CN104748201B

CN104748201B - Ptc加热器

Info

Publication number: CN104748201B
Application number: CN201410842675.0A
Authority: CN
Inventors: 金学圭; 姜成镐; 李尚耆; 李祯宰; 李裁旻; 崔永镐; 李成荣
Original assignee: Tianjin You Li Electronics Co Ltd; Hanon Systems Corp
Current assignee: Tianjin You Li Electronics Co Ltd; Hanon Systems Corp
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2014-12-30
Publication date: 2017-10-27
Anticipated expiration: 2034-12-30
Also published as: CN104748201A; US10425995B2; DE102014019377A1; US20150189700A1; DE102014019377B4; KR101961290B1; KR20150078826A

Abstract

本发明提供一种PTC加热器，所述PTC加热器能够通过将内置于相邻的加热杆中的PTC元件的中心线设置为沿高度方向彼此错开以使加热杆中的PTC元件彼此重叠的区域最小化而降低由脉宽调制(PWM)控制产生的噪声，其中，彼此分开以形成列和行并以单层布置的多个PTC元件被内置于所述加热杆中。

Description

PTC加热器

技术领域

下面公开的内容涉及一种正温度系数(PTC，positive temperaturecoefficient)加热器。更具体地讲，下面公开的内容涉及一种能够通过将内置于相邻的加热杆中的PTC元件的中心线设置为沿高度方向彼此错开以使加热杆中的PTC元件彼此重叠的区域最小化来降低由脉宽调制(PWM，pulse width modulation)控制产生的噪声的PTC加热器，其中，彼此分开以形成列和行并以单层布置的多个PTC元件被内置于所述加热杆中。

背景技术

多种车辆设置有用于向车辆内部的各个部分选择性地供应冷空气和暖空气的空调系统。在夏季，空调被操作为供应冷空气，在冬季，加热器被操作为供应暖空气。

通常，加热器按照如下方式操作：在发动机中循环的同时被加热的冷却剂与通过风机被引入的空气彼此进行热交换，以向车辆内部供应暖空气，从而执行供暖。在这种供暖方式中，使用通过发动机产生的热，因此能量效率高。

然而，在冬季，在启动车辆之后需要预定时间直到发动机被加热为止，因此在启动车辆之后不会立即执行供暖。因此，在发动机被驱动之前发动机空转预定时间直到发动机被加热用于供暖并且冷却剂的温度变高为止，从而出现了诸如能量浪费和环境污染的问题。

为了防止这些问题，已经使用了一种在发动机被加热的预定时间内利用单独的预热器加热车辆内部的方法。根据现有技术的利用加热线圈的加热器具有大的发热量，从而有效地执行加热。然而，火险高并且电热丝的寿命短，从而频繁地发生组件的维修和更换，这带来了不便。

因此，已经使用了一种利用正温度系数(PTC)元件的加热器作为用于在启动的初期阶段加热的辅助加热装置，所述加热器允许使用电池的电能来执行加热。

由于火险低和寿命长使得PTC加热器可被半永久性地使用。作为PTC加热器，主要使用具有相对小的容量的加热器。近来，根据用户和包括电动车辆的各种类型的车辆的需要，已需求并开发了具有高容量的PTC加热器。

PTC加热器的开/关通常通过控制器按照脉宽调制(PWM)方式控制容量。

PWM方式是脉冲调制方式的一种，PWM方式是指通过根据调制信号的幅度改变脉冲的占空比来执行控制的方式。也就是说，PWM控制通过调节占空比来调节控制值。在这种情况下，脉冲信号的占空比被改变，使得脉冲信号的平均值被改变，并且该平均值用作控制信号值。

2010年7月8日公布的名称为“用于车辆的空调及其控制方法(Air Conditionerfor Vehicles and Control Method Thereof)”的第2010-0078165号韩国专利特许公开公开了一种通过控制PWM信号来控制PTC加热器的发热量的技术。

