用于加熱流體的電加熱裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于加熱流體的電加熱裝置，包括至少一個(gè)加熱電阻器(6)、一限定了一螺旋流道的螺旋狀物(2)和一環(huán)繞螺旋狀物(2)的管殼(1)。根據(jù)本發(fā)明，螺旋狀物(2)具有一芯部，其中設(shè)置有至少一個(gè)加熱電阻器(6)。
【專利說明】用于加熱流體的電加熱裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于加熱流體的電加熱裝置，包括一限定了一螺旋流道的螺旋狀物。例如，汽車中就需要這種類型的加熱裝置，以便將水加熱。
【背景技術(shù)】
[0002]美國專利US 2775683公開了一種用于汽化液體制冷劑的熱交換器。目前已知的裝置包括有一管式外殼。該管式外殼中設(shè)置一螺旋體。該螺旋體限定了一螺旋形的流道。液體流過該流道時(shí)，被設(shè)置于螺旋體中心處的電阻器加熱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種能夠制造用于加熱流體的電加熱裝置的方法，其成本低廉并能滿足汽車制造商規(guī)定的要求。
[0004]本發(fā)明的目的通過具有權(quán)利要求所述特征的一種電加熱裝置實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的有益改進(jìn)是各從屬權(quán)利要求的主題。
[0005]本發(fā)明的加熱裝置具有一螺旋環(huán)繞的流道。所述流道由一螺旋狀物限定形成，其設(shè)置于一圓柱形管殼內(nèi)。因此，流道在螺旋狀物的線程(flight)內(nèi)延伸，并由管殼限定為徑向向外。因此，流道具有一螺旋形的形狀。
[0006]所述加熱裝置包含一個(gè)或多個(gè)加熱電阻器。(各)加熱電阻器設(shè)置于螺旋狀物的芯部的內(nèi)腔中，從而保護(hù)加熱電阻器防止其與被加熱流體接觸。所述內(nèi)腔與流道間隔一定距離沿螺旋狀物的縱向方向上延伸，也就是說在螺旋狀物的芯部內(nèi)，線程繞內(nèi)腔環(huán)繞。加熱電阻器產(chǎn)生的熱量通過螺旋狀物輸出至經(jīng)由流道流動的流體。因此，所述加熱裝置是以如同一無水箱加熱器一樣的方式運(yùn)作的。
[0007]螺旋流道引導(dǎo)被加熱流體環(huán)繞產(chǎn)生熱量的螺旋狀物的中心很多次，從而實(shí)現(xiàn)在一緊湊的加熱裝置內(nèi)結(jié)合一低動壓的長的流體流動路徑。流動路徑越長，流體就越能更好地吸收熱量。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)低流阻并且同時(shí)具有高的流體產(chǎn)量，可相應(yīng)地?cái)U(kuò)大流道的截面。然而，大的流道截面缺點(diǎn)在于傳熱面積相應(yīng)較小。該缺點(diǎn)可通過利用一具有兩個(gè)或多個(gè)線程的螺旋狀物來補(bǔ)救，其中各個(gè)流道平行延伸。
[0009]本發(fā)明的加熱裝置具有一有利的簡單結(jié)構(gòu)，可通過將螺旋狀物插入管殼中同時(shí)毫不費(fèi)力地將一個(gè)或多個(gè)加熱元件引入螺旋狀物的內(nèi)腔來組裝所述加熱裝置。此處，對于管殼來說并不是一定要以密封的方式支撐螺旋狀物。如果一定比例的被加熱流體沒有沿著螺旋流道流動，而是以漏流的形式在螺旋狀物螺紋的兩側(cè)翼流出，這沒有什么害處，因?yàn)榇蟛糠至黧w無論如何都會沿著線程即螺旋流道流動，從而能夠在一相對較長的路徑內(nèi)吸收熱量。所以，在生產(chǎn)的情況下能夠接受相對較大的制造公差，這有利于成本效益生產(chǎn)。
