专利名称：加热装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于借助于输送转子来输送的温控流体的加热装置。在本发明的范围内，这种流体一般可以是液态的，必要时也可以是气态的那种类型。这种加热器的应用领域也可用于特别不相同的目的，像房间温度控制、内燃机冷却液体的加热等等。
输送转子支承在通过驱动装置进行旋转的轴上，其中，加热装置通过借助于旋转的剪切结构在容纳粘性液体的室内的剪切力来产生用于释放给温控流体的热量。
背景技术：
采用剪切力工作的加热装置在极其不同的实施例中有所公开。例如美国专利5,778,843；6,047,896和6,138,920。其中，后者介绍了作为自身的和与温控流体的输送传动装置在很大程度上分开的加热单元的一种相当复杂的控制。剪切力主要在锥形光滑的剪切间隙中产生，该剪切间隙正如从用于其他目的的搅拌磨碎机本身公知的那样。按照美国专利5,778,843，同样与流体输送装置分开的剪切结构的表面也是光滑的，类似的还有美国专利6,047,896的结构。在后两个案例中设有用于控制目的的电磁铁。
与上述光滑的剪切面相反，例如按照DE-198 51 546 A1或者在美国专利6,039,264中，每个处于光滑壁对面的剪切部件设有凸起部和凹陷部，它们在第一案例中设计为与处于其间的凹陷部轴向隔开的凸起部，在第二案例中设计为径向槽。在这里加热装置也设计成基本上与流体循环分开的部件，这当然意味着占地面积很大。
虽然欧洲专利EP-0 826 530A2已经建议，将温控流体的输送装置与采用剪切力工作的加热装置组合，但是在此方面这两个单元在本身分开的组件上形成，它们只是相互进行法兰连接，其中，为了将温控流体从一个组件到另一个组件的循环进行控制，与对于粘性液体的循环一样，都特别费事。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种结构紧凑的加热装置。
另一目的在于提高加热装置的效率。
第三个目的在于简化控制，特别是尽可能地取消阀门控制。
通过将容纳粘性液体的室直接设置在输送转子的空腔内的方法，来达到或至少可以达到所有这些目的。
因此，实际上加热装置与(正如始终具体设计的那样)泵单元成为整体，由此形成更为紧凑的结构。但同时也可以提高效率，因为泵单元的驱动装置也为剪切力提供能量。至少通过两个单元的合并来简化外壳设计，其中取消了对于不同流体分配的复杂控制。
如果设置用于在剪切片和输送转子内表面之间相对运动的控制机构，通过该装置可以控制相对运动的程度，如果控制机构设置至少一个电磁铁，最好利用至少一个温度传感器传送控制级的控制信号，那么与公知的(和带有某种惯性的)阀门控制相比可以特别地使控制得到简化。因为采用电控制当然可以达到更小的惯性。这一点在本发明的范围内可以这样实现即控制机构具有用于输送转子轴的离合器，它可以是快速吸合的电磁离合器。
上面已经提到，依据本发明的加热装置可用于所有可能的目的，然而，如果温控流体在汽车内部循环的话，最好例如在冷却-和/或空调循环线路中使用，并由汽车驱动装置进行驱动。
下面借助附图中示出的优选实施例对本发明的其他细节和特征进行说明。其中图1示出具有依据本发明加热装置和相应循环线路的汽车透视图；图2示出依据本发明加热装置的第一实施例；图3示出依据本发明加热装置的第二实施例。
具体实施例方式
图1示出汽车101，在汽车尾部具有像汽油-或者柴油发动机一样的驱动发动机102。发动机102通过一般为三角皮带轮、必要时也可以是链轮的皮带轮105驱动温控单元103的传动轮1，该温控单元除了本身公知的、因此这里不再详述的冷却装置外，还具有依据本发明的加热装置。可以理解为，本发明并不局限于某种类型的汽车，而是也可以用于轿车、卡车等等。上面已经提到，本发明也可以用于对固定的房间进行加热。