然而，就PTC元件而言，在高电压PTC操作时，由于振动而产生噪声。具体地，当操作频率变得更高时，产生高频噪声。

这里，主要的噪声源是由于PTC元件的振动。如图1所示，在PTC元件20设置在相邻的加热杆10的相同位置从而彼此重叠的情况下，PTC元件由于PTC振动而彼此碰撞，从而使噪声增大。

此外，当PTC加热器的容量变得更大、PTC加热器的尺寸与PTC加热器的容量之比变得更小或加热杆之间的距离变得更窄时，噪声增大。在这种情况下，PTC元件产生热，使得PTC加热器将热饱和的可能性提高，从而可降低PTC加热器的效率。

【现有技术文件】

【专利文件】

第2010-0078165号韩国专利特许公开(2010年7月8日公布、名称为“用于车辆的空调及其控制方法(Air Conditioner for Vehicles and Control Method Thereof)”)

发明内容

本发明的实施例致力于提供一种正温度系数(PTC)加热器，所述PTC加热器能够通过将内置于相邻的加热杆中的PTC元件的中心线设置为沿高度方向彼此错开以使加热杆中的PTC元件彼此重叠的区域最小化来降低由脉宽调制(PWM)控制产生的噪声，其中，彼此分开以形成列和行并以单层布置的多个PTC元件被内置于所述加热杆中。

在一个总的方面中，正温度系数(PTC)加热器包括：多个加热杆，具有内置于其中的多个PTC元件并具有从所述加热杆的一侧沿高度方向延伸并突出的端子，所述多个PTC元件彼此分开以形成列和行并以单层布置，所述端子连接到外部电源；多个散热片，与所述加热杆沿长度方向交替布置；上壳体和下壳体，沿高度方向分别结合到加热杆和散热片的上部和下部，其中，两个相邻的加热杆被设置为使得内置于一列加热杆中的PTC元件的中心线与内置于与所述一列加热杆相邻的另一列加热杆中的PTC元件的中心线沿高度方向彼此错开，以使PTC元件彼此重叠的区域最小化。

