CN112455190A - 用于车辆的冷却剂加热器 - Google Patents

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CN112455190A CN202010686285.4A CN202010686285A CN112455190A CN 112455190 A CN112455190 A CN 112455190A CN 202010686285 A CN202010686285 A CN 202010686285A CN 112455190 A CN112455190 A CN 112455190A
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曺王铉
金宗哲
裵己升
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Douyuan Air Conditioning Co ltd
Hyundai Motor Co
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Kia Corp
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Douyuan Air Conditioning Co ltd
Hyundai Motor Co
Kia Motors Corp
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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的冷却剂加热器，该冷却剂加热器包括：壳体单元，具有冷却剂流入的入口部和排出冷却剂的出口部；导流组件，设置在壳体单元的内部空间中，并且具有冷却剂在第一方向上流动的第一流路和通过第一流路的冷却剂在与第一方向不同的第二方向上流动的第二流路；第一加热器部，设置在第一流路中；以及第二加热器部，设置在第二流路中。该冷却剂加热器能够获得提高速效取暖性能和取暖效率的有益效果。

Description

用于车辆的冷却剂加热器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年9月6日向韩国知识产权局提交的申请号为10-2019-0110980的韩国专利申请的优先权和权益，该韩国专利申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及一种用于车辆的冷却剂加热器，并且更具体地，涉及一种能够提高车辆的速效(fast-acting)取暖性能和取暖效率的用于车辆的冷却剂加热器。
背景技术
目前，最常见类型的车辆是将使用汽油、柴油等作为能源的发动机作为驱动源的车辆。但是，由于诸如由上述用于车辆的能源引起的环境污染、石油储藏量的减少等各种原因，对新能源的需求日益增长。
目前，最接近实际应用的技术之一是与通过使用燃料电池作为能源来驱动的车辆相关的技术。
然而，与使用发动机的车辆不同，使用燃料电池的车辆不能使用利用冷却剂的加热系统。换言之，在将使用石油作为能源的发动机作为驱动源的车辆的情况下，发动机中产生大量的热。设置有用于冷却发动机的冷却剂循环系统，并且冷却剂从发动机吸收的热用于车辆的室内取暖。
然而，因为使用燃料电池的车辆产生的热不如发动机产生的热多，因此存在难以将使用发动机的车辆执行的取暖方式应用于燃料电池车辆的问题。
因此，在现有技术中，正在对通过将热泵(heat pump)添加到空调系统而将热泵用作热源或者设置诸如电加热器的单独热源来对燃料电池车辆进行取暖的技术进行研究。
因为电加热器具有容易加热冷却剂而不会显著影响空调系统的优点而被广泛使用。
根据加热方式，电加热器可以分为直接加热被吹向车辆的室内的空气的形式的用于车辆的空气加热式加热器和加热冷却剂的形式的冷却剂加热式加热器(冷却剂加热器)。
然而，在现有技术中的冷却剂加热器的情况下，具有加热元件的盒式加热器安装在壳体内部，并且流入到壳体内部的冷却剂由盒式加热器加热，因此，存在难以充分形成用于加热流入到壳体内部的冷却剂的流动路径(即，由盒式加热器加热冷却剂的路径)，并且难以将速效取暖性能(达到最高温度所花费的时间)和取暖效率提高到一定水平以上的问题。
此外，在现有技术中，由于为了将冷却剂加热到目标温度需要简单地打开/关闭(turn on/off)盒式加热器，因此难以根据取暖负荷来精确地控制盒式加热器的输出。
因此，近来，已经进行了各种研究以提高冷却剂加热器的速效取暖性能和取暖效率，但是研究仍然不足。因此，需要开发一种具有提高的速效取暖性能和取暖效率的冷却剂加热器。
发明内容
本公开旨在提供一种具有提高的速效取暖性能和取暖效率的用于车辆的冷却剂加热器。
特别地，本公开还旨在充分确保冷却剂流动路径，提高冷却剂加热效率并减少加热冷却剂所花费的时间。
本公开还旨在根据取暖负荷来精确地控制冷却剂加热器的输出。
本公开还旨在防止冷却剂加热器被过度加热并提高稳定性和可靠性。
