CN1145777C - 具有电加热器的热交换器芯件 - Google Patents

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Abstract

一种热交换器芯件(3)，所述芯件包括：若干平行扁管(6)；若干波纹肋片(7)，各个肋片设置在相邻两个扁管(6)之间；一个装在所述芯件的两个波纹肋片(7)之间的支撑件(100)；和一个设置在所述支撑件(100)内的电加热器(9)。所述支撑件(100)有一对粘接到波纹肋片(7)的波纹顶部的平行板(10，11)。所述电加热器(9)包括一个加热元件(9a)和一个安插在所述加热元件(9a)和所述平行板(10，11)之间的绝缘件(9d)。

Description

具有电加热器的热交换器芯件
本发明涉及一种热交换器芯件，所述芯件包括若干平行扁管，若干波纹肋片，各个肋片设置在相邻两个扁管之间，和一个电加热器。
DE-A-44 33 814公开一种具有一个芯的热交换器，该芯具有若干平行扁管，若干波纹肋片，各个肋片设置在相邻两个扁管之间和若干PTC元件安排在所述扁管的两侧上，用于加热流入所述扁管的一种液体。
在JP-A-5-69732和JP-A-63-203411公开的传统热交换器中有一个整体安装的电加热器。使用热水或发动机冷却剂来加热空气的加热器的热交换器具有一个整体安装的电加热器。当冷却剂温度降低时，例如当发动机刚启动时，接通电加热器以便发热，由此加热空气。这种结构与具有独立的PTC加热器结构相比，可减少热交换器的热空气送风***中的压力损失。因为PTC加热器为正温度特性，这种特性使其在设定温度处的电阻变化加剧，所以没有必要提供温控电路，从而可以使其驱动电路简化。
电加热器由PTC元件和电极构成后将其焊接到热交换器芯件中。所以PTC元件在焊接时处于高温空气中(例如焊接铝件时为600℃)，因此加热器元件的电性会受到严重损坏。
在普通的车辆空调***中，将加热器的热交换器设置在冷却空气的热交换器的下游侧，以控制加热器的热交换器的重新加热，由此控制排放到车辆通道腔室中的空气温度。所以，用于冷却空气的热交换器上形成的冷凝水或来自空气入口的霜就会粘附到加热器的热交换器的正面。因为电加热器处在热交换器芯件外侧，所以水或霜会造成短路或漏电。
在上述公开文件所述的传统装置中，描述的只是PTC加热器的设定温度为80℃的情况。没有描述如何确定设定温度。我们的实验表明如果PTC加热器的设定温度不合适，PTC加热器产生的热量不能用来加热需加热的空气。
在热交换器的芯件中，将引导水或发动机冷却剂的若干扁管平行设置，并将若干波纹肋片的各个肋片设置在两个扁管之间。如果将PTC加热器设置在其中的一个扁管位置上，则PTC加热器的热量通过波纹肋片和各相邻的扁管传给水。如果在水温低的时候给PTC加热器供电，则与PTC加热器相邻的波纹肋片的部位的温度比和扁管相邻的波纹肋片的部位的温度高。如果PTC的设定温度太高，由PTC加热器产生的热量传给水。也就是说，PTC加热器不能有效地作为加热器来加热热空气。另一方面，如果PTC的设定温度太低，PTC加热器就不能产生足够的热量来加热热空气。
本发明旨在克服上述缺陷，提供一种热交换器的芯件，电加热器可以不受损坏地装到该热交换器中。
该目的可以通过本发明的一种热交换器芯件来解决。所述芯件包括若干平行扁管，若干波纹肋片，各个肋片设置在相邻两个扁管之间，和一个电加热器。其特征在于，一个支撑件装在所述芯件的两个波纹肋片之间的部位上，和所述电加热器设置在所述支撑件内侧，其中所述支撑件有一对粘接到波纹肋片的波纹顶部的平行板，和所述电加热器包括一个加热元件和一个安插在所述加热元件和所述平行板之间的绝缘件。
根据本发明的一个方面，热交换器的芯件包括若干平行扁管；若干波纹肋片；一个装在两个波纹肋片之间的支承件；和一个设置在支承件内的电加热器。所述的支承件有一对粘接到波纹肋片的波纹顶端上的平行板，电加热器包括一个加热元件和一个安插在加热元件和平行板之间的绝缘件。
