CN111263475A - 电加热装置 - Google Patents

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库尔特·瓦尔茨
迈克尔·尼德雷尔
阿哈默德·阿萨菲
帕特里克·卡彻尔霍夫
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Eberspaecher Catem GmbH and Co KG
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Abstract

一种电加热装置，所述电加热装置特别地用于机动车辆，所述电加热装置具有用于壳体(2)的进入口(16)和排出口(18)，所述进入口(16)和排出口(18)形成为用于待被加热的介质，所述壳体包围层状结构(8)，所述层状结构包括至少一个PTC元件(30)，所述PTC元件导电地连接至传导元件(34；36)，所述传导元件通向具有不同极性的连接件，并且所述层状结构包括在两侧与所述PTC元件(30)导热地连接的散热元件(12)。在所述壳体中，为了改善热耗散，散热元件(12)包括面板元件(80)，所述面板元件设置有穿孔且由导热材料制成。

Description

电加热装置
技术领域
本发明涉及一种电加热装置，所述电加热装置具有用于壳体的进入口和排出口，所述进入口和排出口形成为用于待被加热的介质，所述壳体包围层状结构，所述层状结构包括至少一个PTC元件，所述PTC元件导电地连接至传导元件，所述传导元件通向具有不同极性的连接件，并且所述层状结构包括在两侧与PTC元件导热地连接的散热元件。
背景技术
例如，从本申请人的EP2607121A1中已知这种电加热装置。从EP2299201A1或EP2242327A1中已知另外的通用的、特别是用于机动车辆的电加热装置。
在这些先前已知的电加热装置中，散热元件作为肋部在层状结构的发热层之间延伸，所述肋部由在平面中一个接一个定位的PTC元件和为所述PTC元件提供电流源的导体轨道形成。散热元件包括曲折的弯曲的片状金属条，所述片状金属条直接抵接发热层或利用绝热层作为中间层抵接所述发热层(参考EP2873296A2)。
有效的热耗散对于上述类型的电加热装置的效率来说很重要。因此，专家旨在使发热层与通常位于发热层的两侧的散热元件之间的热阻保持较低。
仍存在改善空间。
发明内容
在这方面，本发明建议由设置有穿孔的导热材料或热传导材料的面板元件构造散热元件。面板元件通常在其整个范围内都具有穿孔。面板元件可以包括导热纤维并且构造成由导热纤维针织的或编织的织物，特是机织的织物。面板元件优选地构造成由线构成的网或网格。所述线优选地为金属线。像简单的织物一样，线网优选使用交替的“经线和纬线”。
然而，也可以将冲压片材用作面板元件，例如网形的金属片材或穿孔片材。穿孔片材是具有在所述片材中冲压的大量孔的片状金属。所述片材通常是金属片材。在使用穿孔片材的情况下，优选将冲压孔的边缘弯曲到穿孔片材的平面外，以形成从所述片材的实际平面突出的突起，当散热元件在所述实际平面上方穿过时，待被加热的介质在所述实际平面上打旋，从而改善了传热元件与待被加热的介质之间的传热。
形成用于待被加热的介质的进入口和排出口的壳体优选地由塑料制成。所述壳体包围所述层状结构并形成所述进入口和所述排出口，所述进入口和所述排出口优选地布置在平行的平面中。所述壳体优选地为一种框架状壳体，该框架状壳体使整个层状结构在所述框架状壳体内保持自由，使得所述待被加热的介质可以在所述层状结构上方穿过。在这种优选的另外的实施例中，壳体优选地紧密围绕所述层状结构，使得待加热且穿过所述框架状壳体的介质必须与所述层状结构交叠，因此不可避免地被加热。