温控装置103具有发动机102冷却循环的管线106和使汽车101内部空调的像水这样液体循环的管线107。可以理解为，依据本发明的加热装置可以用于(固定房间的)房间加热和/或者例如冬季发动机102启动时冷却水的加热。有益的是，通过管线107的循环与本身公知的换热器31-33连通。
图2详细示出根据本发明的依据第一优选实施例的加热装置的结构。
在这里可以看到上面提到的传动轮1例如以键连接的方式固定在空心轴4的一端上。空心轴4的另一端支承同样以本身任意方式固定在其上的传动盘5，在该传动盘上密封地固定水泵的叶轮7(带有叶片24)，用于输送温控流体如水。叶轮7安装在(仅示出上半部分的)外壳17中的与管线106和/或者107(图1)连接的仅部分示出的转子室16内。叶轮7沿其旋转轴R吸入温控流体，并将其径向向外排放到与相应的管线106和/或107连接的管道18中，然后通过该管道继续输送。因为叶轮7与轴4像该轴与皮带轮1一样固定地连接，所以叶轮7以与发动机102(图1)的转速以及两个皮带轮105和1的传动比相应的转速运转。
可以理解为，本发明决不局限于使用带有作为输送转子的轮7的泵。在使用气态温控流体的情况下，在泵转子7的位置上可以设置相应的风扇。
为了将管道18中输送的温控流体加热，在叶轮7的空腔内部设有与该叶轮相对旋转的剪切片6。该剪切片6最好交替地具有轴向的凸起部19和凹陷部20，它们与输送转子或叶轮7内表面上的凸起部21和凹陷部22啮合。因为叶轮7密封地安装在传动轮5上，剪切片6密封地与该传动轮5相邻接，所以在相互啮合的凸起部19和21之间出现很窄的间隙23，粘性液体在该间隙内受到非常有效的剪切。这种封闭系统的优点还在于，粘性液体实际上可以始终保持在间隙状的中间空隙23内，根本不需要输送该粘液的阀门。因此，所示结构也仅需很低的维护费用。
为了在叶轮7和剪切片6之间产生相对旋转，设有在空心轴4内部设计为轴8的支承机构。可以理解为，如果部件8具有不同于轴的形状，但更容易定位放置，也可以满足支承功能。实际上对于空心轴4设置一个外部滚动轴承2，与此相反对于轴状支承机构8在每个端区上各设置一个轴承9或15。还可以看出，用于可靠地固定不同部件的棒状或者轴状的支承机构8，制成具有不同直径的成型旋转件。此外，在外壳17(在图2中为了明显起见将其下部略去)的内部设有环形密封件3。
借助支承机构8可以将剪切片6作为定子片固定地支承。在这种情况下，通过与叶轮7内表面的共同作用，在间隙23内产生最大剪切力。处于该间隙内的粘性液体因此受到很强烈地加热，由此，由像铝这样具有良好导热性材料制成的叶轮7得到加热，并将该热量直接并实际上没有损失地直接传给沿轴线R输入并通过管道8排出的温控流体。
可以理解为，图2和3虽然示出优选的实施方式，但是在本发明的范围内，该剪切结构也可以借助上述现有技术介绍的那种方式设计。因此本发明并不局限于某种剪切装置。
为了能够控制或者调节所产生的热量的程度或剪切片6和叶轮7内表面之间产生热量的相对运动，可以设想两种可能性使支承机构8共同旋转和/或使空心轴4并由此使叶轮7的旋转得到控制。当然，也可以设想将这两种可能性进行组合，例如通过将两个旋转件4和8通过差动齿轮互相传动地连接起来，其中，例如通过差动保持架的减速来调节相对旋转的程度。
在按照图2的实施方式中介绍了另一种方案。在外壳17上，借助仅用点划线示出的螺栓25来固定弯形件11。该弯形件11固定制动外壳12，其中制动磁线圈14这样作用于制动线圈或者制动弹簧13使制动弹簧在电磁控制下或多或少地缠绕定子轴8并制动该轴。制动程度可以在汽车101(图1)上通过控制台104上的按钮操作进行调节，但图2中还示出另一种可能性。
