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CN101203393A - 具有热电装置的加热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种加热装置(10)，该加热装置具有一个热电装置，该热电装置具有多个热偶腿(20)。根据本发明提出，使这些热偶腿触点接通的壁(12)和热交换器(26)被构造得电绝缘并且热接触通过能导电的层(22)进行，这些能导电的层使这些热偶腿(20)的端部区域以期望的方式彼此相连接。

Description

具有热电装置的加热装置
本发明涉及一种加热装置，该加热装置具有：一个壁，在该壁的内侧上连接有一个用于引导热的排放气体的区域；一个壳体，该壳体至少部分地包围该壁，其中，该壁与该壳体之间的中间空间由待加热的介质流过；和一个热电装置，该热电装置设置在该中间空间中并且具有多个热偶腿，该热电装置适用于根据所述排放气体与该待加热的介质之间的温度差产生电压。
这种装置已由DE 102 35 601 A1公知。用这种装置将热能转化成电能，通过该可能性实现：在加热装置中产生该加热装置本身工作所需的电能，例如用于供应给鼓风机和控制装置。也可将这样产生的电能提供给机动车中的其它用电器，例如通过馈入到整车电路网络中。在DE 102 35 601 A1中所述的装置具有一个热电模块形式的热电装置，该热电模块设置在第一壁区段与热交换器之间，该第一壁区段形成“热侧”，该热交换器形成“冷侧”。因此在加热装置工作时在热电模块上可分接出电压，但其中在维持尽可能高的温度差方面、在热膨胀方面以及在热电模块与壁区段或热交换器之间的有缺点的导热能力方面可能出现问题。
本发明的任务在于，至少部分地克服现有技术的这些问题并且在此情况下尤其是改善装置的热性能和机械性能以及结构方面的构型可能性。
该任务通过独立权利要求的特征来解决。
本发明的有利的实施方式在从属权利要求中说明。
本发明这样建立在所述类型的加热装置的基础上：壁被构造得至少部分地电绝缘；热偶腿以第一端部区域通过能导电的层固定在壁的热接触区段上；设置有一个至少部分地电绝缘的热交换器，该热交换器设置在壁的热接触区段的对面；热偶腿以第二端部区域通过能导电的层固定在电绝缘的热交换器上；能导电的层使热偶腿的相应端部区域至少部分地彼此相连接。与现有技术不同，选择了一种由一些单个的热偶腿组成的装置，这些热偶腿通过一些层、尤其是通过一些印刷的金属印制导线直接支撑在热源或者热沉上。为了可实现这种情况，壁或者至少该壁的布置有热偶腿的区域以及载交换器用电绝缘的但仍能导热的材料制造。电情况通过能导电的层的布置来确定，这些能导电的层使热偶腿的端部区域选择性地彼此相连接。如下面还要详细说明的那样，这种布置还提供了一种避免热沉与热源之间热分流和提供在热膨胀方面足够的机械补偿能力的适当的出发点。
优选的是，壁至少部分地由具有高导热能力的电绝缘的陶瓷构成。
也有利的是，电绝缘的热交换器至少部分地由具有高导热能力的陶瓷构成。
例如可提出，用于壁的和/或用于电绝缘的热交换器的陶瓷具有氮化铝。这种陶瓷可满足在电绝缘的同时具有高导热能力的要求。另外，印刷的印制导线例如可用铝制造，由此，由于铝与氮化铝之间的高亲和性而使热偶腿与固定点之间的连接稳定。
在该布置的电设计方面可提出，能导电的层使热偶腿彼此串联连接。
能导电的层也可使热偶腿彼此并联连接。
在所述这些实施方式的进一步构型中也可提出，能导电的层使多组热偶腿彼此并联连接并且使这些组彼此串联连接。因此视电要求而定可通过串联连接热偶腿来产生在给定温度条件时所期望的电压，其中，由于并联连接各个热偶腿或者由于将热偶腿组合成一些组而提供足够高的电流。
根据一个优选的实施方式提出，待加热的介质是液态的、尤其是水，并且热接触区段处于一个火焰管端部的对面。
因此，本发明可在所谓的水加热装置的范围内使用。在此情况下有益的是，热接触区段设置在一个火焰管端部的对面，即设置在燃烧器底部的区域中。在该部位上产生最高的温度，由此可使热电装置以高的效率工作。
