本发明涉及一种热交换器以及一种包括这种热交换器的车辆加热装置。
技术实现要素：
本发明所基于的目的在于简化集成有温度传感器的热交换器的构造，这种热交换器可以用在车辆加热装置中。
用于车辆加热装置的具有温度传感器的热交换器被说明。热交换器包括温度传感器、热输入表面、布置在热输入表面上的电加热元件、和热输出表面。温度传感器布置在热输出表面上的凹部中。由于温度传感器布置在热输出表面上的凹部中，因而热交换器体的布置有电加热元件的那侧的自由表面不需要内凹。由此，对于热交换器的预定的整体尺寸和预定的要求的加热能力可以选择较大的热输入表面，从而减小电加热元件的欧姆带状导体的表面加载。此外，用于控制电加热元件的控制装置通常布置在背向电加热元件的热交换器侧，从而减小控制装置中电子器件的热载荷。由于温度传感器布置在热输出表面上的凹部中，因而实现温度传感器的接电所需要的线路的长度可以对应地显著减小，原因在于所述线路无需非要绕着热交换器地引导。相对较短的线路减小了所需的空间量并借助于更小的磁场而提高了电磁兼容性。温度传感器可以例如是高电压温度传感器。热输入表面和热输出表面可以是热交换器体的基本上决定了例如热交换器的外部形状的表面。热交换器体的热输入表面可以表示热交换器体的下述表面区域：在包括热交换器的车辆加热装置的运行过程中，热在该表面区域处进入或传递给热交换器体。热输入表面可以例如是热交换器体的以下表面：电加热元件布置在该表面上。电加热元件可以设计成例如分层式的加热元件。热交换器的热输出表面可以表示热交换器体的以下表面：在包括热交换器的加热装置的运行过程中，热在该表面处传递给被加热的介质。热交换器体可包括金属材料。金属材料可以例如是易于导热的铝或铝合金。电加热元件的导电区域可以相对于热输入表面电绝缘。可以设置成，电绝缘层直接施加给热交换器体的热输入表面。术语“直接施加”在本申请中可以理解成意味着尤其所述层借助于热喷涂或喷敷工艺施加给热交换器的热输入表面。热喷涂工艺可以例如是等离子喷涂、冷气喷涂、火焰喷涂和/或悬浮火焰喷涂。替代地，也可以使用同样能够实现电绝缘层的直接施加的其它涂敷工艺。可以设置成，电加热元件的电加热层直接施加给电绝缘层。电加热层也可以作为薄层直接施加给电绝缘层。上文已经提及的热喷涂或喷敷工艺也可以用于施加电加热层。可以设置成，电绝缘层包括陶瓷层，尤其是由氧化铝构成的陶瓷层。电加热层和电绝缘层可以借助于上文提及的喷涂或喷敷工艺简便地施加，从而电绝缘层可以永久地固定至热交换器体并且电加热层可以永久地固定至电绝缘层。由此，施加给电绝缘层的电加热层与热交换器体之间可以在热输入表面的区域中建立良好的热传递性。此外，陶瓷层还机械稳定地连接至热交换器体的表面从而补偿加热或冷却过程中产生的应力。这种特性尤其可以通过使热交换器体和绝缘层具有至少类似的热膨胀系数来获得。电加热层与电绝缘层之间也由于具有类似的膨胀系数而具有充分的机械稳定性，其中，电绝缘层例如设计成陶瓷层。可以设置成，电加热层包括金属材料、尤其是镍或镍合金。镍或镍合金可以容易地设计成充分热稳定的欧姆加热电阻。可以设置成，电加热层在电加热层的层表面中被结构化并包括至少两个彼此独立的电阻加热元件。采用这种方式，彼此独立且设计成分层式的加热元件的多个电阻加热元件可以一起以较少的制造步骤直接施加给热交换器体的热输入表面，这些较少的制造步骤与电阻加热元件的数量无关。各电阻加热元件可以例如构造成电加热元件的电加热层中的带状导体的形式。带状导体可以彼此间隔开地布置并且每个带状导体具有专用的电连接接触部。为了简化电接触连接部，电连接接触部可以汇集在一起并共同连接至电压源。电加热元件可以被提供以例如呈脉冲宽度调制形式的电功率，从而调节加热能力。电加热元件可以设计成高电压电加热元件。这种高电压电加热元件可以被提供以高的电源电压并在高的电源电压下运行。高的电源电压可以例如是至少100伏特。高的电源电压可以位于这样的电压范围内：该电压范围被称作高电压范围且例如起始于100伏特。热交换器可以例如用作电加热装置的热交换器，所述电加热装置又可以用于电动车辆或混动车辆。电加热元件可以适于在电动或混动车辆的高电压电系统中运行。电加热元件可以尤其适于直接地(也即在其间没有连接电压转换器地)操作性连接至电动或混动车辆的高电压电系统，其中，所述电压转换器例如限制可以从高电压电系统提供给电加热元件的最大电压。