CN107155226B - 电加热装置和具有加热装置的工作液罐 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的工作液罐(10)，特别是用于储存水状的尿素溶液的罐(10)的电加热装置(14)，其包括至少一个PTC元件(34，36，38，40，42，44)，该PTC元件将两个电导体(24，26，28，29)连接地设置，其特征在于：电加热装置(14)包括多个PTC元件(34，36，38，40，42，44)，这些PTC元件中的每一个将两个电导体(24，26，28，29)连接地设置，其中电导体(24，26，28，29)中的至少一个构造成平面的导体构件并且构成一个用于将在PTC元件(34，36，38，40，42，44)内产生的热量传递给电加热装置(14)的外部环境(18)的与该电加热装置(14)邻接的容积部分的热导体。

Description

电加热装置和具有加热装置的工作液罐
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的工作液罐，特别是用于储存水状的尿素溶液的罐的电加热装置，其包括至少一个PTC元件，该PTC元件将两个电导体连接地设置。
此外，本发明涉及一种具有一个这样的电加热设备的罐，特别是机动车工作液罐，优选储存用于选择催化还原的水状的尿素溶液的罐。
背景技术
由DE 10 2009 028 113 A1公知了一种这种类型的电加热装置以及一种配备该加热装置的罐。
在公开的这类的解决方案中供电导线分别电绝缘地穿过罐壁，更确切地说：罐盖，并且与PTC元件接触，该PTC元件在罐内是两个供电导线之间的唯一的导电的连接。在这类的公开文献中作为PTC材料列出具有PTC特性的塑料或一种这样的弹性材料。
公开的这种类型的加热设备用于机动车内的水状的尿素溶液的加温，特别是液化或保持流动性，以便能够利用这个尿素溶液即使在外部温度冷的情况中实施选择催化还原和这样减少废气内的氮氧化物。这在本发明的优选的应用中也是这种情况。
水状的尿素溶液在温度为-11℃时冻结，其中通过水状的尿素溶液中的添加剂可以将冻结温度降低到-40℃。然而出于保障废气内的氮氧化物的还原的原因即使在低的和最低的外部温度的情况中也需要还原剂持续地，足够量地以液态存在。
由DE 10 2013 209 957 A1公知了一种另外的电加热装置，该加热装置使用陶瓷制的PTC元件。这个公开文献说明借助一种导电的塑料将PTC元件与供电导线连接。由PTC元件和与这个PTC元件借助导电的塑料接触的供电导线构成的整个配置组件又可以由塑料包封，以便保护它免受它的外部环境中的化学或/和物理腐蚀介质的影响。
PTC元件是当它们有电流流过时能够变热并根据通过变热产生的相对外部环境的温度梯度将热量释放到这个外部环境中。其中“PTC”意味着“Positive TemperatureCoefficient”(正温度系数)，其表明：PTC元件的电阻随着温度的上升而增加。这导致PTC元件的加热功率的所期望的自我限制。由于随着温度上升PTC元件的电阻也增加，所以通过PTC元件的电流随着温度上升由于增加的电阻而减少，因而每个时间单位由PTC元件释放的热量的量随着PTC元件的温度的上升而越来越少。通过这种方式可以防止PTC元件或者需由它加温的介质过热。
此处特别引人注意的水状的尿素溶液的化学稳定性在温度高于80℃时下降，因而它的使用安全性在高温时受到严重威胁。出于这个原因，随着温度上升在加热功率方面自己调节的PTC元件特别适合于对水状的尿素溶液以及其他的工作液加热。
这种类型的电加热装置的缺点是：为了快速地给工作液罐内的相应大的容积范围加温，它需要要么一个体积大的要么一个具有大的表面积的，结构复杂的PTC元件。否则加热装置也许只能短时间地，点状地将热量引入罐内，其中这或许不能足以在冷起动后快速实现废气中所期望的还原度。
发明内容
因此本发明的目的是如下地改进这种类型的电加热装置，即它能够在尽可能短的时间内将尽可能大的热量的量传递给它的外部环境。
