热电热交换器的制作方法

专利名称:热电热交换器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种热电热交换器。
背景技术：
尤其在混合动力汽车或电池驱动的电动车中，由于不能再提供相应高的和必要的如同出现在具有内燃机的汽车中一样的冷却剂温度，因此不能再使用传统的供冷却剂加热器来加热客厢。所以，内部空间应该通过供电加热器来加热。由于现存的电能必须尽量节省地使用，因此这种加热装置应该尽量高效地工作。
在现有技术(例如在DE 10 2009 016 363)中所用的加热器的缺点是，只可实现较低的COP值，因此这些加热器的效率很低。同时，传统的加热器需要很大的安装空间，并且很重。此外，传统的加热器在运行和/或制造时的成本还很高。
因此，尤其必须为汽车提供一种从电能中产生热能并从而加热或冷却客厢的方案。这种加热器或冷却器的安装位置应该可以居中地(例如在空调系统中)或分散地(例如在通风口或座位中)设置。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种改进的热交换器。
该目的通过根据下述的装置得以实现。
本实用新型提供了 一种用于加热或冷却介质的热电热交换器，该热电热交换器具有以下特征
至少一个用于引导第一介质的第一管子；
至少一个用于引导第一介质的第二管子，该第二管子设置为与第一管子基本平行；以及
设置在第一管子和第二管子之间的包覆元件，该包覆元件具有与第一管子相连的第一包覆体部件，并且该包覆元件还具有至少一个第二包覆体部件，该第二包覆体部件构成了用于第二介质的流体通道，其中第一包覆体部件和第二包覆体部件之间设置有用于加热或冷却第一介质或第二介质的热电元件，并且该热电元件通过包覆元件相对于第一介质和/或第二介质液密地封闭。
本实用新型基于的理念是，与只配备电力加热器(电阻加热)(例如仅带有PTC集成块)相比，采用热电元件可使COP值大于I。例如，在利用热电元件的相应极性时，该装置也可用于冷却客厢空气。在这种情况下，在具有用于引导第一介质的第一管子和第二管子以及设置在它们中间的、为第二介质构成液体通道的包覆元件的布局中，提供了非常大的换热表面，以用于加热或冷却第一或第二介质。在此有利的是，热电兀件相对于第一和/或第二介质液密地封装或封闭。例如，在热电元件的帮助下，以这种方式可将第二介质升至比第一介质更高的温度，其中第一介质的温度在此作为用于通过热电元件提高第二介质温度的起始变量。如果相对于上述应用情况利用了热电元件的相应相反的极性，则也可将第二介质降至比第一介质更低的温度。在这种情况下，第二介质的温度作为用于通过热电元件降低温度的输出变量。
本实用新型的优点是，现在通过在热电元件上施加相应的极性，可通过热电热交换器实现加热功能或冷却功能。在此，利用另一待加热或待冷却的介质的温度作为用于相应提高或降低温度的基础。
根据本实用新型的有利实施例，第二包覆体部件可以具有多个开口、尤其是纵长孔，该开口构成了用于第二介质的流体通道。本实用新型的这种实施例的优点是，由于第二介质完全流经第二包覆体部件，因此在第二介质和热电元件之间提供了尤其良好的热接触，并进而确保了从第二介质到第二包覆体部件的良好的热传递，或者从第二包覆体部件到第二介质的良好的热传递。
第二包覆体部件也可以具有两个以梳状方式彼此交错嵌合但并不相互接触的子部件，并在子部件之间构成了用于第二介质的流体通道。本实用新型的这种实施例在流体通道中实现了非常大的传热表面，因此在第二包覆体部件和第二介质之间实现了高效的热传递。
在本实用新型的另一实施例中，第一管子可以具有至少一个凹槽，该凹槽在第一介质流经第一管子时实现了第一介质与第一包覆体部件的直接接触。本实用新型的这种实施例的优点是，通过第一介质和第一包覆体部件之间的直接接触，已经确保了第一包覆体部件和第一介质之间非常好的传热系数。
