CN102111925B - 装备有加热元件的凸缘 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及装备有加热元件的凸缘。一种用于将一定量的流体保持在储箱内的凸缘(101)，所述凸缘装备有一个加热元件，该加热元件包括至少一个电阻性导线(102)用于传导电流并且耗散作为所述电流的效应的热量，其特征在于，所述加热元件进一步包括导向装置(103)，并且其特征在于，所述至少一个电阻性导线(102)是沿其长度在多个分离的位置处被所述导向装置(103)引导以形成一个加热表面，其中所述加热表面的一个第一部分是存在于所述凸缘(101)的内部并且所述加热表面的一个第二部分是存在于所述凸缘(101)的外部。本发明的优点是，加热表面的形状不受到其上附接有电阻性导线的柔性薄膜或这些薄膜的存在的限制。

Description

装备有加热元件的凸缘
技术领域
本发明涉及一种用于将一定量的流体保持在储箱内的凸缘，所述凸缘装备有一个加热元件，该加热元件包括至少一个电阻性导线用于传导一个电流并且耗散作为所述电流的效应的热量。
背景技术
在申请人名下的专利申请WO 2008/138960A1描述了一种尿素储箱以及具有一个整合的加热元件的基板。这种整合的加热元件包括至少一个柔性加热部件。优选地，该柔性部件是一个柔性加热器，这就是说它包括插在两个柔性薄膜之间或附接于一个柔性薄膜上的至少一个电阻条。
该柔性部件可以放置在多种位置中，因此允许加热传统的加热器所不能达到的储箱的多个部分。然而，这种已知加热元件达到的范围仍受该柔性部件可以承受而不被损坏的变形范围的限制，并且值得注意的事实是该柔性部件是一种本质上扁平的、二维的薄片。因此，这种已知柔性加热器可以较好地承受弯曲或卷曲，但是它不适合用于限定一个真正弯曲的表面(如一个半球)，也不适合用于承受剪切力，这些剪切力将涉及制成这种或这些薄膜的材料的实质性的压缩或拉伸。
发明内容
本发明的多个实施方案的一个目的是提供一种加热元件，通过提供用来限定基本上任何弯曲表面的柔性使该加热元件克服了已知的柔性加热器的这些局限性。
这个目的是通过一种用于将一定量的流体保持在储箱内的凸缘来实现的，所述凸缘装备有一个加热元件，该加热元件包括至少一个电阻性导线用于传导一个电流并且耗散作为所述电流的效应的热量，其中所述加热元件进一步包括导向装置，其中所述至少一个电阻性导线是沿其长度在多个分离的位置处被所述导向装置引导以形成一个加热表面，并且其中所述加热表面的一个第一部分是存在于所述凸缘的内部并且所述加热表面的一个第二部分是存在于所述凸缘的外部。
与引述的现有技术解决方案相对比，在根据本发明的凸缘的加热元件中所包括的电阻性导线不是由一个或多个柔性薄片或薄膜(这些薄片或薄膜用来实质性地固定该导线的整个长度)所引导，而取而代之是由沿导线长度在多个分离的位置上的离散的导向装置所引导。
本发明的一个优点是，该加热表面的形状不受到其上附接有电阻性导线的柔性薄膜或这些薄膜的存在的限制。相反，可以通过将电阻性导线引导经过有待加热的空间来形成任何选择的表面，由此通过导向装置来使该电阻性导线保持在位。
在根据本发明的加热元件的一个实施方案中，该导向装置包括一种柔性网。
这个实施方案具有的优点是，该柔性网是可以根据所希望的加热表面而首先被定位和固定，并且该电阻性导线通过将它编织经过该柔性网可以沿着希望它来限定的表面来对其进行引导。
在根据本发明的加热元件的另一个实施方案中，该导向装置包括一个塑料带。
这个实施方案具有的优点是，它允许一种可靠的固定，并且可以根据在该加热表面安装在位之后对其不同部分所希望的柔性来使用或多或少刚性的带。
在一个更具体的实施方案中，该塑料带配备有多个夹子，这些夹子被适配为接收并保持所述至少一个电阻性导线的一部分。
这些夹子的优点是，这易于对其中的电阻性导线进行放置、移除、或者替换。
在根据本发明的凸缘的一个实施方案中，该至少一个电阻性导线被覆盖有一种电绝缘材料。
这个实施方案的一个优点是，该加热元件可以在浸没于一种导电流体中时使用，而不会使该电阻性导线的不同部分短路，并且不会危害该总体组件的电安全性。