热输出表面上的凹部可以借助于热交换器体的材料层而与热输入表面隔开。热交换器体的材料层的特征可以例如在于它的小厚度。分隔材料层的小厚度可以例如是绝缘层的厚度的两倍和三倍。材料层可以例如是1.5mm至3.5mm，优选为2.5mm。凹部的深度相对于热交换器的厚度可以至少对应于热交换器的厚度的一半。所述深度可以优选为热交换器的厚度的至少2/3。尤为优选的是，所述深度是热交换器的厚度的3/4。热交换器垂直于热输入表面的厚度可以仅仅取决于热交换器体的厚度。热交换器的厚度可以例如由热输入表面与热输出表面之间垂直于热输入表面的最短距离来提供。
可以设置成：凹部设计成盲孔。盲孔可以在热交换器体的制造过程中以简单的方式制造。盲孔例如可以作为开孔在独立于热交换器体的制造的一加工步骤中制造，或者，在热交换器体以铸造工艺制造的情况下，盲孔可以在铸造过程中借助于具有对应形状的铸造工作来提供。即使盲孔是通过具有对应形状的铸造工具制造的，盲孔也可以借助于钻孔来完工。本领域技术人员知晓的用于制造盲孔的其它方法同样也可以被使用。将设计成盲孔的凹部相对于热输入表面隔开的材料层的直径和厚度可以被容易且精确地调整。此外，温度传感器导热地连接至热交换器体所占据的表面面积可以被扩大超过盲孔的底表面。例如，盲孔的侧表面也可以以导热的方式连接至温度传感器并可以作为盲孔的底表面的补充来将温度传感器热连接至热交换器体。还可以设置成，温度传感器铸造于填充凹部的衬套中。填充凹部的衬套可以例如由陶瓷材料形成。衬套可以例如以材料结合或形状配合或力配合的方式布置在凹部中。衬套可以形成例如温度传感器与热交换器体之间的电绝缘层。衬套的壁厚度和底部厚度的大小可以设置成例如保持所需的电气间隙和爬电距离。电加热元件和温度传感器由此可以视作在运行过程中是电隔离的。衬套可以例如在形成凹部后布置于凹部中，或者可以在凹部中直接制造。衬套可以例如借助于热喷涂或喷敷工艺直接在凹部制造。这些工艺已经针对电绝缘层予以说明。衬套连同铸造于衬套中的温度传感器一起优选地单独地制造并作为组件插入且机械固定于凹部中。衬套与热交换器体之间在凹部中的附加的粘合可以被提供以用于改善传热性并用于固定衬套。
可以设置成，热输出表面至少部分地由翅片形成。翅片可以例如扩大热输出表面并为此尤其大致垂直于热输入表面地定向。翅片可以相对于热交换器体的其它部分独立地制造并可以例如以材料结合或力配合的方式连接至热交换器体的所述其它部分。替代地，还可以使翅片作为热交换器体的一体部件来被制造，其中，例如可以使用本领域技术人员所知晓的铸造或磨削工艺。
此外，可以提供盖，所述盖与热输出表面一起限定出供被加热的介质流动的至少一个通道。被加热的介质可以例如是水或空气。通道例如可以相对于热输入表面以恒定的间距延伸。所述通道例如具有蜿蜒的构型。所述通道可包括例如用于被加热的介质的至少一个偏转部，从而在热输入表面的附近增加通道的长度。
还可以设置成，盖包括开口，温度传感器可以通过所述开口插入凹部中。这使得能够将温度传感器容易地安装在凹部中，这种安装尤其能够在热交换器体的实际制造后以及将盖固定至热交换器体后进行。可以设置成，通过密封装置使开口相对于通道密封。这可以阻止被加热的介质在温度传感器的区域内从通道逃逸。密封装置可以例如设计成焊缝。焊缝通常已经在热交换器的制造过程中于其它部位处提供，并由此附加的焊缝不需要与其它制造步骤完全不同的制造步骤。能够想到的是，密封装置可以设计成呈金属或橡胶密封环的形式。
上文所描述的热交换器可以用作车辆加热装置的一部分。
附图说明
现在利用优选实施例并参考附图以示例的方式来说明本发明，在附图中：
图1示出具有温度传感器的热交换器的侧向剖视图；
图2示出其中没有布置温度传感器的热交换器的侧向剖视图；
图3示出包括热交换器的车辆加热装置的示意图；并且
图4示出在加热元件上设置有空缺部的热交换器的三维外部视图。
具体实施方式
在下文的附图解释中，相同的附图标记指代相同或可比较的构件。