为了实现上述目的，本公开的实施例提供一种用于车辆的冷却剂加热器。该冷却剂加热器包括：壳体单元，具有冷却剂流入的入口部和排出冷却剂的出口部；导流组件(baffle assembly)，设置在壳体单元的内部空间中，并且具有冷却剂在第一方向上流动的第一流路和通过第一流路的冷却剂在与第一方向不同的第二方向上流动的第二流路；第一加热器部，设置在第一流路中；以及第二加热器部，设置在第二流路中。
提供该构造以提高车辆(例如，燃料电池车辆)的速效取暖性能和取暖效率。
换言之，在现有技术中，具有加热元件的盒式加热器安装在壳体内部，并且流入到壳体内部的冷却剂由盒式加热器加热，因此，存在难以充分形成用于加热流入到壳体内部的冷却剂的流动路径(即，由盒式加热器加热冷却剂的路径)，并且难以将速效取暖性能(达到最高温度所花费的时间)和取暖效率提高到一定水平以上的问题。
然而，根据本公开，在壳体单元内部形成有彼此朝向相反方向的第一流路和第二流路，并且冷却剂依次通过第一流路和第二流路而被加热，从而可以充分确保加热冷却剂的流动路径。因此，可以获得提高速效取暖性能和取暖效率的有益效果。
此外，根据本公开，由于冷却剂在经过第一流路和第二流路螺旋地围绕导流组件流动的同时，被第一护套加热器(sheath heater)和第二护套加热器初次加热，然后再被第三护套加热器二次加热，因此可以获得提高向冷却剂的热传递效率以及减少加热时间的有益效果。
壳体单元可以根据所需条件和设计规范而具有各种结构和形状，并且本公开不受壳体单元的结构和形状的局限或限制。
作为示例，壳体单元可以包括：第一壳体，导流组件容纳在第一壳体内部；第一盖，联接到第一壳体的一端；第二壳体，被设置为围绕第一壳体；第二盖，联接到第二壳体的一端以覆盖第一盖；头板(header plate)，联接到第一壳体的另一端和第二壳体的另一端；以及控制器盖，联接到头板。
导流组件可以将第一壳体的内部空间划分为与入口部连通的第一空间和与出口部连通的第二空间。导流组件可以进一步将第一空间划分为设置在第一方向上的第一流路和设置在与第一方向不同的第二方向上的第二流路。
如上所述，通过入口部流入到第一壳体内部的冷却剂在第一空间中依次通过第一流路和第二流路流动，从而可以充分确保冷却剂流动路径。因此，可以获得提高冷却剂加热效率以及减少加热冷却剂所花费的时间的有益效果。
导流组件可以具有能够将第一壳体的内部空间划分为第一空间和第二空间并进一步将第一空间划分为第一流路和第二流路的各种结构。
作为示例，导流组件可以包括：导流板(baffle plate)，将壳体单元的内部空间划分为与入口部连通的第一空间和与出口部连通的第二空间；以及导流板壳(baffleshell)，连接到导流板，并将第一空间划分为第一流路和第二流路。
更具体地，导流板壳可以形成为具有中空截面形状，并且设置在壳体单元的长度方向上，导流板壳的一端可以穿透导流板，导流板壳的另一端可以形成有流入孔，第一流路可以形成在导流板壳和壳体单元之间，并且第二流路可以沿着导流板壳的内部形成。
优选地，导流板壳可以设置在第一壳体的内部空间中并与第一壳体同轴地设置。第一流路可以围绕导流板壳形成。
如上所述，由于导流板壳设置在第一壳体内部并与第一壳体同轴地设置，因此围绕导流板壳形成的第一流路可以具有均匀的截面面积。因此，可以获得使通过第一流路的冷却剂之间的加热偏差最小化以及提高取暖性能的有益效果。
更优选地，入口部可以邻近导流板壳的一端形成。流入到入口部中的冷却剂可以沿着第一流路流动，然后可以通过形成在导流板壳的另一端的流入孔流入到第二流路中。
如上所述，在入口部和流入孔之间设置了足够的布置间隔或距离，使得流入到入口部中的冷却剂可以充分地沿着第一流路流动，然后可以通过流入孔流入到第二流路中。因此，可以获得进一步提高向冷却剂的热传递效率的有益效果。
能够加热冷却剂的各种加热装置可以用作第一加热器部。
作为示例，第一加热器部可以包括形成为线圈形状并设置在第一流路中的第一护套加热器。第一加热器部还可以包括形成为线圈形状并设置在第一流路中的第二护套加热器。
优选地，第一护套加热器和第二护套加热器可以在第一流路的长度方向上(第一壳体的长度方向上)同轴地设置。冷却剂可以依次通过第一护套加热器和第二护套加热器。
如上所述，由于多个护套加热器构成第一加热部，因此可以根据所需条件(例如，取暖负荷)仅操作多个护套加热器中的一部分或全部。因此，可以获得根据取暖负荷来精确且快速地控制冷却剂加热器的输出的有益效果。
另外，冷却剂加热器可以包括第一支撑部，第一支撑部支撑第一护套加热器和第二护套加热器。
作为示例，第一支撑部可以从导流板壳的外表面突出形成，并且可以与第一护套加热器的内表面和第二护套加热器的内表面紧密接触。
如上所述，由于第一护套加热器的内表面和第二护套加热器的内表面由第一支撑部支撑，因此可以获得进一步稳定地保持第一护套加热器和第二护套加热器的设置状态的有益效果。
能够加热冷却剂的各种加热装置可以用作第二加热器部。
作为示例，第二加热器部可以包括形成为线圈形状并设置在第二流路中的第三护套加热器。
另外，导流组件可以包括第二支撑部，第二支撑部支撑第三护套加热器。