在本实用新型的另一实施例中，该包覆元件还可以具有与第二管子相连的第三包覆体部件，其中第三包覆体部件和第二包覆体部件之间设置有另一个热电元件，并且该另一个热电元件还相对于第一介质和第二介质液密地封闭。本实用新型的这种实施例的优点是，第二介质的温度也可以受第二热电元件的影响。这种控制从第二管子的一个侧面开始进行，第一介质的一部分同样在该第二管子中流动，因此通过这种布局可更快地将第二包覆体部件的流体通道中的第二介质带到期望的温度设定值。
此外在本实用新型的另一实施例中，包覆元件还可具有至少一个包覆体部件，该包覆体部件由陶瓷材料制成和/或具有包含陶瓷材料的涂层。本实用新型的这种实施例的优点是，即使当温度通过热电元件变化很大时，相应的包覆体部件的膨胀或变形受材料制约也可限制在最小程度上。
为了能保持热电换热器的制造成本较小，包覆元件可以具有至少一个由塑料材料制成的包覆体部件。
如果第二包覆体部件具有由金属材料制成的加肋，则对于从包覆体部件到第一和/或第二介质的传热系数来说是尤其有利的。
在本实用新型的特别的实施例中，加肋可以具有向上的弯曲部，该弯曲部嵌入第二包覆体部件的另一材料中。本实用新型的这种实施例的优点是，一方面可为第二包覆体部件使用成本低廉的材料(例如塑料)，但同时还可提供更高的传热系数，用于将热量或冷量传递至第二介质。
包覆元件还可以具有换热区域，在该换热区域中可以实现第一介质和第二介质之间的热交换，而无需热电元件的介入。本实用新型的这种实施例的优点是，当第一介质和第二介质之间的温差很高时，该温差已经可以在换热区域中降低(也就是说，第一介质和第二介质的温度趋于相同)，而不必为此在热电元件中使用电能。因此，能以简单的方式和方法确保，利用热电元件主要使用电能，以提高或降低待加热或待冷却的介质的温度，该温度超过用作为起始变量的介质的温度。
此外还需注意，热电元件自身局部可能相当昂贵。除了以上提到的实施例，为了利用制造成本相对低廉的元件来进一步提高两个介质中的一个的温度，在本实用新型的另一实施例中，包覆元件可以具有加热区域，该加热区域具有至少一个嵌入的加热元件，尤其是至少一个PTC元件。然后在该加热区域中，在该至少一个加热元件的帮助下，可提高第一管子中的第一介质的温度，或提高流体通道中的第二介质的温度。


下面将参照附图详细地阐述了本实用新型的有利实施例。其中
图1是热电热交换器(TE-HC)的立体图；
图2是根据现有技术的热电热交换器或热电发电机(TEG)的纵向截面的立体图；
图3是热电模块(TEM)的横向截面示意图；
图4是TEM的典型实施例的截面立体图；
图5是部分基本TEM的剖视图；
图6是部分基本TEM的立体图；
图7是TEM包覆体的横向截面示意图；
图8-10是TEM管或TEM支架的剖视图；
图11是部分TE-HC的截面高度的立体图；
图12是TE-HC的截面宽度的立体图；
图13是部分TE-HC的立体图；
图14是部分TE-HC的深度俯视图；
图15是部分TE-HC的深度剖视图；
图16是部分第二、加肋的主要包覆体部件的立体图；
图17是部分TE-HC的立体图；
图18是部分TE-HC的深度俯视图；
图19是部分TE-HC的深度剖视图；
图20是部分第二、加肋的主要包覆体部件的立体图；
图21是部分TE-HC的深度俯视图；
图22是用于部分塑料包覆体的金属加肋的立体图；
图23是用于部分塑料包覆体的金属加肋的立体图；
图24是在部分塑料包覆体中的金属加肋和TEM的截面高度立体图；
图25是包括作为金属加肋的金属板条和具有塑料包覆体的TEM的TE-HC的立体图；
图26是作为金属加肋的金属板条的立体图；
图27是部分TE-HC的深度剖视图；
图28是模块元件的布局示意图；
图29是模块元件的另一布局示意图；[0051]图30是不同的模块元件的另一布局示意图；
图31是不同的模块元件的另一布局示意图；
图32是不同的模块元件的另一布局示意图；
图33是不同的模块元件的另一布局示意图。
参考标记列表
1、热电加热器和冷却器(TE-HC)
2、管子
3、热电模块(TEM)
4、加肋
5、收集管
6、连接件(法兰、支管、导管)
7、紊流嵌件
8、宽度方向
9、高度方向
10、深度方向
11、介质1:在管子内部
12、介质2 :在管子外部
