专利名称：电加热器和车辆空调机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过供给电力产生热的电加热器，以及使用该电加热 器的车辆空调机。
背景技术：
美国专利No.5562844公开了一种传统的电加热器，该电加热器包括 一对框架和多个分割件(树脂框架)。多个分割件大体是平面的并且位于 一对框架之间，且形成了加强结构。在分割件上形成用于固定正温度系数 的热敏电阻器(positive temperature coefficient thermistors) (PTC元件)，该 正温度系数的热敏电阻器是已知类型的加热元件。气流通道形成在分割件 之间和分割件与框架之间。另外，美国专利No.5562844的电加热器包括放置在气流通道中的热 交换片。该热交换片有助于在PTC元件和空气之间的热交换。因此，电加 热器提高了从PTC元件到空气的热传递。当这种PTC元件应用到车辆空调机并且用作进入到车辆乘客车厢的 空气的加热装置时，加热能力或者电加热器所需的热输出根据车辆而不 同，例如对于给定的车辆，加热需求可能根据车辆出售地的气候而不同。 也就是说，不同的车辆具有不同尺寸的乘客车厢和不同的加热需求。进一 步，即使是对相同大小的乘客车厢而言，加热需求可能根据车辆的地理位 置而不同。为了降低制造加热器的成本，优选的是单个固定框架和电加热 器的形状被应用在各种不同的车辆上。PTC元件的数量可以改变以调整电加热器的加热能力。然而，在这种 情况下，放置在分割件之间的气流通道内的不靠近PTC元件的热交换片无 助于热交换。在这种电加热器中，具有优越热传递特性(例如铝合金或者 铜)的片金属制作的波纹形热交换片被使用。没有使用的热交换的存在提
高了电加热器的成本。 发明内容考虑到上述的问题，本发明的目的是提供一种电加热器，以调整热输 出而不改变框架或形状，并且降低成本。根据一个实施例，电加热器包括一对间隔预定距离的框架构件，在供 能时产生热量的加热元件，用于分割形成在框架构件之间的空间和用于固 定加热元件的分割件，用于分割在框架构之间的空间的非热分割件，位于 靠近热分割件的热交换气流通道，位于靠近非热分割件且不靠近热分割件 的非热交换部，用于有助于在加热元件和空气之间的热交换的金属热交换 件。热交换件仅位于热交换气流通道内。根据这个方面，热分割件和非热分割件以一预定间隔设置于框架之 间。通过调整热分割件和加热元件的数量，热输出能够容易地调整，而不 改变整个电加热器的框架和形状。另外，由于相对贵的金属热交换件没有被放置在非热交换部，电加热 器的成本被降低。优选地，非热交换部是空气能够通过其中的气流通道。优选地，非热交换部是一对非热交换件中的一个，并且该非热交换部 位于非热交换件之间。优选地，热分割件和非热分割件大体相同，并且热分割件包括用于接 纳加热元件的部分。优选地，除了没有加热元件被非热分割件接纳外，热分割件与非分割 件一样。因此，由于热分割件和非热分割件通过相同的构件被制造，成本被降低。优选地，电加热器还包括放置在非热交换气流通道的通气流动阻力 件。该通气流动阻力件产生通气流动阻力，以对抗通过非加热交换气流通 道的空气。非热交换气流通道每单位面积的通气流动阻力与热交换气流通 道的大体相同。因此，即使热交换件仅位于热交换气流通道，电加热器通气流动阻力
