用于车辆中的加热装置的制作方法

本发明涉及用于加热流体、比如水或液体冷却剂的加热装置，该加热装置例如可以应用于电动或混合动力车辆中，例如，应用在没有内燃发动机或内燃发动机的较短使用时间要求使用加热装置来加热乘客舱或车辆的需要加热的其他部分的情况下。

本发明的特征在于下述构型：该构型将温度限制在发热源与待加热液体之间发生热交换的温度，使得液体不会产生沉淀物，从而延长了装置的使用寿命。

沉淀物的产生在第一阶段产生了对辐射表面与待加热液体之间的热交换的热障，在第二阶段，该热障阻止由热源产生的热的排出，并且因此发生温度的过度增加和加热元件的损坏。

本发明通过打破产生加热装置的损坏的事件链来防止产生沉淀的第一阶段。

背景技术：

从能量的角度来看，内燃发动机的效率非常低，因为在燃料中的所有可用能量之中，内燃发动机只能利用非常低的百分比。剩余的可用能量最终被浪费并以热的形式散发到大气中，或者在最佳情况下，设想专门用于提高所有那些与燃烧室或由所述燃烧产生的废气接触并且必须在高于大气温度的给定温度下标称操作的部件的温度。

尽管从发动机性能的角度来看这种很少的能量利用是不期望的，但是其优点在于，内燃发动机例如对于在启动后直至达到操作温度之前的初始加热阶段中加热车辆的乘客舱或给定的部件而言是绰绰有余的热源。

电动车辆不具有内燃发动机，并且因此必须通过使用例如由车辆电池提供能量的加热装置来满足加热需求。对于混合动力车辆情况也是如此，在混合动力车辆中，尽管有内燃发动机，但内燃发动机运行较短的时间并且可能不足以产生必要的热量。

利用液体冷却剂作为待加热流体并且具有用于产生必须传递至液体冷却剂的热的电阻器的加热装置是已知的。液体冷却剂被认定为待加热液体，因为这些类型的液体是通常使用的液体并且配制成承受高温、具有良好的热容，并且具有将供液体冷却剂循环通过的导管保持在良好状态的添加剂。无论如何，在下文中待加热液体将被统称为热流体。

回到确定的加热装置，这些装置必须尽可能小以占用很小的空间，并且所述空间必须用于其他元件、比如电池组。

为了使加热装置的每单位体积产生最高的比热容，一种方法包括使用高功率电阻器。然而，已经观察到，这种高功率将温度极大地升高至电阻器与热流体之间发生热交换的温度，超过了取决于所使用的热流体的临界温度，此后会产生固体沉淀物。

固体沉淀物沉积在与热流体直接接触的辐射表面上，并且所述沉淀物始终具有低的热导率。随着时间的推移，这些固体沉淀物的出现建立了热障，热障阻止电阻器产生的热被有效地传递至热流体，因此，电阻器将其温度升高直至超过其最大允许温度，从而导致电阻器和接近电阻器的区域损坏。

基于热传感器的使用的保护电阻器免于过热的部分解决方案是已知的，然而，这些传感器在检测到温度的过度升高时才起作用并且因此在造成损害的原因已经发生时、即固体沉淀物已经出现时才限制电阻器的功率。发生这种情况时，即使装置没有过热，其产生热并将热传递至热流体的能力也会受到限制。