作为示例，第二支撑部可以从导流板壳的内表面突出形成，并且可以与第三护套加热器的外表面紧密接触。
如上所述，由于第三护套加热器的外表面由第二支撑部支撑，因此可以获得进一步稳定地保持第三护套加热器的设置状态的有益效果。
根据本公开的实施例，用于车辆的冷却剂加热器可以包括控制器，控制器单独地控制第一护套加热器、第二护套加热器和第三护套加热器。
作为示例，控制器可以一体地联接到壳体单元的一端。
优选地，控制器被配置为通过脉冲宽度调制(PWM)控制来单独地控制第一护套加热器、第二护套加热器和第三护套加热器。
如上所述，由于通过PWM控制来单独地控制第一护套加热器、第二护套加热器和第三护套加热器，因此可以获得精确地控制第一护套加热器、第二护套加热器和第三护套加热器的输出的有益效果。
换言之，在现有技术中，由于为了将冷却剂加热到目标温度需要利用继电器简单地打开/关闭盒式加热器，因此难以根据取暖负荷来精确地控制盒式加热器的输出。
然而，根据本公开，由于通过PWM控制来单独地控制第一护套加热器、第二护套加热器和第三护套加热器，因此可以获得根据取暖负荷来精确地控制第一护套加热器、第二护套加热器和第三护套加热器的输出，使第一护套加热器、第二护套加热器和第三护套加热器消耗的电力最小化，并且增加燃料电池车辆的行驶距离的有益效果。
另外，根据本公开，第一护套加热器、第二护套加热器和第三护套加热器中的每一个构成独立的电路。例如，即使第一护套加热器、第二护套加热器和第三护套加热器中的任何一个发生故障(例如，短路)，其余两个护套加热器也可以操作。因此，可以获得使由于发生故障而引起的取暖性能问题最小化的有益效果。
根据本公开的实施例，当第一护套加热器、第二护套加热器和第三护套加热器过热时，可以停止第一护套加热器、第二护套加热器和第三护套加热器的操作。
作为示例，用于车辆的冷却剂加热器可以包括冷却剂温度传感器，冷却剂温度传感器测量从出口部排出的冷却剂的出口温度。当冷却剂的出口温度高于预定温度时，控制器停止第一护套加热器、第二护套加热器和第三护套加热器的操作。
作为另一示例，用于车辆的冷却剂加热器可以包括表面温度传感器，表面温度传感器测量壳体单元的外表面的温度。当冷却剂被加热并且壳体单元的外表面的温度高于预定温度时，控制器停止第一护套加热器、第二护套加热器和第三护套加热器的操作。
另外，当壳体单元的外表面的温度高于冷却剂的出口温度时，控制器判断为发生过热，因此控制器停止第一护套加热器、第二护套加热器和第三护套加热器的操作。
作为又一示例，用于车辆的冷却剂加热器可以包括水泵，水泵将冷却剂供应到入口部。当检测到与水泵有关的异常信号时，控制器停止第一护套加热器、第二护套加热器和第三护套加热器的操作。
可选地，热熔断器(thermal fuse)可以连接到壳体单元。当冷却剂被加热并且壳体单元的外表面的温度高于热熔断器的短路温度时，热熔断器可以物理地切断向第一护套加热器、第二护套加热器和第三护套加热器的电力供应。
根据本公开的实施例，第一壳体的外表面和第二壳体的内表面之间可以形成有隔热层。
优选地，隔热层可以形成为空气层或真空层。
如上所述，由于第一壳体的外表面和第二壳体的内表面之间形成有隔热层，因此可以使向第二壳体的外部的热损失最小化。因此，可以获得提高冷却剂加热效率以及减少加热冷却剂所花费的时间的有益效果。
根据本公开的实施例，第一护套加热器、第二护套加热器和第三护套加热器可以通过焊接或钎焊(brazing)固定到导流组件和第一壳体。
根据本公开的实施例，第一护套加热器、第二护套加热器和第三护套加热器可以通过焊接或钎焊固定到头板。
根据本公开的实施例，密封构件可以插设在头板与第一壳体的另一端和第二壳体的另一端之间。
附图说明
图1是用于说明根据本公开的用于车辆的冷却剂加热器的立体图。
图2是用于说明根据本公开的用于车辆的冷却剂加热器的分解立体图。
图3是用于说明根据本公开的用于车辆的冷却剂加热器的截面图。
图4是用于说明根据本公开的用于车辆的冷却剂加热器中的冷却剂的流动路径的视图。
图5是用于说明根据本公开的用于车辆的冷却剂加热器的冷却剂温度传感器和表面温度传感器的示图。
图6是用于说明根据本公开的用于车辆的冷却剂加热器的水泵的示图。
图7和图8是用于说明根据本公开的用于车辆的冷却剂加热器的根据冷却剂的入口温度的效率的图表。
图9是用于说明根据本公开的用于车辆的冷却剂加热器的隔热层的视图。
图10是用于说明根据本公开的用于车辆的冷却剂加热器的根据是否具有隔热层的壳体单元的外壁的温度的图表。
图11是用于说明根据本公开的另一实施例的用于车辆的冷却剂加热器的视图。
附图标记说明
10：用于车辆的冷却剂加热器 100：壳体单元
102：第一空间 102a：第一流路
102b：第二流路 104：第二空间
110：第一壳体 120：第一盖
130：第二壳体 132：入口部
134：出口部 140：第二盖
150：头板 160：控制器盖
170：隔热层 200：导流组件
210：导流板 220：导流板壳
222：流入孔 230：第一支撑部
240：第二支撑部 300：第一加热器部
310：第一护套加热器 320：第二护套加热器
400：第二加热器部 410：第三护套加热器
