应用到家用制冷设备的蒸发器的表面。具体地，DE 10 2011 006 248 A1中的层加热器被区域性地直接应用到蒸发器的表面并且几乎不展现任何热绝缘作用，以便对蒸发器的功能性只具有最小可能的有害影响。然而，被认为不利的是，根据所述现有技术，生产过程相对繁琐并且似乎被定制于非常具体的使用情况。

发明内容

因此，本方面的目的是提出处于这样的情形中的一种热交换器系统：在该情形中，在热交换器中流动的至少一种流体可以以简单但高效的方式升温。

通过具有本发明的特征的热交换器系统达到所述目的。

特别地，通过这样的热交换器系统达到该目的，该热交换器系统优选地用于连接到内燃机，包括：热交换器模块，特别是油-水热交换器模块；以及层加热模块，该层加热模块安装在或可安装在热交换器模块上，其中，层加热模块包括：基板，特别是承载板；以及加热涂层，该加热涂层被施加到基板，特别地被施加到承载板。

本发明的核心概念在于提供包括基板和加热涂层的层加热模块，用于连接到热交换器模块，特别是油-水热交换器模块。这样，与现有技术相背离，加热涂层不是被直接施加到热交换器，而是被施加到基板，基板又安装在(紧固到)热交换器(热交换器模块)上。这里，在现有技术中所描述的优点实际上被有意地(至少部分地)省略，以有利于简单且极其易变(灵活的)的生产。特别地，可以阐明的是，通过提供基板，首先扩大了热交换器系统的整体结构空间。热传递基本上也不那么高效。然而，本发明已经寻求到提供(单独的)层加热模块的路径，该层加热模块准许以高效的方式并使用简单的装置使在热交换器中流动的至少一种流体升温。特别地，可以以简单的方式升级现有的热交换器(实际上是不同类型和/或不同大小的热交换器)，可选地通过一个且同一个层加热模块进行所述升级。

基板优选为板状基板，特别是承载板。优选地，该板具有两个(至少大致)平面的表面。优选地，粗糙度具有5mm的最大高度，优选为2mm，甚至更优选为0.5mm。基板特别是承载板可以具有多边形轮廓，特别是四角形轮廓，优选为矩形轮廓，或者可以具有(环状)圆形的或椭圆形的或不规则形状的轮廓。基板的厚度特别是承载板的厚度总计达到优选为至少0.5mm，优选为至少1mm，甚至更优选为至少2mm和/或至多20mm，优选为至多12mm，甚至更优选为至多8mm。

优选地，层加热模块以材料锁定的方式连接到热交换器模块，特别是黏附地结合到热交换器模块，和/或以非强制锁定和/或强制锁定的方式连接到热交换器模块，特别是夹持到热交换器模块。这样，以简单的方式生产运行可靠的热交换器系统。可替代地，层加热模块也可以以某些其他方式连接到热交换器模块，例如通过机械紧固装置(例如螺钉和/或螺栓)。也可以可替代地或附加地提供止动连接，例如使得层加热模块卡接到热交换器模块的止动装置中。

基板特别是承载板优选地至少部分地由(热和/或电)绝缘材料制造。热绝缘材料应当特别地理解为意味着是这样的材料：该材料的热传导系数(在25℃下)低于10W/mK或低于2W/mK或低于0.8W/mK或低于0.5W/mK。电绝缘材料应当特别地理解为意味着是这样的材料：该材料的比电阻(在25℃下)为至少105Ω·mm2·m-1或至少109Ω·mm2·m-1 2W/mK或至少1012Ω·mm2·m-1。基板特别是承载板可以特别地由(可能绝缘的)陶瓷制造。可替代地，还可以想到的是，基板特别是承载板由导体例如金属制造。然后，如果合适的话，可以在加热涂层与基板特别是承载板之间提供绝缘层。然而，通常特别优选的是将电加热涂层直接施加到基板特别是承载板。特别地，如果基板优选为承载板是由绝缘材料制造的，则基板可以以协同的方式同时地用作辅助模块的承载件并且用作这样的结构：该结构准许电加热涂层关于热交换器模块至少分区段的绝缘。

