[发明专利]热交换器及包括热交换器的车辆加热装置

说明书

本发明涉及一种热交换器(10)，所述热交换器具有温度传感器(22)并用于车辆加热装置(12)，其中，所述热交换器(10)包括所述温度传感器(22)、热输入表面(14)、布置在所述热输入表面(14)上的电加热元件(16)、以及热输出表面(18)，其中，所述温度传感器布置在所述热输出表面(18)上的凹部(20)中。

技术领域

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。

发明内容

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。