本发明通过其设计的特定构型解决了这个问题，而不必由于过热、至少由于固体沉淀物的出现而限制电阻器功率。

技术实现要素：

本发明提出了一种借助于用于在车辆中使用并且配置成用于加热流体的加热装置进行的针对前述问题的解决方案，该装置包括：

-底盘，该底盘包括用于热流体的腔室；

-入口端口，该入口端口供热流体进入；

-出口端口，该出口端口供热流体离开，其中，入口端口通过腔室(c)与出口端口流体连通；

-至少一个加热板，所述至少一个加热板固定至底盘，所述至少一个加热板在第一侧包括发热区域，并且与第一侧相反的第二侧形成腔室的内壁的一部分；

其中，加热装置还包括多个散热元件，其中，这些散热元件位于第二侧并且定位成与发热区域的至少一部分相对应且热连通。

底盘是装置的结构元件，所有部件都固定在底盘上，并且例如，底盘又包括固定元件以被安装在车辆中。

底盘包括意在用于容置循环通过装置的热流体的腔室，并且在该腔室中进行热交换。腔室设置有供待加热的热流体进入的入口端口以及出口，一旦热流体被加热，热流体就通过该出口离开。

加热装置包括加热板，该加热板具有两侧，即进行发热的第一侧和与第一侧相反的第二侧，第二侧是将热传递至热流体的一侧。

加热装置的腔室构造在具有宽开口的底盘中，该开口借助于加热板而被至少部分地封闭，使得第一侧朝向腔室的外部而向外定向，并且第二侧是朝向腔室定向从而形成腔室的内壁的一部分的一侧。根据本发明的实施方式，整个腔室借助于其他元件而被封闭，例如，特别是借助于与第一加热板相对定位的第二加热板而被封闭。

为了更大的效率，腔室优选地具有平坦的构型，使得腔室包括被限定在两个平坦的壁之间的空间，一个平坦的壁由加热板形成，而一个基本平坦的壁例如由封闭该空间的底盘形成，其中，腔室的给定间隔或高度尽可能小，使得交换面积相对于腔室的容积——腔室的容积在操作模式下与在给定时间被容置在腔室中的热流体的体积一致——之间的比率是最大的，而不会损害压降。

本发明利用了一种如所描述的加热板，其中，朝向腔室的内部定向并与热流体接触的一侧包括多个散热元件，所述多个散热元件定位成使得发热区域的至少一部分与所述散热元件的位置相对应。

当指示为对应时，这应当被解释为意指覆盖发热区域的区域依照沿着与加热板的主平面垂直的方向的投影具有与覆盖一个或多个散热元件的区域交叠的交叠区。

在优选示例中，散热元件与整个发热区域相对应。

从技术观点来看，使交换面积相对于腔室的容积最优化确定了形成腔室的表面——即加热板的表面与形成腔室的相对壁的表面——之间的间隔最小。然而，与该标准相反，出于两个原因，包含散热元件迫使保持较大的间隔，第一原因是由于散热元件被容置在两个表面之间并且从加热板的表面突出，第二个原因是由于如果不增大间隔则将无法确保维持压降。

尽管包含突出部或非平滑表面除了施加较大的距离或高度之外还有利于使由于热流体的降解产生的沉积物固定，但是已经观察到，这些散热元件的存在增加了从发热区域传递至热流体的热量，从而降低热源的温度并由此防止热流体降解、产生固体沉积物。

在各种实验室试验之后已经观察到，远远不同于有利于使由于热流体的降解产生的沉淀物固定，交换表面贯穿装置的使用寿命均保持清洁，从而防止了所述使用寿命由于此原因而缩短。

