加熱裝置的製作方法

2023-09-21 16:06:40 3

專利名稱：加熱裝置的製作方法
技術領域：
本公開內容涉及加熱裝置。
背景技術：
JP-A-2008-296646描述了具有加熱裝置的車內空調機，該加熱裝置採用由熱源發出的熱量進行加熱。加熱裝置具有採用從發動機排出的熱量作為熱源的第一系統和採用從電池供給的電力作為熱源的第二系統。第一系統和第二系統彼此獨立，並根據需要或加熱的能量效率而被選擇性地使用。第二系統包括熱泵或如JP-A-2008-296646中的PTC加熱器之類的電熱器。
由於選擇性地使用多個熱源，可以以較好的燃料效率(能量效率)進行加熱。然而，由於加熱裝置變大且變複雜，因此加熱裝置變得昂貴且可能具有重複功能。

發明內容
本公開內容的目標是提供具有簡單結構的加熱裝置。根據本公開內容的示例，加熱裝置包括環形熱管和多個熱源。環形熱管具有蒸發部，由該環形熱管傳遞的熱量用於加熱。加熱液相工作流體的所述多個熱源設置在環形熱管的蒸發部中。因此，可以使加熱裝置的結構簡單。


根據接下來參照附圖的詳細描述，本公開內容的上述和其它目標、特徵和優點將變得更明顯。在附圖中圖I為圖示根據一種實施例的加熱裝置的示意圖；圖2為圖示加熱裝置的環形熱管的示意圖；圖3為與加熱負載的變化相關的加熱裝置的操作圖；以及圖4為與發動機的操作相關的加熱裝置的操作圖。
具體實施例方式根據一種實施例的加熱裝置應用於用於車輛的空調機。圖I圖示了具有空調機的串聯式混合動力車輛。加熱裝置具有環形熱管10(熱環)。熱管10通過工作流體的蒸發和冷凝進行熱傳遞(熱輸送)。由熱管10輸送的熱量用於加熱(取暖)。熱管10具有通過環形地連接蒸發部11、冷凝部12、蒸汽管13和液體回流管14而限定的密閉容器。工作流體封裝在容器內。例如，水用作工作流體。在蒸發部11中，具有液態的工作流體被加熱以蒸發成蒸汽(氣體)。通過蒸發部11中的蒸發產生的蒸汽通過蒸汽管13中限定的蒸汽通道移動至冷凝部12。在冷凝部12中，蒸汽被冷卻並冷凝成液態。冷凝部12中的冷凝的液態流體通過液體回流管14中限定的液體回流通道流回蒸發部11。蒸汽通道和液體回流通道在熱管10中彼此分開。在蒸汽流和液體流之間不發生幹擾，使得熱管10具有非常高的熱輸送能力。例如，熱管10為熱對流管。也就是說，冷凝部12中冷凝的液體由於重力流回蒸發部11。如圖2所示，蒸發部11設置在冷凝部12下方，以使得能夠通過重力進行液體回流。不限於通過重力進行液體回流。可替換地，可以通過使用例如由鋼絲棉提供的毛細現象進行液體回流。蒸發部11以液相工作流體由蒸發部11中的多個熱源加熱的方式構造而成。在該實施例中，從車輛的發動機20排出的熱量和電力可以對應於多個 熱源。更具體地，蒸發部11具有熱回收型熱交換器111和電熱器112。在熱交換器111中，在從發動機20排出的氣體和液相工作流體之間交換熱量。電熱器112加熱存在於熱交換器111中的液相工作流體。熱交換器111設置在發動機20的排氣通道中。如圖I所示，熱交換器111設置在發動機20和消聲器21之間。從發動機20延伸至熱交換器111的排氣管22可以是具有波紋形狀的撓性管，以便吸收發動機20的振動並限制發動機20的振動傳遞至熱交換器111。發動機20驅動製冷循環30的電動發電機23和壓縮機31。離合器(未示出)間歇式地將來自發動機20的驅動力傳遞至電動發電機23和壓縮機31或停止將來自發動機20的驅動力傳遞至電動發電機23和壓縮機31。當驅動力從發動機20到電動發電機23和壓縮機31的傳遞被截斷時，電動發電機23可以作為電動機驅動壓縮機31。而且，當發動機20停止時，還能夠將電動發電機23用作發動機起動器。電動發電機23和用於電動發電機的換流器24由在冷卻水迴路中循環的冷卻水冷卻。冷卻水迴路具有水泵25、散熱器26等。水泵25使冷卻水在冷卻水迴路中循環。散熱器26為將電動發電機23和換流器24的熱量散發到外面的熱交換器。例如，外部空氣由冷卻風扇27發送至散熱器26。