进入口和排出口相对于层状结构的定向优选地使得待被加热的介质在与所述层状结构的多个层基本上呈直角的一个方向上穿过所述层状结构。
所述传导元件可以直接形成用于所述传导元件的电连接的连接件。因此，所述传导元件可以由冲压的片状金属制成。所述传导元件可以具有用于对应的传导元件的电连接的接触凸耳，或者以单件的形式形成所述接触凸耳。
散热元件可以直接接触PTC元件，或者利用所述传导元件作为中间层来接触所述PTC元件。也可以通过绝热层作为中间层来施加散热元件，从而间接地抵靠所述传导元件。
所述散热元件只能由设置有穿孔的面板元件形成。
优选的是板状承载件，该板状承载件设置在散热元件与PTC元件之间，并且散热元件以热传导或导热的方式靠在所述板状承载件上抵接所述PTC元件。这样的板状承载件基本上具有发热层的基部区域。这种发热层只能由一个PTC元件和/或几个PTC元件以及为此目的设置的导电元件形成，几个PTC元件一个接一个地布置在相应的层水平面中。所述发热层也可以包括由电隔离材料制成的定位框架，所述定位框架容纳PTC元件并对PTC元件进行定位。
前述的板状承载件可以例如通过焊接、压接或粘结，与作为预组装单元的散热元件一起形成，使得所述板状承载件与散热元件一起可以被加工为电加热装置的组件中的中间产品。所述传导元件还可以设置在板状承载件与PTC元件之间。因此，所述传导元件沿热耗散方向位于散热元件与PTC元件之间。在这种情况下，PTC元件通过散热主侧表面直接或间接地与散热元件接触。在直接接触系统中，所述传导元件通常不覆盖PTC元件的主侧表面，或者最多仅稍微覆盖PTC元件的主侧表面。代替绝热层，也可以将散热元件施加为抵靠在非电绝缘片材上并与非电绝缘片材连接。该片材形成与PTC元件直接接触的接触表面或与施加到PTC元件的传导元件直接接触的接触表面。
根据本发明的优选的另外的构造，散热元件也形成以导电方式接触PTC元件的传导元件。在这种情况下，将散热元件的特定弯曲节段构造为形成的加热肋部，所述加热肋部可以最好地将热从PTC元件传递和耗散到待被加热的介质，而穿孔的平面结构的其他节段与PTC元件导电地连接以对PTC元件通电。
根据本发明的优选的另外的构造，所述散热元件中的每个散热元件由穿孔的面板元件的至少一个轨道形成。穿孔的面板元件为此优选为弯曲的，从而由面板元件通过塑性变形形成各种功能元件。在本发明的下面的详细描述中给出了细节。
附图说明
结合附图对实施例的以下描述得出另外的细节和优点。在附图中：
图1示出了所述电加热装置的实施例的立体侧视图；
图2示出了下壳体部分的侧视图，并且在所述下壳体部分中安装有图1中示出的实施例的加热块；
图3示出了发热元件的实施例的主要部件的呈分解视图形式的立体侧视图；
图4示出了散热元件的实施例的第一变型的立体侧视图；
图5示出了散热元件的实施例的第二变型的立体侧视图；
图6示出了散热元件的实施例的第三变型的立体侧视图；
图7示出了散热元件的实施例的第四变型的立体侧视图；
图8示出了图7中的细节VIII的放大立体侧视图；
图9示出了散热元件的实施例的第五变型的立体侧视图；
图10示出了散热元件的实施例的第六变型的立体侧视图；
图11示出了散热元件的实施例的第七变型的立体侧视图；以及
图12示出了设置有穿孔的面板元件的实施例的立体俯视图。
具体实施方式
图1示出了电加热装置的实施例的立体侧视图，所述电加热装置具有包括下壳体部分4和上壳体部分6的框架状壳体2。两个壳体部分4、6彼此牢固地连接，并容纳呈层状结构的加热块8，所述加热块8包括彼此平行布置的几个发热元件10和散热元件12。
散热元件12包括最初平坦且弯曲的线网14，所述线网14的精密结构将在下面的变型中详细解释。
由塑料制成的壳体2包括两个相对的框架开口，图1仅示出了由上壳体部分6形成的两个相对的框架开口中的框架开口16，所述框架开口为待被加热的介质提供了进入口和/或排出口。在此，待被加热的介质是空气。所述实施例是空气加热器。