[0010]本發(fā)明的一有利改進(jìn)是所述螺旋狀物由金屬(例如鋁)制成。由于金屬良好的導(dǎo)熱性能，可有效地促進(jìn)加熱電阻器產(chǎn)生熱量并輸出至流道內(nèi)的流體。例如，螺旋狀物可經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)為一鑄件。一金屬制成的螺旋狀物具有一相對較大的熱容。這是具有其優(yōu)勢的，因?yàn)樵谄囍屑訜峁β释皇浅掷m(xù)可用的。在螺旋狀物被加熱后，即使車上的電源供應(yīng)系統(tǒng)由于汽車上需要優(yōu)先運(yùn)行更重要的能量消耗部件而暫時(shí)不能提供任何加熱功率，流過的流體仍然能夠被加熱。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，管殼由塑料制成。塑料的導(dǎo)熱性能相對較差，因此，散失到周圍環(huán)境中的熱量損失能夠維持在較低水平。為了進(jìn)一步提高熱絕緣，管殼可具有多層壁或包含泡沫的壁。此處管殼還可由金屬(例如鋼)制造，同時(shí)包括一熱絕緣的塑料外殼。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)進(jìn)一步有利的改進(jìn)，管殼內(nèi)表面為多孔結(jié)構(gòu)。從而可改善熱傳遞。
[0013]螺旋狀物的內(nèi)腔可成形為匹配所使用的加熱電阻器的形式或匹配加熱棒的形狀的形式。例如，內(nèi)腔可具有一圓形的橫截面或條狀的橫截面。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)進(jìn)一步有利的改進(jìn)，可以使用PTC元件作為加熱電阻器，特別是陶瓷PTC元件，例如基于鈦酸鋇的陶瓷PTC元件。PTC元件有利地提供固有的過熱保護(hù)。例如，電阻絲也可用作一加熱電阻器。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)進(jìn)一步有利的改進(jìn)，螺旋狀物的芯部內(nèi)設(shè)置有一框架并支持至少一個(gè)加熱電阻器。這種框架可固定至例如一接觸板，且可具有用于PTC元件的插座，特別是為了以卡夾的方式支撐陶瓷PTC元件。合適的框架在例如EP 1467599 A1中描述有，通過引用將其并入本文。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]參考附圖，本發(fā)明進(jìn)一步的細(xì)節(jié)和優(yōu)勢將以說明性的實(shí)施例為基礎(chǔ)進(jìn)行說明，其中:
[0017]圖1所示為本發(fā)明的一種加熱裝置的說明性實(shí)施例；
[0018]圖2所示為圖1的截面圖；
[0019]圖3所示為移除部分管殼的加熱裝置；以及
[0020]圖4所示為具有一用于PTC元件的框架的接觸板。
【具體實(shí)施方式】
[0021]圖1-3中所示的加熱裝置設(shè)計(jì)為一無水箱加熱器。一管殼1中設(shè)置有一螺旋狀物2，所述螺旋狀物通過其線程限定了一螺旋流道。螺旋狀物2具有單線程或多線程。通過管殼1側(cè)表面上的多個(gè)開口將由螺紋限定的流道放入管殼中。這些開口裝配有連接件3，同時(shí)也可以例如設(shè)置于管殼1的一端面上。
[0022]在所示的說明性實(shí)施例中，流道繞螺旋狀物2的縱軸環(huán)繞四次以上，例如七次。根據(jù)給定應(yīng)用的不同要求，流道也可繞螺旋狀物2的縱軸環(huán)繞更多次。為此可采用一由多個(gè)較短的螺旋狀物拼接在一起形成的螺旋狀物2。
[0023]螺旋狀物2在其中心具有一內(nèi)腔4，該內(nèi)腔中設(shè)置有至少一個(gè)加熱電阻器，優(yōu)選地是設(shè)置多個(gè)加熱電阻器。內(nèi)腔4在螺旋狀物2的縱向方向上延伸，且設(shè)置在與流道隔開一定距離的位置。因此，螺旋狀物2在其整個(gè)長度上都圍繞著內(nèi)腔4且其整個(gè)圓周都圍繞所述內(nèi)腔。因此，設(shè)置于內(nèi)腔4中的加熱電阻器受到螺旋狀物2的保護(hù)，從而可以防止其與被加熱液體接觸。優(yōu)選地，內(nèi)腔4從螺旋狀物2的一端延伸至另一端。另外內(nèi)腔也可成形為