500：控制器 610：冷却剂温度传感器
620：表面温度传感器 630：水泵
640：热熔断器
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本公开的实施例，但是本公开不受实施例的局限或限制。作为参考，在本说明书中，相同的附图标记表示基本相同的元件。可以在该规则下通过结合其它附图所示的内容进行描述，并且可以省略重复或确定本领域普通技术人员理解的内容。
当撰写的说明书和/或权利要求书中的元件或组件被识别并描述为具有目的或者执行或实施所述功能、步骤、指令集等时，该元件或组件也可以被视为“被配置为”具有目的或者执行或实施所述功能、步骤、指令集等。
图1是用于说明根据本公开的用于车辆的冷却剂加热器的立体图。图2是用于说明根据本公开的用于车辆的冷却剂加热器的分解立体图。图3是用于说明根据本公开的用于车辆的冷却剂加热器的截面图。另外，图4是用于说明根据本公开的用于车辆的冷却剂加热器中的冷却剂的流动路径的视图。图5是用于说明根据本公开的用于车辆的冷却剂加热器的冷却剂温度传感器和表面温度传感器的示图，图6是用于说明根据本公开的用于车辆的冷却剂加热器的水泵的示图。此外，图7和图8是用于说明根据本公开的用于车辆的冷却剂加热器的根据冷却剂的入口温度的效率的图表。图9是用于说明根据本公开的用于车辆的冷却剂加热器的隔热层的视图，图10是用于说明根据本公开的用于车辆的冷却剂加热器的根据是否具有隔热层的壳体单元的外壁的温度的图表。
参照图1至图9，根据本公开的用于车辆的冷却剂加热器10包括：壳体单元100，具有冷却剂流入的入口部132和排出冷却剂的出口部134；导流组件200，设置在壳体单元100的内部空间中，并且具有冷却剂在第一方向上流动的第一流路102a和通过第一流路102a的冷却剂在与第一方向不同的第二方向上流动的第二流路102b；第一加热器部300，设置在第一流路102a中；以及第二加热器部400，设置在第二流路102b中。
作为参考，根据本公开的用于车辆的冷却剂加热器10用于加热燃料电池车辆的冷却剂并将加热的冷却剂用于取暖。作为示例，用于车辆的冷却剂加热器10被配置为加热流入到燃料电池车辆的空调单元(HVAC)(图6中的20)的加热器芯(未示出)中的冷却剂。
壳体单元100内部形成有预定的容纳空间(内部空间)。冷却剂流入的入口部132设置在壳体单元100的一侧。排出冷却剂的出口部134设置在壳体单元100的另一侧。
壳体单元100可以根据所需条件和设计规范而具有各种结构和形状，并且本公开不受壳体单元100的结构和形状的局限或限制。
作为示例，壳体单元100包括：第一壳体110，导流组件200容纳在所述第一壳体110内部；第一盖120，联接到第一壳体110的一端；第二壳体130，被设置为围绕第一壳体110；第二盖140，联接到第二壳体130的一端以覆盖第一盖120；头板(header plate)150，联接到第一壳体110的另一端和第二壳体130的另一端；以及控制器盖160，联接到头板150以保护控制器500。
第一壳体110形成为两端开口的中空圆柱形状。与入口部132连通的流入孔(未示出)形成在第一壳体110的一侧。与出口部134连通的出口孔(未示出)形成在第一壳体110的另一侧。
导流组件200设置在第一壳体110内部。导流组件200可以将第一壳体110的内部空间划分为与入口部132连通的第一空间102和与出口部134连通的第二空间104。第一空间102被进一步划分为第一流路102a和第二流路102b。
第一盖120形成为大致圆形的板形状并且联接到第一壳体110，以阻断形成在第一壳体110的一端(基于图2的左端)的开口部。
优选地，因为冷却剂流入到第一壳体110内部并且从第一壳体110排出，因此第一壳体110和第一盖120彼此联接以形成能够防止冷却剂泄漏的密封结构。
作为示例，第一壳体110和第一盖120通过焊接或钎焊固定。
第二壳体130的直径大于第一壳体110的直径。第二壳体130形成为两端开口的中空圆柱形状。第二壳体130被设置为围绕第一壳体110。冷却剂流入的入口部(例如，入口管)132设置在第二壳体130的一侧。排出冷却剂的出口部(例如，出口管)134设置在第二壳体130的另一侧。
第二盖140形成为大致圆形的板形状并且联接到第二壳体130，以阻断形成在第二壳体130的一端(基于图2的左端)的开口部。
头板150形成为大致圆形的板形状并且联接到第一壳体110和第二壳体130，以阻断形成在第一壳体110的另一端的开口部和形成在第二壳体130的另一端的开口部。
优选地，因为冷却剂流入到第一壳体110内部并且从第一壳体110排出，因此第一壳体110和头板150彼此联接以形成能够防止冷却剂泄漏的密封结构。
作为示例，第一壳体110和头板150通过焊接或钎焊固定。
此外，控制器盖160连接到头板150以覆盖控制器500，从而保护控制器500。
导流组件200被设置为将第一壳体110的内部空间划分为与入口部132连通的第一空间102和与出口部134连通的第二空间104。导流组件200还将第一空间102划分为设置在第一方向上的第一流路102a和设置在与第一方向不同的第二方向上的第二流路102b。