13、TEM 的内部
14、TE-高效材料
15、电导体
16、TEM的连接电缆
17、TEM的包覆体
18、在TE-高效材料的中间腔中的填充物
19、用于电气隔绝TEM的金属包覆体的陶瓷涂层
2O、TEM 的支架
21、用于连接管子的收集管开口
22、管子中的凹槽
23、间隙
24、包覆体部件中的开口
25、金属化
26、热交换装置
27、PTC加热器(元件)
具体实施方式
在本实用新型的优选实施例的以下描述中，为那些在不同附图中描述的、起类似作用的元件使用相同或类似的参考标记，其中省略了这些元件的重复描述。描述的实施例只是示例性的，并可彼此组合。
图1示出了热电热交换器1，也可称为热电加热器和冷却器(TE-HC)。该TE-HC是装备了热电(TE)模块(TEM)的热交换器，它也包含了热电高效材料。由于TEM的两个相对而置的主要表面一方面与形式为第一介质(例如冷却剂或空气)的热源相接触，另一方面与形式为第二介质(例如空气或冷却齐 )的散热器(Warmesenke)相接触，因此，如果TEM借助电流工作，则TE-HC可用作为加热器和冷却器。TEM由此从一个介质中提取热量，并把它传输给另一介质(热泵效应或Peltier效应)。这些介质在TE-HC中相应地被引导着彼此经过。本描述尤其针对TEM和热交换器之间的连接方式及其构造。
图1所示的TE-HCl基本上由以下元件构成:管子2、热电模块TEM3、加肋4、收集管5、连接法兰/支管/导管6以及可能的紊流嵌件7 (其在图1中未示出)。
图1中立体地示出了此处介绍的TE-HCl (即热电加热器和冷却器)。从构造及热力学角度上看，它的构造形式是叉流式散热片式热交换器。该TE-HCl也可反过来用作为热电发电机(TEG=thermoelectric Generator ),其中应该有足够大的温差施加(anl iegen )至IjTEM3 上。
在文献DE 10 2009 016 363.8中描述的热电发电机TEG同样可用作为TE-HC1，其中该处包含的TEM3不是用于产生 电流，而是正好相反地由电流驱动，以便达到加热或冷却效果。
图2示出了根据文献DE 10 2009 016 363.8所述的装置的TE-HC/TEG1的纵向截面的常规立体图。
下面大致阐述了 TE-HCl的工作方式:
在TE-HCl中，交叉流中具有相同或不同温度的两个介质11、12被引导沿着传输路径8、9、10彼此经过，且该传输路径设计成具有电动的TEM3，因此实现了热量从一个介质
11、12传输到另一介质，或热量从一侧11、12“泵”向另一侧。这两个介质11、12被TEM3和/或管子2分隔开，因此不会搅混。介质11、12中的一个流入管子2。例如，介质12指供应空气或循环空气，而另一介质11指水-防冻液(Glysantin)混合物(冷却剂)。例如，空气12来源于汽车内部空间或周围环境，而水-防冻液混合物11来源于用于冷却/加热不同的电机、空调或电池元件的冷却回路。
图3示出了 TEM3的元件的基本布局的剖视图。TEM3基本上由以下标准的主要元件构成:TE-高效材料14 (例如半导体)、电导体15、连接电缆16。图4示出了典型的TEM实施例的立体示意图。
TEM3还可选地额外地包括以下元件:在热电材料之间的中间腔18中的至少一个(加肋的)包覆体17和/或填充物。
以下进行阐述TEM3的工作方式:
在TEM3的外面，热源贴靠在一侧11、12上，散热器贴靠在另一侧12、11上，因此在施加的电流的基础上会出现从一侧11、12到另一侧12、11的热量传输，并因此引起这两个介质11、12的温度变化。在此，TE-HCI/TEM3中会如下所述地产生热量:
在一侧11、12和另一侧11、12之间的分隔平面/表面首先是热电模块TEM3。这意味着，TEM3的一侧11、12与第一介质11直接或间接地接触，另一侧12、11与第二介质12直接或间接地接触。由于在 Μ3的热电高效材料14 (例如半导体材料)内通过电流引发的电子和正的空穴迁移(die Elektron-und positive L0cher-wanderung),热量从一侧