在根据本发明的凸缘的一个优选的实施方案中，至少一个电阻性导线覆盖有一种耐受尿素的材料。
该实施方案的一个优点是，在该加热元件被浸没在一定体积的尿素溶液(如在车辆的排放物还原系统中使用的市售的水性或甲酸性溶液)中时，可以使用这种加热元件。因此这个实施方案可以用来将机动车辆中的尿素溶液储箱的一部分加热至该尿素溶液的凝固点以上的温度。
在一个实施方案中，控制该凸缘的加热元件的电子装置包括自身控制装置，该自身控制装置被适配为改变一个第二加热区的电流。
在一个更具体的实施方案中，该控制装置包括一个开关。
在另一个更具体的实施方案中，该控制装置包括在所述凸缘内部、具有一个正温度系数的一个电阻器，该电阻器与所述加热表面的所述第二部分形成一个并联电路。
这个具体实施方案的一个优点是，当该凸缘加热时，在凸缘内部耗散了逐渐减少的热量，因此将消耗的功率重新分配到凸缘外部的区域中。
在根据本发明的凸缘的一个优选的实施方案中，该加热表面的第二部分基本上是圈环衬裙形状的。
在根据本发明的凸缘的另一个实施方案中，所述加热表面的第二部分包括多个翼瓣。
在一个实施方案中，根据本发明的凸缘包括用于固定所述加热表面的固定装置。
根据本发明的另一方面，在此提供了一个储箱，该储箱包括如上所述的一个凸缘。
在一个优选的实施方案中，该凸缘实质上被置于所述储箱的底部。
附图说明
现在仅通过举例并且参考这些附图对根据本发明的多个实施方案中的装置和/或方法的一些实施方案进行描述，在附图中：
图1展示了一个尿素凸缘，该尿素凸缘包括根据现有技术的一个柔性加热器。
图2展示了一个凸缘的一个实施方案，该凸缘包括根据本发明一个加热元件。
图3展示了一个凸缘的另一个实施方案，该凸缘包括根据本发明一个加热元件。
图4是根据本发明的一个凸缘的另一个实施方案的示意性俯视图。
图5是根据本发明的凸缘的一个实施方案的截面视图。
图6是根据本发明的凸缘的加热电路的示意图。
具体实施方式
图1展示了具有根据现有技术的一个柔性加热装置2的尿素储箱和凸缘1。其中，使用加热元件2来避免车辆流体储箱(如，用于保持一种如使用于排放物还原系统中的尿素溶液的储箱)的冻结，该存储和/或喷射系统的一个有源辅件10被有利地定位在一个凸缘1之内。有源辅件10可以包括一个泵、一个液位仪、一个温度传感器、一个质量传感器、一个压力传感器、一个压力调节器、或类似的仪器。凸缘1包括一个基板或安装板、以及任何形状的一个周长。通过将有源辅件10放置在该凸缘之内，一旦该凸缘内容物已经达到一个确保流动性的足够高的温度，可以为该有源辅件配备预期的车辆流体。例如，如果该储箱是旨在储存一种共熔的水/尿素溶液，则需要将凸缘内容物加热到-11℃，即这样一种溶液的熔化温度。
图2展示了根据本发明的凸缘的一个实施方案。图2所示的凸缘101可以是一个凸缘，它用于加热存在于车辆流体储箱(例如一个尿素溶液储箱)中的部分溶液。凸缘101装备有一个柔性加热元件，该柔性加热元件包括至少一个电阻性导线102，该导线响应于一个电流而产生热量。电阻性导线102可以有利地由一种铜镍合金或不锈钢制作。
这种电阻性导线是由沿该导线长度作用于几个分离位置上的导向装置103来引导的，以定义一个加热表面，该加热表面部分地位于该凸缘内部并且部分地位于该凸缘外部。以此方式，可以将凸缘101内部的物质加热到保证流动性的一个温度，因此确保足够的可供使用的液体物质到达可以置于凸缘101内部的任何有源辅件，而在必要时直接环绕凸缘101的物质已被预热以补充存在于凸缘101内部的物质量。
在这个实施方案中，导向装置103是塑料带。其他导向装置是可能的，包括塑料的或金属网。金属网具有的优点是自身支撑并且能够导热。导线102自身可以是金属网形式。
在这个实施方案中，应用导向装置103的方式为使得所造成的加热表面的第二部分基本上是圈环衬裙形的。对于这种形状、或具有基本上圆形对称的其他形状，电阻性导线102是沿着一个螺旋形路径被弯曲、或者电阻性导线102的多个长度被放置成基本上同心的多个圆。
其他形状能够以类似的方式来形成。如此形成的这些表面不限于平面以及一个平面的被卷起的多种变体，而是可以展示为沿几个轴线的曲率。因此，例如，球形表面是可能的。