如上所述，通过入口部132流入到第一壳体110内部的冷却剂在第一空间102中依次通过第一流路102a和第二流路102b流动，从而可以充分确保冷却剂的流动路径。因此，可以获得提高冷却剂加热效率以及减少加热冷却剂所花费的时间的有益效果。
导流组件200可以具有能够将第一壳体110的内部空间划分为第一空间102和第二空间104并进一步将第一空间102划分为第一流路102a和第二流路102b的各种结构。
作为示例，导流组件200包括：导流板210，将壳体单元100的内部空间划分为与入口部132连通的第一空间102和与出口部134连通的第二空间104；以及导流板壳220，连接到导流板210，并将第一空间102划分为第一流路102a和第二流路102b。
导流板210形成为具有与第一壳体110的内径相对应的直径的圆板形状。导流板210竖直地安装在第一壳体110的内部空间中并设置在入口部132和出口部134之间。
导流板210可以将第一壳体110的内部空间划分为与入口部132连通的第一空间102(基于图3在导流板的右侧的空间)和与出口部134连通的第二空间104(基于图3在导流板的左侧的空间)。
优选地，为了尽可能地确保第一壳体110内部加热冷却剂的第一空间102，入口部132和出口部134可以邻近第一壳体110的一端(基于图3的左端)形成。
导流板壳220连接到导流板210，并且可以具有能够将第一空间102划分为第一流路102a和第二流路102b的各种结构。
作为示例，导流板壳220形成为具有中空截面形状(例如，中空圆柱形状)，并且设置在壳体单元100的长度方向上。导流板壳220的一端可以穿透导流板210。导流板壳220的另一端可以形成有流入孔222。第一流路102a可以形成在导流板壳220和壳体单元100之间。第二流路102b可以沿着导流板壳220的内部形成。
优选地，导流板壳220设置在第一壳体110的内部空间中并与第一壳体110同轴地设置。第一流路102a围绕导流板壳220形成。
如上所述，由于导流板壳220设置在第一壳体110内部并与第一壳体110同轴地设置，因此围绕导流板壳220形成的第一流路102a可以具有均匀的截面面积。因此，可以获得使通过第一流路102a的冷却剂之间的加热偏差最小化以及提高加热性能的有益效果。
更优选地，入口部132邻近导流板壳220的一端(例如，左端)形成。流入到入口部132中的冷却剂沿着第一流路102a流动，然后通过形成在导流板壳220的另一端(例如，右端)的流入孔222流入到第二流路102b中。
如上所述，在入口部132和流入孔222之间设置了足够的布置间隔或距离，使得流入到入口部132中的冷却剂可以充分地沿着第一流路102a流动，然后可以通过流入孔222流入到第二流路102b中。因此，可以获得进一步提高向冷却剂的热传递效率的有益效果。
另外，导流板壳220形成为在其长度方向上整体上具有均匀的截面面积。如上所述，由于导流板壳220整体上具有均匀的截面面积，因此沿着导流板壳220的内部形成的第二流路102b可以具有均匀的截面面积。因此，可以获得使通过第二流路102b的冷却剂之间的加热偏差最小化、使局部的流速降低最小化以及提高加热性能的有益效果。
第一加热器部300设置在第一流路102a中，并且加热沿着第一流路102a流动的冷却剂。
能够加热冷却剂的各种加热装置可以用作第一加热器部300，并且本公开不受第一加热器部300的类型和结构的局限或限制。
优选地，可以通过利用护套加热器来构成第一加热器部300。
作为参考，在本公开中，术语“护套加热器”是指被构造为使得电热丝以线圈形状埋设在金属保护管内部的管状加热器。为了使电热丝和保护管绝缘，保护管中填充有由氧化镁制成的绝缘粉末。护套加热器的优点在于，护套加热器可以抵抗外部物理冲击，可以提高电能和热能的效率，并且可以根据所需条件自由地形成为各种形状。
作为示例，第一加热器部300包括形成为线圈形状并设置在第一流路102a中的第一护套加热器310。第一加热器部300还包括形成为线圈形状并设置在第一流路102a中的第二护套加热器320。
更具体地，第一护套加热器310形成为围绕导流板壳220的线圈形状，并且设置在导流板壳220和第一壳体110之间。
第二护套加热器320形成为围绕导流板壳220的线圈形状，并且设置在导流板壳220和第一壳体110之间。
优选地，第一护套加热器310和第二护套加热器320在第一流路102a的长度方向(第一壳体110的长度方向)上同轴地设置。冷却剂可以依次通过第一护套加热器310和第二护套加热器320。
如上所述，由于多个护套加热器构成第一加热器部300，因此可以根据所需条件(例如，取暖负荷)仅操作多个护套加热器中的一部分或全部。因此，可以获得根据取暖负荷来精确且快速地控制冷却剂加热器的输出的有益效果。
更优选地，第一护套加热器310和第二护套加热器320通过焊接或钎焊固定到第一壳体110。如上所述，由于第一护套加热器310和第二护套加热器320通过焊接或钎焊固定到第一壳体110，因此可以获得稳定地保持第一护套加热器310和第二护套加热器310的设置状态的有益效果。