优选地，加热涂层和/或绝缘层被施加到基板在其(整个)表面上。此外，加热涂层和/或绝缘层可以具有(至少大致)恒定的层厚度。加热涂层或绝缘层可以被直接施加到基板。加热涂层和/或绝缘层可以是固有地在尺寸上不稳定(或非自支撑式)的设计。

在具体的实施方式中，加热涂层被布置在基板特别是承载板的朝向热交换器模块的那一侧上。在这样的实施方式的情形中，热交换器模块可以以高效的方式被预加热。

优选地，在层加热模块的安装状态下，在层加热模块与热交换器模块之间至少分区段地形成有中间空间。优选地，中间空间(至少分区段地)填充有填充材料(“间隙填充物”)，特别是充填有可能可压缩的和/或可弹性变形的和/或可塑性变形的箔。箔优选地展现(良好的)导热性并且此外优选地具有的热传导系数(在25℃下)为至少15W/mK或至少50W/mK或至少100W/mK或至少180W/mK。特别地，在加热涂层被布置在基板特别是承载板的朝向热交换器模块的那一侧上时，可以由此实现加热涂层关于加热交换器模块的(至少分区段地)简单的绝缘。然而，对于加热涂层而言，基本上还可以(在安装状态下)与热交换器模块的表面接触(可能在整个表面上接触)。在这样的情形中，绝缘层或绝缘盖层(cover，盖、盖罩)可能地可以被布置在加热涂层上(具体地在加热涂层指向远离基板的那一侧上，特别是指向远离承载板的那一侧上)。然而，热交换器模块可能地也可以具有对应的绝缘层或大致绝缘的表面。

在优选的实施方式中，加热涂层的接触部延伸穿过基板特别是承载板。此外，接触部可以优选为延伸穿过基板至少两次，优选地使得接触部的一个导体区段平行于加热涂层延伸(以便与加热涂层接触)。在这样的实施方式中，使简单但可靠的接触部成为了可能，其同时节省了空间。

在一个实施方式中，加热涂层通过热交换器模块接地，特别是通过热交换器模块的壳体接地。具体地，为了该目的，可以在加热涂层和热交换器模块之间形成接地触点(焊垫)或弹簧等等。如果加热涂层被布置在基板特别是承载板的朝向热交换器模块的那一侧上，则接地线路也可以导引穿过基板，特别是导引穿过承载板，并且然后外部地(即是说不经由热交换器模块)或经由热交换器模块地接地。总而言之，使电流电路相对直接的闭合成为了可能。

在优选的实施方式中，基板特别是承载板的两侧设有加热涂层。这样，特别高效的加热是可能的。

在另外的实施方式中，设置有至少两个热交换器模块和/或至少两个层加热模块。优选地，在两个热交换器模块之间布置有至少一个层加热模块。也可能的是，在两个层加热模块之间布置至少一个热交换器模块。基本上可能的是，在一个热交换器模块上布置多个层加热模块，例如至少两个或至少三个层加热模块。总而言之，这样，可以以灵活的方式实现流体中的至少一种流体的高效的热交换和升温。

优选地，层加热模块被设计用于低电压范围内的运行(优选地小于100V，并且更优选地小于60V(直流)，优选地12伏特、24伏特或48伏特)。层加热模块运行所要求的电气部件和/或电子部件可以被相应地设计。这样，可能要求的绝缘可以是相对简单的形式。特别地，繁琐的绝缘体诸如在现有技术中所常见的(在使用高电压范围的情形中)是不必要的。

此外，通过使用一种层加热模块达到上述目的，该层加热模块包括：至少一个基板，特别是至少一个承载板；以及电加热涂层，该电加热涂层被施加到基板，特别是被施加到承载板，以用于使热交换器特别是油-水热交换器的至少一种流体升温，优选地使上述类型的热交换器的至少一种流体升温。