图2示出了加热块8及其特别地在下壳体部分4中的容纳件(的细节并以俯视图示出了下壳体部分4，并且上壳体部分被移除。仅在下壳体部分4的对应的端部处未完全示出散热元件12。因此，图2中的图示也提供了由下壳体部分4形成的框架开口18的视图。
如图3中示出的，几个PTC元件30在预定位置处被容纳在由绝热材料(在此为塑料)制成的定位框架28中，并由此被定位。当前，对于每个单独的PTC元件30，容纳件32被凹入定位框架28中，所述定位框架28全面地保持所述PTC元件30并且因此固定所述PTC元件30。在并排布置在一个平面中的对应的PTC元件30的两侧上存在片状金属条34、36，所述片状金属条34、36形成用于向PTC加热元件30通电的导电轨道，并且由PTC加热元件生成的热通过所述片状金属条34、36以热传导的方式传导到散热元件12。这些散热元件12直接位于金属条34、36上。
在EP2025541A1中描述了所述实施例的另外的细节。
对根据本发明的散热元件12的各种构造的以下描述是基于上文论述的电加热装置的基本结构的。所述描述涉及片状金属条34，在此论述的实施例中，散热元件12抵靠所述片状金属条34。如可以从总体描述看出，也可以在散热元件与接触板之间设置在此未示出的绝热层。
在下文论述的图中，片状金属条或，如果缺少片状金属条，则PTC元件在纵向方向上被示出为具有直边。纵向方向对应于层状结构的每个单独层的主延伸方向。纵向方向横向于待加热的流体的流动方向延伸，所述待加热的流体的流动方向由箭头F指示。流动方向F穿过进入口16和排出口18，从而以直角的方式穿过壳体2。
图4示出了根据现有技术通常已知的散热元件13的构造。散热元件12具有主侧表面40，所述主侧表面40平行于待加热的流体流F并且基本上横向于层状结构的层延伸，并且因此起到加热肋部41的作用。主侧表面40通过腹板42彼此连接，所述腹板42也在流体流F的延伸方向上延伸，但是基本上平行于层状结构的层并且相应地平行于PTC元件的主侧表面，所述主侧表面由附图标记44标识并平行于对应的片状金属条34的上侧和下侧延伸。在腹板42与主侧表面40之间设置弯曲的过渡部。腹板42在两个平行的平面中延伸，所述平面是层状结构的平面，其中在当前情况下，下平面E1与片状金属条34的表面平面重合，另一平面E2与所述金属条34的表面平面相距一距离，所述距离对应于加热肋部41的横向延伸部。腹板42在相对于待被加热的介质的通过方向F呈横向的方向上并排地布置。
待加热的流体可以以本身已知的方式穿过具有线织物的曲折的弯曲腹板，即，穿过主侧表面40以进行排热。由于线织物的不均匀表面，这也导致了气流的湍流，从而气流的湍流导致从散热元件12到待加热的空气的传热的改善。
同样在图5中示出的实施例中，在腹板46上方的曲折的弯曲轨道的主侧表面40被布置在与PTC元件的散热主侧表面44平行的两个分离的平面E1、E2中。然而，这些腹板46在待被加热的介质的穿过方向F上一个接一个地布置。原则上，这样的构造也可以利用根据图4的曲折的弯曲轨道的特定构造(参见流动方向F2)。特别是由于以下事实，即在每种情况下待加热的流体流F必须穿过主侧表面44并因此在每种情况下流体流F在穿过主侧表面40时打旋，因此可以通过湍流实现改善的热耗散。无论弯曲的轨道是否以如在图5中示出的严格的矩形方式弯曲，其中腹板46从主侧表面40以直角的方式分支，或者无论在主侧表面40与腹板42之间是否选择原则上如图4中示出的圆角过渡，都可以实现这种效果。