至少两种加热杆可彼此交替地布置。

在所述两个相邻的加热杆中，内置于所述一列加热杆中的PTC元件的数目与内置于与所述一列加热杆相邻的所述另一列加热杆中的PTC元件的数目可彼此相同。

在所述两个相邻的加热杆中，在内置于所述一列加热杆中的PTC元件与内置于所述另一列加热杆中的PTC元件之间可沿高度方向形成有间隙。

在所述两个相邻的加热杆中，内置于所述一列加热杆中的PTC元件的数目与内置于与所述一列加热杆相邻的所述另一列加热杆中的PTC元件的数目可彼此不同。

在所述两个相邻的加热杆中，内置于所述一列加热杆中的PTC元件之间的间隙与内置于与所述一列加热杆相邻的所述另一列加热杆中的PTC元件之间的间隙可彼此不同。

在所述两个相邻的加热杆中，具有较大数目的PTC元件的加热杆的PTC元件的宽度可小于具有较小数目的PTC元件的加热杆的PTC元件的宽度。

在所述两个相邻的加热杆中，内置于所述一列加热杆中的PTC元件的容量与内置于与所述一列加热杆相邻的所述另一列加热杆中的PTC元件的容量可彼此不同。

在所述两个相邻的加热杆中，具有较大数目的PTC元件的加热杆的PTC元件的单位容量可相对小于具有较小数目的PTC元件的加热杆的PTC元件的单位容量。

所述两个相邻的加热杆可包括结合到向外突出的端子的绝缘件，所述一列加热杆的绝缘件和与所述一列加热杆相邻的所述另一列加热杆的绝缘件具有不同的颜色。

在所述两个相邻的加热杆中，所述一列加热杆装配到上壳体的部分的形式和与所述一列加热杆相邻的所述另一列加热杆装配到上壳体的部分的形式可彼此不同。

在所述两个相邻的加热杆中，内置于所述一列加热杆中的PTC元件的阻抗值与内置于与所述一列加热杆相邻的所述另一列加热杆中的PTC元件的阻抗值可彼此不同。

附图说明

图1是示出根据现有技术的包括在正温度系数(PTC)加热器中的相邻的加热杆的平面图。

图2是示出根据本发明的示例性实施例的PTC加热器的分解透视图。

图3至图7是示出根据本发明的示例性实施例的包括在PTC加热器中的相邻的加热杆的多个示例的平面图。

图8和图9分别是示出根据本发明的示例性实施例的PTC加热器的加热杆的分解透视图和装配透视图。

图10和图11是示出根据本发明的示例性实施例的包括在PTC加热器中的加热杆的多个示例的透视图。

【主要元件的详细说明】

1：PTC加热器

100：加热杆

110：PTC元件 120：端子

130：绝缘件

200：散热片

300：上壳体

310：集管

400：下壳体

Ca，Cb：中心线

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述根据本发明的示例性实施例的正温度系数(PTC)加热器。

本发明涉及一种电子继电器式PTC加热器1，该PTC加热器1通过使用PTC加热器1内的脉宽调制(PWM)元件代替车辆的继电器电路而如同继电器那样根据空调控制的开/关信号按照三至四个步骤进行操作。

图2是示出根据本发明的示例性实施例的PTC加热器1的透视图。如图2所示，根据本发明的示例性实施例的PTC加热器1主要被构造为包括加热杆100、上壳体300、下壳体400和散热片200。

加热杆100具有内置于其中的多个PTC元件110，并具有从加热杆100的一侧沿高度方向延伸并突出的端子120，其中，所述多个PTC元件110彼此分开以形成列和行并以单层布置，端子120连接到外部电源。

这里，加热杆100被布置为沿PTC加热器1的长度方向形成多列，并且在加热杆100之间设置有散热片200，使得加热杆100与散热片200沿长度方向交替地布置。

如图5所示，多个PTC元件110彼此分开以形成列和行并以单层布置。虽然图5中示出了所述多个PTC元件110形成一列的情况，但是可根据诸如期望的发热性能、设置加热器的空间的体积等因素适当地确定列数、行数、分开间隙等。例如，所述多个PTC元件110可形成两列或三列或更多列。

具体地，加热杆100的特征在于：其被设置为使得内置于奇数列的加热杆100'中的PTC元件的中心线Ca与内置于与所述奇数列的加热杆100'相邻的偶数列的加热杆100”中的PTC元件的中心线Cb沿高度方向彼此错开(mismatch)，以使PTC元件110彼此重叠的区域最小化。

上壳体300沿高度方向支撑并固定加热杆100和散热片200的一个端部，向加热杆100的端子120供应电力，并具有容纳在其中的控制基板，其中，该控制基板具有安装在其上以控制所供应的电力的元件。

下壳体400沿高度方向支撑并固定加热杆100和散热片200的另一个端部。

如上所述，通常，加热杆100和散热片200沿长度方向彼此交替地布置在PTC加热器1中。在现有技术中，存在的问题是：PTC元件110设置在相同的位置并且内置于加热杆100中的PTC元件110的数目彼此相同，使得PTC元件110由于在执行PWM控制时产生的振动而与内置于相邻的加热杆100中的PTC元件110碰撞，从而增大了噪声。

因此，如上所述，在根据本发明的示例性实施例的PTC加热器1中，彼此相邻地设置的加热杆100中的PTC元件110被设置为彼此错开，从而使PTC元件110彼此重叠的区域最小化。

也就是说，内置于奇数列的加热杆100'中的PTC元件与内置于偶数列的加热杆100”中的PTC元件被设置为使得其各自的中心线Ca与Cb沿高度方向彼此错开。

在这种情况下，与中心线Ca和Cb彼此重合的情况相比，PTC元件110彼此重叠的区域减小。

图3示出了根据本发明的示例性实施例的包括在PTC加热器1中的相邻的加热杆100。在下文中，为了便于说明，位于左边的加热杆100将称为奇数列的加热杆100'，位于右边的加热杆100将称为偶数列的加热杆100”。