此外，通过一种用于生产热交换器系统特别是油-水热交换器系统的方法，优选地用于生产上述类型的热交换器系统的方法，来独立地达到上述目的，该方法包括下述步骤：

-提供或生产热交换器模块特别是油-水热交换器模块，并且提供或生产(单独的)层加热模块，该层加热模块包括：基板，特别是承载板；以及电加热涂层，该电加热涂层被施加到基板，特别是被施加到承载板；以及

-将热交换器模块与层加热模块连接(以材料锁定和/或非强制锁定和/或强制锁定的方式)，特别是通过黏附结合和/或夹持进行所述连接。

优选地，基板特别是承载板以在尺寸上稳定的形式被制造或者由在尺寸上稳定的材料制造。

此外，通过用于热交换器特别是油-水热交换器的层加热模块达到上述目的，其中，层加热模块具有以上和/或以下特征。

优选地，为了生产层加热模块，在基板中特别是在承载板中形成至少一个孔。此外，优选地，加热涂层的接触部被导引穿过该至少一个孔。在具体的实施方式中，在第一子步骤中，在基板中特别是在承载板中产生盲孔，在第二子步骤中(其在第一子步骤之后)，将加热涂层施加到基板，以及在第三子步骤中(其在第二子步骤之后)，引导导体区段抵靠盲孔的端部，优选地使得盲孔的基底破碎，使得导体区段与加热涂层接触。可替代地或附加地，可以在基板中创建两个孔。优选地，加热涂层的接触部被导引穿过两个孔并且此外(至少分区段地)平行于由加热涂层所限定的平面延伸(以便与加热涂层接触)。在以上对至少也与热交换器系统的生产有关的特征进行描述的情况下(连同热交换器系统)，这些方法特征也被提出作为本方法的优选的实施方式。

对于电加热涂层的控制，特别是闭合环路控制，可以提供双金属开关，该双金属开关可能地具有两个冗余开关装置。

加热涂层特别是介入有绝缘层的加热涂层可以直接施加到基板，特别是直接施加到承载板。所述类型的绝缘层可以例如通过粘附促进剂层形成。聚合物材料可以优选地用于绝缘层。然而，绝缘层优选地通过钝化处理提供，特别是通过氧化处理提供，特别是通过(铝或铝合金的)阳极处理提供。总而言之(具体地在低电压应用中)，提供了简单但充分的电气绝缘。可替代地，加热涂层可以直接施加到基板，特别是直接施加到承载板(例如，在低电压应用中和/或在下表面是不导电的或者是仅仅略微导电时)。总而言之，现有技术中的包括加热层、繁琐的绝缘层以及粘附促进剂层的复杂构造可以被降低。加热涂层基本上可以以材料锁定的方式连接到基板的表面，特别是连接到承载板的表面。

在一个具体的实施方式中，层加热模块被布置在(油-水)热交换器模块的热交换器盖层上。具体地，在低电压应用的情形中，甚至是在盖层的外侧部上使用的情形中(其例如关于接触部可能是有利的)，足够安全地使用(油-水)热交换器模块(甚至没有另外的保护元件)是可能的。总而言之，这样，提出了一种简单但可靠地运行的结构。

在可替代的实施方式中，加热涂层被形成为连续的(特别是非结构化的和/或不间断的)层。加热涂层大致可以具有至少一个区段，在该至少一个区段内，在相互垂直的两个方向上，在加热涂层中在至少1cm、优选地至少2cm、甚至更优选地至少4cm的距离上没有间断。例如，加热涂层可以包括至少一个矩形区段，该至少一个矩形区段在每个情形中具有的长度和宽度为至少1cm，优选地至少2cm，甚至更优选地至少4cm，在该至少一个矩形区段内，在加热涂层中没有间断也没有其他可能的结构。在加热涂层内的“间断”应当理解为意味着是没有电流可以流过的区段，例如由于所述区段保持(整体上)没有材料和/或被绝缘体(至少部分地)填充。加热涂层可以被热喷涂上(不论其在最终状态中是非结构化的还是结构化的)。在该背景下，出乎意料地发现甚至是这样简单的形式的加热涂层也可以实现使油充分升温。