根据一个实施方式，发热区域包括电阻器。

根据另一实施方式，发热区域包括由多个电阻器形成的子区域，所述多个电阻器构造为平行分布且以串联或并联的方式彼此互联的多个纵向带。

根据另一实施方式，发热区域包括多个电阻器子区域，每个子区域具有独立的电源。

根据另一实施方式，散热元件包括依照主方向分布的翅片。

根据另一实施方式，具有翅片的散热元件通过附接至加热板的波纹状折叠的片材构造而成。

根据另一实施方式，散热元件与加热板之间的附接通过钎焊进行。

根据另一实施方式，加热板包括：

-基板，该基板构造为平板，其中，在发热区域所在的第一侧上，加热板包括位于基板上的至少一个介电材料层，

-一个或更多个电阻器，所述一个或更多个电阻器布置在介电层上；以及

-一个或多个电阻器的电源的连接端子。

根据另一实施方式，加热板额外包括位于所述一个或更多个电阻器上的保护层。

根据另一实施方式，加热板的基板由不锈钢制成。

根据另一实施方式，散热元件由铝制成。在该实施方式中，铝的高热导率允许增加对加热板的基板的保护效果，这防止了在较高温度条件下沉积的发生。

根据另一实施方式，散热元件由不锈钢制成。在该实施方式中，当加热板的基板也由不锈钢制成时，组件由于使加热板与散热元件之间的差异性膨胀的影响最小化而更耐热冲击。

根据另一实施方式，位于腔室中的至少一个散热元件在腔室内部产生了由所述散热元件(1.3)限定的通道，所述通道具有水力直径水力直径被定义为变量其中，a是通道的横截面积，并且p是所述通道的周长，水力直径处于1.5至5的范围内。

根据其他更具体的实施方式，通道采用处于1.5至4的范围内的水力直径

根据其他特定实施方式，通道采用处于2至4的范围内的水力直径

根据另一实施方式，该装置包括多个散热元件，其中：

-散热元件中的每个散热元件意在位于加热板的第二侧的有限区域上；

-每个散热元件依照纵向方向构造；并且

-其中，散热元件的组确定了依照从入口端口至出口端口的断开的直线路径的一系列路线。

下面将在对本发明的详细描述中描述该装置的各种特定构型。

附图说明

根据以下参照附图仅通过非限制性的说明性示例的方式给出的优选实施方式的详细描述，本发明的这些特征和优点及其他特征和优点将变得更明显。

图1示出了一个实施方式的分解立体图，其中，示出了形成加热装置的元件组。

图2示出了加热板的两侧中的一侧的立体图，散热元件位于该侧上。

图3示出了加热板相对于图2中所示的一侧的相反侧的立体图，该侧示出了用于发热的电阻器组。

图4a至图4b：图4a示出了根据本发明的前述实施方式的加热装置的侧向正视图，其中，根据断面确定了横截面b-b，使得在该附图中示出的截面平面的下部是倾斜的。图4b示出了在图4a中确定的截面b-b，其中，加热板是呈横截面的，并且下部由于截面的倾斜平面而允许观察到电阻器及电阻器的连接器的立体图。

图5示出了根据一个实施方式的加热板的一部分的示意性描绘的立体图。

图6示出了加热板的一个实施方式的示意性描绘的截面视图，其中，加热板被示出为与前图中所示相反。

图7通过由翅片形成的散热元件的横截面示意性地示出了腔室的一部分，并且其中，确定了在这种情况下允许定义由所述翅片形成的通道的水力直径的最相关的参数。

具体实施方式

图1示出了加热装置1的一个实施方式的分解立体图，其中，主体由底盘1.1形成，在该实施方式中，底盘1.1由模制铝形成。底盘1.1是包括供热流体进入的入口端口i和供热流体离开的出口端口o的结构体。在该示例中，入口端口i和出口端口o两者均延长成为连接接口。底盘1.1的构型是包括带有产生两个空间的分隔板1.1.1的周缘壁的构型，在分隔板1.1.1的每一侧上产生一个空间。

在该分隔板1.1.1上方，第一空间形成用于电路板1.5的壳体，该电路板意在用于管理电源。

发热源和促进从发热源至热流体的热传递的元件两者均位于分隔板1.1.1的另一侧，位于依循图1中示出的取向的分隔板1.1.1的下方。

通过在本说明书中被标识为上盖1.6的盖来封闭用于电路板1.5的壳体。

加热装置1包括与入口端口i和出口端口o连通的用于热流体的腔室c。根据本发明，底盘1.1的分隔板1.1.1形成了用于热流体的腔室c的壁中的一个壁，从而使得该装置的设计是非常紧凑的。

在同一图1中，所示的底盘1.1下方存在密封垫圈，该密封垫圈被容置在该立体图中未示出的周缘凹槽中。腔室c与由分隔板1.1.1形成的内壁所形成的区域相比具有非常小的高度。