本发明在一个这种类型的加热装置上通过如下方式实现这个目的，即电加热装置包括多个PTC元件，这些PTC元件中的每一个将两个电导体连接地设置，其中电导体中的至少一个构造成平面的导体构件并且构成一个用于将在PTC元件内产生的热量传递给电加热装置的外部环境的与该电加热装置邻接的容积部分的热导体。
在本发明的电加热装置中通过如下方式扩大该加热装置的热传导面，即为了为PTC元件供电或为了通过这个PTC元件输送电流必须直接与该PTC元件连接的电导体用作热导体。为此至少一个电导体构造成平面的导体构件。这意味着：它沿着厚度方向的尺寸是导体构件的最小尺寸并且它沿着两个其余的既相互垂直又与厚度方向垂直的空间方向中的每一个的尺寸比厚度尺寸大得多，就是说超过5倍，优选超过10倍，特别优选超过20倍。
由于平面的电导体没有必要构造成平坦的，所以在沿着所述的空间方向的所述尺寸方面重要的是各局部的空间方向，例如当厚度方向根据在电导体上的部位是不同定向时。
这样两个由PTC元件接触的，具有比较大的表面的电导体中的至少一个可以用作用于以PTC元件为起点传递热量的热导体。电导体然后作为热导体可以将在给PTC元件通电流时产生的热量传递给电加热装置的外部环境的与该电加热装置邻接的容积部分并且这样加温在这个容积部分内含有的介质。
通过使用多个优选彼此保持间距地设置的PTC元件可以在加热装置内设置多个热源，这些热源产生的热量可以分别通过至少一个由与各PTC元件接触的电导体构成的热导体传递给外部环境。这样本身一个大面积的电导体可以在它的整个面上用作热导体。
为了进一步扩大本发明加热装置的热传导面，两个由一个PTC元件接触的电导体可以有益地构造成平面的导体构件，因而这些由一个PTC元件接触的电导体中的每一个构成一个热导体。
几个或所有的PTC元件可以由PTC陶瓷构成。同样几个或所有的PTC元件可以由PTC塑料构成，其中PTC塑料通常可以通过一种填充有相应的填充材料的热塑性塑料得以实现，该塑料例如可以通过压铸法制成几乎任意的形状轮廓。
优选多个PTC元件平行地设置在同样的两个电导体之间，因为通过这种方式可以将用于给PTC元件供电的电导体的数量保持很少和因为通过这种方式另外可以将电导体的面完全尽可能均匀地用作热传导面，这导致电导体作为热导体的非常高效的利用。平行设置的PTC元件在此可以理解为并联地电连接。它们没有必要必须，但是可以在空间上彼此平行地定向或者顺着一条直线伸展。实际上PTC元件并联地设置在其间的两个电导体可以具有无规则的形状，例如具有局部不同的宽度，因而由于电气并联地设置PTC元件绝不应该事先对它们在空间上的设置或者一个或两个电导体的形状进行规定。
作为补充或可选，多个PTC元件可以串联地设置在分别不同的电导体对之间。在此同样是指一个电的串接设置(串联)和并非必须是一个空间上的串接设置。
在PTC元件串联的情况中，虽然在各两个串联的PTC元件之间分别需要一个单独的，将这些PTC元件相互电连接的电导体，这增加了所需电导体的数量。然而因此也增加了热导体的数量，其中通过PTC元件的电的串接设置还可以对具有狭窄点和诸如此类的复杂的罐几何形状，特别是罐壁几何形状包括罐底部进行平面地加温。
因此优选：更多地通过利用少的电导体并联的PTC元件对大的统一的面积范围(Flaechenbereich)进行加热和对比较小的，构造复杂的，长度比宽度大得多的和可能具有一个一次或甚至多次弯曲的走向的面积范围通过串接的PTC元件进行加热。
通常机动车工作液罐-它们的优选的使用目的是此处说明的加热装置-本身适应车辆轿厢内的严格的安装空间规定，其中在此也出现罐壁的偏离标准形状的面的几何形状，特别是在罐底部。如果两个电导体具有不同的形状的话，然后可以通过PTC元件和通过电导体作为热导体良好地和有效地为面提供热量。这样要么直接通过PTC元件要么间接地利用通过PTC元件加温的电导体可以为罐壁的，特别是罐底部的区域内的罐容积部分(Tankvolumenabschnitt)的大部分提供热量。
电导体可以邻接地设置，其中多个PTC元件跨接两个邻接的电导体之间的空隙。然后电导体利用它们的彼此靠近的边缘区域相对聚拢地相对。这样实现了一个尽可能薄的，具有释放尽可能大的热量的面的加热装置。