車輛的驅動電動機40(電動發電機)和用於驅動電動機的換流器41由循環通過冷卻水迴路的冷卻水冷卻。驅動電動機40的輸出軸連接至車輛的變速差速器42。此外，發動機20的一部分可以由流過冷卻水迴路的冷卻水冷卻。電熱器112接收來自安裝至車輛的電池15 (蓄電池)的電力供給。例如，具有PTC特性的正溫度係數(PTC)加熱器用作電熱器112。控制器16控制流過電熱器112的電流的值。電池15可以為用於驅動的高壓電池或輔助鉛蓄電池。壓縮機31抽吸和排放製冷循環30的製冷劑。製冷循環30具有壓縮機31、散熱器32、膨脹閥33和蒸發器34。散熱器32為用於將從壓縮機31排放的高溫高壓製冷劑的熱量散發到車輛的車廂之外的熱交換器。外部空氣由冷卻風扇27發送至散熱器32。膨脹閥33為對流出散熱器32的製冷劑進行減壓和膨脹的減壓部。蒸發器34為用於通過蒸發流出膨脹閥33的低壓製冷劑而冷卻將要發送到車廂中的空氣的熱交換器，以實現吸熱效果。流出蒸發器34的製冷劑由壓縮機31抽吸。蒸發器34設置在室內空調單兀50的殼體51中。空氣通道被限定在殼體51中。空氣調節風扇52設置在殼體51中，沿氣流方向位於蒸發器34的上遊。風扇52將空氣發送至蒸發器34。開關箱(未示出)設置在殼體51沿氣流方向的最上遊，以選擇性地引入內部空氣和外部空氣。排氣口被限定在殼體51沿氣流方向的最下遊，並將在殼體51的空氣通道中被調節的空氣吹到車廂中。空氣調節管道(未示出)連接至空氣出口。熱管10的冷凝部12設置在殼體51中，位於蒸發器34沿氣流方向的下遊側。冷凝部12為用於通過與在熱管10中流動的氣相工作流體交換熱量來加熱從風扇52吹送的空氣的熱交換器。內部空氣或外部空氣由風扇52引入殼體51中，並被發送至蒸發器34和冷凝部12。通過殼體51的空氣出口和連接至殼體51的管道將通過蒸發器34和冷凝部12的空氣吹入車廂中。空氣由蒸發器34除去溼氣，並由冷凝部12重新加熱，以控制空氣的溫度。已調節的空氣被發送至車廂。 圖2圖示了熱管10。圖2的上下方向分別表示車輛中的上下方向。蒸發部11的熱交換器111具有多個管道11 la、上總箱Illb和下總箱111c。管道Illa限定用於工作流體的通道，總箱IllbUllc相對於管道Illa分配或聚集工作流體。氣體通道被限定在管道Illa之間，發動機20的排氣流過該空氣通道。管道Illa被設置為沿車輛的上下方向延伸。蒸發部11的電熱器112與熱交換器111形成一體。例如，電熱器112通過碳素薄鋼113緊密地固定至熱交換器111。碳素薄鋼113隱藏電熱器112和熱交換器111之間的空隙，並確保從電熱器112至熱交換器111的預定熱傳遞面積。碳素薄鋼113的厚度儘可能薄。換句話說，電熱器112以熱阻相對於熱交換器111中的液相工作流體變得儘可能小的方式連接至熱交換器111。代替碳素薄鋼113，可以使用具有高導熱性的粘合劑或油脂。在該示例中，電熱器112連接至熱交換器111的下部。更具體地，電熱器112連接至位於管道Illa的下側的下總箱111c。例如，電熱器112可以固定至管道111a。冷凝部12具有多個管道121a、上總箱121b和下總箱121c。管道121a限定用於工作流體的通道，並且總箱121b、121c相對於管道121a分配或聚集工作流體。空氣通道被限定在管道121a之間，並且空氣流過該空氣通道。管道121a被設置為沿車輛中的上下方向延伸。蒸汽管13將熱交換器111的上總箱Illb連接至冷凝部12的上總箱121b。熱交換器111的上總箱Illb中聚集的氣相工作流體通過被限定在蒸汽管13中的蒸汽通道131流入冷凝部12的上總箱121b中。液體回流管14將冷凝部12的下總箱121c連接至熱交換器111的下總箱111c。冷凝部12的下總箱121c中聚集的液相工作流體通過被限定在液體回流管14中的體回流通道141流回熱交換器111的下總箱111c。內部壓力調節閥18設置在液體回流管14的中部，並打開/關閉液體回流通道141。