以有益的方式提出，壁与电绝缘的热交换器之间的容纳热偶腿的中间空间借助于一个密封装置密封以防待加热的液态介质进入，并且密封装置适用于补偿热致膨胀。密封装置因此同时保证：使水不与热偶腿接触以及提供用于补偿热膨胀的足够的机械柔性。密封装置尤其是可具有两个部件。一个部件在隔热方面被优化，另一个部件用于提供补偿热膨胀的有益的弹性。在材料选择合适的情况下，这两个部件可以以一个统一的部件的形式来实现，即以一个隔热良好的弹性密封装置的形式来实现。这种复合密封装置例如可构造成硅酮-氧化铝密封装置。
根据另一个优选的实施方式提出，待加热的介质是气态的、尤其是空气，并且热接触区段处于用于待加热的气态介质的入口的区域中。因此，本发明也可在所谓的空气加热装置的范围内实现。因为在空气入口的区域中空气具有最低的温度，但在穿过加热装置时被迅速加热，所以为了实现尽可能高的热电效率有益的是，热电装置设置在空气入口的区域中。
在将热电装置这样设置在空气加热装置中的意义下以有益的方式提出，壁与电绝缘的热交换器之间的容纳热偶腿的中间空间借助于一个风障保护以防待加热的气态介质进入。因为通过热偶腿与冷空气的接触对该装置的工作能力造成消极影响，所以风障的简单措施构成本发明的有益的进一步构型。
根据本发明的另一个实施方式必须提出，热电装置通过弹性的连接装置支撑在壳体上。通过这样支承热电装置改善了对热致膨胀的补偿。该热电装置由此被稳定地保持，但该弹性支承提供了足够的柔性。
这例如可这样来实现：热电装置通过一个热交换器和弹性装置支撑在壳体上。被液态或气态的载热介质绕流的热交换器由此可承担提供弹性连接的任务。
在该构思的进一步构型中可提出，热电装置通过一个热交换器和一个支撑热交换器的、配备有弹性装置的板支撑在壳体上。
在此意义下热交换器和配备有弹性装置的板可构造成一体。
这些补偿热膨胀的装置的简单且极有效的实现方案提出，弹性的连接装置包括一些碟形弹簧。
另外，特别有利地这样进一步构造本发明：壁与热交换器之间的机械的连接装置具有隔热材料。以此方式避免壁与热交换器之间的不期望的温度平衡，由此可使热电装置以高效率工作。
例如可提出，隔热材料包含氧化铝和/或富铝红柱石。
另外有益的是，第一壳体与热交换器之间的连接装置具有密封装置，该密封装置适用于相对于待加热的介质密封热电装置和补偿热致膨胀。
壁和隔热材料和/或密封装置也可构造成一体。
以一种可比较的方式可提出，热交换器和隔热材料和/或密封装置构造成一体。这种一体构型的实现可能性又取决于合适地选择所使用的构件的材料。
为了进一步改善热电性能提出，在热电装置与壁之间和/或在热电装置与热交换器之间设置有导热装置。通过这种导热装置使热偶腿以更好的方式在热方面与热源和热沉相连接。
这例如可这样来实现：导热装置具有导热膏。
另一个可能性在于，导热装置具有导热薄膜。
现在参照附图借助于一个优选的实施方式来示例性地描述本发明。附图表示：
图1根据本发明的加热装置的一个局部剖面视图；
图2根据本发明的加热装置的一个细节；
图3根据本发明的加热装置的另一个实施方式的局部剖面视图；
图4根据本发明的加热装置的另一个实施方式的局部剖面视图。
在对附图的下述说明中，相同的参考标号标记相同的或者可比较的部件。
图1示出了根据本发明的加热装置的一个局部剖面视图；图2示出了根据本发明的加热装置的一个细节。加热装置10、即尤其是图1中所示的热交换器装置基本上构造成轴对称的，其中，设置有一个内部的壁12和一个外部的壳体16。在壁12内部设置有一个火焰管28，其中，从火焰管28排出的排放气体加热壁12的内侧。在壁12与壳体16之间设置有一个中间空间18，载热介质、例如水流过该中间空间，由此，壁12起到用于将燃烧热传递给载热介质的热交换器的作用。在壁12的作为热接触区段24设置的底部上设置有多个热偶腿20。这些热偶腿20通过能导电的层22各以一个端部区域与壁12的热接触区段24处于连接。热偶腿20通过这些热偶腿的另外的端部区域与一个热交换器26处于连接，该热交换器设置在壁12与壳体16之间的中间空间18中。热接触区段24与热交换器26之间的中间空间32由一个密封装置34包围，由此，载热介质不可进入到中间空间32中。热偶腿20通过能导电的层进行的基本连接在图2中的细节A中示出。能导电的层22用于使热偶腿20选择性地彼此电连接。