可以使得与所有气流通道是热交换气流通道的加热器一样。在这种情况下，术语"大体相同"不意味着热交换件所在的热交换气流通道的通气流动阻力和热交换件所不在的非热交换的气流通道的通气流动阻力一致，还包括由于制造误差或装配误差而引起的在热交换和非热交换气流通道的通分气流阻力之间的微小差别的情况。优选地，通气流动阻力件大体为阶梯状。因此，根据阶梯形状的数量变化和立柱的形状，通气流动阻力件的通气流动阻力可以被容易地调整。 优选地，通气流动阻力件由树脂制造。因此，成本可以进一步降低。优选地，加热元件是PTC元件。优选地，电加热器包括放置在非热交换气流通道和用于产生对抗通过 非热交换气流通道通过的空气的通气流动阻力的通气流动阻力件。通气流 动阻力件包括限定非热交换气流通道的外框架构件。该外框架构件起到非 热分割件的作用。立柱被放置在外框架构件的相对的部分之间。优选地，电加热器形成车辆空调机的部分。根据本发明的另一方面，电加热器包括一对间隔预定距离的框架构 件，在供能时候产生热的多个加热元件，用于分割形成在框架构件之间的 空间的多个分割件，热交换气流通道，非热交换气流通道，以及有助于在 加热元件和空气间的热交换的金属热交换件。每一个分割件被调整以接纳 加热元件的至少一个。热交换气流通道定位成靠近加热元件中的一个。非 热交换气流通道与每一个加热元件间隔开。热交换件只位于热交换气流通 道内。
参考附图，其他的目的、特征和优点从下面的详细描述中变得更加清 楚，其中图1是根据示例性实施例的车辆空调机的内部空调单元的概略截面图。图2是显示根据示例性实施例的电加热器的总体结构的整体透视图； 图3是图2的根据示例性实施例的电加热器的热分割件的顶视图； 图4是图2中的E区的分解透视图5是图2中的F区的分解透视图；以及图6是显示根据另一示例性实施例的电加热器部分的分解透视图。
具体实施方式
参考图1-4，将说明第一示例性实施例。图1显示了将电加热器20应 用到车辆空调机的结构。车辆空调机被安装在当发动机首先被启动时、提高发动机的冷却液的 温度是很困难的(例如，混合动力车辆或者柴油发动机车辆)车辆内以及 在寒冷气候里使用的车辆。当乘客车厢被首先加热时，车辆空调机利用电 加热器20作为用于加热被迫进入到乘客车厢的内的空气的辅助加热装置。内部空调单元l被放置在车辆的乘客车厢的仪表板(仪表面板)的内 部。内部空调单元1包括由树脂制造的箱体2。箱体2形成了单元1的外 部。气流通过其中而流向乘客车厢的气流通道形成在箱体2内。内外空气 切换盒3被放置在箱体2的最上游部分。内外空气切换盒3包括内部空气引入口 4、外部空气引入口 5和内外 空气切换门6。内部空气引入口 4是允许内部空气(乘客车厢内的空气) 进入到箱体2里面的入口。外部空气引入口 5是允许外部空气(从乘客车 厢外进入的空气)进入到箱体内的入口。内外空气切换门6被放置为在内 外空气切换盒3内转动。内外空气切换门6是内、外空气切换的装置，通 过未显示的伺服电机驱动。更具体而言，内外空气切换盒3的模式可以在各种模式下改变，各种 模式为内部空气模式，在该模式下内部空气从引入口4被引入；外部空 气模式，在该模式下，外部空气从外部空气引入口5被引入；以及内/外空 气模式，在该模式下，由于内外空气切换门6的转动的位置，内部空气和 外部通空气同时被引入。图1显示了内部空气模式，其中内部空气被引入 到箱体2如箭头A所示。迫使空气进入到乘客车厢的电吹风机7被放置在内外空气切换盒3内 的箱体2的上游端。吹风机7通过利用电动机7b旋转公知的偏心多叶片 扇7a沿箭头B的方向吹送空气。冷却热交换器的蒸发器被放置在吹风机 7的下游，热交换器用于冷却空气。 蒸发器8是冷却电路(未显示)的一个元件。众所周知的，当流到蒸 发器8的低压制冷剂蒸发时，蒸发器8通过从由吹风机7吹送的空气中吸 收热而被冷却。加热通过蒸发器的空气(冷空气)加热器芯体9(heatercore) 被放置在蒸发器8的下游。加热器芯体9是利用发动机的冷却液用于加热通过蒸发器8的空气 (冷空气)的热交换器。旁路通道10形成在箱体2的加热器芯体的一侧。 在旁路通道10内，经过蒸发器8的空气(冷空气)旁路通过加热器核9。在本实施例的车辆空调机内，电加热器20被放置在加热器芯体9的 下游侧。