在该实施方式中，壁1.1.2是例如在底盘的主体的注射期间构造的底盘1.1的一体部分；然而，可以借助于框架将壁1.1.2构造成独立部分，之后借助于钎焊附接壁1.1.2。

腔室c的与由分隔板1.1.1形成的壁相对的内壁由加热板1.2形成，加热板1.2是负责产生热量并将热量传递至热流体的板。

在图1的立体图中示出的加热板1.2展示了由板1.2的基板1.2.1形成的平滑表面，并且同样根据图1的取向在该基板上方，由散热元件1.3的组形成块。

在该实施方式中，由散热元件1.3的组形成的块通过钎焊附接至加热板1的基板1.2.1。

加热板1.2的定位有散热元件1.3的这一侧被标识为b侧。

加热板1.2的相反侧、即被标识为a侧的一侧是包含发热元件的一侧。

在该实施方式中，发热元件是由电阻材料制成的利用电流的通过产生热量的轨道。这些由电阻材料制成的意在利用电流的通过产生热量的轨道在下文中将被称为电阻器1.2.2。根据另一实施方式，发热元件是将热量传递至加热板1.2的基板1.2.1的珀耳帖板(peltierplate)。

最后，如图1的下部中所示，该装置由被称为下盖1.4的盖封闭。

分隔板1.1.1并未将形成电路板1.5的壳体的空间与加热板1.2所在的空间之间的通道完全封闭，而是存在开口1.1.3，这些开口被连接器1.7横穿，连接器1.7使加热板1.2与意在用于向加热板1.2供电的电路板1.5连通。

图2示出了加热板1.2的散热元件1.3所在的一侧、即b侧的立体图，并且图3示出了同一加热板1.2的相反侧、即a侧，a侧具有由电阻器1.2.2形成的用于产生热量的区域r。

根据该实施方式，电阻器1.2.2构造成呈平坦轨道的形式，所述平坦轨道形成平行分布的带，从而形成子组，其中每个子组被独立地供电。整个电阻器子组覆盖电阻器区域r，其中该区域r是发热区域和经受高温的区域。

由电阻器1.2.2产生的热量通过加热板1.2的基板1.2.1传递至板的另一侧直至到达相反侧的表面。

根据不属于本发明的示例，已经证实的是，如果加热板1.2的朝向腔室c的内部定向的一侧处于不存在散热元件1.3的空置状态，与电阻器1.2.2的位置相对应的板的升高的温度会使热流体降解，从而在同一温度升高的位置处产生沉积物。随着时间的流逝，固体沉积物建立阻止由电阻器1.2.2产生的热量向热流体耗散的热障。未耗散的热量导致温度进一步升高直至达到过高的温度，从而烧毁电阻器1.2.2。

固体沉积物形成环境中的任何突出物均有利于更多固体的沉淀。然而，与所预期的相反，在该实施方式中，已经包括呈构造为从加热板1.2的表面露出的翅片的突出部的形式的散热元件1.3，并且因此已经证实，与所预期的相反，加热装置1可以在标称条件下长时间工作，而不会形成固体沉积物。

通过在电阻器的温度已经升高到标称温度以上、甚至达到引起沉淀的极值的情况下对本发明的实施方式进行实验，已经证实，由于通过散热元件1.3维持了热交换，因此该装置即使在基部具有许多沉积物的情况下也正确操作。

在一个实施方式中，也如图4b中所示，散热元件1.3的高度使得散热元件1.3到达由分隔板1.1.1形成的相对表面并保留了足够的公差，以免由于膨胀的影响而与可能在材料中产生疲劳的力接触。