11、12被提取，并被传输至另一侧12、ll(Peltier效应)。该热量传输过程甚至还额外地增强了电子和正的空穴迁移，但必须通过施加在TEM3上的电压来维持。因此，在TEM3的一侧11、12和另一侧11、12之间产生了温差11、12。例如，电流源自电能存储器(例如电池)，并通过电缆16进行传输，该电缆引至TEM3上或引至TEM3中并且连接到该处。
例如根据图5或6所述的那样来构造TEM3。多个热电高效材料14 (例如η掺杂和P掺杂的半导体)在ΤΕΜ3中通过电导体15彼此交替地相连。热电(TE)高效材料14的几何对齐是在热流方向中从一侧11、12指向另一侧12、11。例如，可以考虑将PbTe或BiTe作为TE-高效材料14的原料。
TE-高效材料14彼此不接触，因此在TE-高效材料14之间存在中间腔18。原则上，出于效率原因，TE-高效材料14的体积与中间腔18的体积之间的比例应尽量大。
为了调节到期望的电压和电流，在ΤΕΜ3内部13半导体14的导体材料15平行地连接。这一点也适用于多个ΤΕΜ3相互间的电力连接。
ΤΕΜ3自身可构造成例如像DE 10 2009 016 363中描述的一样。此处描述的ΤΕΜ3在此处描述的实施例中不仅用作为直流发电机，而且还用作为加热器和冷却器。下面详细地描述了 ΤΕΜ3的其它实施例。
如图7中分成两部分(17a和17b)所示，首先设置了 TEM3的常规包覆体17。热电高效材料14和导体材料15可以被电绝缘地朝向外侧11、12。为此，TEM3在各侧11、12...均被电绝缘的包覆层17包围。该包覆层或包覆体17 (以下也同义地称为包覆元件)包围着TEM3，并且还保护内部电子元件14、15免受渗入的污染以及湿气和可能的液体的影响。
例如使用陶瓷材料或金属材料(不锈钢、铝、铜等)或塑料作为包覆体材料17。包覆体17可以是单体的、双体的或多体的结构17a、b。包覆体部件17彼此介质密封地相连。这一点可通过钎焊、焊接、粘贴或使用填充材料(硅酮)来实现。
图7示出了 TEM包覆体17的横向截面示意图。
如图8、9和10所示，由不锈钢或其它金属构成的包覆体17在热电半导体、导体材料14、15和金属之间应该额外地具有电绝缘层19。根据本实用新型的实施例，该层19是陶瓷涂层19。例如，该层19可通过热喷射或喷涂或其它常规的涂敷方法来涂镀。薄壁的陶瓷片19或陶瓷薄片19或陶瓷坯体19可以与金属基体17钎焊或烧结在一起。
TEM3、TEM管子2或TEM3支架20的结构可例如像图8至10所示的那样构成。金属包覆体部件17a和17b彼此相连,并可钎焊或焊接在一起,优选是激光焊接在一起。支架20与金属包覆体17相连，并可根据本实用新型与它钎焊或焊接、优选激光焊接在一起。支架20安装在热交换器I中(例如见图2)并与之相连。
此外，下面描述了 TE-HCl的常规变化方案:
TE-HCl能以竖直、平放或其它安装位置安装在汽车中。例如，它可安放在空调装置、排气口、汽车 座位中或汽车内嵌板的下方。它可借助介质11、12空气至空气或优选借助介质11、12液体至空气进行运转。根据图1的方位，TE-HCl的深度10、高度9或宽度8是可选择的，并与安装位置、构造空间和各自所用的介质11、12有关。
收集管5可按以下设计:
TE-HCl具有一个收集管5 (例如根据图11)或两个收集管5 (例如根据图12)，收集管5在TE-HCl中进行热交换之前和/或之后将第一介质11聚集在一起。
收集管5可与连接件6 (例如法兰、软管、导管、支管)相通，这些连接件将第一介质11引入TE-HCl，或从TE-HCl引出。为此，收集管5配备有相应的开口。收集管5和连接件6介质密封地彼此相连。
收集管5可以是单体或多体的结构，例如由盖板和底部构成。该收集管5可由铝料、铜料或塑料制成，或由这些材料的组合制成(例如第一部件5a是塑料，第二部件5b是铝)。单个的部件5a、5b根据材料来制造(例如挤出、浇铸、冲压)。根据所用的材料，收集管5a、5b的部件机械地彼此接合(例如通过夹持)或材料锁合地彼此接合(例如通过钎焊或焊接)。如同在汽车的传统加热元件、冷却剂冷却器或冷凝器中常见的一样，收集管5原则上以标准的构造方式构成。