因此，在将电加热器安插在两块支承板之间以前，可以将支承板焊接到波纹肋片上。所以，在焊接芯件的步骤中，电加热器的电性能不受影响。尽管波纹肋片的形状较复杂，但电加热器仍可不受损坏地装插到波纹肋片上。此外，由于电加热器是安装在两块支承板之间并与这两块支承板隔开的，所以电流可以供给电加热器而不通过芯件的金属部分(管子等)，这样就可避免芯件金属部分的电腐蚀。另外，即使波纹肋片的波纹高度不一致，焊料溶化后由于其毛细作用仍可流到波纹肋片的波纹顶部和支承板之间的间隙中。所以能可靠地将波纹肋片的波纹顶部焊接到支承板上，电加热器产生的热量可以有效地从支承板传给波纹肋片。
本发明的另一个目的在于避免因冷凝水等造成的短路和漏电。
根据本发明的另一个特征，具有一个空气进口和一个空气出口的热交换器芯件包括若干输送载热体的平行扁管；若干波纹肋片；一个有一对沿着扁管平行延伸的板的U形支承件；一个开口端和一个U形闭口端；和一个设置在支承板之间并与支承板绝缘的电加器。将所述的支承件设置在两个相邻波纹肋片的波纹顶端之间，将U形闭口端设置在空气入口处，并将每一块板连接到一个波纹肋片的波纹顶部。所述开口端最好从电加热器的一端突出。开口端可以为裙状。支承件在空气流动方向上的厚度可以和芯件的厚度相同，电加热器在芯件厚度方向上的厚度可以比支承件小。
因为支承件的U形闭口端设置在热交换芯件的空气入口侧，所以即使水粘到芯件的上游部分，闭口端也可防止水进入支承件内。因而，冷凝水不会粘到电加热器上，从而避免因水引起的电加热器的短路或漏电。因为开口端是从电加热器的一端突出的，所以即使水沿着支承件的表面流到开口处，也能避免水粘到电加热器上。
本发明的再一个目的在于提供一种改进的具有能以最大效率加热空气的PTC加热器的热交换器芯件，该热交换器利用热水或发动机冷却剂加热空气。
根据本发明的再一个特征，热交换器芯件包括若干输送载热体的平行扁管；若干波纹肋片，波纹肋片具有设置在两个扁管之间的波纹顶部；和一个代替一根扁管设置在两个波纹顶部之间的电加器。在设定温度处，电加热器具有阻值急剧变化的正温度特性，如果水温等于或高于60℃和需加热的空气的温度等于或低于0℃，则加热器将扁管附近的部位加热到与扁管中的水温相同的温度。
通常，内燃机的工作效率很高，即使在发动机变热以后它的水温也不会有很大的升高。在这种高效发动机中，水温不会升到60℃。如果扁管中的水温达不到60℃以上，PTC加热器产生的热量就传送不到水中，所以PTC加热器可以有效地加热热水。
根据本发明的又一个特征，热交换器芯件包括若干输送载热体的平行扁管；若干波纹肋片，每个波纹肋片均设置在两个扁管之间；一个代替扁管设置在芯件某个部位的PTC加热器。波纹肋片具有设置在两块扁管之间的波纹顶部，扁管的高度为3.9mm到5mm之间，PTC加热器的设定温度为85℃到110℃之间。电加热器最好为三层夹叠结构，它包括电加热器元件和在电加热器元件两侧的扁平电极，将电加热器安插到波纹肋片和两个电极之间，并将两个电极压装到波纹的顶部。PTC加热器可以有一个加热器元件，在120℃到170℃之间的温度时，该加热器元件呈现的是阻值急剧变化的正温度特性。
根据本发明人的研究，象上面所述的那样设定PTC加热器的高度和设定温度，在以下情况下，PTC加热器的热量不传送到水中：加热空气的温度≤0℃；扁管中的水温≥60℃。
此外，肋片高度为3.9mm和5mm之间时可使肋片和加热空气之间的温差减小，这样波纹肋片式热交换器的芯件既可以有足够的散热性能，又能有效地用PTC加热器对热水的加热空气。
通过详细阅读下面的说明书，权利要求书和附图将会更清楚本发明的其它目的和特征以及本发明相关部件的功能。
图1是本发明第一实施例的具有成一整体的电加热器的热交换器的透视图；
图2是装有电加热器的部位的放大透视图；
图3A是图2所示的电加热器的局部透视图，图3B是电加热器的横截面侧视图，图3C是电加热器的横截面延伸图；和图3D是电加热器的平面图；
图4是装有电加热器的部位的示意图；
图5是本发明第二实施例的装有热交换器的电加热器的部位的放大透视图；
图6是装有图5所示的电加热器的部位的横截面图；
图7是具有第二实施例的热交换器的车辆空调器的空气流动***的示意图；
图8是本发明第二实施例的另一电加热器的横截面图；
图9是本发明第二实施例的第二种不同电加热器的热交换器的透视图；
图10是第二实施例的第三种不同电加热器的横截面图；
图11是第二实施例的第四种不同电加热器的横截面图；
图12是第二实施例的第五种不同电加热器的横截面图；
图13是第二实施例的第六种不同电加热器的横截面图；
图14是本发明第三实施例的热交换器芯件的主要部件示意图；
图15是组装在图14所示的芯件中的PTC加热器的驱动电路图；
图16是表示与图5所示的PTC加热器相邻的波纹肋片的温度分布示意图；
图17的曲线示出了水温在60℃时PTC加热器的设定温度和波纹肋片高度之间的关系；
图18的曲线示出了水温在80℃时PTC加热器的设定温度和波纹肋片高度之间的关系；
图19的曲线示出了肋片高度在4.5mm时PTC加热器的设定温度和加热空气温度之间的关系；
图20的曲线示出了肋片高度在4.0mm时PTC加热器的设定温度和加热空气温度之间的关系；和
图21是波纹肋片的温度分布图。
下面参照附图描述本发明的优选实施例。
在图1和图2中，加热器的热交换器包括一个热水入口箱1；一个热水出口箱2；以及一个设置在箱1和箱2之间的热交换器芯件3。热水入口箱1有一个入口管4，热水或来自车辆发动机(未示出)的冷却剂流过该入口管。热水出口箱2有一个出口管5，热水通过该出口管排出并返回到发动机中。热交换器是对称的，所以热水入口箱1和热水出口箱2可以互换。
入口箱1包括一个箱体1a，出口箱2包括一个箱体2a。金属板1b和2b分别盖住箱体1a和2a的敞开端。图1和2的热交换器的垂直方向是箱1和2的纵向。每一个金属板1b和2b都有若干椭圆管安装孔(未示出)。椭圆管安装孔沿图1和2的垂直方向形成在一条直线或多条直线上。
热交换器芯件3有若干沿垂直方向叠置的扁管6。将若干波纹肋片7中的每一个肋片设置在各对扁管6之间并将肋片焊接到扁管上。各个波纹肋片7均有若干散热片，散热片的延伸方向与加热空气的方向A成一角度，以便增加热交换效率。
将各个扁管6的另一端***入口箱1和出口箱2的金属板1b和2b的各相应管的安装孔中，并将它们焊接到这些孔上。将侧板8a和8b设置在最外侧的波纹肋片7上，再将它们焊接到这些最外侧的波纹肋片7和金属板1b和2b上。
在芯件3的四个部位中的各个部位处，将一对支撑板10和11代替其中的一个扁管6，使其设置在相邻两个波纹肋片7的波纹顶部之间，该对支撑板相隔距离L彼此平行延伸。距离L和电加热器9的厚度相同。将四个电加热器9中的每一个均安插在支撑板10和11之间后加以固定。
芯件3的元件和构件1-8b及支撑板10和11均由铝或铝合金构成。支撑板10和11均由薄板构成，其厚度为0.1至0.5mm之间，其宽度(热空气的流动方向)和波纹肋片7的宽度大体相同。支撑板10和11的长度(图1的水平方向)大体和金属板1b和2b之间的距离相同。
如图3所示，电加热器9为三层叠置结构，它包括扁加热元件9a和设置在扁加热元件9a两侧的扁长电极9b及9c。由绝缘材料制成的绝缘罩9d盖住电极9b和9c的四周。加热元件9a是由电阻材料(例如钛酸钡)制成的PTC电加热器，在设定温度T0(例如90℃附近)处它所呈现出的是阻值急剧变化的正温度特性。加热元件9a的厚度为1.0-2.0mm。
电极9b和9c由铝、铜或不锈钢等制成，其厚度为0.1-0.5mm。电极9b和9c的长度(图1中的水平尺寸)约等于支撑板10和11的长度。将加热元件9a与电极9b和9c压在一起，使其具有良好的导电性。
将绝缘罩9d压装到支撑板10和11之间的空间内，从而使支撑板10和11与板9b和9c绝缘，并将加热元9a产生的热量传给支撑板10和11。为此，绝缘罩9d在支撑件和某一块板9b或9c之间的厚度t1为25-100μ。
绝缘罩9d在加热元件两侧的厚度t2约为1-2mm，以便保护加热元件9a。绝缘罩9d最好用耐高温的树酯(例如聚酰亚胺)制成。
接线端9e和9f分别与正电极9b和负电极9c连在一起，以便与外部电路连接。接线端9e和9f从芯件3的后侧(图1中空气流动方向A的下游侧)伸出。接线端9e形成于正电极9b的右侧，接线端9f形成于负电极9c的左侧。接线端9e和9f均可以向后侧伸出(空气流动方向A)。
将接线端9e和9f接到外电路(未示出)上，使车辆电源能向电加热器9供电。
标号12和13表示由耐腐蚀金属构成的固定件或固定带，将它们分别装到芯件3的空气进口侧的表面上和空气出口侧的表面上。每一个固定件12和13的两侧均有一些扣，以便与上下侧板8a和8b中部的槽口8c和8d相连。固定件12和13提供的支撑板10和11具有固定电加热器9的固定力。
组装时，交替地将管子6和波纹肋片7彼此叠置起来，将支撑板10和11安插在波纹肋片7的波纹顶部之间，波纹顶部处在四个影线部分中。为了固定板10和11之间的距离，将一个填密垫片(未示出)***支撑板10中。
制成垫片的材料(例如碳)为能承受焊接热的材料，该垫片并不焊接到铝上。箱1和2、管4和5以及侧板8a和8b也以公知技术进行组装。
用组装工具(未示出)固定上述组装好的单元后将其送到焊接炉中进行铜焊或钎焊。使组装好的单元加热到焊接温度(600℃)，从而焊料熔化到芯件3的覆铝元件中。
此后，从炉中取出组装的单元，并将它冷却，一直到该组装单元的温度降到环境温度。然后将扁的加热元件9a***到电极9b和9c之间，形成三层夹叠单元，再用绝缘罩9d盖住该夹叠单元。
尔后，从支撑板10和11中除去填密垫片，再将各电加热器9***，使绝缘罩9d能压装到支撑件10上。此后，使固定件12和13的扣与上下侧板8a和8b的槽口8c和8d相连，以便牢牢地固定芯件3。
在运行中，当要对车厢加热时，电机驱动的风扇15运行，使空气沿图1箭头A的方向流过扁管6和波纹肋片7之间的空间。另一方面，使水泵(未示出)运行，热水从入口管4流到入口箱1中。
热水分配到若干个扁管6中以后，当水沿扁管流动时将其热量传送给需加热的空气。所有沿扁管6流动的水均收集在出口箱2中，再从出口管5流出到达发动机。
当发动机的热水温度低于设定温度(例如80℃)时，车辆的电源电压加到电极9b和9c的接线端9e和9f上。因此，加热元件9a通电发热，热量通过电极9b和9c、绝缘罩9d及支撑板10和11传给波纹肋片7。所以即使水不太热，在短时间内也能加热空气。
由于加热元件9a是PTC加热元件，而该加热元件在设定温度T0处所呈现出的是阻值急剧变化的正温度特性，所以能自动将其温度调节到设定温度。
由于波纹肋片7及支撑板10和11是预先焊接的，所以焊料按照芯件的先后焊接步骤熔化，即使因不同的波纹高度形成有间隙，利用毛细作用也能将焊料引导到波纹肋片7的波纹顶部和支撑板之间的间隙中，并填满间隙。
电加热器9的绝缘罩9d可以用粘性树脂材料构成，以便使电加热器9粘接到支撑板10和11上。在这种情况下。可以省略固定件。
(第二实施例)
现在参照图5至图7描述第二实施例。如图5所示，安装有电加热器的热交换器芯件3的各部分均有U型支撑件100，该支撑件沿着扁管6的纵向在相邻两个波纹肋片的波纹顶部之间延伸。支撑件100的U型闭合部分10a在热交换器芯件3的空气入口侧，而其敞开部分10b在热交换器芯件3的空气出口侧。
支撑件100具有以间隔距离为L1平行延伸的板10和11，用和实施例1相同的方法将这两块板焊接到波纹顶部。从敞开部10b将电加热器9***到支撑件100的内部，以便将其固定在里面。和上述方法一样用绝缘件固定电加热器9。
支撑件100的总厚度L2和扁管6的厚度L3相同，这样就可把代替扁管6的支撑件100安装到波纹肋片7之间。在图6中，D是芯件3的厚度，也是扁管6和波纹肋片7在空气流动方向的宽度。
各个支撑件100由薄板构成，其厚度为0.1至0.5mm之间，其宽度(热空气的流动方向)和芯件的厚度D大体相同。支撑件100的长度(图1的水平方向)大体与金属板1b和2b之间的距离相同。
如图5和6所示，电加热器9为三层叠置结构，它包括扁加热元件9a和设置在扁加热元件9a两侧的扁长电极9b及9c。一个绝缘罩9d盖住电极9b和9c。加热元件9a是PTC电加热器，在设定温度To(例如200℃附近)处它所呈现出的是阻值急剧变化的正温度特性。加热元件9a的厚度为1.0-2.0mm。
加热元件9a的电极9b和9c由铝、铜或不锈钢等制成，其厚度为0.1-0.5mm。电极9b和9c的长度(图1中的水平尺寸)约等于支撑件100的长度。
由于支撑件100有U型闭合部分10a，所以用一个设置在开口部分10b的固定件12就可以固定电加热器。
图7所示的空调器上装有该实施例的加热器H的热交换器。设置在树脂壳体14上游侧的由电机驱动的风扇15将外部或内部空气引入，再将引入的空气送到制冷回路的蒸发器16，由此空气得到冷却和干燥。空气混合门17使冷却空气分成流过热交换器H来冷却空气的气流和流过旁路18的气流，从而由热交换器H加热过的空气和流过旁路18的空气可以得到混合，通过使空气混合门17转向来调节空气，由此控制流到车厢内的空气的温度。
本发明可以用于车辆空调器，在该空调器中，用于热交换器H的热水受热水控制阀的控制，从而代替空气混合门17控制流到车厢内的空气的温度。
在组装过程中，首先组装热交换器芯件。交替地将管子6和波纹肋片7彼此叠置起来。将沿着管子6延伸的其中一个U型支撑件100插在波纹肋片7的波纹顶部之间，波纹顶部处在几部分(四个影线部分)中。其它步骤基本与第一实施例的相同。
在运行中，当要对车厢加热时，电机驱动的风扇15运行，使需加热的空气流过扁管和波纹肋片之间的空间。另一方面，使水泵(未示出)运行，热水从入口管4流到入口箱1中。热水被分配到若干个扁管6中以后，当水沿扁管流动时将其热量传送给需加热的空气。所有沿扁管6流动的水均收集在出口箱2中，再从出口管5流出到达发动机。
当发动机的热水温度低于设定温度(例如80℃)时，用与上述相同的方法供应车辆的电源电压。
如图7所示，在车辆空调器的情况下，将加热空气的热交换器H设置在冷却空气的热交换器16的下游侧。因此用冷空气可以将热交换器16中产生的冷凝水带到热交换器H，并可以粘到热交换器H的表面上。雪霜可以从空气入口进入壳体14中，融化后粘到热交换器H的上游表面上。
将支撑件100的U型闭合部分10a设置在热交换器H的空气入口侧，将敞开部分10b设置在热交换器的空气出口侧。即使冷凝水粘到加热器的热交换器H的上游侧，闭合部分10a也可防止水或霜到达电加热器9。
如图6所示，敞开部分10b从电加热器9的下游侧稍微伸出一点。即使水沿着支撑件100的外表面流到敞开部分10b，水也不会粘到电加热器9的表面上。
电加热器9的接线端9e和9f沿空气流动方向A从热交换器芯件3的下游侧伸出，水不粘到接线端9e和9f上。所以能避免接线端9e和9f的损坏，并避免短路和漏电。由于电加热器9可以固定在U型支撑件100上，所以就能精确地使电加热器9定位。
由于电加热器9的加热元件9a及电极9b和9c由绝缘罩9d盖住，并与支撑板10绝缘，所以电流不会流入到热交换器H的金属件中，而且可以避免象管或肋片一类的金属件被腐蚀。
图8是第二实施例的一种变形。支撑件100的敞开部分10b从电加热器9的一端稍微伸出一点。将敞开部分10b沿空气流动方向设置在波纹肋片的下游侧，并将其端部扩大成裙状。因此可以确保沿支撑件100的敞开部分10b的表面流动的水不粘到电加热器上。
图9是第二实施例的第二种变形。与第一实施例的热交换器H相比，水在第二种变形的热交换器H中转向，所以这种热交换器称作全通(一通)式热交换器，在这种热交换器中，所有扁管中的热水沿一个通路方向从热水入口箱1流到热水出口箱2中。换句话说，将设置在芯件3一侧的箱分成热水入口箱1和热水出口箱2，所设置的联箱19用于使水转向到达箱1和2的相反侧。通过芯件3左侧的扁管6将箱1中的热水传送到联箱19中。从联箱19通过芯件3右侧的扁管6将热水传送到出口箱2中，热水再从出口5流出。可以用与第一实施例相同的方式安装电加热器9。
图10是第二实施例的第三种变形。在芯件的厚度上设置两排扁管6，芯件3的厚度D约为电加热器厚度的两倍。在支撑件100的中部形成有一个用于使电加热器9定位的限制器10e。将支撑件100的中部夹扁，使支撑件在此处的壁彼此接触。所以相同的电加热器9可以用于具有不同厚度芯件的加热器的所有热交换器H。
图11是第二实施例的第四种变形。在支撑件100内设置一个分开的限制器(由树脂或金属制成)10f。
图12是第二实施例的第五种变形。将支撑件100的板10夹扁制成限制器10e。
图13是第二实施例的第六种变形。支撑件100有一个在限制器10e和闭合部分10a之间的加强肋10g。通过将板10和11的中部夹扁形成加强肋10g。加强肋10g增加了限制器10e和闭合部分10a之间部位的刚性。第六实施方式的加强肋10g可以形成于板10和11中的任一块板上。
限制器10e和加强肋10g可以沿着芯件管子的整个长度连续或间歇地形成。
(第三实施例)
图14所示的PTC加热器9包括扁加热元件9a和设置在加热元件9a两侧的扁长电极9b及9c。加热元件9a是PTC加热器元件，在设定温度To处它所呈现出的是阻值急剧变化的正温度特性。
利用粘性绝缘材料10将PTC加热器元件9a的电极9b和9c粘接到波纹肋片7的波纹顶部。利用粘性绝缘材料10将PTC加热器元件9a的相反两端(图1的水平方向)粘接到金属片1b和1c。粘性绝缘材料10由电绝缘的导热粘性树脂构成。利用波纹肋片7传递PTC加热器元件9a产生的热使热空气得到加热。
图15示出的是PTC加热器9的驱动电路。四个并联的PTC加热器9通过开关11接到车辆电源12上。由控制电路13来控制开关11。控制电路13接收水温检测器14的信号，水温检测器检测从发动机流到加热器的热交换器中的水温，当加热器运行时，操作开关15。如果水温低于某一温度(例如80℃)，控制电路13接通开关11，向PTC加热器9供电。
在运行中，空气风扇运行，将空气送到扁管6和波纹肋片7之间的区域中。另一方面，由设置在发动机中的水泵(未示出)使热水从发动机通过入口管4送到入口箱1中。然后，热水分配到若干个扁管6中以后，水在流过扁管6时就通过波纹肋片对热空气进行加热。此后热水流进出口箱2，聚集在一起后从热交换器的出口管5流出，回到发动机。
如果流出发动机的水温不高，接通电路的开关11，向四个PTC加热器9供电。PTC加热器9自动控制温度，使温度升到温度T0，再通过各相邻的波纹肋片7将此温度传给热空气。所以，即使低水温也能在短时间内对热空气进行加热。
为了有效地利用PTC加热器9产生的热量，设定温度T0是重要的参数。
图16示出了％设置在PTC加热器9表面和相邻波纹肋片6表面之间的波纹肋片7上的温度分布。
下面由E1和E2表示的关系式是公知的，其中沿垂直于图的方向流动的热空气是Tair，
PTC加热器9的设定；温度(表面温度)是T0，波纹肋片7的高度是hf，波纹肋片7的某一位置的高度是x，肋片在某一位置的高度X处的温度是θ：
E1：
(θ-Tair)/(T0-Tair)＝cosh[m(hf-x)]/cosh(m.hf)
E2：
θ＝cosh[m(hf-x)]/cosh(m.hf)×(T0-Tair)+Tair
其中m是下面公式E3表示的无量纲数公式。
E3：
m = 2 h 0 / λf · b ,
其中h0肋片表面的传热系数，b是肋片的厚度，和λf是肋片材料的导热系数。
为了有效地利用PTC加热器9产生的热量，使波纹肋片7与扁管6相邻的部位(X＝hf的部位)的温度θ等于管的周面温度Tw(或管中的水温)，以便避免PTV加热器9产生的热量传给水。
如果X＝hf，θ＝Tw，则公式E1用下面的公式E4表示。
(Tw-Tair)/(T0-Tair)＝1/[cosh(m.hf)]
从下面的公式E5可以求得满足上述条件的PTC加热器的设定温度T0。
T0＝(Tw-Tair)cosh(m.hf)+Tair
图17表示在下列条件下，在不同的加热空气温度Tair时，肋片的高度hf和PTC加热器9的设定温度T0之间的关系：
热空气温度为TairTw＝60℃，H0＝300W/m2k，b＝0.06mm，λf＝193W/mk(肋片材：a3003)。
所以，用公式E3算出的m为：
m＝227.626
在车辆空调器中，外面的干燥空气进入加热器，以便避免挡风玻璃结霜。所以在冬季的Tair就是外部温度。因为现在的高效发动机在冬季的最高水温为60℃，所以就选择60℃作为Tw。
图18表示在与上面相同的条件下，当Tw为80℃时，根据不同的热空气温度Tair肋片的高度hf和PTC加热器9的设定温度T0之间的关系。
图19表示在波纹肋片的高度为4.5mm时，在不同的水温Tw下，设定温度T0和热空气温度Tair之间的关系。当水温Tw从60℃变到80℃和热空气温度Tair为0℃或更低时，PTC加热器9的设定温度从96℃变到126℃。
图20表示在波纹肋片的高度hf为4.0mm时，在不同的水温Tw下，设定温度T0和热空气温度Tair之间的关系。当水温Tw从60℃变到80℃和热空气温度Tair为0℃或更低时，PTC加热器9的设定温度从87℃变到118℃。
图21的曲线表示的是根据下面的条件，肋片表面温度和肋片表面离PTC加热器9的距离X之间的关系：
高度hf为4.5mm，水温Tw为60℃，热空气(外部空气)温度Tair为0℃。
如果PTC加热器9的设定温度T0高于100℃，则波纹肋片7与扁管6相邻的部位(在X＝4.5mm)处的温度变得比扁管6中的水温Tw(60℃)高。在这种情况下，由PTC加热器9传送给波纹肋片的热量就传给水，而不能有效地利用PTC加热器9产生的热量。
在车辆加热器的热交换器中，扁管6的椭圆开口的短的宽度约为1.4mm。结合上面的管子尺寸，发现波纹肋片7的高度等于或大于3.9mm比较有利。如果波纹肋片7的高度小于3.9mm，则波纹肋片的导热面积相对于扁管6的管数之比就太小，从而没有足够的散热能力。肋片的高度hf最好小于5mm。另外，波纹肋片中部的温度变得远低于波纹肋片7与管相邻部位的温度，这就减少了肋片温度和热空气温度之间的温差，这种温差变得太小不利于有效的传热。所以波纹肋片7的理想高度hf为3.9至5.0mm之间。
在图17中，当热空气温度TairX(外部空气)为0℃时，如果波纹肋片7的高度为3.9至5.0mm之间，则PTC加热器9的设定温度T0为80℃至120℃之间。在该实施例中，为了得到上述设定温度，加热器元件9a在120℃至170℃的温度范围内具有阻值急剧变化的正温度特性。
本发明可用于各种具有翅片(如套片等)而不是波纹肋片的热交换器芯。

Claims (19)

1.一种热交换器芯件，所述芯件包括：
若干平行扁管(6)；
若干波纹肋片(7)，各个肋片设置在相邻两个扁管(6)之间；和
一个电加热器(9)，
其特征在于，
一个支撑件(100)装在所述芯件的两个波纹肋片(7)之间的部位上；和
所述电加热器(9)设置在所述支撑件(100)内侧，其中
所述支撑件有一对粘接到波纹肋片(7)的波纹顶部的平行的支撑板(10，11)，和
所述电加热器(9)包括一个加热元件(9a)和一个安插在所述加热元件(9a)和所述平行的支撑板(10)之间的绝缘件(9d)。
2.一种根据权利要求1所述的芯件，所述热交换器具有一个空气入口侧和一个空气出口侧，其中
所述若干平行设置的扁管(6)输送载热体；
所述一对板(10，11)沿着所述扁管(6)平行延伸，所述支撑件(100)包括：一个开口端(10b)和一个U型闭合端(10a)，所述支撑件(100)设置在相邻两个波纹肋片(7)的波纹顶部之间，所述U型闭合端(10a)设置在所述空气入口侧，所述各板(10，11)  连接到其中一个波纹肋片(7)的波纹顶部；和
所述电加热器(9)设置在所述支撑板(10，11)之间并与所述支撑件(100)绝缘。
3.根据权利要求2所述的芯件，其中
所述开口端(10b)从所述电加热器(9)的一端伸出。
4.根据权利要求2所述的芯件，其中
所述开口端(10b)为裙状。
5.根据权利要求2所述的芯件，其中
所述支撑件(100)的厚度和所述芯件在空气流动方向上的厚度相同，和
所述电加热器(9)在芯件厚度方向上的厚度小于所述支撑件(100)，和
所述支撑件(100)包括将所述电加热器(9)在里面进行定位的构件(10e，10f)。
6.根据权利要求5所述的芯件，其中
所述定位构件(10e，10f)包括一个从所述两块板(10，11)中的至少一块板向内伸出的限制器。
7.根据权利要求6所述的加热器的热交换器，其中
所述的其中一块板(10，11)有一个设置在所述限制器和所述闭合端(10a)之间的加强肋。
8.根据权利要求6所述的芯件，其中
所述定位构件(10e，10f)包括一个设置在所述电加热器(9)和所述闭合端(10a)之间的限制件。
9.根据权利要求1，2和7所述的芯件，其中
所述任一扁管(6)、波纹肋片(7)和支撑件(100)或支撑板由铝制成，并彼此焊接在一起。
10.根据权利要求1和2之一所述的芯件，其中
所述电加热器(9)还包括一个正电极(9b)、一个负电极(9c)、一个设置在该两个电极之间的加热元件(9a)和一个盖住这两个电极的绝缘罩(9d)，和
将所述罩(9d)***或压装到所述板(10，11)之间，以便将所述电加热器(9)固定在里面。
11.根据权利要求10所述的芯件，其中
所述正电极(9b)和所述负电极(9c)均有一个在这些电极上整体地形成和/或从这些电极伸出的接线端(9e，9f)。
12.根据权利要求11所述的芯件，其中
所述的各个接线端沿着所述热交换器芯件的厚度方向从相应的正电极(9b)和负电极(9c)伸出。
13.根据权利要求11所述的芯件，该芯件还包括利用压力将所述电加热器(9)固定到所述两个支撑板(10，11)之间的构件(12，13)。
14.根据权利要求2所述的芯件，该芯件还包括
一个设置在所述芯件的空气出口侧的固定件(12，13)，该固定件将所述电加热器(9)固定在所述支撑件(100)中。
15.根据权利要求1至14之一所述的芯件，其中
所述若干平行设置的扁管(6)输送载热体；
所述若干波纹肋片(7)，这些肋片有设置在所述两个扁管(6)之间的波纹顶部；和
所述电加热器(9)代替其中所述一个扁管(6)设置在所述波纹顶部之间，所述电加热器(9)在设定温度处具有阻值急剧变化的正温度特性，其中
如果所述扁管(6)中的水温等于或高于60℃和需加热的空气温度等于或低于0℃时，所述具有设定温度的电加热器(9)将所述肋片(7)的与所述扁管(6)相邻的部位加热到所述扁管(16)中的水温的温度。
16.根据权利要求1至15之一所述的芯件，其中
所述若干平行设置的扁管(6)输送载热体；
各个所述若干波纹肋片(7)设置在两个扁管(6)之间；
所述电加热器(9)代替其中所述扁管(6)设置在所述芯件(3)某一部位，所述电加热器(9)在设定温度处具有阻值急剧变化的正温度特性，其中
所述肋片有设置在所述两个扁管(6)之间的波纹顶部，扁管的高度为3.9mm至5mm之间，和
所述电加热(9)的设定温度为85℃至110℃之间。
17.根据权利要求15所述的芯件，其中
所述的芯件由铝合金制成，
所述电加热器(9)为三层叠置结构，它包括电加热器元件(9a)和设置在电加热器元件(9a)两侧的两个扁电极(9b)及(9c)，并将电加热器插在所述肋片(7)和所述两个电极之间，和
将所述两个电极压装到所述波纹顶部之间。
18.根据权利要求1所述的芯性，其中
所述加热器元件(9a)在设定温度处具有阻值急剧变化的正温度特性，设定温度为120℃至170℃之间。
19.一种制造热交换器芯件的方法，该芯件包括若干平行设置的扁管(6)，具有波纹顶部的波纹肋片(7)，一对支撑板(10，11)和一个电加热器(9)，所述方法包括如下步骤：
交替叠置所述扁管(6)和所述肋片(7)，将所述一对支撑板(10，11)设置在所述波纹顶部之间的需设置所述电加热器(9)的部位处；
将所述扁管(6)、所述波纹肋片(7)和所述支撑板(10，11)焊接到所述芯件中；和将所述电加热器(9)***到所述两板(10，11)之间。
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