也就是说可以设想，取决于温度的控制由此得以实现，即在例如该温控流体的循环线路中、如管道18中设置至少一个温度传感器S1。但是-特别是在空调装置中-也可以设想，在不同位置设置温度传感器S1(图2)，S2，S3，S4，S5等(参见图1)。当然，由此获得的测量必然对控制产生不同的影响。因此具有优点的是设置控制级26，其中通过加法、减法或者其他数学运算，将通过传感器S1至S5…的不同输入线路中的、以及当然还有从控制台104输入的信号相应混合。
因为在神经元网络中，所谓的输入层(“input layer”)28对输入信号进行加权，并且该网络将至少一个输入层然后连接加法级(参阅Technology，Law andInsurance，Vol.5，Nos.3/4，Sept/Dez.2000，S.199-202，Verlag E&FN Spon)，事实表明，为控制或调节目的使用神经元网络特别具有优点。虽然这里是在与在输送转子7内部构成剪切结构相关的情况下介绍使用神经元网络，但是可以理解为，这种加权控制的设计也是一种独立的发明。
具有优点的是，神经元网络26，28设计为自适应网络。因为由输入层28实施的加权完全可以根据气候情况不同地进行。因此，为了适合于加权而设置适配器输入端29，它例如可以由外部温度的传感器控制，必要时也可以这样用于配合优化发动机温度与汽车101的内部温度的比例关系。
然后控制级26，28的输出线路输送模拟信号或者数字信号，并由此控制电磁铁线圈14的转换级30。采用模拟信号可以使制动平缓地或变强或变弱，而采用数字信号(无进一步转换)仅能取得完全的制动或者释放。
在前面已经指明可供专业人员使用的公知的不同控制的可能性之后，在这里本发明也决不局限于某种方式的控制。
在图3中，相同功能的部件采用与图2相同的附图标记，但补充了附加标记。借助该实施例示出另一种上面已经简述过的可能性，即只要达到所希望的温度，叶轮7的运行便会减慢或者完全断开。相关控制的细节这里不再叙述，即相关内容参见图2。
依据图3，传动轮1｀带有利用线圈14｀的、按AC-压缩机离合器公知的那种方式构成的整体电磁离合器。因此，这里不需要详细介绍这种离合器控制的细节。带有线圈14｀的离合器通过传动轮1｀控制空心轴4的同步，而弯形件11使轴状支承机构8完全静止。当然，上面已经提到过，完全可以设想将图2和3的结构相互组合，以便能够相互独立地控制加热和输送。
在对图2和3的实施方式进行比较时发现，在第一种情况下剪切片6通过制动机构保持固定，面对旋转的叶轮7产生最大的剪切力并由此产生最大的放热。与此相反，在剪切片6完全不制动的情况下(中间级在模拟控制时本身是可以的)只通过叶轮未输送液体，但是由于剪切片的共同旋转而没有加热。
在图3的情况下可以看出功能略有不同。也就是说，如果通过带有线圈14｀的离合器来转动叶轮7，那么也可以面对剪切片6自动产生剪切作用，从而既能加热也能输送。如果断开离合器，并使叶轮7静止，那么既不能加热也不能输送。这种观察表明，两个实施例可以最好以适应于各自要求的方式进行选择。
当然，在本发明的范围内可以设想多种的变型。例如，部件6和7之间的相对旋转理论上也可以通过两个部件在相反方向上的旋转来实现，例如，使用已经提到过的差动传动装置。此外，借助图2和3分别示出了电磁控制机构，然而，无论是制动还是离合也完全可以采用纯机械方式，例如采用两个啮合的锥体(锥形制动器或者锥形离合器)或多或少相互压合的方法来进行。
也可以设想使用多于一个的剪切片6，从而例如一个片的凸起部19相对叶轮7的内表面向右转(如图中所示)，而另一个向左转。在这种多于一个剪切片的情况下，这些剪切片也不必以相同方式设计。
此外，在叶轮7-如看出的那样-具有凹锥形状后，也可以使用锥形间隙(如现有技术中那样)。在这种情况下，可以设想通过对于支承轴8进行轴向移动来调节剪切力，以便调节叶轮7的锥形内表面和相应剪切锥之间的间隙。
在这两个实施例中，介绍了支承机构8在空心轴4内的安装，这样当然特别节省占地面积。然而理论上输送转子7可以在其圆周上受到驱动，从而空心轴没有必要设置。