这达到了预期目的，因为虽然壁12或者至少热接触区段24以及至少部分地热交换器26用电绝缘的材料制造，但该材料非常可能具有足以使该热电装置工作的导热能力。于是，例如两个相邻的热偶腿20在它们朝向壁12的侧面上通过能导电的层22彼此相连接，而下一个热偶腿在朝向热交换器26的侧面上电连接。所述下一个热偶腿20又在朝向壁12的侧面上电连接，依此类推。如果选择这种电连接，则存在这些热偶腿20的串联连接。因此，在使用电的连接装置44的情况下从该装置引出热电压，该热电压是各个热偶腿20的热电压的总和。也可将热偶腿并联电连接成一些组，然后将这些组串联连接。以此方式在电压低的情况下可提高电流输出。电绝缘的热交换器26在电的连接器44的区域中与壳体16处于连接。该连接通过一个密封装置46来促成。
图3示出了根据本发明的加热装置的另一个实施方式的局部剖面视图。图3中所示根据本发明的加热装置10的实施方式与结合图1所描述的实施方式的区别在于，热交换器26通过一个配备有碟形弹簧42的板40支撑在壳体16上。由此提供稳定的布置，其中，通过合适地设计弹簧力而提供热偶腿与壁12以及热交换器26之间的可靠热接触。就热接触而言，还可有利地提出，在热偶腿20与壁12或者热交换器26之间设置一个导热装置、例如导热膏或者导热薄膜。
在根据图1和图3的实施方式中，该热电装置设置在这样的区域中：在该区域中提供最高的排放气体温度。这在根据图4的涉及空气加热装置的实施方式中不同，这参照下面的附图来说明。
图4示出了根据本发明的加热装置的另一个实施方式的局部剖面视图。除了已经结合图1至图3所说明的部件，还可看到一个燃料输入装置46、一些燃烧空气开口48、50、一个排放气体出口52和一个热空气出口54。与结合图1至图3所说明的涉及水加热装置的实施方式不同，图4中示出了一种空气加热装置，其中，壁12的热接触区段24在此设置在空气入口36的区域中。以此方式使热交换器26与进入的冷空气接触，由此，热偶腿20的不同侧面具有尽可能高的温度差。在所示的实施方式中，热偶20通过能导电的层22串联连接。关于其它连接方案，参考对图1至图3的描述。这些连接方案应优选这样选择，使得在通常温度差的情况下产生的电压是这样的：不需要附加的直流电压变换就可使用从热偶腿输出的电压，可以用于空气加热装置的部件或者用于其它的车辆部件，例如通过馈入到整车电路网络中。
在以上的说明书中、在附图中以及在权利要求书中所公开的本发明特征不仅可单独地而且可任意组合地对于实现本发明都是重要的。
参考标号清单
10    加热装置                        34    密封装置
12    壁                              36    空气入口
14    区域                            38    风障
16    壳体                            40    板
18    中间空间                        42    碟形弹簧
20    热偶腿                          44    电的连接装置
22    能导电的层                      46    密封装置
24    热接触区段                      48    燃烧空气开口
26    热交换器                        50    燃烧空气开口
28    火焰管                          52    排放气体出口
30    火焰管端部                      54    热空气出口
32    中间空间

Claims (24)

1.加热装置(10)，具有：
-一个壁(12)，在该壁的内侧上连接有一个用于引导热的排放气体的区域(14)，
-一个壳体(16)，该壳体至少部分地包围该壁，其中，该壁与该壳体之间的中间空间(18)由待加热的介质流过，和
-一个热电装置，该热电装置设置在该中间空间中并且具有多个热偶腿(20)，该热电装置适用于根据所述排放气体与该待加热的介质之间的温度差产生电压，
其特征在于：