一盲孑L。
[0024]加熱電阻器可為例如陶瓷PTC元件。這種類型的加熱電阻器可在內(nèi)腔4中通過一框架支撐。這種框架5的一個(gè)實(shí)施例如圖4所示?？蚣?以卡夾的方式在為此提供的隔間(compartment)內(nèi)(例如通過壓耳(clamping lugs))支撐加熱電阻器6,且固定至一接觸板
7。接觸板7的背面朝向背離加熱電阻器6的方向，并通過一絕緣層與螺旋狀物2電絕緣。加熱電阻器6在一個(gè)側(cè)面上可通過螺旋狀物2電接觸，且在另一個(gè)側(cè)面上通過一接觸板7電接觸。加熱電阻器6還可設(shè)置于兩接觸板7之間，每一接觸板7都可承載一框架5。
[0025]為了改善加熱電阻器6和螺旋狀物2之間的熱耦合，可以在各加熱電阻器6的一側(cè)設(shè)置一彈簧元件(例如一彈簧片)。這種彈簧元件可設(shè)置于接觸板的背面或其中一個(gè)接觸板的背面和內(nèi)腔4的一壁面之間，以便將加熱電阻器6或兩接觸板的其中一個(gè)按壓至內(nèi)腔4的對面壁上?？蛇x地或附帶的，內(nèi)腔4也可用一填充物(例如粉末、漿糊或灌注料)填充，這些填充物以液態(tài)倒入內(nèi)腔，稍后凝固起來。
[0026]加熱電阻器6可以是設(shè)置于內(nèi)腔4中的一加熱棒的一部分。這種加熱棒可具有其自己的管殼。不過，多個(gè)加熱電阻器6也可通過一框架5連接形成一加熱棒,然后將其安裝至內(nèi)腔4中。
[0027]電阻絲也可用作一加熱元件。例如可將電阻絲纏繞為一外部導(dǎo)線的形式以形成一雙螺旋，從而可有彈性地安裝至螺旋狀物的中央通道內(nèi)。不過，加熱元件也可為一螺旋狀的電阻器，其牢固地組裝在一加熱棒內(nèi)。
[0028]所述加熱棒可以通過，例如，壓入方式插入到螺旋狀物2中，以便有效地傳熱。
[0029]螺旋狀物2可由金屬(例如鋁)制成。例如，螺旋狀物2可鑄造或通過銑削生產(chǎn)。螺旋狀物的表面可以在其線程上制造得粗糙些，以便增大熱輸出面積。熱輸出面積還可通過在流道內(nèi)設(shè)置例如熱輸出元件(例如肋板或其它突出物體)增大。
[0030]任何突出至流道內(nèi)的肋板都可在螺旋狀物2上整體成型或作為一單獨(dú)的部件插入螺旋狀物的線程內(nèi)。另一種可能是肋板在管殼1的內(nèi)壁上例如作為一內(nèi)螺旋狀物整體成型。管殼1可由兩個(gè)半殼制成。然而，通過例如一旋緊動作將螺旋狀物2插入一管殼內(nèi)也是可能的。
[0031]螺紋的兩側(cè)翼向外變得越來越薄。從而實(shí)現(xiàn)一特別有效的熱輸出，這是因?yàn)閭鬏數(shù)臒崃康牧吭叫?，距離螺旋狀物2的中心的距離就越大。
[0032]傳輸至流體的最大的能量傳遞發(fā)生于螺旋狀物的芯部附近，因?yàn)檫@是溫差最大的位置。這被部分抵消了，因?yàn)橄鄳?yīng)地介質(zhì)在外徑區(qū)域內(nèi)行進(jìn)了較長的路徑，從而接觸到了更大的熱交換面積。
[0033]此外，所述肋板也會使得介質(zhì)較好地混合，因此介質(zhì)可均勻受熱。
[0034]相比之下管殼1的導(dǎo)熱性能更差，因此可采用塑料或也可采用例如鋼鐵制造。為提高熱絕緣，管殼1可通過兩個(gè)或多個(gè)殼體形成，且例如可在殼體之間設(shè)置填充有氣體或絕緣材料的絕緣間隙。特別地，管殼可包括一泡沫塑料層。
[0035]在其兩端處，管殼1由一端蓋8封閉。兩端蓋8具有開口，可用于各加熱元件6的電氣連接。一個(gè)或多個(gè)接觸板7可從管殼1或端蓋8突出。不過，各加熱電阻器的連接也可設(shè)置于管殼1內(nèi)。[0036]管殼1也可通過一具有基座的套筒形成。例如，兩個(gè)這種類型的套筒可在螺旋狀物2的兩相對的端部從一邊至另一邊滑動，以便形成管殼1。即使帶有這種套筒，加熱裝置也可利用所需的長度大或熱容高的多個(gè)子螺旋狀物通過拼接在一起而形成，從而延伸出流道。在這種情況下，管部可設(shè)置于兩套筒之間，以便相應(yīng)地延伸出管殼1。