在另外的可替代的实施方式中，加热涂层被形成为结构化的层。加热涂层在该情形中优选地通过掩模工艺被结构化(优选地使用硅树脂，硅树脂可以被印盖)。这样的已知的掩模工艺准许符合要求的结构化并且没有例如用于结构化的具体使用在高电压范围内的激光方法那样繁琐。总而言之，因此，以关于本加热涂层协同的方式利用掩模工艺的优点。

上述绝缘层可以具有的厚度为至少50μm，优选地至少200μm和/或至多1000μm，优选地至多500μm。

加热涂层优选地具有的高度(厚度)为至少5μm，优选地至少10μm和/或至多1mm，优选地至多500μm，甚至更优选地至多30μm，甚至更优选地至多20μm。由加热涂层限定的导电带可以为至少1mm宽，优选地至少3mm宽，甚至更优选地至少5mm宽，甚至更优选地至少10mm宽，甚至更优选地至少30mm宽。表述“宽度”应理解为意味着导电带的与其纵向范围垂直的范围(纵向范围一般地也限定了电流的方向)。

在可替代的实施方式中，保护盖层例如硅树脂保护层被施加在加热涂层上。然而，可替代地，加热涂层限定层加热模块的外侧部也是可能的(在特别易于生产的实施方式中)。

在具体的实施方式中，油-水热交换器模块具有多个子单元，特别是槽元件，此外优选地该多个子单元可以如EP 2 466 241 A1中所描述的那样被设计。油-水热交换器模块可以基本上(除了根据本发明的层加热模块以外)如EP 2 466 241 A1 or US 2015/0176913 A1中所描述的那样被设计。这些文件的公开内容通过引用确切地结合在此。如果提供了多个子单元，则至少一个层加热模块可以可能地被布置在两个子单元之间。如果油-水热交换器模块包括多个槽元件，则至少一个层加热模块可以可能地被布置(被施加)在这些槽元件中的两个槽元件之间(在槽元件中的一个上)。这样，使用简单的装置可以进一步改进预加热(辅助性加热)。

油-水热交换器可以具有扰流器(turbulator，湍流器、紊流器)。在这样的情形中，扰流器可以靠近加热涂层形成，例如距离加热涂层不超过5cm，特别是距离加热涂层不超过2cm；和/或配备有加热涂层。这也是以简单的方式(具体地，无需提供另外的部件)改进流体升温的另外的可能性。这里，以协同的方式利用了这一事实：由于所生成的扰动，在扰流器的区域中增加热传递是可能的。

通常，绝缘层可以是陶瓷材料或聚合物材料或由这样的材料构成：其中，作为陶瓷材料，使用例如Al2O3。

加热层可以特别地被施加到绝缘层，例如在等离子体涂覆工艺中，特别是在等离子体喷涂中，或者在丝网印刷工艺中或作为电阻浆料。在等离子体涂覆工艺中，可能的是例如首先施加导电层，特别是施加到绝缘层。随后，可以从导电层切割出区域，使得留下一个或多个导电带。然而，优选地使用掩模技术。然后，导电带可以形成一个或多个加热电阻。作为对掩模技术的替代方案，可以例如通过激光从导电层切割出所述区域。加热涂层可以例如是金属层并且可能地包括镍和/或铬，或者由所述材料构成。例如，可以使用70-90％的镍和10-30％的铬，其中，80％的镍和20％的铬的比例被认为是非常适合的。