加热表面是通过固定装置104附接到凸缘101上，以确保在使用过程中将该加热表面保持在位。
图3展示了根据本发明的凸缘的一个替代实施方案。使用同样的参考号来表示同样的元件，图3描绘了装备有一个柔性加热元件的凸缘101。该柔性加热元件包括一个电阻性导线102，该电阻性导线由导向装置103引导以形成一个加热表面。该加热表面被固定装置104附接到凸缘101上。
在这个实施方案中，应用导向装置103的方式为使得所造成的加热表面的第二部分基本上被成形为固定于所述凸缘101顶部上的多个翼瓣。
图4是根据本发明的一个凸缘的另一个实施方案的示意性俯视图。凸缘101是由电阻性导线102制成的多个翼瓣所围绕，这些翼瓣的每一个对直接围绕凸缘101的一个扇形区域进行加热。通过将导向装置103基本上提供在这些翼瓣的外边缘处，在这些边缘处得到一个良好定义的加热表面，而这些翼瓣的轴向运动是不受限制的。这有助于将根据这个实施方案的凸缘安装到一个较大的储箱中。
图5是根据本发明的凸缘的一个实施方案的截面视图。所示出的电阻性导线102沿着凸缘101的外周边和凸缘101的内部二者，在此将它们成形为使得大量的热集中在凸缘101的底部区域中。
图6是根据本发明的加热元件的这些不同部分的一种有利的电互连的示意性示图。电源P可以是对于熟练人员已知的任何适合的电流源。电阻器R1代表存在于凸缘101内部的第一长度的电阻性导线102，即它被包括在如上所述的加热表面的第一部分中。电阻器R3代表存在于凸缘101外部的第二长度的电阻性导线102，即它被包括在该加热表面的第二部分中、被整合在凸缘101(流体内部或外部)中或在控制加热元件的电子装置中。元件R2是一种用于对该加热表面的第一部分与第二部分之间的功率分布进行控制的元件。
在一个实施方案中，元件R2可以是一个开关、或者合作起到一个开关的作用的多个部件的任何合适的组合，当该开关被关闭时，使电阻R3短路，因此防止该加热表面的第二部分进行加热。这个实施方案的一个优点是，该加热元件可以通过两个阶段来应用：一个第一阶段，使得开关R2关闭，其中仅对凸缘101的内部加热以便允许依赖于可获得的加热的或液体的物质的系统的一种快速启动；以及一个第二阶段，使得开关R2打开，在这个过程中还对凸缘101外部的周边区域进行加热。
在一个实施方案中，元件R2可以是置于该凸缘内部的、具有一个正温度系数的一个电阻器。可以将元件R2包括在如上所述的加热表面的第二部分中。这个实施方案的一个优点是，如上所述的这些阶段现在将自动地并以一种逐渐的方式发生。当凸缘101的内部加热时，元件R2的电阻增加，因此迫使可供使用的电流的一个增加的部分通过电阻器R3。元件R2的加热对应于一个开关的逐渐打开。
根据本发明的凸缘被有利地安装在一个储箱(如，一个车辆流体储箱)的内部。为了最佳运作，优选地将它置于该储箱的底部、或至少在该储箱的一个低点处，在此由于重力而自然存在大量流体。该柔性加热元件的第二部分是有利地围绕该凸缘伸展，其方式为确保朝向该凸缘供给预热的流体。
该加热表面的多个触须或电阻性导线的多段长度可以延伸进入储箱的多个空腔中或多个边远的区域中，以避免在这些位置长期存在冻结的物质。
该加热表面的多个触须或电阻性导线的多段长度还可以在多个管和导管(这些管和导管是该储箱之中和之外的流体运输系统的一部分)的内部或周围延伸，以避这些管和导管被冻结物质阻塞。
在一个实施方案中，该加热表面被适配为是可折叠的，优选像一把伞。这个实施方案具有的优点是通过以折叠形式将该加热元件插入储箱之中并且将其应用在储箱内部，该加热元件可以与已经存在于储箱中的一个凸缘相结合。
与如上所述的这些加热器相比，在其他类型的加热器中使用图6的电路也是有利的，在该电路中R2是具有正温度系数(PTC)的一个电阻。以一种广义的方式，电阻器R1代表一个第一加热元件，该第一加热元件存在于一个凸缘内部或者存在于一个关键性使命的辅件(如一个泵)上，并且电阻器R3代表一个第二加热元件，该第二加热元件存在于该凸缘外部。