图3中示出了内置于奇数列的加热杆100'中的PTC元件110的数目与内置于偶数列的加热杆100”中的PTC元件110的数目相同并且PTC元件110的位置彼此错开的示例。如图3所示，在两个相邻的奇数列的加热杆100'和偶数列的加热杆100”中，在内置于奇数列的加热杆100'中的PTC元件110与内置于偶数列的加热杆100”中的PTC元件110之间沿高度方向形成有间隙Gap。

图4中示出了五个PTC元件110设置在奇数列的加热杆100'中并且四个PTC元件110设置在偶数列的加热杆100”中的示例，图5中示出了四个PTC元件110设置在奇数列的加热杆100'中并且三个PTC元件110设置在偶数列的加热杆100”中的示例。

可以理解的是，当假设图3中内置于奇数列的加热杆100'中的PTC元件110与内置于偶数列的加热杆100”中的PTC元件110彼此重叠的区域为Ea、图4中内置于奇数列的加热杆100'中的PTC元件110与内置于偶数列的加热杆100”中的PTC元件110彼此重叠的区域为Eb、图5中内置于奇数列的加热杆100'中的PTC元件110与内置于偶数列的加热杆100”中的PTC元件110彼此重叠的区域为Ec时，PTC元件110彼此重叠的区域的大小满足下式：Eb>Ea>Ec。

也就是说，设置在一对加热杆100中的PTC元件110的数目越小，PTC元件110彼此重叠的区域越小。因此，在根据本发明的示例性实施例的PTC加热器1中，虽然PTC元件110的数目小可被认为在降低噪声方面是优选的，但是由于在考虑到PTC加热器1的发热容量时PTC元件110的数目小不是绝对优选的，因此需要考虑噪声和发热容量这两方面来适当地调节PTC元件110的数目。

如图5所示，加热杆100可被布置为使得内置于奇数列的加热杆100'中的PTC元件110的数目比内置于与所述奇数列的加热杆100'相邻的偶数列的加热杆100”中的PTC元件110的数目多一个，以使PTC元件110彼此重叠的区域最小化。

也就是说，四个PTC元件110可设置在奇数列的加热杆中，并且三个PTC元件110可设置在偶数列的加热杆中。

这里，在加热杆100中，可以改变内置于奇数列的加热杆100'中的PTC元件110的阻抗值和内置于偶数列的加热杆100”中的PTC元件110的阻抗值，以防止由于PTC元件110的数目的减少导致容量的减小，并均匀地保持各个部分的温度。

也就是说，内置于奇数列的加热杆100'中的PTC元件110可具有大的数目而具有小的容量，内置于偶数列的加热杆100”中的PTC元件110可具有小的数目而具有相对大的容量。

作为示例，内置于奇数列的加热杆100'中的PTC元件110可具有2KΩ的阻抗，内置于偶数列的加热杆100”中的PTC元件110可具有5KΩ的阻抗。

此外，在两个相邻的加热杆100中，具有较大数目的PTC元件110的加热杆100的PTC元件的宽度Wa可小于具有较小数目的PTC元件110的加热杆100的PTC元件的宽度Wb。

如图6所示，内置于奇数列的加热杆100'中的PTC元件110与内置于偶数列的加热杆100”中的PTC元件110可具有相同的长度，内置于奇数列的加热杆100'中的PTC元件110可具有大的数目而具有小的宽度Wa，内置于偶数列的加热杆100”中的PTC元件110可具有小的数目而具有大的宽度Wb(Ha＝Hb且Wa<Wb)。

此外，如图6所示，内置于奇数列的加热杆100'中的PTC元件110之间的间隙Ga可设置为比内置于与所述奇数列的加热杆100'相邻的偶数列的加热杆100”中的PTC元件110之间的间隙Gb窄。换句话说，由于四个PTC元件110设置在奇数列的加热杆中并且三个PTC元件110设置在偶数列的加热杆中，因此，内置于奇数列的加热杆100'中的PTC元件110之间的间隙Ga不得不比内置于偶数列的加热杆100”中的PTC元件110之间的间隙Gb窄。