图1至图4b中所示的实施方式包括多个散热元件1.3，其中：

散热元件1.3中的每个散热元件意在位于加热板1.2的第二侧b的有限区域上；

每个散热元件1.3依照纵向方向构造；并且

其中，散热元件1.3的组确定了依照从入口端口i至出口端口o的断开的直线路径的一系列路线。

在该实施方式中，在散热元件1.3包括多个具有直线构型并且彼此平行地分布的翅片1.3.1的情况下，散热元件1.3依照纵向方向构造。

根据另一实施方式，散热元件1.3由具有依照正弦路径延伸的波形形式的翅片形成。正弦曲线延伸所沿的方向是被标识为纵向方向的方向。

参见图2，加热板1.2包括由板依次形成的三个散热元件1.3，有沿给定的纵向方向定向的翅片1.3.1从该板露出。根据该实施方式，加热板1.2具有基本矩形的构型，其中，入口端口i和出口端口o与矩形的较小的侧边中的一者相对应。

第一散热元件1.3大致覆盖了沿着由矩形的较大侧边确定的方向延伸的矩形区域的一半。第三散热元件1.3大致覆盖了同样沿着由矩形的较大侧边确定的方向延伸的矩形区域的另一半。第一散热元件1.3和第三散热元件1.3的位于入口端口i和出口端口o所在处的相反侧的端部具有倒角的终端，使被第二散热元件1.3占据的自由区域具有基本三角形的构型。

散热翅片1.3.1之间形成的通道形成依照呈下述三段的断开的直线路径的一系列路线：沿着第一散热元件1.3从入口端口延伸至相反端部的纵向段、沿着第二散热元件1.3的第二横向线以及沿着第三散热元件1.3延伸至出口端口o的最终纵向线，这三条线构造成“u”形。根据另一实施方式，加热板1.2包括具有三个散热元件1.3的单个块，从而产生连续延伸的翅片，以用于例如借助于冲压成单个部分来构造成“u”形。

通过钎焊将具有形成散热元件中的每个散热元件的翅片1.3.1的板中的每个板附接至加热板1.2的基板1.2.1。

根据另一实施方式，如上所述，一个或更多个散热元件1.3由波纹状片材形成，该波纹状片材也通过钎焊附接至加热板1.2的基板1.2.1。

图2还示出了连接器1.7，该连接器将图3中所示的电阻器的连接端子1.2.5与位于电路板1.5上的相应电源端子电连通，这允许管理从电路板流经电阻器1.2.2中的每个电阻器的电流，而电路板1.5与产生热量的空间是分开的。

图3示出了由并列分布的电阻轨道组形成的发热子区域。示出了在发热区域r的较大侧边上平行于边缘延伸以用于直接从独立的端子为电阻器组中的每个电阻器组直接供电的轨道。这种独立性允许例如在加热板1.2的不同区域中的加热需求也不同的情况下单独管理对子区域中的每个子区域的供电。

图4a示出了该装置的侧向正视图，其主要示出了底盘1.1的侧壁、上盖1.6、待加热的热流体的入口以及用于对装置进行供电和控制的插座1.8，如也在图1中示出的，该插座1.8与电路板1.5连通。

图4a示出了虚线b-b，该虚线限定了截面的横断面，该横断面在其下部是倾斜的，以用于生成加热板1.2的电阻器的立体图。

图4b示出了装置的根据图4a中所示的截面平面b-b的截面图。该截面示出了分隔板1.1.1，分隔板1.1.1使电路板1.5留在上部中，该电路板在该实施方式中被示出为具有将该电路板与其所固定至的分隔板1.1.1分开的支承件。

依循图4b中所使用的取向，在分隔板1.1.1下方构造有腔室c，该腔室由与分隔板1.1.1一体形成的上内壁和侧壁1.1.2限制并且在下部中由加热板1.2限制，加热板1.2在本实施方式中借助于螺钉1.2.6固定。该同一截面示出了确保用于构造腔室c的加热板1.2与底盘1.1之间的密封闭合性的密封垫圈1.9。

腔室c的内部示出了多个散热元件1.3，所述多个散热元件1.3由通过钎焊附接至加热板1.2的板以及朝向分隔板1.1.1露出的翅片1.3.1形成，翅片1.3.1覆盖腔室c的整个高度并填充所有可用空间。