电加热器20是用于从未示出的控制器利用电力产生热的辅助加 热器，且用于当加热器芯体9不能充分地加热来自蒸发器8的空气时候， 加热经过加热器芯体9的空气。电加热器20的细节下面将说明。对于通过控制单元对电加热器20的控制，例如可以采用下面的控制。 控制单元(未示出)检测经过加热器芯体9的发动机冷却液的温度。当温 度低于预设的温度时，控制单元确定加热器芯体不能充分地加热经过蒸发 器8的空气，控制单元向加热器20供给电力。空气混合门11被放置在蒸发器8和加热器芯体9之间。空气混合门 11能在箱体2内转动。空气混合门11的转动位置(开度)能够通过未示 出的伺服电机的驱动而被调整。根据空气混合门11的开度，通过加热器芯体9和电加热器20 (暖空 气量如箭头C显示)的空气量和通过旁路通道10 (冷空气量如箭头D所 示)的空气量的流体比率被调整。由于暖空气(箭头C)和冷空气(箭头 D)在加热器芯体9、电加热器20和旁路通道10的下游混合，然后被迫 进入到乘客车厢，由此进入到乘客车厢的空气的温度通过流率的调整而被 调整。3种出口 12-14被放置在箱体2的最下游。12-14出口中的一个是用于 将调节后的空气吹向车辆的前窗玻璃(前挡风窗)的除霜出口 (defroster outlet) 12。 12-14出口中的另一个是用于将调节后的空气吹向乘客的面部 的面出口。 12-14出口中的另一个是用于将调节后的空气吹向乘客脚部的 脚出口。除霜门15、面门、脚门被分别可枢转地设置在这些出口 12-14的上游
侧。门15-17通过常见的伺服电机通过未显示的连接机构可转动地打开和 关闭。图1显示了除霜门15和脚门17同时打开的除霜模式。下一步，根据图2-4，将说明电加热器20的细节。图2是显示本实施 例的电加热器的总体结构的整体透视图。图2中的上和下，左和右箭头指 示电加热器20被安装在车辆空调机上的状态。电加热器20包括一对框架构件21 ，多个堆置在框架构件31之间的分 割件22， 22'，设置在下面描述的气流通道25a的热交换片23，以及设置 在下面描述的气流通道25b的树脂虚件(resin dummy member) 24。电加 热器20是通过为PTC元件22a供能而用于产生热的所谓的PTC加热器， 该PTC元件被固定到下面描述的热分割件22上。框架构件21形成电加热器20的外形，并且强化了电加热器20的外 周。向内在分割件22， 22'的堆叠方向施加力的未示出的弹簧、热交换片 23和树脂虚件24被设置在框架21上。部件22， 22，， 23， 24的堆叠通过 弹簧力的作用而被固定到位。外壳26a、 26b在从垂直于堆叠方向的方向(图2中的左、右方向) 分别被适配到所述一对框架构件21上。因此，外壳确定了在框架构件21 之间的空间。分割件22， 22'分割形成在框架构件21之间形成的空间。分割件22， 22'有具有耐热性的树脂材料构成(例如，聚酰胺合成纤维或聚丁二烯对苯 二甲酸酯(PBT))。分割件22， 22'包括将下面描述的PTC元件22a固定 的热分割件22和将下面描述的非PTC元件22a固定的非热分割件22'。分割件22的细节显示在图3中。图3是一个热分割件22的顶视图。 如图3所示，热分割件22由在框架31的纵向延伸的板形构件构成。在堆 叠方向(图2中的上到下的方向)穿透的孔22b在热分割件22上形成。 每一个孔22b起到用于接纳和固定PTC元件22a中的一个的作用。热分割构件22为PTC元件22a充当支架或支撑的作用。尽管在图3 中只显示了 4个孔22b，但是孔22b的数量不限于此。在图3中，尽管PTC 元件22a被所有的4个孔22b接纳和固定，但是也可能存在没有PTC元件 22a被接纳的孔22b，用于调整电加热器22的热输出。