此外，如图7所示，在两个相邻的加热杆100中，在内置于相邻的加热杆100中的PTC元件110具有相同宽度的情况下，具有较大数目的PTC元件110的加热杆100的PTC元件的长度Ha可比具有较小数目的PTC元件110的加热杆100的PTC元件的长度Hb短(Ha<Hb且Wa＝Wb)。

此外，内置于奇数列的加热杆100'中的PTC元件110可具有大的数目而具有薄的厚度，内置于偶数列的加热杆100”中的PTC元件110可具有小的数目而具有相对厚的厚度。

如上所述，PTC元件110的宽度、长度和厚度中的任何一个或更多个形成为彼此不同以改变面积或体积或者改变PTC元件110的阻抗值，从而可防止由于PTC元件110数目的减少导致容量的减小，并均匀地保持各个部分的温度。

同时，在本发明的示例性实施例中，由于内置于设置在奇数列和偶数列的加热杆100中的PTC元件的数目和位置彼此不同，因此在将加热杆装配到上壳体300时需要注意。

因此，如图8和图9所示，加热杆100包括结合到向外突出的端子120的绝缘件130，以防止装配错误，如图11所示，奇数列的加热杆100'的绝缘件130与偶数列的加热杆100”的绝缘件130可具有不同的颜色。

作为另一示例，在两个相邻的加热杆100中，奇数列的加热杆100'装配到上壳体300的部分的形式和与所述奇数列的加热杆100'相邻的偶数列的加热杆100”装配到上壳体300的部分的形式可彼此不同。

详细地讲，如图8和图9所示，加热杆100包括结合到向外突出的端子120的绝缘件130，如图10所示，奇数列的加热杆100'的绝缘件130与偶数列的加热杆100”的绝缘件130可具有不同的形状。此外，可做出多种修改。例如，端子可形成为具有不同的形状。

在这种情况下，在与加热杆100的端子结合的集管310中，与奇数列的加热杆100'结合的结合孔和与偶数列的加热杆100”结合的结合孔具有不同的形状，从而可从根本上防止装配错误。

总之，根据本发明的示例性实施例的PTC加热器1可通过将内置于相邻的加热杆100中的PTC元件110的中心线Ca和Cb设置为沿高度方向彼此错开以使加热杆100中的PTC元件110彼此重叠的区域最小化而降低由PWM控制产生的噪声，其中，彼此分开以形成列和行并以单层布置的多个PTC元件110被内置于所述加热杆100中。

换句话说，在本发明的示例性实施例中，安装在相邻的加热杆100中的PTC元件110不是位于相同的位置而是被设置为彼此错开，使得内置于相邻的加热杆100中的PTC元件彼此重叠的区域可被最小化，从而可使由于PTC元件110的振动而产生的噪声降低，其中，PTC元件110的振动是在为了进行高电压PTC操作而控制PWM占空比时所产生的。

这里，在本发明的示例性实施例中，为了确保PTC元件的容量以及空间形成为彼此不同，内置于奇数列的加热杆100'中的PTC元件110的数目与内置于偶数列的加热杆100”中的PTC元件110的数目形成为彼此不同，从而可均匀地保持各个部分的温度。

此外，在本发明的示例性实施例中，安装在相邻的加热杆100中的PTC元件110彼此重叠的区域被最小化，以降低热饱和，从而可提高操作效率。

根据本发明的示例性实施例的PTC加热器可通过将内置于相邻的加热杆中的PTC元件的中心线设置为沿高度方向彼此错开以使加热杆中的PTC元件彼此重叠的区域最小化而降低由PWM控制产生的噪声，其中，彼此分开以形成列和行并以单层布置的多个PTC元件被内置于所述加热杆中。

换句话说，在本发明的示例性实施例中，安装在相邻的加热杆中的PTC元件不是位于相同的位置而是被设置为彼此错开，使得内置于相邻的加热杆中的PTC元件彼此重叠的区域可被最小化，从而可使由于PTC元件的振动而产生的噪声降低，其中，PTC元件的振动是在为了进行高电压PTC操作而控制PWM占空比时所产生的。