【權(quán)利要求】
1.一種用于加熱流體的電加熱裝置，包括:至少一個(gè)加熱電阻器(6)，一螺旋狀物(2)，其限定了一螺旋流道和一環(huán)繞螺旋狀物(2)的管殼(1)，其特征在于:所述螺旋狀物(2)具有一芯部，其中設(shè)置有至少一個(gè)加熱電阻器(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱裝置，其特征在于:所述螺旋狀物(2)由金屬制成。
3.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的加熱裝置，其特征在于:所述管殼(1)由塑料制成。
4.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的加熱裝置，其特征在于:至少一個(gè)加熱電阻器(6)為一 PTC元件。
5.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的加熱裝置，其特征在于:至少一個(gè)加熱電阻器(6)設(shè)置于縱向內(nèi)腔(4)內(nèi)，其中所述內(nèi)腔的縱向方向在螺旋狀物⑵的縱向方向上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的加熱裝置，其特征在于:所述內(nèi)腔(4)設(shè)置于螺旋狀物(2)的中部。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的加熱裝置，其特征在于:一框架(5)設(shè)置于內(nèi)腔(4)內(nèi)并支撐至少一個(gè)加熱電阻器(6)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中任意一項(xiàng)所述的加熱裝置，其特征在于:至少一個(gè)加熱電阻器(6)為安裝于內(nèi)腔(4)內(nèi)的一加熱棒的一部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至8中任意一項(xiàng)所述的加熱裝置，其特征在于:所述內(nèi)腔(4)從螺旋狀物(2)的一端延伸至另一端。
10.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的加熱裝置，其特征在于:多個(gè)加熱電阻器(6)設(shè)置于螺旋狀物(2)的芯部中。
11.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的加熱裝置，其特征在于:所述管殼(1)在其每個(gè)端部由一端蓋⑶封閉。
12.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的加熱裝置，其特征在于:所述螺旋狀物(2)具有粗糙的表面。
13.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的加熱裝置，其特征在于:所述螺旋狀物(2)承載設(shè)置于流道內(nèi)的熱輸出元件。
14.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的加熱裝置，其特征在于:所述螺旋狀物的螺紋的側(cè)翼在徑向向外的方向上厚度逐漸減小。
【文檔編號】F24H1/16GK103629805SQ201310363008
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月20日
【發(fā)明者】T·吉費(fèi)爾斯, H·米勒, R·瓦赫特, M·施特青格, B·哈爾布羅克, A·道特, K·萊曼 申請人:博格華納貝魯系統(tǒng)有限公司