另一方面，非热分割件22'是形状与热分割件22相同的平面件。在非热分割件22'中，在任何一个孔22b中都没有PTC元件22a。换句话说， 非热分割件22'与热分割件22相同，除了没有PTC元件22a。每一个PTC元件22a是具有温度自控制功能的正温度系数的热敏电阻 器。特别地，每个PTC元件22a的温度在供能时立即升高。电阻值迅速提 高，以限制电流，并且当温度达到预设温度(居里点)时保持热产生。分割件22， 22'按照预设的间隔堆叠，以使得分割件22， 22'相互之间 和与框架构件21之间以相同的距离间隔，如图2所示。气流通过其中的 气流通道25a、 25b形成在相邻的分割件22， 22'之间和框架构件21和与 框架构件21相邻的分割件22之间。两个非热分割件22'被互相靠近放置， 如图2所示。热分割件22被放置在框架构件21和非热分割件22'之间。在气流通道25a、 25b中，与用于纳置至少一个PTC元件22a的热分 割件22邻近的气流通道是热交换气流通道25a，其中空气被PTC元件22a 的热量加热。换句话说，位于框架构件21和非热分割件22'之间的是交换 气流通道25a。在气流通道25a、 25b中，位于两个非热分割件22'之间的 气流通道是非热交换气流通道25b。换句话说，除了热交换气流通道25a 之外的气流通道是非热交换气流通道25b。热交换件23有助于PTC元件22a和空气之间的热交换。热交换件23 只位于热交换气流通道25a内。如图4的分解透视图所示，每一个热交换件23包括波纹形热交换片 23a (corrugate fm)，该波纹形热交换片为具有卓越热传导特性的薄金属片 (例如，铝合金或铜)。每个波纹形热交换片23a具有波纹形图案。由与 波纹形热交换片23a相同的金属制作的金属板23b (在本实施例中是铝合 金板)围绕热波纹形交换片23a，如图4所示。每一个波纹形热交换片23a 被插入到金属板23b之间。金属板23b以一定形状夹持波纹形热交换片 23a，并且形成与分割件22、 22'形成面-面接触的接触区。金属板23b和 形热交换片23a为钎焊接(铜焊接)。树脂虚件24被放置在非热交换气流通道25b内。树脂虚件24形成为 通气流动阻力件，以使得非热交换气流通道25b的通气流动阻力与如果热 交换片23被放置在非热交换气流通道25b时存在的通气流动阻力相等。 换句话说，每单元面积的非热交换气流通道25b的通气流动阻力与热交换
气流通道25a的通气流动阻力大体相同。树脂虚件24是由与分割件22、22'具有相同的耐热性的树脂材料制成。 如图5的分解透视图所示，树脂虚件24包括沿着非热交换气流通道25b 和多个立柱24b的外围形成的外框架24a，该多个立柱被设置在外框架24a 之间。立柱24b在堆叠的方向上延伸(图2中的上到下的方向)。树脂虚 件24在从气流的方向看时具有阶梯的形状，如图2所示。因此，由于树脂虚件24具有阶梯的形状，树脂虚件24能够保持预定 的形状。另外，通过改变立柱24b的形状或数量，通气流动阻力能够容易 地被调整。本实施例种的电加热器20内的部件22、 22'、 23、 24的堆叠结构的细 节在图4-5中说明。图4是图2中的电加热器20的E区的分解透视图。图5是图2中的 电加热器20的F区的分解透视图。如图4所示，每一个PTC元件22a被接纳和固定在热分割件22的孔 22b内。因此，邻近热分割件22的气流通道是热交换气流通道25a (见图 2的E部分)。热交换片23被设置在每一个热分割件22的两侧，例如如 图2的E部分所示。另一方面，如图5所示，在图2中的F部分，非热分割件22'的孔22b 内没有固定PTC元件22a。因此，在热交换件合肥热交换件22'之间的气 流通道是非热交换气流通道25b。