-该壁(12)被构造得至少部分地电绝缘，
-这些热偶腿(20)以第一端部区域借助于能导电的层(22)固定在该壁的热接触区段(24)上，
-设置有一个至少部分地电绝缘的热交换器(26)，该热交换器设置在该壁(12)的热接触区段(24)的对面，
-这些热偶腿(20)以第二端部区域借助于能导电的层(22)固定在该电绝缘的热交换器(26)上，
-这些能导电的层(22)使这些热偶腿(20)的相应端部区域至少部分地彼此相连接。
2.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于：该壁(12)至少部分地由具有高导热能力的电绝缘的陶瓷构成。
3.根据权利要求1或2所述的加热装置，其特征在于：该电绝缘的热交换器(26)至少部分地由具有高导热能力的陶瓷构成。
4.根据权利要求2或3所述的加热装置，其特征在于：用于该壁(12)的和/或用于该电绝缘的热交换器(26)的陶瓷具有氮化铝。
5.根据以上权利要求中一项所述的加热装置，其特征在于：这些能导电的层(22)使这些热偶腿(20)彼此串联连接。
6.根据权利要求1至4中一项所述的加热装置，其特征在于：这些能导电的层(22)使这些热偶腿(20)彼此并联连接。
7.根据权利要求1至4中一项所述的加热装置，其特征在于：这些能导电的层(22)使多组热偶腿(20)彼此并联连接并且使这些组彼此串联连接。
8.根据以上权利要求中一项所述的加热装置，其特征在于：
-该待加热的介质是液态的、尤其是水，
-该热接触区段(24)处于一个火焰管端部(30)的对面。
9.根据权利要求8所述的加热装置，其特征在于：
-该壁(12)与该电绝缘的热交换器(26)之间的容纳这些热
偶腿(20)的中间空间(32)借助于一个密封装置(34)密
封以防该待加热的液态介质进入，
-该密封装置(34)适用于补偿热致膨胀。
10.根据权利要求1至7中一项所述的加热装置，其特征在于：
-该待加热的介质是气态的、尤其是空气，
-该热接触区段处于用于该待加热的气态介质的入口(36)的区域中。
11.根据权利要求10所述的加热装置，其特征在于：该壁与该电绝缘的热交换器之间的容纳这些热偶腿(20)的中间空间借助于一个风障(38)保护以防该待加热的气态介质进入。
12.根据以上权利要求中一项所述的加热装置，其特征在于：该热电装置通过弹性的连接装置(26，40，42)支撑在该壳体(16)上。
13.根据以上权利要求中一项所述的加热装置，其特征在于：该热电装置通过一个热交换器(26)和弹性装置(42)支撑在该壳体(16)上。
14.根据以上权利要求中一项所述的加热装置，其特征在于：该热电装置通过一个热交换器(26)和一个支撑该热交换器的、配备有弹性装置(42)的板(40)支撑在该壳体(16)上。
15.根据权利要求14所述的加热装置，其特征在于：该热交换器和该配备有弹性装置的板构造成一体。
16.根据以上权利要求中一项所述的加热装置，其特征在于：该弹性的连接装置包括一些碟形弹簧(42)。
17.根据以上权利要求中一项所述的加热装置，其特征在于：该壁与该热交换器之间的机械的连接装置具有隔热材料(34)。
18.根据权利要求17所述的加热装置，其特征在于：该隔热材料包含氧化铝和/或富铝红柱石。
19.根据权利要求17或18所述的加热装置，其特征在于：该第一壳体与该热交换器之间的连接装置具有密封装置(34)，该密封装置适用于相对于该待加热的介质密封该热电装置和补偿热致膨胀。
20.根据权利要求19所述的加热装置，其特征在于：该壁和该隔热材料和/或该密封装置构造成一体。
21.根据权利要求19或20所述的加热装置，其特征在于：该热交换器和该隔热材料和/或该密封装置构造成一体。
22.根据以上权利要求中一项所述的加热装置，其特征在于：在该热电装置与该壁(12)之间和/或在该热电装置与该热交换器(26)之间设置有导热装置。
23.根据权利要求22所述的加热装置，其特征在于：该导热装置具有导热膏。
24.根据权利要求22所述的加热装置，其特征在于：该导热装置具有导热薄膜。
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