加热涂层可以覆盖的面积例如为至少5cm2，优选地至少10cm2和/或至多200cm2，优选地至多100cm2。(油-水)热交换器模块或(油-水)热交换器系统可以具有的总体积优选为至少200cm3，甚至更优选为至少500cm3，甚至更优选为至少800cm3和/或至多5000cm3，优选为至多2000cm3。例如，(油-水)热交换器模块或(油-水)热交换器系统可以是15-25cm长和/或8-12cm宽和/或3-7cm高(厚)。

热交换器模块特别是油-水热交换器模块优选地具有：一个或多个第一流体通道，以用于传导第一流体特别是油；以及一个或多个第二流体通道，以用于传导第二流体特别是水。

附图说明

下面将基于示例性实施方式对本发明进行描述，该示例性实施方式将在附图的基础上被更具体地讨论。在附图中：

图1示出了热交换器的示意图；

图2示出了根据第一实施方式的层加热模块的详细示意图；

图3示出了层加热模块的另外的实施方式的详细示意图；

图4示出了根据另外的实施方式的(尚未生产完全的)层加热模块的详细示意图；

图5示出了层加热模块的另外的实施方式的详细示意图。

在以下描述中，同一附图标记将被用于相同的部分或作用相同的部分。

具体实施方式

图1示出了油-水热交换器模块10和层加热模块11。油-水热交换器模块10可以例如如EP 2 466 241 A1中所描述的那样被构造，特别是可以具有多个(可能是焊接在一起的)槽元件。

层加热模块11包括承载板12和电加热涂层13。层加热模块11优选地附接到油-水热交换器10的盖层28。

电加热涂层13被施加到承载板12的朝向油-水热交换器模块10的侧部14(然而这不是必要的)。附图标记15指示用于产生接地触点的第一变型，具体地，通过焊垫15制造接地触点，该焊垫将加热涂层13连接到油-水热交换器模块10(特别是其中的壳体)。另外的替代方案由附图标记16表示，其具体地示出了将电加热涂层同样地连接到油-水热交换器模块10(特别是其中的壳体)的线路16。可替代地，线路16也可以外部地接地(即是说不经由油-水热交换器模块10)。对应于接地触点的触点未示出。然而，如果线路16被对应地连接(以与图1背离的方式)的话，所述类型的第二触点可以同样地由类似于该线路的线路形成。

图2示出了电加热涂层的接触部的第一实施方式。在该情形中，电加热涂层13也位于朝向承载板(未示出)的侧部14上(然而这不是必要的)。背向承载板的侧部由附图标记17表示。承载板12具有孔18，形成接触部的导体区段19被导引穿过该孔。为了促进接触部，导体区段19的一个端部20被形成为加宽的部分并且被布置在凹部21中或者被布置在该凹部上。然后，优选地，在生产加热涂层13期间端部20被过量喷涂，使得形成触点。

图3示出了与图2相似的实施方式，然而其中没有提供加宽的端部20和凹部21。

图4示出了在最终完成生产之前层加热模块的详细示意图。具体地，所述附图示出了被插入盲孔22中的导体区段19。与第一盲孔22相对(或邻近)，提供了第二盲孔23(然而这不是必要的)。然后，在接下来的步骤中，加热涂层13被施加，并且在此之后，在两个盲孔22、23之间的预定断裂点24被破穿，使得导体区段19可以与加热涂层13接触。优选地，预定断裂点24由卷材限定。

图5示出了加热涂层13的接触部的另外的可能性。在该实施方式中，第一孔25和第二孔26被形成在承载板12中。导体区段19在该情形中被导引穿过第一孔25和第二孔26两者，使得导体子区段27平行于加热层13延展以便与该加热层接触。这样就实现了特别简单且可靠的接触部。这里，优选地，在附接导体区段19之后再施加电加热涂层(喷涂其上)。

应当指出，在此时，个体的或任意组合的所有上述部分，特别是示出在附图中的细节，被主张对于本发明是必要的。关于此的修改对于本领域技术人员是熟悉的。

附图标记列表

10 油-水热交换器模块

11 层加热模块

12 承载板

13 电加热涂层

14 侧部

15 焊垫

16 导体

17 侧部

18 孔

19 导体区段

20 端部

21 凹部

22 第一盲孔

23 第二盲孔

24 预定断裂点

25 第一孔

26 第二孔

27 导体子区段

28 盖层

Claims (13)