作为可选或补充，电导体可以相叠地设置。多个PTC元件然后可以跨接电导体的两个彼此相对的面之间的空隙。此外，为了避免两个相叠的电导体短路，可以在彼此相对的面之间设置至少一个绝缘构件作为定距器。这主要是在如下的情况中是有益的：两个电导体在一个比设置它们之间的PTC元件大得多的面上延伸，因而由于一个或两个导体的变形具有导体直接触碰接触的担忧。
电导体可以构造成厚度为从几个微米，例如8μm和更多，到几个毫米的厚度的金属箔或者一般导电的薄膜，因而也可以考虑由金属板材制作，例如剪裁或冲裁一个或多个电导体。
此外，可以考虑由导电的塑料制造导电体，例如通过具有热塑性塑料母体的热塑性复合材料，导电微粒置入所述塑料母体内。微粒可以具有任意合适的形状，诸如球形或纤维形状，或者无规则的微粒形状，如它们例如在由导电材料构成的喷雾固化时产生的那样。也可以考虑将导电金属的锉屑作为微粒置入一种可导电的塑料内。
在PTC元件与一个配属给它的电导体接触的情况中触点接触(Kontaktberuehrung)足够。因此可以考虑：至少一个PTC元件通过利用导电的粘合剂的粘接或/和通过钎焊，特别是硬焊或/和通过使用单独的连接件，诸如铆钉或/和螺栓，特别是由塑料构成的连接件与电导体连接。粘合连接或钎焊连接相对利用附加的连接件的其余连接具有很高的强度，其中同时防止了异物可能进入PTC元件与电导体之间的触点间隙内和这样降低触点质量。
在连接件，诸如铆钉或螺栓的情况中，如果这些连接件本身是不导电的话，这是优选的。
为了保护免受化学或物理腐蚀，例如由于需加温的介质，电加热装置可以在至少一侧上利用薄膜覆盖或者喷上塑料。也可以将它置入，特别是焊入两层薄膜之间，这些薄膜将电加热装置在两侧覆盖和环绕地完全包围。
它可以在一侧收纳在一个基材上，其中朝向基材的侧面在加热装置仅仅在一侧上利用薄膜覆盖时是加热装置的或电导体的反向于薄膜的侧面。
为了避免加热装置在运行中的非预期的变形，例如由于行驶中的车辆的运行固有的振动，优选基材是刚性的基材。这尤其是在电导体不是固有稳定的情况中适用，例如因为它们构造成金属箔。如果电导体由于它们的形状或厚度是固有稳定的话，基材然后可以是非形状稳定的或者甚至完全省略。
原则上至少一个与目前探讨的加热装置的一个PTC元件连接的电导体非必要地必须还用于为PTC元件供电，然而出于构件数量尽可能少的原因这是有益的。
文首述及的目的还通过具有一个如上所述和发展的电加热设备的罐得以实现，特别是机动车工作液罐，优选用于储存水状的尿素溶液的罐。
为了尽可能好地将热量传递到收纳在罐内的，需加温的介质中，电加热设备如下地设置在罐内腔中，即加热设备的热传导面与罐内壁表面保持间距。
为了-即使可能仅仅较小程度地-还将与加热设备的主要热传导面相反的面用于传递热，优选电加热设备在构成其自身与罐内壁表面之间的缝隙空间的情况下设置。优选收纳在罐内和应该加温的介质能够流过缝隙空间。
附图说明
下面借助附图进一步详细地说明本发明。其中示出：
图1为本发明的机动车工作液罐的下壳的粗略示意的纵剖面图，包括收纳在其内的本发明电加热装置的第一实施方式和
图2为本发明电加热装置的第二实施方式的粗略示意的横截面图。
具体实施方式
在唯一的图1中是一般标注为10的本发明的机动车工作液罐。在与底部平行的截面中示出罐10的纵剖面。在完成设置在机动车内的，运行准备就绪的状态中重力作用方向g垂直于截面和垂直于图1的绘图平面伸展。截面穿过罐10的下壳。由此图1的观察者向着罐底部12的方向观看，本发明的一个一般标注为14的电加热装置设置在该罐底部上，即向着图1的观察者的方向。
在图1中画阴影线示出由截面剖开的侧壁16，该侧壁基本上垂直于图1的绘图平面延伸。
明确指出：图1仅仅示出本发明的机动车工作液罐10的和收纳在其内的加热装置14的粗略示意图。
在罐10的内部18中储存有一种工作液以便有针对性地从中取出。其中优选考虑作为机动车废气的选择催化还原中的还原剂的水状的尿素溶液。储存在罐内部18内的工作液可以借助一个输送泵-在必要时为了计量得到一个阀门辅助地-通过罐的底部12内的一个取出口20取出并且例如输送给排气系中的一个喷嘴。
为了防止工作液在罐内部18内冻结或者为了将这个工作液保持液态，在其内设置有加热装置14。