适合的是，容纳粘性液体的室-在所介绍的方式中实际仅设计为间隙23，因为这样使粘性液体的全部体积参与剪切作用，并不转移热量部分。因此在这里也可以像现有技术的情况那样设置更大的室。
对上述的控制分别只介绍了电磁铁14或14｀。需要时当然也可以设置例如两个相对作用的电磁铁，它们一个在一个方向上，另一个在另一个方向上工作。
上面虽然借助图2介绍了通过神经元网络进行控制，然而本发明并不局限于此。作为选择也可以考虑例如模糊-控制，因为即使以这种方式-在某种意义上-也进行输入信号的评价和加权，因此同样也是加权控制。
在实施例的上述说明中，分别从温控流体的循环线路出发。当然，本发明决不局限于一种循环线路，因为也可以为温度调节使用可使用的流体，例如空气。因此像通常那样，平常在循环线路中引导温控流体。
但是不管怎样，通过本发明产生下列特别的优点-从剪切结构向温控流体的热传导以更高的效率完成，-布置特别紧凑，并由此比传统的布置减少占地面积，-结构特别简单，因为热量从剪切结构传导到温控流体上无需特别控制就可完成，-即使对于粘性液体也不需要循环线路，即从属的配件是多余的。
权利要求
1.用于借助于安装在通过传动装置进行旋转的轴(4)上的输送转子(7)输送的温控流体的加热装置(103)的，这种加热装置(103)通过借助于在容纳粘性液体的室(23)内旋转的剪切装置(6，7，19-22)的剪切力产生释放给温控流体的热量，其特征在于，室(23)直接在输送转子(7)的空腔内构成。
2.按权利要求1所述的加热装置，其特征在于，轴(4)为空心的，在其内部具有用于至少一个剪切片(6)的最好为轴状的支承机构(8)，所述剪切片设置在室(23)内，并与输送转子(7)的内表面通过它们之间的相对运动共同作用。
3.按权利要求2所述的加热装置，其特征在于，最好设有电控机构(13，14，14｀，26，28)，用于剪切片(6)和输送转子(7)的内表面之间的相对运动，通过该机构可以控制相对运动的程度，例如采用由至少两个传感器对输入信号加权地、特别是以神经元方式控制。
4.按权利要求3所述的加热装置，其特征在于，控制机构(13，14，14｀，26，28)具有至少一个电磁铁(14，14｀)，可将来自控制级(26，28)的控制信号、最好是利用至少一个温度传感器(S1-S5)传送给该电磁铁。
5.按权利要求3或4所述的加热装置，其特征在于，控制机构(13，14，14｀，26，28)具有用于剪切片(6)的制动机构(13，14)。
6.按权利要求3，4或5所述的加热装置，其特征在于，控制机构(13，14，14｀，26，28)具有用于输送转子(7)的轴(4)的离合器(14｀)。
7.按前述权利要求之一所述的加热装置，其特征在于，室(23)在工作时为完全封闭的室。
8.按前述权利要求之一所述的加热装置，其特征在于，剪切结构具有至少两个彼.此对置的并被驱动为进行相对运动的部件(6，7)的互相啮合的凸起部和凹陷部(19-22)。
9.按前述权利要求之一所述的加热装置，其特征在于，温控流体通过汽车(101)内部的管线(106，107)流动，特别是例如在冷却-和/或者空调循环线路中进行循环；并由汽车驱动机构(102)进行驱动。
10.按前述权利要求之一所述的加热装置，其特征在于，所述室设计成间隙(23)。
全文摘要
加热装置，该装置用于借助于安装在通过传动机构旋转的轴(4)上的输送转子(7)循环的温控流体，借助于在容纳粘性液体的室(23)内旋转的剪切结构(6，7，19－22)的剪切力产生释放给温控流体的热量。室(23)直接在输送转子(7)的空腔内构成。
文档编号F01P3/20GK1496869SQ200310118399
公开日2004年5月19日 申请日期2003年10月16日 优先权日2002年10月16日
发明者C·蒂利, C 蒂利 申请人:博格华纳公司