树脂虚件24在图2中的F区被设置在非 热分割件22'的下面，如图5所示。在热分割件22内的PTC元件22a通过安装在外壳26a的端子26c、 未显示的电极板和金属热交换片23而供电。可以设置能够将电力从端子 26c直接供给到PTC元件22a的电极板。下面将描述电加热器20的操作。当车辆空调机对空气进行加热且加 热器芯体9不能够充分加热经过蒸发器8的空气时，在从控制单元供给电 力时电加热器20产生热量。因此，由于电加热器20能够对传递到乘客车 厢的空气进行加热，因此在本实施例的车辆空调机内能够实现空气的立即 加热。另外，在本实施例中的电加热器20中，分割构件22、 22，相互之间及与框架构件21之间以相等的距离间隔。电加热器20的热输出或热能力仅 通过放置与热分割件22的孔22b相对应的PTC元件22a的预设数量而设 定。因此，电加热器20的热能力或热输出能够被容易地调整，而不改变 加热器20的框架或形状。由于相对比较贵的金属热交换片23没有被放置在非热交换气流通道 25b内，成本被降低。另外，由于热分割件22和非热分割件22'由相同的板构成，电加热器 20的成本可以被降低。树脂虚件24被形成为，使得非热交换气流通道25b的通气流动阻力 与如果在非热交换气流通道25b内放置熟交换片23时存在的通气流动阻 力相等。由于树脂虚件24被放置在非热气流通道25b内，即使当电加热 器20的热输出通过改变PTC元件的数量而调整时，电加热器20的通气流 动阻力不会改变。另夕卜，由于树脂虚件24由树脂制作而成，电加热器20的成本被降低。 (其他实施例)尽管参考附图，与优选实施例结合，对本发明进行了充分说明，对于 本领域的技术人员来说显然可能会有各种改变和修改。(1) 在说明的实施例中，热分割件22和非热分割件22'为了降低成 本由相同的部件构成。然而，本发明并不仅限于此。非热分割件22，可以 由不包括孔22b的板构成。(2) 在说明的实施例中，树脂虚件24被放置在非热交换气流通道25b 内。然而，在热输出变化时，电加热器20的通气流动阻力从一种车辆类 型改变为另一种车辆类型，当这不是一个问题时，树脂虚件24可以省略 掉。在另一种变形中，形成非热交换气流通道25b的非热分割件22'可以 被省略，并且树脂虚件24的外框架24a可以被用作非热分割件22，，如图 6所示。在这种修改中，电加热器20的成本可以进一步地降低。(3) 在说明的实施例中，4个热交换气流通道25a和一个非热交换气 流通道25b形成在电加热器20内，如图2所示。然而，热交换气流通道25a和非热交换气流通道25b的数量并不如此限制。热交换气流通道25a 和非热交换气流通道25b的数量可以根据电加热器20的热输出而改变。(4) 在说明的实施例中，电加热器20被设置在加热器芯体9的下游 侧。然而，它也可以设置在脚出口 14的下游侧的脚通道(为示出)内， 并且将调节后的空气导向用户的脚部。进一步，电加热器20也可以被并 入到加热器芯体9内。(5) 在说明的实施例中，电加热器可用于各种途径，并不限于车辆 空调机。(6) 在说明的实施例中，非热交换气流通道25b形成在非热分割件 22'之间。然而，在非热分割件22'之间的气流也可以被阻止。(7) 在说明的实施例中，非热交换气流通道25b形成在非热分割件 22'之间。然而，非热交换气流通道25b可以形成在非热分割件22'和框架 21之间。这种改变和修改应该理解为限定在随附的权利要求所限定的范围内。
权利要求