收集管5也可设计有间隔壁，从而可使TE-HCl多渠道地运行。
收集管5与多个管子2相通(例如见图11)。为此，收集管5配备有与管子2相一致的许多开口 21(例如见图15)，第一介质11可通过这些开口从收集管5分散到管子2中，或第一介质11可通过这些开口从管子2引导至收集管5中并可在其中聚集起来。这些开口 21根据管子2的形状来构造。收集管5和管子2介质密封地彼此相连。
如同在汽车的传统加热元件、冷却剂冷却器、蒸发器或冷凝器以及气体冷却器中常见的一样，管子2原则上能够以标准的构造方式构成。这种情况下，管子2优选为扁平管
2。管子2在宽度方向8和深度方向10上的数量都是任意的。它们在宽度方向8和/或深度方向10基本上彼此平行，并且相互之间不接触。第一介质11在管子2的内部流动。第二介质12在管子2的外部流动。在图11至15中可看到热交换器的管子2的基本布局。
管子2在内侧11具有腹板，借此管子2中的第一介质11分布在多个腔室中。这些腹板增大了管子2的刚性，并改进了热量传输。管子2在内侧还可以加上肋条或加上纹路。
通过以下方式还可提高TE-HCl的效率，即通过将附图中未示出的筋条状的紊流嵌件7插入管子2的内部。
管子2优选地由铝材或铜材制成，但也可由塑料、陶瓷或耐腐蚀的钢材构成。
管子2在其外侧上覆盖或接触TEM3，该外侧归属于第二介质。该管子2或由管子2和TEM3构成的组合设计成介质密封地朝内侧11以及朝外侧12。TEM3的外部形状或TEM3的包覆体17与管子2的形状相匹配，因此TEM3在其面向管子2侧面上最大程度或尽量大面积地与该管子相连。
在管子2优选的扁平管实施方式中，管子2的平整的外部上侧和下侧分别覆盖TEM3，因此各个TEM3的上侧或下侧与管子2相接触，TEM3的各个另一侧与第二介质12相接触。因此，TEM3的第一表面直接或间接地归属于第一介质11，而TEM3的另一主要表面首先直接归属于第二介质12。
管子2在其整个长度9上最大程度地被一个或多个TEM3覆盖，因此TEM3的数量例如至少相当于TE-HCl的管子2的数量的两倍。
在第二介质12的物质流中，两个TEM3之间在外侧上可设置肋条4(例如波纹肋条)或加了涂层的片材，其中肋条4既可以是单独的，也可以归属于TEM3自身。图13、14和15示出了实施例的视图，在该视图中包覆元件17具有这样的肋条4。
管子2和TEM3之间的连接取决于管子2及TEM3的包覆体17的预先设定的材料。从而相应地提供了焊接、钎焊或粘贴。力锁合或型锁合的连接也是可行的。只要加肋4和TEM3不是已经在材料方面连贯在一起并因此由一个部件构成，则TEM3和外侧的加肋4 (第二介质12)之间的连接也同样适用。
如果TEM3与第一介质11直接接触，则在TEM3的面向第一介质11的主要表面上也可以设置加肋4。
此外，还可应用TE-HCl的下述实施例，即在该实施例中尤其为TEM3使用陶瓷包覆体17。TEM3的包覆体17则由双体或多体的陶瓷材料(例如氧化铝)构成。两个主要包覆体部件17a或17b中的一个与管子2相连,其中管子2可具有一个或多个凹槽22,因此这两个主要包覆体部件中的一个17a —方面局部地与在管子2内部流动的第一介质11直接接触，另一方面至少局部地与管子2相连。TEM3的在TEM3的另一主要侧面上的第二主要包覆体部件17b面向第二介质12，并与之直接接触。例如根据图13至16的视图，该第二主要包覆体部件17b以这样的方式加上纹路/加肋4，即加肋4与相邻的相对而置的TEM3的第二主要包覆体部件17b以齿条状或梳状方式交错嵌接，该TEM3连接至最接近的管子2。
在两个TEM3的两个第二主要包覆体部件17b的交替的齿部/肋条4之间具有间隙23，通过该间隙构成流体通道，第二介质12可通过该流体通道流动。因此，这两个TEM3的两个第二主要包覆体部件17b彼此不接触。
在TEM3的包覆体部件17内引导有TE-高效材料14以及相关的导体材料15。这些包覆体部件17介质密封地彼此相连。包覆体部件17可以挤压、浇铸或模压成形。