截面b-b的斜视图允许看到沿着发热区域r延伸的电阻器组，该发热区域与位于发热板1.2另一侧的散热元件1.3相对应。

电阻器1.2.2由用于向加热板1.2供电的连接端子1.2.5供电，其中，这些连接端子1.2.5通过连接器1.7连接至电路板1.5。

图5示出了加热板1.2的一部分的细节的示意性立体图，该加热板具有第一下侧a，该第一下侧a具有由不连续的线标识的被电阻器1.2.2覆盖的加热区域r，电阻器1.2.2产生通过加热板1.2传递至第二侧b、即在该图中被示出为位于上部的一侧的热。

在上部中，第二侧b是焊接有散热元件1.3的位置，该元件在该示意性示例中被示出为呈产生翅片1.3.1的波纹状片材的形式，翅片1.3.1通过平坦表面成对连接以形成脊状部的形式。

图6示出了同一加热板1.2的截面，加热板1.2现在以第一侧a向上而第二侧b向下的形式示出。散热元件1.3现在向下定向并通过钎焊附接至基板1.2.1。根据一个实施方式，在基板1.2.1上方，存在介电层1.2.3，在该介电层上布置有电阻器1.2.2，并且其中，保护层1.2.4覆盖整个介电层1.2.3和电阻器1.2.2。

即，根据本实施方式的加热板1.2的结构包括：

构造为平板的基板1.2.1，其中，在发热区域r所在的第一侧a上，加热板1.2包括位于基板1.2.1上的至少一个介电材料层1.2.3。

布置在介电材料层1.2.3上的一个或更多个电阻器1.2.2；以及

位于所述一个或更多个电阻器1.2.2上的保护层1.2.4。

根据另一实施方式，加热板1.2还包括未在附图中示出的用于向一个或多个电阻器1.2.2供电的连接端子。

已经进行了若干次实验，并且基于这些实验已经发现了存在高度安全性的一组构型，其中，不会导致由散热元件1.3及其所形成的通道引起的高的压降，产生了防止由于沉淀物的生成而形成固体沉积物的条件。

已经证实所述构型为下述构型：其中，由散热元件1.3的突出部或凸起形成的通道的水力直径处于1.5至5的范围内，水力直径被定义为变量其中，a为通道的横截面积，并且p为所述通道的周长。

在这些构型之外，已经发现子构型，其中，即使热流体沸腾，温度也保持在使液体产生沉淀物的极限以下。这些构型具有处于1.5至4的范围内的水力直径

已经发现甚至更具体的子构型，其中，压降是特别低的，并且其中沉淀物的量相当低。所述组证实了在突出部或凸起之间形成的通道的水力直径处于2至4的范围内。

已进行的实验表明，这些结果与用作热流体的液体冷却剂无关，并且也与突出部的材料无关。

图7示出了下述特定情况：其中，散热元件是翅片，翅片具有从基部板露出的基本矩形的截面并且展示出与相对表面的小间隔。图7在其下部中描绘了与加热板1.2相对应的表面，并且在其上部中描绘了由底盘1.1的分隔板1.1.1形成的腔室c的内壁，分隔板1.1.1形成了腔室c的相对内壁。

散热元件1.3的基部板位于散热板1.2的表面上，并且翅片位于该基部板上。图7描绘了该构型的允许将水力直径确定为以下值的最相关参数：

其中，

hc是腔室c的内表面之间的间隔高度；

hf是从散热元件1.3的基部露出的翅片的高度；

tb是基部的厚度；

d是两个连续的翅片之间的相对表面之间的间隔；以及，

tf是翅片的厚度。

在其他特定情况下，有必要参考水力直径的一般定义。

除了这些相互排斥的特征的组合，本说明书(包括权利要求、说明书和附图)中描述的所有特征可以以任何组合方式进行组合。