內部壓力調節閥18為由諸如彈簧之類的彈性部件偏壓的機械閥。如果閥18中的內部壓力升高，則閥體沿關閉液體回流通道141的方向移位。以下將描述熱管10的操作。如果發動機20啟動，則排氣的溫度(散發溫度)升高，並且熱交換器111中的液相工作流體17沸騰並變成蒸汽相。蒸汽相工作流體從熱交換器111流過蒸汽管13中的蒸汽通道131，並在冷凝部12中冷凝成液相工作流體17。由於重力，液相工作流體17從冷凝部12流過液體回流管14中的液體回流通道141，並流回蒸發部11。此時，在冷凝部12中，由風扇52吹送的空氣被加熱，並且被加熱的空氣被送入車廂。進一步，同樣在向電熱器112供電時，電熱器112的溫度(加熱器溫度)升高，熱交換器111中的液相工作流體17沸騰並變成蒸汽相。由風扇52吹送的空氣在冷凝部12中被加熱，並且被加熱的空氣被送入車廂。當排氣的散發溫度升高時蒸汽壓力也升高。當蒸汽壓力升高時，內部壓力調節閥18沿關閉液體回流通道141的方向機械地操作。因此，蒸汽壓力被限制過 度升高。也就是說，熱管10的內部壓力由其本身自動地和自發地調整。在該實施例中PTC加熱器用作電熱器112。如果電熱器112的溫度升高，則電熱器112的電阻值增加，並且電熱器112的輸出降低。也就是說，電熱器112的輸出由其本身自動地和自發地調整。參照圖3和4描述加熱裝置的操作的示例。圖3為與加熱負載的變動相關的操作圖。圖3的送風機風量表不加熱負載。也就是說，以由風扇52吹送的空氣量在加熱負載變高時增加的方式和由風扇52吹送的空氣量在加熱負載變低時減少的方式控制風扇52。熱環10的內部壓力根據由風扇52吹送的空氣量的增加並根據電熱器112的熱輸出的增加而增加。在圖3的橫坐標中的加熱負載是中等的中間範圍中，當必要熱量處於中間範圍時，可以由電熱器112的PTC輸出獲得全部必要熱量。此時，沒有必要使發動機20運轉用於加熱，並且閥18完全打開。在圖3的橫坐標中的加熱負載低的左側範圍中，必要熱量小，並且送風機空氣量降低。因此，由空氣帶走的熱量降低，並且電熱器112的溫度變高。因此，電熱器112的PTC輸出由於電熱器112的PTC特性而降低，並且可以限制電熱器112的功耗增加得比需要的多。在圖3的橫坐標中加熱負載高的右側範圍中，必要熱量大，不能從電熱器112獲得全部必要熱量。因此，發動機20啟動以增加輸出，從而從發動機20的排氣中獲得必要熱量中的不能僅由電熱器112的PTC輸出獲得的部分。此時，由於廢熱的回收量小於必要熱量，因此維持閥18的打開狀態，並且熱環10的內部壓力增加。圖4為與發動機20的運轉相關的操作圖。以發動機20的輸出在電動發電機23需要的電量大時增加的方式和發動機20的輸出在電動發電機23需要的電量小時降低的方式控制發動機20。圖4圖示了一種示例，其中由於中等加熱負載，必要熱量處於中間範圍。當發動機20未活動且不具有輸出時，如圖4的橫坐標的左側區域所示，從發送機20排出的氣體的熱量不傳遞至加熱器112。因此，加熱器112的溫度不過度地變高，並且加熱器112的PTC輸出變得相對大。因此，可以由加熱器112的PTC輸出獲得全部必要熱量。當發動機20運轉時並且當發動機20的輸出處於中間範圍時，如圖4的橫坐標的中間範圍所示，熱交換器111的溫度由發動機20的排氣升高。因此，電熱器112的溫度變高，並且電熱器112的PTC輸出降低。相反，熱管10回收從發動機20排出的氣體的熱量，以便可以由電熱器112的PTC輸出和發動機20的排氣獲得必要熱量。當發動機20的輸出處於高範圍時，如圖4的橫坐標的右側範圍所示，發動機20的排氣具有高溫，並且熱交換器111的溫度進一步升高。因此，電熱器112的溫度變得更高，並且電熱器112的PTC輸出進一步降低。然而，由熱管10回收的熱量增加，以便可以通過發動機20的排氣獲得全部必要熱量。即使發動機20的排氣的溫度變得太高，並且即使由熱管10回收的排氣的熱量超過必要熱量，由於熱管10的內部壓力增加，因此內部壓力調節閥18沿關閉液體回流通道141的方向操作。因此，由熱管10回收的排氣的熱量被限制變得過多。
根據所述實施例，熱管10的蒸發部11由諸如發動機20的排氣熱和電力之類的多個熱源加熱。與其中為多個熱源分別設置多個加熱系統的常規技術相比，可以使本實施例的加熱裝置的結構簡單，而不存在熱輸送部的冗餘。由於熱管10為熱對流熱管，因此冷凝部12中冷凝的液相工作流體17通過重力流回蒸發部11。因此，諸如泵或油繩之類的液體回流構件不必要，並且可以使加熱裝置的結構簡單。根據所述實施例，發動機20的排氣的熱量被收集。因此，在發動機20啟動之後，排氣的溫度快速升高，並且熱量的回收快速開始。而且，根據所述實施例，可以僅在液相工作流體17的一部分沸騰時開始加熱。在常規加熱裝置中，在發動機和冷卻水變熱之後收集冷卻水的熱量。與常規加熱裝置相比，本實施例的加熱裝置在熱效率方面較高，並且可以使熱容較小。因此，可以在短時間內開始加熱，並且還可以減少燃料消耗。而且，用於將冷卻水循環到冷凝部12的水泵不必要，從而可以降低功耗。根據所述實施例，內部壓力調節閥18基於內部壓力機械地打開/關閉熱管10的液體回流通道141，並且由PTC加熱器構造而成的電熱器112基於自身的溫度自動控制輸出。因此，基於發動機20的運轉狀態和加熱負載的變化自發地控制加熱能力。因此，與其中採用控制裝置電氣地控制加熱能力的情況相比，控制系統的結構可以簡化。由於電熱器112連接至熱交換器111的下部，因此可以以簡單的結構將電熱器112與熱交換器111集成在一起。在上述實施例中，加熱裝置應用於串聯式混合動力車輛，可替換地，本公開內容可以應用於具有發動機和電池的其他車輛。而且，本公開內容的加熱裝置可以應用於例如用於居所的固定型加熱裝置。在上述實施例中，熱管10為熱對流型熱管。可替換地，例如，冷凝部12中冷凝的液相工作流體17可以通過採用油繩的毛細管作用力或泵流回蒸發部11。熱源不限於發動機20的廢熱和電力。可以採用多種熱源代替發動機20的廢熱和電力。內部壓力調節閥18可以省略，並且電加熱器112不限於PTC加熱器。在該情況中，可以採用電動閥、不具有PTC特性的電熱器、以及控制電動閥和電熱器的控制裝置來電氣地控制加熱能力。
這種變化和修改應當被理解為落入本公開內容的如由權利要求限定的保護範圍之 內。
權利要求
1.一種加熱裝置，包括 具有蒸發部(11)的環形熱管(10)，由該環形熱管傳遞的熱量用於加熱；和 加熱液相工作流體(17)的多個熱源，其中所述多個熱源設置在環形熱管的蒸發部中。
2.根據權利要求I所述的加熱裝置，其中 所述多個熱源對應於從發動機(20)排出的熱量和電力。
3.根據權利要求2所述的加熱裝置，其中 所述蒸發部(11)包括 熱交換器(111)，在該熱交換器中熱量在從發動機排出的氣體和液相工作流體(17)之間被交換，和 電熱器(112)，其加熱存在於熱交換器(111)中的液相工作流體(17)。
4.根據權利要求3所述的加熱裝置，進一步包括 打開/關閉環形熱管(10)的液體回流通道(141)的閥(18)，其中當環形熱管(10)的內部壓力變為高於預定值時，所述閥機械地操作以關閉液體回流通道(141)，並且 電熱器(112)為具有PTC特性的PTC加熱器。
5.根據權利要求3或4所述的加熱裝置，其中 電熱器(112)連接至熱交換器(111)的下側。
6.根據權利要求3或4所述的加熱裝置，其中 所述熱交換器(111)設置在安裝至車輛的發動機(20)的排氣通道中，並且 所述電熱器(112)接收來自安裝至該車輛的電池(15)的電力。
全文摘要
一種加熱裝置，包括環形熱管(10)和多個熱源(111，112)。環形熱管(10)具有蒸發部(11)，由該環形熱管傳遞的熱量用於加熱。加熱液相工作流體(17)的所述多個熱源(111，112)設置在環形熱管的蒸發部中。
文檔編號B60H1/14GK102673346SQ20121005022
公開日2012年9月19日 申請日期2012年2月29日 優先權日2011年3月8日
發明者宇野慶一 申請人:株式會社電裝