图11至16示出了以上所述的布局的实施例。
根据本实用新型的另一实施例，TEM3的包覆体17也可由双体或多体的陶瓷材料(例如氧化铝)构成。例如，这两个主要包覆体部件中的一个17a与管子2相连，其中管子2可具有一个或多个凹槽22，因此这两个主要包覆体部件中的第一个17a —方面局部地与在管子2内部流动的第一介质11直接接触，另一方面至少局部地与管子2连接。TEM3的在TEM3的另一主要侧面上的第二主要包覆体部件17b面向第二介质12，并与之直接接触。该第二主要包覆体部件17b在此同时归属于另一第TEM3，该第TEM3在宽度方向8上与第一TEM3相邻并与之相对而置，且该第TEM3连接至最接近的管子2，并还为该第TEM3构成了它的第二主要包覆体部件17b。在根据图17至20的实施方案中，该第二主要包覆体部件17b具有许多开口 24，这些开口在深度方向10上穿透包覆体17，并且这些开口优选地构成为纵长孔状，因此最后创造了与主要包覆体部件17a相关的TEM3的加肋4。第二介质12通过包覆体17中的开口 24流动。
在TEM3的包覆体部件17内引导有TE-高效材料14以及相关的导体材料15。这些包覆体部件17介质密封地彼此相连。包覆体部件17可以挤压、浇铸或模压成形。
本实用新型的这些实施方案尤其可根据图11和12以及图17至20来实施。
根据本实用新型的另一实施例，TEM3的陶瓷包覆体部件17b的加肋4也可以是金属的，优选是耐高温的不锈钢或镍基原料或铝合金或铜合金。图21示出了这种实施例的截面深度俯视图。
在这种实施方案中，加肋4在TEM3的陶瓷包覆体部件17b烧结时通过以下方式材料锁合地与之相连，即，将陶瓷在烧结之前表面金属化。在该实施方案中，金属化25本身是指加肋4、25。
备选的是，金属加肋4在陶瓷烧结之后钎焊在陶瓷上，在这种情况下，陶瓷基体则应事先同样进行表面金属化25。[0133]加肋4在此可材料锁合地归属于一个或两个TEM3的一个或两个包覆体部件17b。
本实用新型上述的这些实施方案尤其可根据图11和12以及图21来实施。
此外，还可应用TE-HCl的下述实施例，即在该实施例中尤其为TEM3使用塑料包覆体17。本实用新型的这些实施方案可根据图11和12以及图22至26所述的形式来实施。
TEM3的包覆体17则由双体或多体的塑料(例如PP或PA)构成。此外，该方案相当于参照图11至16所述的第一实施方案。
包覆体部件17可挤压或浇铸。该塑料可包含导热的添加剂，如石墨、陶瓷或金属粉末。
TEM3的包覆体17由双体或多体的塑料(例如PP或PA)构成。此外，该方案相当于参照图17至20所述的第二实施方案。
在TEM3的包覆体部件17内引导有TE-高效材料14以及相关的导体材料15。这些包覆体部件17介质密封地彼此相连。包覆体部件17可以挤压、浇铸或模压成形。
在该实施例中，TEM3的塑料包覆体部件17的加肋4 (例如在图22至26中所示的一样)是金属的，优选是铝材或铜材的。加肋4则可根据文献DE 10 2008 059 737来构造，并以其中示出的方式与塑料相连。加肋4在该文献中称为导体元件4。该TE-HC实用新型针对加肋和包覆体部件17之间的连接，来替代该处所示的加肋-管子的连接。因此，连接机构转换到此处介绍的应用上。金属加肋4的部分基本局部地穿透塑料包覆体17，从而与之建立连接。例如在图24中示出了这一点。在图22或23中示例性地示出了具有相应开口和/或凸起的单个金属肋条。图25示出了具有板条(作为金属加肋4)和具有塑料包覆体17的TEM3的热交换器I的立体图。图26示出了作为金属加肋4的板条的立体图。
加肋4在此归属于一个或两个TEM3的一个或两个包覆体部件17b。加肋4根据本实用新型优选地归属于两个TEM3。
在本实用新型作为TE-HCl的另一优选实施例中，金属的包覆体17尤其可用于TEM3。
例如在这种实施方案中，TEM3的包覆体17可由双体的或多体的、涂有陶瓷的金属19 (例如铝、铜、不锈钢)构成。该方案基本上相当于已参照图11至16描述的第一实施方案。