加热装置14具有一个基材22，该基材与罐底部12保持间距地大致平行于这个罐底部设置。在目前的情况中，基材22由一个平坦的，形状稳定的塑料板构成，该塑料板的主延伸平面平行于图1的绘图平面伸展。为了保障工作液从罐内部18中穿过取出口20畅通无阻地流动，基材22在取出口20之上具有一个开口。
在基本上平坦的基材22上，在从罐底部12起远指的侧面上设置有电导体24、26、28和29。电导体的数量可以多于或少于所述四个导体。电导体24、26、28和29在图1示出的实施方式中邻接地设置。它们在同一个主延伸面中延伸。
为了在罐10的外侧面上与供电接触，电导体24和26的端部作为触点30和32穿过罐壁16。
由此电导体24和26构成电加热设备14的主要能源供应，因为这些导体可以直接通过它们的触点30和32与电源连接。在所示出的实例中，在电导体24和26之间设置有三个-然而也可以更多或更少-PTC(正温度系数)元件34、36和38，这些PTC元件并联地设置在电导体24和26之间。
为了作为热导体将在电流流入PTC元件34、36和38中时产生的热量引入加热设备14的面内和从那里大面积地传递给罐内腔18和其内含有的还原介质，电导体24和26构造成平面的构成物。
其他的PTC元件40、42和44总体上与前述的PTC元件34、36和38并联连接，然而相互之间串联地电连接，其中在PTC元件40和42之间设置有电导体29和在PTC元件42和44之间设置有电导体28。两个电导体28和29再次构造成平面的导体，就是说，它们的材料厚度比它们沿着长度方向(Laengenrichtung)或/和宽度方向(Breitenrichtung)的尺寸小得多，其中电导体的出现的最大宽度在所示出的实施方式中至少比该电导体的厚度大30倍。平坦的电导体24、26、28和29的厚度方向垂直于图1的绘图平面伸展。电导体24、26、28和29的厚度基本上在空间上是恒定不变的。PTC元件34、36、38、40、42和44优选通过一种导电的粘合剂与它们的分别接触的导电体粘着地连接。
加热装置14的PTC元件可以是相同的，然而这并非必须如此。特别是相互串联地电连接的PTC元件可以与相互并联连接的PTC元件区别开。然而相互并联连接的PTC元件也不必是相同的。
在图1示出的加热装置14中，在给触点30和32通电流的情况中PTC元件34、36、38、40、42和44构成加热装置14的点状最热的部位，其中其内产生的热量通过平面的电导体24、26、28和29导出并且尽可能大面积地释放到收纳在罐内部18内的工作液中。
加热装置14可以向着观察者利用薄膜覆盖或者喷上塑料，使得电导体和PTC元件不会受到工作液的化学腐蚀。
在图2中粗略示意地示出加热装置114的本发明的第二实施方式的横截面。与在第一实施方式中相同的和功能相同的构件和构件部段标注相同的附图标记，然而提高数字100。下面对第二实施方式仅仅就它与图1的第一实施方式的不同之处进行阐述，为了阐述图2中示出的第二实施方式同样明确地参照对该实施方式的说明。
在图2的第二实施方式中，电导体124和126不是如在第一实施方式中那样邻接地，而是相叠地设置，因而电导体124和126在彼此优选平行的，然而相互间隔开的主延伸面内延伸。
电导体124和126通过一个PTC元件134相互连接，该PTC元件的延伸面比电导体124和126的延伸面小得多。出于这个原因为了避免电导体124和126的非预期的短路，由绝缘材料，例如由电绝缘的塑料构成的定距器150和152设置在电导体124和126之间的定距间隙153的那些位置上，这些位置如此远地在侧面离开PTC元件134，即通过电导体124和126相互聚拢的变形不必担心或原则上可排除短路。优选定距器150和152构造有与PTC元件134相同的厚度。
由具有设置在其间的构件PTC元件134和定距器150和152的电导体124和126构成的组件收纳在两层塑料薄膜154和156之间，这些塑料薄膜保护组件免受环境影响，例如免受来自将加热装置114包围的水状的尿素溶液的化学腐蚀。
相叠地设置的电导体124和126可以与邻接设置的各个其他的电导体邻接或者可以与一个另外的组件邻接，该组件由相叠地排列的，具有设置在其间的邻接设置的PTC元件的电导体构成。