在图6中示出的实施例中，散热元件也由曲折的弯曲片材形成，使得几个主侧表面48通过几个腹板50连接。但是，这些腹板50位于两个分离的平面E3、E4处，所述平面E3、E4平行于壳体2的进入口16和排出口18延伸。因此，待被加热的介质的流体流F穿过腹板56并且基本上平行于主侧表面48穿过。此处，散热元件12的不均匀的光滑表面也导致表面处的湍流并因此改善了热耗散。这特别是根据图6的具体构造得出的，其中待加热的流体进入散热元件12并打旋时，所述待加热的流体必须穿过几个腹板50。这种湍流也导致那些空气层的扰动，所述空气层位于主侧表面48之间而不必穿过腹板50。
图7示出了本发明的散热元件的另一实施例，所述散热元件是通过弯曲具有穿孔的面板元件而形成的。然而，所述面板元件目前没有曲折的弯曲。而是，所述结构具有两个主侧表面52，所述两个主侧表面相对于待加热的流体的穿过方向F基本上呈直角的方式延伸，并且所述两个主侧表面通过平行于所述层结构的多个层延伸的一个单个腹板54彼此连接。腹板54位于与PTC元件30相反的一侧。这导致在图7中用附图标记56标识的散热肋部。与腹板54相反，肋部56可以是敞开的。主侧表面52平行于壳体2的进入口16和排出口18延伸。另一方面，腹板54平行于穿过方向F延伸。在与腹板54相对的一侧，肋部56具有平行于腹板54延伸的两个紧固节段58，所述两个紧固节段58通过弯曲所述面板元件/线网而形成，并可以胶合到片状金属条34上以确保良好的传热，参见图8中的放大细节。
图9示出了几个肋部56在待加热的流体的穿过方向F上一个接一个地设置，所述肋部中的每个肋部形成为如图7和图8描绘的肋部56并且固定至片状金属条34。通过将肋部56安装在片状金属条34上，可以将肋部56与片状金属条一起作为预组装单元加工。肋部56可以被焊接或胶合至片状金属条34。
散热元件12与参照上文图7和图9描述的相关的片状金属条34之间的安装的类型也适用于其它实施例。也可以设置另外的片状金属条，该片状金属条仅用于接触和/或预组装所述弯曲的面板元件，并且可以直接抵接所述片状金属条34或36、或者利用中间绝热层抵接所述片状金属条34或36。
图10示出了替代实施例，其中散热元件包括几个中空筒60。这些中空筒是通过弯曲所述面板元件而形成的，并形成腔62，所述腔以相对于所述层结构34的多个层呈直角的方式延伸。因此，中空筒60竖立在关联的片状金属条上。图10示出了矩形的中空筒60。不言而喻，图示的基本形式仅是示例性的。中空筒60可以具有任何基部表面，因此也可以是椭圆形弯曲的、圆形弯曲的或多边形弯曲的。几个中空筒60在所述层结构的一个平面中以相对于待加热的流体的穿过方向F呈直角的方式紧邻彼此设置。
图11示出了根据图5的实施例的变型。图11仅图示了具有两个主侧表面44的仅一个单个肋部70，所述两个主侧表面仅通过一个腹板46连接。如图5中示出的，几个加热肋部当然可以在待加热的流体的穿过方向F上一个接一个地设置。紧固节段72通过在肋部70的主延伸方向上弯曲而形成。这些紧固节段72直接连接至PTC元件30的主侧表面74。在这种实施例中，在直接通过散热元件12时发生通电。为此，这种元件可以具有通过冲压所述面板元件形成的连接凸耳，连接凸耳用于引入电流。在线网的情况下，所述连接凸耳也可以由片状金属材料冲压而成，并通过焊接连接到所述线网。
因为在散热元件12上方通过的空气在散热元件12的非光滑表面上打旋，从而导致改善的传热，所以上文论述的实施例中的每个都提供了改善的热耗散。
图12示出了线网形式的面板元件80的示例，先前论述的散热元件12的构造可以从线网形式弯曲得到。
附图标记列表
2 壳体
4 下壳体部分
6 上壳体部分
8 加热块
10 发热元件
12 散热元件
14 接触凸耳
15 狭槽
16 框架开口/进入口
18 框架开口/排出口
28 定位框架
30 PTC元件
32 用于PTC加热元件的容纳件
34 片状金属条
36 片状金属条
40 散热元件的主侧表面
41 加热肋部
42 腹板
44 PTC元件的主侧表面
46 腹板
