CN110662664A - 车辆用感应加热器 - Google Patents

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张吉相
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Abstract

本发明涉及车辆用感应加热器，其使用感应加热方法来加热车辆的冷却剂，并且更具体地涉及应用板型线圈和板型加热元件从而易于成形并且具有低热密度的车辆用感应加热器。

Description

车辆用感应加热器
技术领域
本发明涉及一种使用感应加热方法来加热车辆的冷却剂的车辆用感应加热器，更具体地，涉及一种易于成型并且通过应用板状线圈和板状加热元件而具有减小的加热密度的车辆用感应加热器。
背景技术
当前，使用汽油或柴油发动机作为驱动源的内燃机车辆是最常见类型的车辆，但是相对于这种内燃机的能源，由于诸如燃烧中产生的废气导致环境污染以及石油储量减少的各种原因，对新能源的需求不断增长，结果，将电力用作能源的电动车辆(EV)、混合动力车辆(HEV)和燃料电池车辆(FCEV)前正在投入实际使用或开发中。
然而，与传统的内燃机车辆不同，使用冷却剂的加热系统可能不能应用于使用电力作为能源的车辆，或者难以将加热系统应用于使用电力作为能源的车辆。即，使用传统的内燃机作为驱动源的车辆在发动机中产生大量的热量，具有用于冷却这种热量的冷却剂循环系统，并且将由冷却剂从发动机吸收的热量用于室内加热。然而，由于电动车辆、混合动力车辆和燃料电池车辆的驱动源不会产生诸如在发动机中产生的大量热量，因此在使用这种传统加热系统方面存在局限性。
因此，已经对电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车等进行了多项研究，例如，可以将热泵添加到空调系统中以允许将热泵用作热源，单独的热源(诸如，电加热器等)被提供。其中，电加热器现在被广泛使用，因为它可以在不显著影响空调系统的情况下更容易地加热冷却液。
在此，电加热器包括：空气加热型加热器，其用于直接加热吹入车辆内部的空气；以及冷却剂加热型加热器(或冷却剂加热器)，其用于加热冷却剂。
其中，用于燃料电池车辆以加热冷却剂的传统感应加热型冷却剂加热器被构造成使得高频发电机30电连接至产生功率的燃料电池堆10，并被形成为缠绕在由金属材料制成的冷却剂流动管道2的外部上的线圈的形式，所述金属材料为磁性物质，其中，由于在通过使用燃料电池堆10的电力使交流电流流过感应线圈时变化的磁场而在冷却剂流动管道2中产生涡流，并且冷却剂流动管道2可以被焦耳热加热，从而加热通过冷却剂流动管道2的冷却剂。
然而，在这种传统的感应加热型冷却剂加热器中，由于缠绕有感应线圈31的流动管道2的加热部分的加热密度增加，因此存在高频发电机30的运行期间流动管道2的加热部分迅速过热导致感应加热器故障或起火的风险。
因此，需要加长缠绕感应线圈31的流动管道2的加热部分的长度或者需要增加外径以减小加热密度，但是流动管道的长成型存在限制，使得不能超过一定长度进行成型，并且当管道的外径增大时，会出现由于冷却剂流动压力下降而导致的性能下降的问题。
发明内容
技术问题
本发明的目的是提供一种车辆用感应加热器，所述车辆用感应加热器包括分别在冷却剂流动路径上的板状感应线圈和在感应线圈的相对两侧上的板状加热元件，而不会在减小加热密度时影响冷却剂的流动压力。
本发明的另一个目的是提供一种车辆用感应加热器，该车辆用感应加热器能够通过将供冷却剂流出的出口的高度设置为高于系统中流动的冷却剂的高度来容易地去除加热器中产生的气泡。
技术方案
在一个总体方面，一种车辆用于感应加热器包括：主体100，其具有加热空间A2，冷却剂在该加热空间A2中流动；线圈部件200，其被设置在加热空间A2中，并且包括壳体210和板状的线圈230，在壳体210中容纳有线圈230以隔绝线圈230；以及板状的加热元件310和320，其被布置成与线圈部件200相邻，其中，加热空间A2包括沿线圈部件200的一个表面形成的第一流动路径R1和沿线圈部件200的另一表面形成的第二流动路径R2。
加热元件310和320可以包括布置在线圈部件200的一个表面上的第一加热元件310和布置在线圈部件200的另一表面上的第二加热元件320，并且第一流动路径R1可以穿过加热元件310，而第二流动路径R2可以穿过第二加热元件320。
车辆用感应加热器1000还可以包括：控制部件120，其连接至线圈230；以及供电部件，其用于连接到线圈230或阻断供应至线圈230的电力，并且控制加热元件310和320被感应加热，其中，主体100可以具有在其中容纳控制部件120的控制空间A1，并且控制空间A1和加热空间A2可以被分隔壁160分隔。
由软磁性材料形成的板状的电磁波阻挡体311和312可以设置在第一加热元件310的一个表面或第二加热元件320的另一表面上，或者分别被设置在第一加热元件310的一个表面和第二加热元件320的另一表面上。
车辆用感应加热器1000还可以包括：用于将冷却剂供应到加热空间A2的入口；以及用于排放在加热空间A2中加热的冷却剂的出口，其中，入口可以被形成在低于出口的位置，而出口可以被形成在加热空间A2的上侧。
入口和出口可以被形成在主体100的任一个表面上，入口可以被形成在主体100的下侧，而出口可以被形成在主体100的上侧。
主体100可以包括第二盖520，第二盖520密封加热空间A2的下侧的开口部分，并且入口可以被形成在第二盖520上。
当线圈部件200沿竖直方向布置时，入口可以被形成在第二盖520的下侧，而出口可以被形成在第二盖520的上侧。
出口可以被形成为穿透主体100，并且可以被形成为朝着主体100的外侧向上倾斜。
加热空间A2的上表面可以被形成为朝向出口侧倾斜，使得出口侧较高，而与出口侧相对的一侧较低。
控制部件120可以被布置成与分隔壁160紧密接触。
控制部件120的元件130可以被布置成与控制部件120上的入口侧相邻。
线圈230可以被间隔开并且以圆形缠绕并且可以被形成为单层或多层，并且线圈部件200可以包括缠线管240，线圈230被装配到缠线管240以保持线圈230的形状。
供电源连接端子232穿过的电源连接部件150可以被形成在分隔壁160上，使得线圈230的电源连接端子232连接到控制部件120。
台阶151可以被形成在电源连接部件150上，并且O形环O可以被插入到台阶151和供固定电源连接端子232的电源连接端子壳体243彼此接触的部分中。
有益效果
在具有上述构造的根据本发明的车辆用感应加热器中，由于感应线圈或加热元件被形成为板状，并且一对加热元件分别被对称地布置在感应线圈的相对两侧上，所以不会由于尺寸的增大而对成型构成限制，并且即使线圈或加热元件的尺寸增大，冷却剂流动路径的截面积也不存在差异，从而使得能够通过增加加热元件的尺寸来减小加热元件的加热密度。
另外，由于冷却剂的入口和出口是自由布置的，所以可以通过设定冷却剂的输出的位置来迅速排出加热器中产生的气泡。
结果，随着加热密度的减小，可以防止由加热器的过热而引起的故障或着火，并且可以减少气泡出现的可能性并迅速去除产生的气泡，从而防止了由加热器中残留的气泡引起的热交换性能的劣化。
附图说明
图1和图2是示出传统冷却剂加热器的示意图和截面图。
图3是根据本发明的实施方式的感应加热器的整体立体图。
图4是根据本发明的实施方式的感应加热器的分解立体图。
图5是根据本发明的实施方式的感应加热器的仰视立体图。
图6是根据本发明的实施方式的感应加热器的线圈部件的立体图。
图7是根据本发明的实施方式的线圈部件的分解立体图。
图8是根据本发明的实施方式的线圈部件的截面图。
图9是根据本发明的实施方式的感应加热器的局部放大截面图。
图10是根据本发明的另一实施方式的感应加热器的示意性截面图。
图11是根据本发明的又一实施方式的沿竖直方向布置的感应加热器的示意性截面图。
附图标记描述
1000：感应加热器
A1：控制空间 A2：加热空间
100：主体 120：控制部件
130：元件
200：线圈部件 210：壳体
220、250：保持器 230：线圈
240：缠线管
310、320：加热元件
510、520：盖
具体实施方式
在下文中，将参照附图来详细描述本发明的实施方式。
图3示出了根据本发明的实施方式的感应加热器1000的整体立体图，并且图4示出了根据本发明的实施方式的感应加热器1000的截面图。
如图所示，感应加热器1000被形成为箱形，并且包括用于通过电力产生磁场的线圈部件200以及通过磁场感应加热的加热元件310和320。因此，感应加热器1000具有被引入感应加热器1000中的冷却剂被加热元件310和320加热并且被排出的构造。更详细地，感应加热器1000包括具有中空内部部分的主体100。主体100被形成为包括控制空间A1和加热空间A2，在控制空间A1中容纳控制部件120，在所述加热空间A2中容纳线圈部件200和加热元件310和320并且冷却剂在所述加热空间A2中流动，并且控制空间A1和加热空间A2被分隔壁160分隔。另外，控制空间A1的一侧的开口部分可以通过第一盖510密封，而加热空间A2的另一侧的开口部分可以通过第二盖520密封。
设置在加热空间A2中的线圈部件200被形成为板状，并被布置在加热空间A2的垂直宽度方向的中央。因此，通过冷却剂入口引入的冷却剂沿着第一流动路径R1和第二流动路径R2被分开，在所述第一流动路径R1中，冷却剂沿着线圈部件200的一个表面流动，在所述第二流动路径R2中，冷却剂沿着线圈部件200的另一个表面流动。流过第一流动路径R1的冷却剂经由第一加热元件310被排放到冷却剂出口，而流过第二流动路径R2的冷却剂经由第二加热元件320被排放到冷却剂出口。通过由线圈部件200产生的磁场感应加热的加热元件310和320也被形成为板状。加热元件310和320包括被布置在第一流动路径R1上以与线圈部件200相邻的第一加热元件310和被布置在第二流动路径R2上以与线圈部件200相邻的第二加热元件320。第一加热元件310加热沿第一流动路径R1流动的冷却剂，而第二加热元件320加热沿第二流动路径R2流动的冷却剂。
即使如上所述增加形成为板状的线圈部件200以及加热元件310和320的尺寸或面积，线圈部件200以及加热元件310和320的成型也不受限制并且不会影响冷却剂流动期间的流动压力。
另外，设置在控制空间A1中的控制部件120被形成为普通的PCB形状并且被紧密地固定至分隔壁160。这是为了通过与沿加热空间A2流动的冷却剂进行热交换来抑制控制部件120的发热。具体地，控制部件120的元件130是具有高发热的部件，并且被布置在控制部件120上与入口相邻的一侧，以首先与未被加热的冷却剂交换热量，从而进一步提高冷却性能。
图5和图6示出了根据本发明的实施方式的感应加热器1000的分解立体图。为了方便起见，将附图的上侧定义为一侧，并且将附图的下侧定义为另一侧。
如图所示，控制空间A1被形成在主体100的一侧处，而加热空间A2被形成在主体100的另一侧处。包括元件130的控制部件120可以被设置在控制空间A1上，并且线圈部件200以及用于加热冷却剂的加热元件310和320可以被设置在加热空间A2中。另外，电源连接部件150可以形成在主体100上，以通过分隔壁160与控制空间A1和加热空间A2连通，从而通过控制部件130向线圈部件200供电。感应加热器1000包括用于密封控制空间A1的一侧的敞开表面的第一盖510，并且包括用于密封加热空间A2的另一侧的敞开表面的第二盖520。
在第二盖520上形成有用于引入冷却剂的入口，并且在主体100的加热空间A2侧的侧面上形成有用于排出经加热的冷却剂的出口。
另外，如图所示，线圈部件200被形成为圆板状，并且与线圈部件200的一个表面和另一表面相邻布置的加热元件310和320也被形成为具有预定厚度的板状。
在下文中，将参考附图详细描述如上所述的用于感应加热板状加热元件310和320的线圈部件200的详细构造。
图7示出了根据本发明的实施方式的线圈部件200的整体立体图，并且图8示出了根据本发明的实施方式的线圈部件200的分解立体图。
如图所示，线圈部件200通常包括：盘形线圈主体201，在所述线圈主体201中容纳有线圈230；供电部件202，所述供电部件202具有线圈230的暴露的电源连接端子232以向线圈230供电；以及固定部件203，所述固定部件203在主体的外径方向上突出以将线圈部件200固定到主体100。
当线圈部件200容纳线圈230并且被布置在冷却剂在其中流动的加热空间A2中时，线圈部件200包括由树脂材料形成的用于使线圈230与冷却剂隔离的壳体210、线圈230被缠绕并被固定为圆形的缠线管240以及用于将线圈230固定到壳体210内部的保持器220和250。
壳体210被构造为包括：壳体主体211，所述壳体主体211内部容纳线圈230、缠线管240以及保持器220和250；壳体供电部件213，线圈230的电力连接端子232从所述壳体供电部件213暴露出；以及壳体固定部件212，所述壳体固定部件212用于将线圈部件200固定到主体100。
线圈230被构造成包括：缠绕成圆形的板状线圈主体231；以及形成在线圈主体231的端部处以接收电力的电源连接端子232。线圈主体231可以被形成为单层，或者也可以根据需要形成为缠绕有多个层的形式。
缠线管240用作用于固定缠绕的线圈230的分隔物，并且包括：缠线管主体241，线圈主体230被装配到所述缠线管主体241；缠线管固定部件242，其用于将缠线管240固定在壳体中；以及电源连接端子壳体243，电源连接端子232被固定到所述电源连接端子壳体243。
保持器220和250被构造为在壳体210内稳定地固定和支撑线圈230和缠线管240，并且包括固定到缠线管240的一侧的第一保持器220和固定到缠线管240的另一侧的第二保持器250。保持器220和250包括：保持器主体221和251，其支撑缠线管240；以及保持器固定部件252，其在保持器主体221和251的外径方向上突出以将保持器220和250固定到壳体210。
图9示出了根据本发明的实施方式的感应加热器1000的局部放大截面图。在根据本发明的实施方式的感应加热器1000中，线圈部件200的电源连接端子壳体243和电源连接端子232被形成为穿透分隔壁160的电源连接部件150。因此，在电源连接部件150上形成有台阶151，以防止加热空间A2中的冷却剂泄漏到控制空间A1中，并且O形环O被插入到台阶151和电源连接端子壳体243彼此接触的部分中，以防止冷却剂的泄漏。
图10示出了根据本发明的另一实施方式的感应加热器1000的示意性截面图。如图所示，在第一加热元件310的一侧上设置有板状的第一电磁波阻挡体311。由于第一电磁波阻挡体311由软磁性材料形成并且阻挡并反射在线圈部件200中产生的磁场，所以具有增加第一加热元件310的感应并且即使在低频下也可以改善感应加热的效率的效果。另外，具有由于阻止传递到控制部件120的电磁波的效果而可以防止控制部件120的故障的效果。
由于在第二加热元件320的另一侧上还设置有具有与第一电磁波阻挡体311相同的特性的第二电磁波阻挡体321，所以具有可以增加第二加热元件320的感应并且可以在低频下改善感应加热的效率的效果。
同时，根据本发明的感应加热器1000具有以下构造，以便增加冷却剂的流动性并有效地去除可能在加热空间A2中产生的气泡。在根据本发明的感应加热器1000中，入口可以被形成在位于主体100的下表面上的第二盖520上，以使冷却剂从下侧向上侧移动并且使冷却剂在单向方向上移动。作为另一示例，入口可以被形成在主体100的最下侧的表面上。另外，出口可以被形成在主体100的最上侧的表面上。具体地，入口和出口可以分别被形成在主体100的彼此相对的表面上，或者可以被形成为彼此最大地间隔开。
图11示出了根据本发明的另一实施方式的感应加热器1000的示意性截面图。如图所示，当感应加热器1000在竖直方向上竖立时，感应加热器1000具有以下构造，以便有效地除去可能在加热空间A2中产生的气泡。即，入口被形成在位于主体100的下表面上的第二盖520上，并且可以被形成在第二盖520的最下侧上。作为另一示例，入口可以被形成在主体100的侧表面上。另外，最优选地，出口被形成在主体100的侧表面上，但是为了增加空间利用，出口被形成在位于主体100的下表面上的第二盖520上并且可以被形成在第二盖520的最上侧上。
另外，尽管未在附图中示出，但是出口可以被形成为穿透主体100并向外延伸，并且可以被形成为朝向主体100的外侧向上倾斜。如上所述，当出口被形成为向上倾斜时，感应加热器被构造为使得朝向出口侧移动的气泡可以更容易地排出。另外，加热空间A2的上表面也可以被形成为朝向出口侧倾斜。即，由于出口侧被形成为较高并且与出口侧相对的侧被形成为较低，所以感应加热器被构造成使得在加热空间A2的上侧上产生的气泡可以被引导至出口侧。
本发明不应被解释为限于上述实施方式。本发明可以应用于各种领域，并且可以在不脱离权利要求中要求保护的本发明的范围的情况下由本领域技术人员进行各种修改。因此，对于本领域技术人员而言显而易见的是，这些改变和修改落入本发明的范围内。

Claims (15)

1.一种车辆用感应加热器，所述车辆用感应加热器包括：
主体(100)，所述主体具有冷却剂流动的加热空间(A2)；
线圈部件(200)，该线圈部件被设置所述加热空间(A2)中，并且包括壳体(210)和板状的线圈(230)，在所述壳体(210)中容纳有所述线圈(230)以隔绝所述线圈(230)；以及
板状的加热元件(310，320)，所述加热元件(310，320)被布置成与所述线圈部件(200)相邻，
其中，所述加热空间(A2)包括沿所述线圈部件(200)的一个表面形成的第一流动路径(R1)和沿所述线圈部件(200)的另一表面形成的第二流动路径(R2)。
2.根据权利要求1所述的车辆用感应加热器，其中，所述加热元件(310，320)包括布置在所述线圈部件(200)的一个表面上的第一加热元件(310)和布置在所述线圈部件(200)的另一个表面上的第二加热元件(320)，并且
所述第一流动路径(R1)穿过所述第一加热元件(310)，而所述第二流动路径(R2)穿过所述第二加热元件(320)。
3.根据权利要求1所述的车辆用感应加热器，所述车辆用感应加热器还包括：控制部件(120)，所述控制部件连接到所述线圈(230)；以及供电部件，所述供电部件用于连接或阻挡供应给所述线圈(230)的电力，并且控制所述加热元件(310，320)被感应加热，
其中，所述主体(100)具有控制空间(A1)，在所述控制空间中容纳所述控制部件(120)，并且
所述控制空间(A1)和所述加热空间(A2)被分隔壁(160)分隔。
4.根据权利要求2所述的车辆用感应加热器，其中，由软磁性材料形成的板状的电磁波阻挡体(311，312)设置在所述第一加热元件(310)的一个表面或所述第二加热元件(320)的另一表面上，或者分别被设置在所述第一加热元件(310)的一个表面和所述第二加热元件(320)的另一表面上。
5.根据权利要求1所述的车辆用感应加热器，所述车辆用感应加热器还包括：
入口，所述入口用于将所述冷却剂供应到所述加热空间(A2)；以及
出口，所述出口用于排放在所述加热空间(A2)中加热的冷却剂，
其中，所述入口被形成在低于所述出口的位置处，并且
所述出口被形成在所述加热空间(A2)的最上侧。
6.根据权利要求5所述的车辆用感应加热器，其中，所述入口和所述出口被形成在所述主体(100)的任一个表面上，所述入口被形成在所述主体(100)的下侧，而所述出口被形成在所述主体(100)的上侧。
7.根据权利要求6所述的车辆用感应加热器，其中，所述主体(100)包括第二盖(520)，所述第二盖密封所述加热空间(A2)的下侧的开口部分，并且
所述入口被形成在所述第二盖(520)上。
8.根据权利要求7所述的车辆用感应加热器，其中，当沿竖直方向布置所述线圈部件(200)时，所述入口被形成在所述第二盖(520)的下侧，并且
所述出口被形成在所述第二盖(520)的上侧。
9.根据权利要求5所述的车辆用感应加热器，其中，所述出口被形成为穿透所述主体(100)并且被形成为朝向所述主体(100)的外侧向上倾斜。
10.根据权利要求5所述的车辆用感应加热器，其中，所述加热空间(A2)的上表面被形成为朝向出口侧倾斜，使得所述出口侧较高，而与所述出口侧相对的一侧较低。
11.根据权利要求3所述的车辆用感应加热器，其中，所述控制部件(120)被布置成与所述分隔壁(160)紧密接触。
12.根据权利要求11所述的车辆用感应加热器，其中，所述控制部件(120)的元件(130)被布置成与所述控制部件(120)上的入口侧相邻。
13.根据权利要求1所述的车辆用感应加热器，其中，所述线圈(230)被间隔开并且以圆形形状缠绕，并且被形成为单层或多层，并且
所述线圈部件(200)包括缠线管(240)，所述线圈(230)被装配到所述缠线管以保持所述线圈(230)的形状。
14.根据权利要求3所述的车辆用感应加热器，其中，在所述分隔壁(16)上形成有供电源连接端子(232)穿过的电源连接部件(150)，使得所述线圈(230)的所述电源连接端子(232)连接到所述控制部件(120)。
15.根据权利要求14所述的车辆用感应加热器，其中，在所述电源连接部件(150)上形成有台阶(151)，并且
O形环(O)被插入到所述台阶(151)和供固定所述电源连接端子(232)的电源连接端子壳体(243)彼此接触的部分中。
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