Claims (14)

1.用于机动车的工作液罐(10)的电加热装置(14；114)，其包括至少一个PTC元件(34，36，38，40，42，44；134)，该PTC元件将两个电导体(24，26，28，29；124，126)连接地设置，其中，电加热装置(14；114)包括多个PTC元件(34，36，38，40，42，44；134)，这些PTC元件中的每一个将两个电导体(24，26，28，29；124，126)连接地设置，其中电导体(24，26，28，29；124，126)中的至少一个构造成平面的导体构件并且构成用于将在PTC元件(34，36，38，40，42，44；134)内产生的热量传递给电加热装置(14；114)的外部环境(18)的与该电加热装置(14；114)邻接的容积部分的热导体，
其中电加热装置(14；114)在至少一侧上利用薄膜覆盖或者喷上塑料，
其中多个PTC元件(34，36，38；134)并联连接在相同的两个电导体(24，26；124，126)之间，
其中电加热装置(14；114)包括具有第一面积范围和第二面积范围的热传导面，且
其中所述第一面积范围通过并联连接在相同的两个电导体(24，26；124，126)之间的PTC元件(34，36，38；134)来加热，
其特征在于，多个PTC元件(40，42，44)串联地连接在分别不同的电导体对(24，26，28，29)之间，且
所述第二面积范围通过串联连接在分别不同的电导体对(24，26，28，29)之间的PTC元件(40，42，44)来加热，且
所述第一面积范围大于所述第二面积范围。
2.根据权利要求1所述的电加热装置(14；114)，其特征在于：两个与PTC元件(34，36，38，40，42，44；134)接触的电导体(24，26，28，29；124，126)构造成平面的导体构件并且构成各一个热导体。
3.根据权利要求1所述的电加热装置(14；114)，其特征在于：PTC元件(34，36，38，40，42，44；134)由PTC陶瓷或/和由PTC塑料构成。
4.根据权利要求1所述的电加热装置(14；114)，其特征在于：两个电导体(24，26，28，29；124，126)具有不同的形状。
5.根据权利要求1所述的电加热装置(14；114)，其特征在于：PTC元件(34，36，38，40，42，44；134)比由它们连接的电导体(24，26，28，29；124，126)厚。
6.根据权利要求1所述的电加热装置(14；114)，其特征在于：至少一个PTC元件(34，36，38，40，42，44；134)通过利用导电的粘合剂的粘接或/和通过钎焊或/和通过使用单独的连接件与电导体(24，26，28，29；124，126)连接。
7.根据权利要求6所述的电加热装置(14；114)，其特征在于：连接件是由塑料构成的连接件。
8.根据权利要求6所述的电加热装置(14；114)，其特征在于：所述连接件是铆钉或/和螺栓。
9.根据权利要求1至7中任意一项所述的电加热装置(14；114)，其特征在于：它在两侧利用薄膜覆盖或者喷上塑料或/和它利用一侧收纳在基材(22)上。
10.根据权利要求1所述的电加热装置(14；114)，其特征在于：它在两侧利用薄膜覆盖或者喷上塑料，或/和它利用一侧收纳在基材(22)上。
11.根据权利要求10所述的电加热装置(14；114)，其特征在于：基材(22)是刚性的基材(22)。
12.罐(10)，其包括根据权利要求1至9中任意一项所述的电加热装置，其特征在于：电加热装置(14；114)如下地设置在罐内腔(18)内，即加热装置(14；114)的所述热传导面与罐内壁表面保持间距。
13.根据权利要求12所述的罐(10)，其特征在于：电加热装置(14；114)在构成其自身与罐内壁表面之间的缝隙空间的情况下设置在罐内腔(18)中。
14.根据权利要求12或13中任意一项所述的罐(10)，其特征在于：罐(10)是用于储存水状尿素溶液的罐(10)。
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