这里，在本发明的示例性实施例中，为了确保PTC元件的容量以及空间形成为彼此不同，内置于奇数列的加热杆中的PTC元件的数目与内置于偶数列的加热杆中的PTC元件的数目形成为彼此不同，从而可均匀地保持各个部分的温度。

此外，在本发明的示例性实施例中，安装在相邻的加热杆中的PTC元件彼此重叠的区域被最小化，以降低热饱和，从而可提高操作效率。

本发明不限于上述示例性实施例，而是可以被不同地应用，并且在不脱离权利要求所要求保护的本发明的要点的情况下，本发明所属领域的技术人员可对本发明进行各种修改。

Claims

1.一种正温度系数(PTC)加热器，包括：

多个加热杆，具有内置于所述加热杆中的多个PTC元件，并具有从所述加热杆的一侧沿高度方向延伸并突出的端子，所述多个PTC元件彼此分开以形成列和行并以单层布置，并且所述端子连接到外部电源；

多个散热片，与所述加热杆沿长度方向交替地布置；以及

上壳体和下壳体，沿高度方向分别结合到所述加热杆和所述散热片的上部和下部，

其中，两个相邻的加热杆被设置为使得内置于一列加热杆中的PTC元件的中心线与内置于与所述一列加热杆相邻的另一列加热杆中的PTC元件的中心线沿高度方向彼此错开，以使PTC元件彼此重叠的区域最小化。

2.如权利要求1所述的PTC加热器，其中，至少两种加热杆彼此交替地布置。

3.如权利要求2所述的PTC加热器，其中，在所述两个相邻的加热杆中，内置于所述一列加热杆中的PTC元件的数目与内置于与所述一列加热杆相邻的所述另一列加热杆中的PTC元件的数目彼此相同。

4.如权利要求3所述的PTC加热器，其中，在所述两个相邻的加热杆中，在内置于所述一列加热杆中的PTC元件与内置于所述另一列加热杆中的PTC元件之间沿高度方向形成有间隙。

5.如权利要求2所述的PTC加热器，其中，在所述两个相邻的加热杆中，内置于所述一列加热杆中的PTC元件的数目与内置于与所述一列加热杆相邻的所述另一列加热杆中的PTC元件的数目彼此不同。

6.如权利要求2所述的PTC加热器，其中，在所述两个相邻的加热杆中，内置于所述一列加热杆中的PTC元件之间的间隙与内置于与所述一列加热杆相邻的所述另一列加热杆中的PTC元件之间的间隙彼此不同。

7.如权利要求6所述的PTC加热器，其中，在所述两个相邻的加热杆中，具有较大数目的PTC元件的加热杆的PTC元件的宽度小于具有较小数目的PTC元件的加热杆的PTC元件的宽度。

8.如权利要求2所述的PTC加热器，其中，在所述两个相邻的加热杆中，内置于所述一列加热杆中的PTC元件的容量与内置于与所述一列加热杆相邻的所述另一列加热杆中的PTC元件的容量彼此不同。

9.如权利要求8所述的PTC加热器，其中，在所述两个相邻的加热杆中，具有较大数目的PTC元件的加热杆的PTC元件的单位容量相对小于具有较小数目的PTC元件的加热杆的PTC元件的单位容量。

10.如权利要求2所述的PTC加热器，其中，所述两个相邻的加热杆包括结合到向外突出的所述端子的绝缘件，所述一列加热杆的绝缘件和与所述一列加热杆相邻的所述另一列加热杆的绝缘件具有不同的颜色。

11.如权利要求2所述的PTC加热器，其中，在所述两个相邻的加热杆中，所述一列加热杆装配到上壳体的部分的形式和与所述一列加热杆相邻的所述另一列加热杆装配到上壳体的部分的形式彼此不同。

12.如权利要求2所述的PTC加热器，其中，在所述两个相邻的加热杆中，内置于所述一列加热杆中的PTC元件的阻抗值与内置于与所述一列加热杆相邻的所述另一列加热杆中的PTC元件的阻抗值彼此不同。