图1示出具有温度传感器的热交换器的侧向剖视图。热交换器10的细节可以从侧向剖视图中观察到。热交换器10包括热交换器体38、布置在热交换器体38上的电加热元件16、以及盖28。盖28相对于加热元件16布置在热交换器体38的相反的一侧。盖28包括开口34。盖28和热交换器体38通过密封装置36彼此紧密地连接，从而使被加热的介质于热交换器体38与盖28之间拦阻于热交换器10中并尤其无法在盖28的开口34的区域中从热交换器10逃逸。密封装置36可以被设计成例如是焊缝或密封件。热交换器体38包括凹部，该凹部在图1中没有特别地示出并且衬套24容置在该凹部中。衬套24可以例如由陶瓷材料构成。衬套24可以容置有温度传感器22，温度传感器22可以借助于铸造材料42被铸造于衬套24的内部，尤其铸造在衬套24的底区域中。电接触连接部40用于将温度传感器22连接至电控制器(在图1中未示出)。陶瓷衬套24可以通过盖28中的开口34插入热交换器体38中的所述凹部(未特别指代)中。衬套24可以例如以形状配合或力配合的方式或者采用材料结合的方式连接至热交换器体38。衬套24可以粘合在凹部中以在热交换器体38与衬套之间形成固定的且尤为易于导热的连接。替代地，衬套24还可通过在热交换器体38的凹部中直接施加来制造，其中，可以利用本领域技术人员所知晓的热喷涂或喷敷工艺。铸造材料42可以例如是易于导热的树脂。衬套24可以使温度传感器22相对于热交换器10的其余部分电绝缘。铸造材料42可以帮助电绝缘。电加热元件16可以固定至热交换器体38或者可以利用热喷涂或喷敷工艺通过直接施加而直接制造在热交换器体38上。
图2示出不具有温度传感器的热交换器的侧向剖视图。电加热元件16布置在热输入表面14上，其中，图2中所能观察到的间距是仅仅出于更清晰的目的而被呈现于视图中。盖28布置在热交换器体38的相反侧上，所述盖具有开口34，通过开口34可以进出凹部20。热交换器体38与盖28之间的间距也仅仅是出于更清晰的目的。凹部20设置成用于容置温度传感器22，温度传感器22已经从图1知晓。热交换器体38包括翅片26，翅片26大致垂直于热输入表面14地延伸并限定出至少一个通道30，被加热的介质32在所述至少一个通道30中流动。介质32的流动方向由符号表示。在图2所选取的视角中，所表示的流动方向垂直于之纸面地延伸。图1中示出但图2中未示出的密封装置36提供盖28与热交换器体38之间的密封以有效地阻止被加热的介质32在盖28的开口34处逃逸。在凹部20与热输入表面14之间具有热交换器体38的相对较薄的材料层，并由此借助于将要布置在凹部20中的温度传感器的温度感测基本上对应于加热元件16的温度，这是因热交换器体38具有良好的导热性。翅片26可以提供被加热的介质32的多次偏转，并由此在热输入表面14的区域内增加所述至少一个通道30的有效长度。
图3示出包括热交换器的车辆加热装置的示意图。图3中示出的车辆加热装置12包括如参考图1和2所示意性说明的热交换器10。除了热交换器10之外，图3中示意性示出的车辆加热装置12还可以包括例如控制装置(未示出)。
图4示出在加热元件上设置有空缺部的热交换器的三维外部视图。图4中示出的热交换器10类似于结合图1和2所描述的热交换器10。例如，图4中示出的热交换器的基本形状和外部尺寸也以相同的方式适用于结合图1和2所描述的热交换器10。然而，在图4中示出的热交换器10的情况下，温度传感器22布置在以下空缺部44中：这些空缺部位于热交换器10的布置有电加热元件16的那侧上。由此，空缺部44减小热交换器10上的可供电加热元件16使用的表面面积并由此有效地减小热输入表面。温度传感器22在空缺部44的平面内以导热的方式平面地连接至热交换器10。控制装置(图4中未示出)通常布置在热交换器10的后侧(图4中不可见)上。温度传感器22的电接触连接部由此需要通过线缆通道46，并由此较长的线路必须环绕热交换器10地引导。将控制装置布置在热交换器10的与加热元件16相反的那侧上的这种特别的布置方也可以与图1和2中所描述的热交换器10组合地提供。
本发明的在上述说明、附图和权利要求中公开的特征对于实施本发明不仅单独是关键的而且以任何期待组合的方式也是关键的。
附图标记列表
10热交换器
12车辆加热装置
14热输入表面
16加热元件
18热输出表面
20凹部
22温度传感器
24衬套
26翅片
28盖
30通道
32介质
34开口
36密封装置
38热交换器体
40接触连接部
42铸造材料
44空缺部
46线缆通道