在这种实施例中，如果该包覆体部件是片材，则包覆体部件17的加肋4可通过成形工艺(冲压和/或压制，深拉伸)引入到包覆体部件17中。加肋4可以紧接着被压碎，因此在TEM3的内部13存在着少量的中间腔。例如在图27中示出了这样的实施方案。
此外，具有加肋4的包覆体部件17也可设计成实心部件，它可通过挤压、铸造、精铸、冲挤、压铸或切削等方式加工而成，其中加肋4无需额外的成形步骤就已经能包含在包覆体部件17中。这一点相当于图15所示的实施例。
加肋4也可根据图21钎焊在包覆体17上，或构造成无需金属化25。
在本实用新型的另一实施例中，TEM3的包覆体17可由双体的或多体的、涂有陶瓷的金属19 (例如铝、铜、不锈钢)构成。该方案基本上相当于上述的第二个实施方案，因此加肋4分配有两个TEM3，其中加肋4也能像前面提到的六个实施方案一样进行设计。这一点相当于如图19所示的元件的构造或类似布局。
除了本实用新型的上述实施例，还可考虑TE-HCl的补充实施例。[0149]例如在热交换器I中的第二介质12的入口区域内，第一部段可位于管子2上，该第一部段没有被TEM3覆盖。这一点相当于如图28所示的元件的布局。此处在第一部段中，管子2和位于其下方或上方的管子2之间的宽度方向8上的中间腔中填充有肋条4，其中肋条4与管子2相连。该第一部段相当于热交换器装置26。TEM3在第二部段中与管子2相连。该第二部段相当于TE-HC1。如果第一介质11相对较热，而第二介质12相对较冷，并且第二介质12有待变热，则这一点是有利的。
在本实用新型的另一实施方案中，管子纵栏/列2还可在宽度方向8上位于第二介质12的入口区域中，该管子纵栏/列2没有被TEM3覆盖。在图29中示例性地示出了这样的实施方案。在此，管子2和位于其下方或上方的管子2之间的宽度方向8上的中间腔中填充有肋条4，其中肋条4与管子2相连。该第一管排2相当于热交换器装置26。第一排管子2接在与TEM3相连的第二管排2之后。该第二管排2相当于TE-HCl。如果第一介质11相对较热，而第二介质12相对较冷，并且第二介质12有待变热，则这一点是有利的。
在本实用新型的另一实施方案中，根据上述实施方案，TE-HCl与PTC加热器27结合成整体，其中在优选的实施方案中PTC加热器元件27连接在TE-HCl的元件后面，因此TE-HCl的元件预先加热相应介质11、12，并且PTC加热器元件27继续加热介质11、12。例如在图31、32或33中描述了这种布局。以这种方式公开了一种热电热交换器，其中包覆元件包含加热区域，该加热区域具有至少一个嵌入的加热元件，尤其是至少一个PTC元件，其中在该加热区域中在该至少一个加热元件的帮助下可在第一管子内提高第一介质的温度，或在流体通道中提高第二介质。
PTC加热器元件27例如包含陶瓷的PTC模块、与PTC模块热连接的片材、在片材和PTC模块之间起电隔离作用的元件、在片材之间与之相连的肋条、相应的电缆以及电子元件的电绝缘件。
PTC加热器元件27与TE-HCl相连。这一点尤其适用于可与TE-HCl的收集管5相连的片材。但是根据图32的视图，PTC加热器元件27也安放在专门的元件(PTC加热器27)中，但与TE-HCl不存在直接连接。在这种情况下，TE-HCl和PTC加热器27安放在共同的壳体中。因此，这两个实施方式是PTC加热器27与TE-HCl的集成体。
还可以考虑将上述实施方案组合起来，其中热交换装置26首先可实现第一介质和第二介质的温度平衡，然后TE-HCl的元件作用在相应的介质上，最后该相应的待加热的介质通过加热器级27来加热。在图30和31示出了这种实施方案，其中在图30中示出了单个元件成形为单独单元的布局，在图31中将上述单元集成为统一且紧凑的热电热交换器，且无分隔元件。
在其它优选的实施例中，第一介质以这种方式通过旁通通道流过图28至33的装置，即第一介质11加载至区域I和/或区域26和/或区域27。
权利要求