另外，导流组件200可以包括第一支撑部230，第一支撑部230支撑第一护套加热器310和第二护套加热器320。
作为示例，第一支撑部230可以从导流板壳220的外表面突出形成，并且可以与第一护套加热器310的内表面和第二护套加热器320的内表面紧密接触。
如上所述，由于第一护套加热器310的内表面和第二护套加热器320的内表面由第一支撑部230支撑，因此可以获得进一步稳定地保持第一护套加热器310和第二护套加热器320的设置状态的有益效果。
更优选地，第一护套加热器310和第二护套加热器320通过焊接或钎焊固定到第一支撑部230。
第二加热器部400设置在第二流路102b中，并且被设置为加热沿着第二流路102b流动的冷却剂。
能够加热冷却剂的各种加热装置可以用作第二加热器部400，并且本公开不受第二加热器部400的类型和结构的局限或限制。
作为示例，第二加热器部400包括形成为线圈形状并设置在第二流路102b中的第三护套加热器410。
作为参考，在本公开的实施例中，描述了在第二流路102b中仅设置一个第三护套加热器410的示例。然而，根据本公开的另一实施例，第二流路中可以设置多个第三护套加热器，并且本公开不受第三护套加热器的数量和第三护套加热器之间的布置间隔或距离的局限或限制。
另外，导流组件200可以包括第二支撑部240，第二支撑部240支撑第三护套加热器410。
作为示例，第二支撑部240可以从导流板壳220的内表面突出形成，并且可以与第三护套加热器410的外表面紧密接触。
如上所述，由于第三护套加热器410的外表面由第二支撑部240支撑，因此可以获得进一步稳定地保持第三护套加热器410的设置状态的有益效果。
更优选地，第三护套加热器410通过焊接或钎焊固定到第二支撑部240。
通过这种结构，流入到入口部132中的冷却剂在沿着第一流路102a流动(H1)的同时被第一护套加热器310和第二护套加热器320初次加热。冷却剂在沿着第二流路102b流动(H2)的同时再被第三护套加热器410二次加热。然后，冷却剂通过第一壳体110内部的第二空间104并且通过出口部134流入到燃料电池车辆的空调单元(HVAC)20的加热器芯中(参见图4)。
如上所述，根据本公开，由于冷却剂在经过第一流路102a和第二流路102b螺旋地围绕导流组件200流动的同时，被第一护套加热器310和第二护套加热器320初次加热，然后再被第三护套加热器310二次加热，因此可以获得提高向冷却剂的热传递效率以及减少加热时间的有益效果。
换言之，如图7和图8所示，可以看出，与现有技术相比，由于冷却剂在经过第一流路102a和第二流路102b以“之”字形流动的同时被加热，因此提高了向冷却剂的热传递效率。因此，可以获得减少加热冷却剂所花费的时间并因此提高速效取暖性能和取暖效率的有益效果。
另外，根据本公开的用于车辆的冷却剂加热器10包括控制器500，控制器500单独地控制第一护套加热器310、第二护套加热器320和第三护套加热器410。
控制器500可以根据所需条件和设计规范安装在各个位置。作为示例，控制器500可以一体地联接到壳体单元100的一端。更具体地，控制器500可以安装在头板150上。
在本公开的实施例中，描述了控制器500一体地联接到壳体单元100的一端的示例。然而，根据本公开的另一实施例，控制器500可以与壳体单元100分开设置。
更优选地，控制器500被配置为通过脉冲宽度调制(PWM)控制来单独地控制第一护套加热器310、第二护套加热器320和第三护套加热器410。
如上所述，由于通过PWM控制来单独地控制第一护套加热器310、第二护套加热器320和第三护套加热器410，因此可以获得精确地控制第一护套加热器310、第二护套加热器320和第三护套加热器410的输出的有益效果。
换言之，在现有技术中，由于为了将冷却剂加热到目标温度需要利用继电器简单地打开/关闭盒式加热器，因此难以根据取暖负荷来精确地控制盒式加热器的输出。
然而，根据本公开，由于通过PWM控制来单独地控制第一护套加热器310、第二护套加热器320和第三护套加热器410，因此可以获得根据取暖负荷来精确地控制第一护套加热器310、第二护套加热器320和第三护套加热器410的输出，使第一护套加热器310、第二护套加热器320和第三护套加热器410消耗的电力最小化，并且增加燃料电池车辆的行驶距离的有益效果。
另外，根据本公开，第一护套加热器310、第二护套加热器320和第三护套加热器410中的每一个构成独立的电路。例如，即使第一护套加热器310、第二护套加热器320和第三护套加热器410中的任何一个发生故障(例如，短路)，其余两个护套加热器也可以操作。因此，可以获得使由于发生故障而引起的取暖性能问题最小化的有益效果。
优选地，参照图5和图6，根据本公开的用于车辆的冷却剂加热器10被构造为当第一护套加热器310、第二护套加热器320和第三护套加热器410过热时，停止第一护套加热器310、第二护套加热器320和第三护套加热器410的操作。
在过热的情况下停止第一护套加热器310、第二护套加热器320和第三护套加热器410的操作的过程可以根据所需条件和设计规范以各种方式实现。
作为示例，用于车辆的冷却剂加热器10可以包括冷却剂温度传感器610，冷却剂温度传感器610测量从出口部134排出的冷却剂的出口温度。当冷却剂的出口温度高于预定温度时，控制器500停止第一护套加热器310、第二护套加热器320和第三护套加热器410的操作。
如上所述，由于当冷却剂的出口温度高于预定温度时，停止第一护套加热器310、第二护套加热器320和第三护套加热器410的操作，因此可以获得防止由于冷却剂不足而导致的过热、使第一护套加热器310、第二护套加热器320和第三护套加热器410的损坏最小化以及提高稳定性的有益效果。
作为另一示例，用于车辆的冷却剂加热器10可以包括表面温度传感器620，表面温度传感器620测量壳体单元100的外表面的温度。当冷却剂被加热并且壳体单元100的外表面的温度高于预定温度时，控制器500停止第一护套加热器310、第二护套加热器320和第三护套加热器410的操作。
如上所述，由于当壳体单元100的外表面的温度高于预定温度时，停止第一护套加热器310、第二护套加热器320和第三护套加热器410的操作，因此可以获得防止过热、使第一护套加热器310、第二护套加热器320和第三护套加热器410的损坏最小化以及提高稳定性的有益效果。
另外，当壳体单元100的外表面的温度高于冷却剂的出口温度时，控制器500判断为发生过热，因此控制器500停止第一护套加热器310、第二护套加热器320和第三护套加热器410的操作。
作为又一示例，用于车辆的冷却剂加热器10可以包括水泵630，水泵630将冷却剂供应到入口部132。当检测到与水泵630有关的异常信号时，控制器500停止第一护套加热器310、第二护套加热器320和第三护套加热器410的操作。
在这种情况下，与水泵630有关的异常信号可以表示偏离水泵630正常工作时发生的基准信号范围的信号。
可选地，热熔断器640可以连接到壳体单元100。当冷却剂被加热并且壳体单元100的外表面的温度高于热熔断器的短路温度时，热熔断器640可以物理地切断向第一护套加热器310、第二护套加热器320和第三护套加热器410的电力供应。
参照图3和图9，第一壳体110的外表面和第二壳体130的内表面之间可以形成有隔热层170。
可以根据所需条件和设计规范来形成各种类型的隔热层170，并且本公开不受隔热层170的类型和结构的局限或限制。
优选地，隔热层170可以形成为空气层或真空层。在一些情况下，代替空气层(真空层)，第一壳体110的外表面和第二壳体130的内表面之间可以设置有由隔热材料制成的隔热体。
作为示例，第一壳体110、第二壳体130、第一盖120、第二盖140和头板150可以彼此协作形成隔热层170(例如，空气层)。
如上所述，由于第一壳体110的外表面和第二壳体130的内表面之间形成有隔热层170，因此可以使向第二壳体130的外部的热损失最小化。因此，可以获得提高冷却剂加热效率以及减少加热冷却剂所花费的时间的有益效果。
参照图10，可以看出，如果第一壳体110的外表面和第二壳体130的内表面之间没有设置隔热层(在现有技术中)，则第二壳体130的外壁的温度迅速升高，导致向第二壳体130的外部的热损失增加。相反，如图10所示，根据本公开，由于第一壳体110的外表面和第二壳体130的内表面之间设置有隔热层170，因此可以降低第二壳体130的外壁的温度升高的速度，因此，可以减少向第二壳体130的外部的热损失。
图11是用于说明根据本公开的另一实施例的用于车辆的冷却剂加热器的视图。此外，与上述构造中的部件相同和相应的部件由相同或相应的附图标记表示，并且省略了其详细描述。
在上面描述并说明的本公开的实施例中，描述了由金属(例如，不锈钢或铝)材料制成的第一盖120和第二盖140通过焊接或钎焊固定到由金属材料制成的第一壳体110和第二壳体130，并且由金属材料制成的第一护套加热器310、第二护套加热器320和第三护套加热器410通过焊接或钎焊固定到第一壳体110和第二壳体130的示例。然而，根据本公开的另一实施例，第一盖120、第二盖140、第一壳体110和第二壳体130可以由与第一护套加热器310、第二护套加热器320和第三护套加热器410的材料不同的材料制成。
作为示例，参照图11，由非金属材料(例如，塑料)制成的第一盖120和第二盖140与由非金属材料(例如，塑料)制成的第一壳体110和第二壳体130可以通过注塑成型一体地形成。
另外，用于形成密封结构的密封构件101'(例如，由橡胶或硅树脂制成)可以插设在头板150与第一壳体(未示出)的另一端和第二壳体130'的另一端之间。
根据本公开的又一实施例，为了减小用于车辆的冷却剂加热器的尺寸，用于车辆的冷却剂加热器可以在没有单独的导流组件的情况下仅由壳体单元和第一加热器部(或第一加热器部和第二加热器部两者)构成。可选地，壳体单元可以在没有单独的第一壳体(包括隔热层)的情况下仅由第二壳体构成。
根据如上所述的本公开，可以获得提高速效取暖性能和取暖效率的有益效果。
优选地，根据本公开，可以获得充分确保冷却剂流动路径、提高冷却剂加热效率以及减少加热冷却剂所花费的时间的有益效果。