因此在此有利地提供了一种凸缘来用于将一定量的流体保持在储箱之内，所述凸缘装备有一个第一电阻性元件R1以及用于加热所述储箱的一个第一部分的一个第二电阻性元件R2、以及用于加热所述储箱的一个第二部分的一个第三电阻性元件R3，其中，所述第二电阻性元件R2具有一个正温度系数，所述第二电阻性元件R2和所述第三电阻性元件R3形成一个并联电路，并且所述第一电阻性元件R1与所述并联电路是处于串联连接。
在此呈现的电路的另一个优点是，当该PTC元件达到非常高的电阻值时，该加热器以由选择的电阻R1和R3所确定的速率继续运行，而不是简单地关机，就像如果将PCT元件放置为与其他加热元件处于一个串联电路中的情况。
在一个实施方案中，第三电阻性元件R3被定位在该凸缘的外部，并且第二电阻性元件R2与第一电阻性元件R1被定位在该凸缘的内部。在一个具体的实施方案中，第二电阻性元件R2被定位在该储箱的一个辅件上。在一个更具体的实施方案中，该辅件是一个泵。
在一个示例性实施方案中，R1基本上是一个1Ω的电阻，R3基本上是一个3Ω的电阻，并且R2基本上是一个PTC元件，该元件在一个初始低温时具有一个1Ω电阻并且在随后的工作温度时具有一个3Ω电阻。将一个12V电压源应用于如所示的电路上，该凸缘将起初从R1接收47.0W的功率并且从R2接收26.4W的功率，或者总计为73.4W。达到工作温度时，凸缘将仅从R1接收23.0W并且从R2接收17.3W，或者总计为40.3W。储箱的其余部分将起初从R3接收8.8W的功率，当R2达到工作温度时则上升到17.3W。
因此，图6的电路提供了对两部分的加热系统的一个特定部分区分优先次序的问题的一种创造性的解决方案，无论它是否与本申请的主要发明相结合。
以上参照某些示例性实施方案对本发明进行了说明。这些实施方案是旨在用于说明性的目的，并且不限制本发明，其范围是由所附的权利要求来确定的。

Claims (16)

1.一种用于将一定量的流体保持在储箱内的凸缘(101)，所述凸缘装备有一个加热元件，该加热元件包括至少一个电阻性导线(102)用于传导电流并且耗散作为所述电流的效应的热量，其特征在于，所述加热元件进一步包括导向装置(103)，所述至少一个电阻性导线(102)是沿其长度在多个分离的位置处被所述导向装置(103)引导以形成一个加热表面，其中所述加热表面的一个第一部分是存在于所述凸缘(101)的内部并且所述加热表面的一个第二部分是存在于所述凸缘(101)的外部。
2.根据权利要求1所述的凸缘，其中所述导向装置(103)包括一个柔性网。
3.根据权利要求1所述的凸缘，其中所述导向装置(103)包括一个塑料带。
4.根据权利要求3所述的凸缘，其中所述塑料带配备有多个夹子，这些夹子被适配为接收并且保持所述至少一个电阻性导线(102)的一部分。
5.根据权利要求1所述的凸缘，其中所述至少一个电阻性导线(102)覆盖有一种电绝缘材料。
6.根据权利要求1所述的凸缘，其中所述至少一个电阻性导线(102)覆盖有一种耐受尿素的材料。
7.根据权利要求1所述的凸缘，其中所述导向装置是由一种耐受尿素的材料制成的。
8.根据权利要求1所述的凸缘，进一步包括控制装置，该控制装置被适配为选择性地将电流供给所述加热表面的所述第二部分。
9.根据权利要求8所述的凸缘，其中所述控制装置包括一个开关。
10.根据权利要求8所述的凸缘，其中所述控制装置包括在所述凸缘内部、具有一个正温度系数的一个电阻器，所述电阻器与所述加热表面的所述第二部分形成一个并联电路。
11.根据权利要求1所述的凸缘，其中所述加热表面的所述第二部分基本上是圈环衬裙形的。
12.根据权利要求3所述的凸缘，其中所述加热表面的所述第二部分基本上是圈环衬裙形的。
13.根据权利要求1至10中任何一项所述的凸缘，其中所述加热表面的所述第二部分包括多个翼瓣。
14.根据权利要求1-12中任何一项所述的凸缘，包括用于固定所述加热表面的固定装置。
15.一种车辆流体储箱，包括根据以上任何一项权利要求所述的一种凸缘。
16.根据权利要求15所述的车辆流体储箱，其中所述凸缘基本上是放置在所述车辆流体储箱的底部。
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