1.一种热电热交换器(I )，用于加热或冷却介质(11、12)，其特征在于，该热电热交换器(I)包括: 至少一个用于引导第一介质(11)的第一管子(2)； 至少一个用于引导第一介质(11)的第二管子(2)，该第二管子(2)与第一管子(2)基本平行；以及 设置在第一管子(2)和第二管子(2)之间的包覆元件(17)，该包覆元件(17)具有与第一管子(2)相连的第一包覆体部件(17a)，并且该包覆元件(17)还具有至少一个第二包覆体部件(17b)，该第二包覆体部件构成用于第二介质(12)的流体通道，其中第一包覆体部件(17a)和第二包覆体部件(17b)之间设置有用于加热或冷却第一介质(11)或第二介质(12)的热电元件(3),并且该热电元件(3)通过包覆元件(17)相对于第一介质(11)和/或第二介质(12)液密地封闭。
2.根据权利要求
1所述的热电热交换器(I)，其特征在于，第二包覆体部件(17b)具有多个开口(24)，该开口构成了用于第二介质(12)的流体通道。
3.根据权利要求
2所述的热电热交换器(I)，其特征在于，所述开口(24)是纵长孔。
4.根据权利要求
1所述的热电热交换器(1)，其特征在于，第二包覆体部件(17b)具有两个以梳状方式彼此交错嵌合的子部件，在该子部件之间构成了用于第二介质(2)的流体通道。
5.根据权利要求
1所述的热电热交换器(1)，其特征在于，第一管子(2)具有至少一个凹槽(22)，该凹槽在第一介质(11)流经第一管子(2)时实现了第一介质(11)与第一包覆体部件(17a)的直接接触。
6.根据权利要求
1所述的热电热交换器(I)，其特征在于，包覆元件(17)还具有与第二管子(2)相连的第三包覆体部件，其中第三包覆体部件和第二包覆体部件(17b)之间设置有另一个热电兀件(3),并且该另一个热电兀件(3)还相对于第一介质(11)和第二介质(12)液密地封闭。
7.根据权利要求
1所述的热电热交换器(1)，其特征在于，包覆元件(17)具有至少一个包覆体部件(17a、17b)，该包覆体部件由陶瓷材料制成和/或具有包含陶瓷材料的涂层。
8.根据权利要求
1所述的热电热交换器(1)，其特征在于，包覆元件(17)具有至少一个由塑料材料制成的包覆体部件(17a、17b)。
9.根据权利要求
1所述的热电热交换器(1)，其特征在于，第二包覆体部件(17b)具有由金属材料制成的加肋(4)。
10.根据权利要求
9 所述的热电热交换器(1)，其特征在于，加肋(4)具有向上的弯曲部，该弯曲部嵌入第二包覆体部件(17b)的另一材料中。
11.根据权利要求
1所述的热电热交换器(I)，其特征在于，包覆元件(17)具有换热区域(26)，在该换热区域中实现了第一介质(11)和第二介质(12)之间的热交换，而无需热电元件(3)的介入。
专利摘要
本实用新型涉及一种用于加热或冷却介质(11、12)的热电热交换器(1)，所述热电热交换器(1)包括至少一个用于引导第一介质(11)的第一管子(2)。此外，该热电热交换器(1)还包括至少一个用于引导第一介质(11)的第二管子(2)，所述第二管子(2)设置为与第一管子(2)基本平行。最后，该热电热交换器(1)还包括设置在第一管子(2)和第二管子(2)之间的包覆元件(17)，所述包覆元件(17)包括与第一管子(2)相连的第一包覆体部件(17a)，且该包覆元件(17)还包括至少一个第二包覆体部件(17b)，该第二包覆体部件构成用于第二介质(12)的流体通道。第一包覆体部件(17a)和第二包覆体部件(17b)之间设置有用于加热或冷却第一介质(11)或第二介质(12)介质的热电元件(3)，该热电元件(3)通过包覆元件(17)相对于第一介质(11)和/或第二介质(12)以液密方式封闭。
文档编号F28D1/053GKCN202915755SQ201090001383
公开日2013年5月1日 申请日期2010年12月3日
发明者霍尔格·布雷姆, 托玛斯·哈肯贝格尔, 托玛斯·希默, 鲁道夫·里德尔 申请人:贝洱两合公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan