CN104247559B - 加热装置 - Google Patents

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Abstract

一种加热装置，通过将圆柱状的电热丝式加热器(2)***设置于壳体(3)的孔(30)中的方式组装，并利用电热丝式加热器(2)对导入壳体(3)内的冷却水进行加热，其中，电热丝式加热器(2)***到设于壳体(3)的凸台部(42、43)内，并通过配置在凸台部(42、43)的内周壁与电热丝式加热器(2)的外周壁之间的O形环(50)对两端部进行支承，在壳体(3)上形成有间隙(45)，能使冷却水在两个凸台部(42、43)间沿电热丝式加热器(2)的外周面经过间隙(45)，在电热丝式加热器(2)的***方向前端侧的端部处形成有锥形部(60)及倒角部(61)。

Description

加热装置
技术领域
本发明涉及一种利用发热体对热介质进行加热的加热装置。
背景技术
在像混合动力汽车或电动汽车那样很难充分地利用发动机的废热的车辆中，已知有装载利用电热丝式加热器(发热体)对冷却水等热介质进行加热的加热装置，并用于车辆的制热等的技术。
例如，在专利文献1中，将圆柱状的电热丝式加热器埋设在由传热金属形成的传热体内，并将上述传热体设置在供热介质流通的壳体内来构成加热装置，并通过使热介质与传热体的表面接触，从而对热介质进行加热。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2011－143780号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
但是，在像上述专利文献1那样形成为经由传热体对热介质进行加热的结构的情况下，存在因存在传热体而使加热装置的尺寸和重量相应地增加，并且因热容量的增加而使热交换效率下降这样的问题。
因此，在将电热丝式加热器的表面形成为例如不锈钢等具有防锈性的物质之外，研究了使热介质直接与电热丝式加热器的表面接触这样的结构的加热装置。这种加热装置可以为如下结构，例如在圆柱状的电热丝式加热器的两端设置O形环，并将电热丝式加热器***到设于壳体的孔中而组装成这种加热装置，利用O形环防止在电热丝式加热器的周围流通的热介质向外部泄漏。
但是，由于O形环由橡胶形成，因此，当在组装加热装置时，有可能会在将电热丝式加热器向壳体***时使O形环受损。另外，还有可能因电热丝式加热器的发热而使O形环劣化。
本发明基于上述情况而作，其目的在于提供一种通过简易的结构来防止O形环的破损或劣化、组装性良好且热交换效率高的加热装置。
解决技术问题所采用的技术方案
为了实现上述目的，本发明的加热装置通过将圆柱状的发热体***设置于壳体的孔中的方式组装，并利用上述发热体对导入上述壳体内的热介质进行加热，其中，上述发热体的至少一方的端部***到设于上述壳体的凸台部，并通过配置在上述凸台部的内周壁与上述发热体的外周壁之间的O形环对上述发热体进行支承，在上述壳体上形成有热介质通路，在该热介质通路中能使热介质在上述O形环的内侧沿上述发热体的外周面经过，在上述发热体的至少向上述凸台部***的***方向前端侧的端部处形成有锥形部。
较为理想的是，在上述发热体的上述锥形部与上述O形环的支承位置之间的外周面上设置有倒角部。
另外，本发明的加热装置通过将圆柱状的发热体***设置于壳体的孔中的方式组装，并利用上述发热体对导入到上述壳体内的热介质进行加热，其中，上述发热体构成为包括圆筒状的由具有传热性的材质形成的筒部和安装在上述筒部内的电热丝，上述发热体的至少一方的端部***到设于上述壳体的凸台部，并通过配置在上述凸台部的内周壁与上述发热体的外周壁之间的O形环对上述发热体进行支承，在上述壳体上形成有热介质通路，在该热介质通路中能使热介质在上述O形环的内侧沿上述发热体的外周面经过，上述电热丝以从比上述发热体***到上述壳体时与两个上述O形环接触的接触位置分别朝轴线方向内侧分开的方式配置。
另外，本发明的加热装置通过将圆柱状的发热体***设置于壳体的孔中的方式组装，并利用上述发热体对导入上述壳体内的热介质进行加热，其中，上述发热体构成为包括在至少一方的端部形成有锥形部的圆筒状的筒部、安装在上述筒部内的电热丝以及将上述筒部的靠上述锥形部一侧的端部封闭的底板，上述发热体的上述端部***到设于上述壳体的凸台部，并通过配置在上述凸台部的内周壁与上述发热体的外周壁之间的O形环对上述发热体进行支承，在上述壳体上形成有热介质通路，在该热介质通路中能使热介质在上述O形环的内侧沿上述发热体的外周面经过，上述底板配置在比上述锥形部更靠上述筒部的轴向内侧的位置处。
较为理想的是，上述底板被焊接到上述筒部的内壁，来将上述筒部的端部封闭。
较为理想的是，上述加热装置装载于车辆，上述热介质是在上述车辆的空调装置中使用的冷却水。
发明效果
根据本发明，以与壳体内的圆柱状的发热体的外周壁面对的方式形成有热介质通路，并通过使热介质经过上述热介质通路，来使热介质与发热体的外周壁接触，从而能高效地对热介质进行加热，并能形成为热交换效率良好的加热装置。
另外，加热装置通过将圆柱状的发热体***到壳体中的方式组装而成，能够利用O形环阻止在热介质通路中经过的热介质向外部流出，并能通过简易的结构使组装性变得良好。
此外，由于在发热体的***方向前端侧形成有锥形部，因此，能够在组装加热装置时，防止在将发热体***时因发热体的端部的钩挂而导致的O形环的破损。
另外，根据本发明，由于在发热体的锥形部与O形环的支承位置之间的外周面上设置有倒角部，因此，在组装加热装置时，能够顺利地***发热体，并能提高组装性。
另外，根据本发明，由于安装在发热体内的电热丝以从在发热体***到壳体内时与两个O形环接触的接触位置分别朝轴线方向内侧分开的方式配置，因此，能够抑制在电热丝发热时热向O形环的热传递。因而，能够抑制因电热丝的发热而导致的O形环的劣化，并能够长时间防止热介质从壳体内泄漏。
另外，根据本发明，由于发热体的底板配置在比锥形部更靠轴向内侧的位置处，因此，能够对锥形部进行追加加工来调节锥形部的形状和筒部的全长。另外，能使发热体的靠底板一侧的端部形成为中空状，并能在电热丝发热时抑制上述端部的温度上升，从而能使对该端部进行支承的壳体的凸台部的耐热性下降。
另外，根据本发明，将底板焊接到筒部的内壁来将筒部的端部封闭，因此，能够减少筒部外侧的焊烧痕，并且能够在筒部的外侧消除连接部位，能够在将发热体***到壳体内时提高凸台部处的气密性。
另外，根据本发明，能够利用加热装置对在车辆的空调装置中使用的冷却水加热。藉此，能够提供适合用在混合动力车或电动车辆中的、结构简易且组装性良好的热交换效率高的加热装置。
附图说明
图1是表示本发明一实施方式的加热装置的外观的立体图。
图2是图1的电热丝式加热器的***部处的加热装置的横剖视图。
图3是表示图1的电热丝式加热器的内部结构的横剖视图。
图4是表示图1的电热丝式加热器的端部的形状的放大图。
图5是表示图1的电热丝式加热器的端部的内部结构的放大剖视图。
具体实施方式
使用图1至图3，对本发明一实施方式的加热装置进行说明。
图1是表示本发明一实施方式的加热装置的外观的立体图。
如图1所示，加热装置1构成为具有两个圆柱状的电热丝式加热器2(发热体)和收容有电热丝式加热器2的壳体3。
加热装置1装载在例如混合动力汽车或电动汽车等车辆中，在混合动力汽车的情况下，作为以补充发动机(热源)的不足的废热的方式进行热供给的辅助热源，在电动汽车的情况下，作为代替不存在的发动机进行热供给的代替热源，来用于对在车用空调装置的制冷回路中循环的制冷剂等热介质进行加热。
详细而言，在混合动力汽车的情况下，加热装置1夹装在发动机的冷却水回路中，能够将在冷却水回路中循环的LLC(冷却水、防冻液)作为热介质导入并利用电热丝式加热器2对LLC进行加热。上述冷却水回路设置在车用空调装置内，通过发动机及加热装置1加热后的LLC的热被用于对在设于上述空调装置的制冷回路中循环的制冷剂进行加热，从而能对车室内进行制冷或制热。
另一方面，在电动汽车的情况下，加热装置1夹装在供制冷剂循环的制冷回路中，能够将制冷剂作为热介质导入并利用电热丝式加热器2对制冷剂进行加热。上述制冷回路与上述混合动力汽车的情况同样地设置在车用空调装置中，并能够利用在加热装置1中加热后的制冷剂的热进行车室内的制冷或制热。另外，也可以将水作为热介质导入，并利用电热丝式加热器2对水进行加热而使其成为热水，并将该热水作为发动机的代替热源来用作用于对在车用空调装置的制热用回路中循环的制冷剂等进行加热的热源。
此外，在混合动力汽车和电动汽车中的任一方的情况下，也可以在供防冻液循环的制热用回路中设置未图示的加热器芯和加热装置1，将加热装置1用作防冻液的热源的一种，并将通过加热器芯制热后的空气送出。
如图1所示，壳体3形成为在内部具有空间的长方体的箱形，在一侧面上，沿上下方向隔着间隔地设置有两个供电热丝式加热器2***的孔30。另外，在壳体3的上表面设置有冷却水的入口部32和出口部33。
壳体3的内部设置有分隔壁部35，该分隔壁部35在图1中左右方向中间部沿上下方向延伸，用于将壳体3内的空间左右分隔开。在分隔壁部35形成有能供电热丝式加热器2***的孔。另外，分隔壁部35形成为在比两个电热丝式加热器2更靠下方的位置处能使壳体3内的空间左右连通。
图2是电热丝式加热器2的***部处的加热装置1的横剖视图。
如图2所示，壳体3的左右宽度设定为比电热丝式加热器2的长度稍大。
设置在壳体3内的供电热丝式加热器2***的孔30在左右方向上贯穿壳体3。此外，在上述孔30的一方的缘部设置有台阶部40，以形成比电热丝式加热器2的外径小的孔。电热丝式加热器2能从不具有台阶部40的一侧***到孔30内，将电热丝式加热器2***到壳体3内直到电热丝式加热器2的前端与台阶部40接触，并且进行定位。
在壳体3中形成有供电热丝式加热器2的前端部及后端部***的凸台部42、43。在凸台部42、43的内周壁上设置有圆环状的槽47，并且在该槽47内分别***有O形环50。
在将电热丝式加热器2完全***到壳体3内，直到与台阶部40接触时，利用被凸台部42、43保持的O形环50，对电热丝式加热器2的前端部及后端部进行支承。
在壳体3内设置有间隙45(热介质通路)，以使冷却水能在被凸台部42、43保持的两个O形环50之间沿电热丝式加热器2的外周壁流通。上述间隙45形成壳体内的空间的一部分，与电热丝式加热器2的上下的壳体3内的空间连通。将间隙45的宽度形成得较小，以使在间隙45中经过的热介质经过尽可能靠近电热丝式加热器2的外周壁的位置。另外，间隙45被分隔壁部35左右分割。
如图3所示，通过将镍铬电热丝等螺旋状的电热丝52***到有底圆筒状的金属管51(筒部)内，将具有较高的电绝缘性及热传导性的耐热绝缘材料加压填充到金属管51中并封入电热丝52，从而形成电热丝式加热器2。上述耐热绝缘材料例如为氧化镁等，包括耐热绝缘材料及金属管51的电热丝式加热器2的主体具有1100℃左右的耐热温度。另外，金属管51例如由不锈钢等具有防锈性的金属形成。
在金属管51的一端具有端子54，该端子54与电热丝52连接且前端突出到外部。各电热丝式加热器2的各端子54与外部的电源装置56电连接。
电源装置56与对车辆进行综合控制的外部的电子控制装置(ECU)58电连接。ECU58能够通过电源装置56进行单独地对两个各电热丝式加热器2中的各电热丝式加热器2或两者的端子54通电的通电控制。
另外，在本实施方式中，特别是在金属管51的两端部、即电热丝式加热器2的两端部形成有几mm左右的锥形部60。
此外，在电热丝式加热器2的、***方向前端侧的锥形部60与O形环50的支承位置之间的外周面上设置有倒角部61。
详细而言，如图4所示，电热丝式加热器2的***方向前端侧的端部从比***电热丝式加热器前的O形环50的内径更靠中心侧的位置形成锥形部60，并从该锥形部60向***电热丝式加热器2后的O形环50的支承位置的方向连续地形成倒角部61。
另外，电热丝式加热器2的内部的电热丝52仅设置在与将电热丝式加热器2***到壳体3内时与两个O形环50接触的位置相比位于轴向内侧且与该接触位置分开的范围内。
图5是表示电热丝式加热器2的端部的内部结构的放大剖视图。本图表示电热丝式加热器2的两端部中与端子54突出的一侧相反一侧的端部的结构。
如图5所示，在电热丝式加热器2的与端子54突出的一侧相反一侧的端部处，使底板65与圆筒状的金属管51焊接而将该端部封闭。
底板65形成为圆板状，底板65的外周部在全周范围内垂直弯折例如几cm左右而形成檐部66。
底板65设置在比电热丝式加热器2的端部的锥形部60更靠轴线方向内侧(电热丝52一侧)的位置，檐部66配置在外侧，上述檐部66的前端部66a与金属管51的内壁51a在全周范围内被焊接。
根据以上那样的结构，在本实施方式的加热装置1中，在使冷却水流入到入口部32时，如图1内的双点划线箭头所示，冷却水经过电热丝式加热器2的侧部而流动到下方，在壳体3内的下部从入口部32一侧沿左右方向移动到出口部33侧，然后在经过电热丝52的侧部的同时朝上方移动而从出口部33排出。
在这样将冷却水导入到加热装置1内而使冷却水经过电热丝式加热器2的侧部时，冷却水经过与电热丝式加热器2的外周壁面对的间隙45，因此，通过从电源装置56对电热丝式加热器2的电热丝52供给电力，能够利用从电热丝52产生的热对冷却水进行加热。
在本实施方式中，由于是冷却水与电热丝式加热器2的外周壁直接接触的结构，因此，热交换效率高，且能够抑制加热装置1的尺寸和重量，从而能够形成为适合装载在车辆中的加热装置1。
另外，在本实施方式中，由于在电热丝式加热器2的***部中使用O形环50，因此，能够通过简单且紧凑的结构防止冷却水从壳体3内泄漏。
此外，通过将O形环50嵌入到壳体3的槽47中，并将电热丝式加热器2***，就能够组装加热装置1，因此，能使加热装置1的组装性变得良好。
例如，与在电热丝式加热器2上设置凸缘，通过螺栓等将该凸缘与壳体3固定这样的结构相比，在本实施方式中，能够提高组装性，并且能够实现加热装置1整体的紧凑化及轻型化。
此外，在本实施方式中，由于在电热丝式加热器2的***方向前端侧的端部形成有锥形部60及倒角部61，因此，在将电热丝式加热器2向壳体3内***时，能使电热丝式加热器2的前端部不会钩挂于O形环50，而能顺畅地***，从而能防止O形环50的破损。这样，本发明的加热装置1能在组装时不易使零件破损，从而能进一步提高组装性。
另外，电热丝式加热器2的内部的电热丝52仅配置在比与O形环50接触的部位更靠内侧且与该接触位置分开的位置处，因此，能够确保组装后的电热丝52与O形环50的距离。藉此，能够抑制因来自电热丝52的热而引起的O形环50的劣化。
这样，在本实施方式中，能够通过简易的结构来防止O形环50的破损或劣化，能够长时间防止冷却水从壳体3内向外部泄漏。
另外，由于将电热丝式加热器2的金属管51的端部封闭的底板65配置在比锥形部60更靠轴线方向内侧的位置处，因此，能在对底板65进行了焊接后进行对金属管51的端部切削的追加加工。因而，能在对底板65进行了焊接后，对金属管51的端部切削来形成锥形部60，并且也能调节金属管51整体的长度，从而能够高精度地设定金属管51的锥形部60的形状及全长。另外，在本实施方式中，能在不切削底板65的焊接部的情况下平坦地形成金属管51的端部，并能够保持电热丝式加热器2的内部的气密性，且能将电热丝式加热器2的端部追加加工成恒定的平滑的形状。
此外，由于底板65配置在比锥形部60更靠轴线方向内侧的位置处，因此，电热丝式加热器2的端部形成为中空结构，因而，能在电热丝式加热器2工作时抑制该端部的温度上升。藉此，能使对电热丝式加热器2的端部进行支承的部位、即壳体3的凸台部42的耐热性下降，从而能提高材质等的设计上的自由度。
另外，由于底板65被焊接到金属管51的内壁51a，因此，能够减少金属管51的外侧的焊烧痕，并且能够在金属管51的外侧消除连接部位，在将发热体***到壳体3时，能够提高凸台部42处的气密性。
另外，本发明并不限定于上述实施方式。例如可以采用，即，在电热丝式加热器2的***方向前端侧的端部设置锥形部60的处理、和将电热丝式加热器2的内部的电热丝52配置在比电热丝式加热器2***到壳体3时与O形环50接触的部位更靠内侧且与该接触位置分开的位置的处理中的至少任一方。
另外，在上述实施方式中，分别通过O形环50对电热丝式加热器2的两端部进行支承，但在将壳体3构成为利用电热丝式加热器2的***方向前端侧将孔30封闭的情况下，不需要设置两个O形环50中的***方向前端侧的O形环50。在这种情况下，通过像上述实施方式那样地在电热丝式加热器2的***方向前端侧的端部形成锥形部60及倒角部61，就能够防止在组装时其余O形环50发生破损。
另外，在上述实施方式中，形成为将电热丝式加热器2从电热丝式加热器2的端子54突出的一侧***到壳体3内的结构，但是在形成为将电热丝式加热器2从与端子54突出的一侧相反一侧、即被底板65封闭的一侧***到壳体3内的结构的情况下，通过像上述那样地将底板65配置在比锥形部60更靠轴线方向内侧的位置处，对金属管51的端部进行追加加工而将电热丝式加热器2的端部形成为平滑的形状，从而能够在将电热丝式加热器2***到壳体3内时，使O形环50更不容易破损。
另外，本发明的加热装置也能使用除电热丝52之外的发热体。另外，也可以将除水之外的流体作为热介质。但需要注意的是，通过使用便宜且通用的电热丝式加热器2，能够降低加热装置1的制造成本，并且由于通用的电热丝式加热器2广泛普及且可靠性高，因此，能够提高加热装置1的可靠性，较为理想。
此外，通过将本发明的加热装置1安装到混合动力汽车或电动汽车的车用空调装置中，能够提高冷却水回路、制冷回路进而是设置有这些回路的空调装置、甚至是装载有该空调装置的上述车辆的组装性，并且能够降低制造成本，较为理想。另外，加热装置1不仅能安装在上述车用空调装置中，也能作为其它用途的热源，这点是自不待言的。
(符号说明)
1加热装置
2电热丝式加热器(发热体)
3壳体
42、43凸台部
45间隙(热介质通路)
50O形环
51金属管(筒部)
52电热丝
60锥形部
61倒角部
65底板。

Claims (3)

1.一种加热装置，通过将圆柱状的发热体***设置于壳体的孔中的方式组装，并利用所述发热体对导入所述壳体内的热介质进行加热，其特征在于，
所述发热体构成为包括在至少一方的端部形成有锥形部的圆筒状的筒部、安装在所述筒部内的电热丝以及将所述筒部的靠所述锥形部一侧的端部封闭的底板，所述发热体的所述端部***到设于所述壳体的凸台部，并通过配置在所述凸台部的内周壁与所述发热体的外周壁之间的O形环对所述发热体进行支承，
在所述壳体上形成有热介质通路，在该热介质通路中能使热介质在所述O形环的内侧沿所述发热体的外周面经过，
所述底板配置在比所述锥形部更靠所述筒部的轴向内侧的位置处。
2.如权利要求1所述的加热装置，其特征在于，
所述底板被焊接到所述筒部的内壁，来将所述筒部的端部封闭。
3.如权利要求1或2所述的加热装置，其特征在于，
所述加热装置装载于车辆，
所述热介质是在所述车辆的空调装置中使用的冷却水。
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