另外，根据本公开，可以获得根据取暖负荷来精确地控制冷却剂加热器的输出的有益效果。
另外，根据本公开，可以获得防止冷却剂加热器被过度加热以及提高稳定性和可靠性的有益效果。
尽管上面参照实施例描述了本公开，但是本领域普通技术人员可以理解的是，在不脱离在权利要求书中公开的本公开的宗旨和范围的情况下，可以对本公开进行各种修改和改变。

Claims (20)

1.一种用于车辆的冷却剂加热器，包括：
壳体单元，具有冷却剂流入的入口部和排出所述冷却剂的出口部；
导流组件，设置在所述壳体单元的内部空间中，并且具有所述冷却剂在第一方向上流动的第一流路和通过所述第一流路的所述冷却剂在与所述第一方向不同的第二方向上流动的第二流路；
第一加热器部，设置在所述第一流路中；以及
第二加热器部，设置在所述第二流路中。
2.根据权利要求1所述的冷却剂加热器，其中，
所述导流组件包括：
导流板，将所述壳体单元的内部空间划分为与所述入口部连通的第一空间和与所述出口部连通的第二空间；以及
导流板壳，连接到所述导流板，并将所述第一空间划分为所述第一流路和所述第二流路。
3.根据权利要求2所述的冷却剂加热器，其中，
所述导流板壳形成为具有中空截面形状，并且设置在所述壳体单元的长度方向上，所述导流板壳的一端穿透所述导流板，所述导流板壳的另一端形成有流入孔，
所述第一流路形成在所述导流板壳和所述壳体单元之间，并且所述第二流路沿着所述导流板壳的内部形成。
4.根据权利要求3所述的冷却剂加热器，其中，
所述导流板壳设置在所述壳体单元的内部空间中并与所述壳体单元同轴地设置，并且所述第一流路围绕所述导流板壳形成。
5.根据权利要求3所述的冷却剂加热器，其中，
所述入口部邻近所述导流板壳的一端形成，并且流入到所述入口部中的所述冷却剂沿着所述第一流路流动，然后通过形成在所述导流板壳的另一端的所述流入孔流入到所述第二流路中。
6.根据权利要求3所述的冷却剂加热器，其中，
所述第一加热器部包括：
第一护套加热器，形成为线圈形状并设置在所述第一流路中；以及
第二护套加热器，形成为线圈形状并设置在所述第一流路中。
7.根据权利要求6所述的冷却剂加热器，其中，
所述第一护套加热器和所述第二护套加热器在所述第一流路的长度方向上同轴地设置。
8.根据权利要求6所述的冷却剂加热器，进一步包括：
第一支撑部，形成在所述导流板壳的外表面上，并支撑所述第一护套加热器和所述第二护套加热器。
9.根据权利要求6所述的冷却剂加热器，其中，
所述第二加热器部包括：
第三护套加热器，形成为线圈形状并设置在所述第二流路中。
10.根据权利要求9所述的冷却剂加热器，进一步包括：
第二支撑部，形成在所述导流板壳的内表面上，并支撑所述第三护套加热器。
11.根据权利要求9所述的冷却剂加热器，进一步包括：
控制器，单独地控制所述第一护套加热器、所述第二护套加热器和所述第三护套加热器。
12.根据权利要求11所述的冷却剂加热器，其中，
所述控制器通过脉冲宽度调制控制即PWM控制来单独地控制所述第一护套加热器、所述第二护套加热器和所述第三护套加热器。
13.根据权利要求11所述的冷却剂加热器，进一步包括：
冷却剂温度传感器，测量从所述出口部排出的所述冷却剂的出口温度，
当所述冷却剂的出口温度高于预定温度时，所述控制器停止所述第一护套加热器、所述第二护套加热器和所述第三护套加热器的操作。
14.根据权利要求13所述的冷却剂加热器，进一步包括：
表面温度传感器，测量所述壳体单元的外表面的温度，
当所述壳体单元的外表面的温度高于预定温度时，所述控制器停止所述第一护套加热器、所述第二护套加热器和所述第三护套加热器的操作。
15.根据权利要求14所述的冷却剂加热器，其中，
当所述壳体单元的外表面的温度高于所述冷却剂的出口温度时，所述控制器停止所述第一护套加热器、所述第二护套加热器和所述第三护套加热器的操作。
16.根据权利要求14所述的冷却剂加热器，进一步包括：
热熔断器，连接到所述壳体单元，
当所述壳体单元的外表面的温度高于所述热熔断器的短路温度时，所述热熔断器切断向所述第一护套加热器、所述第二护套加热器和所述第三护套加热器的电力供应。
17.根据权利要求11所述的冷却剂加热器，进一步包括：
水泵，将所述冷却剂供应到所述入口部，
当检测到与所述水泵有关的异常信号时，所述控制器停止所述第一护套加热器、所述第二护套加热器和所述第三护套加热器的操作。
18.根据权利要求9所述的冷却剂加热器，其中，
所述壳体单元包括：
第一壳体，所述导流组件容纳在所述第一壳体内部；
第一盖，联接到所述第一壳体的一端；
第二壳体，被设置为围绕所述第一壳体；
第二盖，联接到所述第二壳体的一端以覆盖所述第一盖；
头板，联接到所述第一壳体的另一端和所述第二壳体的另一端；以及
控制器盖，联接到所述头板。
19.根据权利要求18所述的冷却剂加热器，其中，
所述第一壳体的外表面和所述第二壳体的内表面之间形成有隔热层。
20.根据权利要求18所述的冷却剂加热器，进一步包括：
密封构件，插设在所述头板与所述第一壳体的另一端和所述第二壳体的另一端之间。
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