1. 一种电加热器，包括 一对间隔预设距离的框架构件(21); 在供能时产生热的加热元件(22a);用于分割形成在所述框架构件(21)之间的空间且用于固定所述加热元件(22a)的热分割件(22);用于分割形成在所述框架构件(21)之间的空间的非热分割件(22');定位成与所述热分割件(22)相邻的热交换气流通道(25a);定位成与所述非热分割件(22')相邻且与所述热分割件(22)不相邻 的非热交换部(25b);以及有助于在所述加热元件(22a)和空气之间热传递的金属热交换件 (23)，其中所述热交换件(23)仅位于所述热交换气流通道(25a)内。
2. 如权利要求l所述的电加热器，其中，所述非热交换部(25b)是 空气能够通过其中的气流通道。
3. 如权利要求1或2所述的电加热器，其中，所述非热分割件(22') 是一对非热分割件(22，)中的一个，并且所述非热交换部(25b)位于所 述非热分割件(22')之伺。
4. 如权利要求1所述的电加热器，其中，所述热分割件(22)和所 述非热分割件(22，)大体相同，并且所述热分割件(22)包括用于接受加 热元件(22a)的部分。
5. 如权利要求4所述的电加热器，其中，所述热分割件(22)与所 述非热分割件(22，)相同，除了没有加热元件(22a)被非热分割件(22，) 接纳外。
6. 如权利要求2所述的电加热器，进一步包括设置在非热交换气流 通道(25b)内的通气流动阻力件(24)，其中所述通气流动阻力件(24)产 生对抗通过非加热交换气流通道(25b)的空气的通风气流阻力，并且其 中非热交换气流通道(25b)每单位面积的通气流动阻力与热交换气流通 道(25a)的通气流动阻力大体相同。
7. 如权利要求6所述的电加热器，其中，所述通气流动阻力件(24) 大体为阶梯状。
8. 如权利要求6所述的电加热器，其中，所述通气流动阻力件(24) 由树脂制造。
9. 如权利要求1所述的电加热器，其中，所述加热元件(22a)是PTC 元件。
10. 如权利要求1所述的电加热器，进一步包括通气流动阻力件(24)， 所述通气流动阻力件设置在所述非热交换气流通道(25b)中和用于产生 对抗通过所述非热交换气流通道(25b)的空气的通气流动阻力，其中， 所述通气流动阻力件(24)包括限定所述非热交换气流通道(25b)的外框架 构件(24a)，其中，该外框架构件(24a)起到非热分割件(22，)的作用， 并且其中立柱(24b)被设置在所述外框架构件(24a)的相对的部分之间。
11. 如权利要求l所述的电加热器，其中，所述电加热器形成车辆空 调机的一部分。
12. —种电加热器，包括 一对间隔预定距离的框架构件(21); 多个在供能时产生热的加热元件(22a);用于分割形成在所述框架构件(21)之间的空间的多个分割件(22， 22')，其中每个分割件(22， 22')被设置用以接受至少一个所述加热元件 (22a);定位成与所述加热元件(22a)的一个相邻的热交换气流通道(25a); 与加热元件(22a)的每一个间隔开的非热交换气流通道(25b);以及有助于在所述加热元件(22a)和空气间的热交换的金属热交换件 (23)，其中，所述热交换件(23)只位于所述热交换气流通道(25a)内。
全文摘要
本发明公开了一种电加热器。具有多个常见且便宜部件的加热器被用于具有不同加热要求的不同的车辆内。用于接纳和固定PTC元件(22a)的热分割件(22)和非热分割件(22’)大体相同。分割件(22，22’)在一对框架构件(21)之间按照大体相等的间隔被间隔开。金属热交换片(23)被设置在与热分割件(22)相邻的热交换气流通道(25a)内。树脂虚件(24)被设置在位于非热分割件(22’)间的非热交换气流通道(25b)内。加热元件(22a)的数量可以改变以适应于不同尺寸的车辆。
文档编号F24H3/06GK101144649SQ200710148348
公开日2008年3月19日 申请日期2007年8月31日 优先权日2006年9月11日
发明者冈野令二郎, 秋山喜则, 羽佐田英一 申请人:株式会社电装