1.一种热交换器系统，其用于连接到内燃机，所述内燃机为机动车辆的内燃机，所述热交换器系统包括：至少一个油-水热交换器模块(10)；以及层加热模块(11)，所述层加热模块安装或能安装在所述油-水热交换器模块的盖层的外侧部上，其中，所述层加热模块(11)包括：基板(12)；以及电加热涂层(13)，所述电加热涂层被施加到所述基板(12)。

2.根据权利要求1所述的热交换器系统，其特征在于，

所述层加热模块以材料锁定的方式连接到所述油-水热交换器模块；和/或所述层加热模块以非强制锁定和/或强制锁定的方式连接到所述油-水热交换器模块。

3.根据权利要求1或2所述的热交换器系统，其特征在于，

所述基板(12)由电和/或热绝缘的材料制造。

4.根据权利要求1或2所述的热交换器系统，其特征在于，

所述电加热涂层(13)被布置在所述基板的面向所述油-水热交换器模块(10)的那一侧上。

5.根据权利要求1或2所述的热交换器系统，其特征在于，

在所述层加热模块的安装状态下，在所述层加热模块(11)与所述油-水热交换器模块(10)之间形成有中间空间，其中，所述中间空间填充有填充材料。

6.根据权利要求1或2所述的热交换器系统，其特征在于，

所述电加热涂层(13)的接触部延伸穿过所述基板(12)，其中，所述接触部延伸穿过所述基板(12)至少两次，使得所述接触部的一个导体区段(27)平行于所述电加热涂层(13)延展以便与所述电加热涂层接触。

7.根据权利要求1或2所述的热交换器系统，其特征在于，

所述电加热涂层(13)经由油-水所述热交换器模块的壳体接地。

8.根据权利要求1或2所述的热交换器系统，其特征在于，

所述基板的两侧设置有电加热涂层(13)。

9.根据权利要求1或2所述的热交换器系统，其特征在于，

设置有至少两个油-水热交换器模块和/或至少两个层加热模块，其中，在两个油-水热交换器模块之间布置有至少一个层加热模块。

10.根据权利要求1或2所述的热交换器系统，其特征在于，

所述层加热模块(11)被设计用于在12伏特、24伏特或48伏特的低电压范围内运行。

11.层加热模块(11)的用途，所述层加热模块包括：基板(12)；以及电加热涂层(13)，所述电加热涂层被施加到所述基板，以用于使油-水热交换器的至少一种流体升温，其中，所述层加热模块(11)安装或能安装在所述油-水热交换器模块的盖层的外侧部上。

12.用于生产热交换器系统的方法，所述热交换器系统为根据权利要求1或2所述的热交换器系统，所述方法包括下述步骤：

-提供或生产油-水热交换器模块(10)并且提供或生产层加热模块(11)，所述层加热模块包括：基板；以及电加热涂层(13)，所述电加热涂层被施加到所述基板；以及

-将所述油-水热交换器模块(10)与层加热模块(11)通过黏附结合和/或夹持进行连接。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，

为了生产所述层加热模块(11)，在所述基板(12)中中形成至少一个孔(18、25、26)，其中，所述电加热涂层的用于接触的接触部被导引穿过所述至少一个孔，

其中，在第一子步骤中，在所述基板(12)中产生盲孔(22)，在第二子步骤中，将所述电加热涂层(13)施加到所述基板，以及在第三子步骤中，引导导体区段抵靠所述盲孔的端部，使得所述盲孔的基底破碎，使得所述导体区段与所述电加热涂层(13)接触，和/或

其中，在所述基板中创建两个孔(25、26)，其中，所述接触部的导体区段平行于所述电加热涂层(13)延展以便与所述电加热涂层接触。

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