48 散热元件的主侧表面
50 腹板
52 散热元件的主侧表面
54 腹板
56 肋部
58 紧固节段
60 中空筒
62 腔
70 肋部
72 紧固节段
74 PTC元件的主侧表面
80 面板元件/线网
E1 第一平面
E2 第二平面
E3 第三平面
E4 第二平面
F 待加热的流体的穿过方向

Claims (14)

1.一种电加热装置，所述电加热装置特别地用于机动车辆，所述电加热装置具有用于壳体(2)的进入口(16)和排出口(18)，所述进入口和排出口形成为用于待被加热的介质，所述壳体包围层状结构(8)，所述层状结构包括至少一个PTC元件(30)，所述至少一个PTC元件电连接至具有不同极性的连接件，并且层状结构(8)包括散热元件(12)，散热元件在两侧与所述至少一个PTC元件(30)导热地连接，
其特征在于：
所述散热元件(12)包括面板元件(80)，所述面板元件(80)设置有穿孔，呈网线或金属网或穿孔片材的形式，并且由导热材料制成。
2.根据权利要求1所述的电加热装置，其特征在于，所述散热元件(12)由设置有穿孔的所述面板元件(80)形成。
3.根据权利要求1或2所述的电加热装置，其特征在于，所述散热元件(12)用板状承载件(34)作为中间层以导热的方式抵接所述PTC元件(30)。
4.根据前述权利要求中的一项所述的电加热装置，其特征在于，所述面板元件形成所述散热元件(12)和导电地抵接所述PTC元件(30)的传导元件。
5.根据前述权利要求中的一项所述的电加热装置，其特征在于，所述壳体(2)是框架状的并且在相对侧上形成进入口(16)和排出口(18)，所述层状结构(8)暴露在所述进入口和排出口之间。
6.根据前述权利要求中的一项所述的电加热装置，其特征在于，每个所述散热元件(12)由导热材料的穿孔的面板元件(80)的被曲折地弯曲的至少一个轨道形成。
7.根据权利要求6所述的电加热装置，其特征在于，被曲折地弯曲的轨道的主侧表面(40)经由腹板(42、46)彼此连接，所述腹板布置在与PTC元件的散热主侧表面平行设置的两个平面(E1；E2)中。
8.根据权利要求7所述的电加热装置，其特征在于，所述腹板(42)在相对于待被加热的介质的穿过方向(F)呈横向的方向上并排地布置。
9.根据权利要求7所述的电加热装置，其特征在于，所述腹板(46)在待被加热的介质的穿过方向(F)上一个接一个地布置。
10.根据权利要求6所述的电加热装置，其特征在于，所述曲折地弯曲的轨道的主侧表面经由腹板(50)彼此连接，所述腹板布置在与所述进入口(16)或排出口(18)平行设置的两个平面(E3；E4)中。
11.根据权利要求1至5中的一项所述的电加热装置，其特征在于，每个所述散热元件(12)包括导热材料的穿孔的面板元件的弯曲成散热肋部(56)的至少一个路径，所述散热肋部(56)包括腹板(54)和至少两个主侧表面(52)，所述至少两个主侧表面(52)分别大致平行于所述进入口和排出口延伸，所述腹板(54)在与所述PTC元件(30)相反的一侧上连接所述至少两个主侧表面。
12.根据权利要求11所述的电加热装置，其特征在于，多个肋部(56)在待被加热的介质的穿过方向(F)上一个接一个地布置。
13.根据权利要求1至5中的一项所述的电加热装置，其特征在于，每个所述散热元件(12)包括导热材料的穿孔的面板元件(80)的多个轨道，所述多个轨道中的每个轨道弯曲成散热的中空筒(60)，所述中空筒的腔(62)以相对于层状结构的多个层呈直角的方式延伸。
14.根据前述权利要求中的一项所述的电加热装置，其特征在于，所述传导元件由所述散热元件的至少一个弯曲节段形成，所述至少一个弯曲节段至少部分地抵靠所述PTC元件。
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