CN111586901B - 电加热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种特别用于机动车辆的电加热装置,电加热装置具有壳体(2)和电绝缘的PTC元件(26),壳体围绕循环室(6)并具有与循环室(6)连通的用于待加热介质的入口和出口,该PTC元件(26)伸入循环室(6)中并与导体元件(22、24)导电连接,导体元件(22、24)引向不同极性的连接件(20),壳体(2)形成连接室(34),连接到PTC元件(26)的连接件(20)被电连接在连接室(34)中,连接室(34)和循环室(6)彼此分离并彼此密封,循环室(6)具有扁平管(8),扁平管(8)弯曲成U形以实现良好散热,扁平管(8)的相对腿部(12)分别包含至少一个PCT元件(26),暴露在循环室(6)中的至少一个散热元件(30、32)抵靠在扁平管(8)上。

Description

电加热装置
技术领域
本发明涉及一种包括根据权利要求1的一般特征的电加热装置。
背景技术
例如从EP1872986A1中已知这种电加热装置。在这种现有技术的情况下,将包括至少一个PTC元件和在两侧上由外部绝缘体围绕的接触元件的PTC加热元件插入由金属形成的散热器中并暴露在循环室内。PTC加热元件通过楔形元件固定在由散热器形成的袋部内,使得由PTC元件和两个接触板以及外部绝缘层组成的热生成单元的各层在预应力下相互抵靠,并且热生成单元和散热器的内表面之间的良好的热传递被确保。
在PTC元件的情况下,热生成单元的效率在很大程度上取决于该热生成单元产生的热的良好散热。
由EP3101364A1已知相同种类的电加热装置。在该电加热装置中,在由PTC加热元件的壳体形成的框架内暴露在外部覆盖PTC加热元件的绝缘层。由热生成单元产生的热经由绝缘层的表面直接离开以到达待加热介质。
在EP3334242A1中提出了进一步的发展,EP3334242A1公开了一种PTC加热元件,该PTC加热元件通过在分隔壁中的插塞连接而保持流体密封,该分隔壁将循环室分开,待加热介质从连接室流过循环室,连接室容纳PTC加热元件的电连接件。
上面讨论的解决方案显示了专家们在提供具有良好效率的电加热装置方面的努力。但是,仍有改进的空间。
发明内容
本发明旨在提供一种以改进的方式满足上述要求的电加热装置。
本发明提出一种电加热装置,该电加热装置包括根据权利要求1的特征作为解决方案。
该电加热装置具有被壳体包围的循环室。壳体可以由金属或塑料制成。循环室配备有用于待加热介质的入口和出口。这些开口通常由用于软管或管子的连接件形成。在任何情况下,壳体的外侧上的开口通常设计成使得将用于待加热液体介质的软管可以连接到入口和出口。电加热装置以本身已知的方式具有PTC元件。可以理解,通常提供多个PTC元件作为电加热装置的一部分,以实现1000瓦或更高的极大的热输出。PTC元件与循环室电隔离。因此,待加热介质不与流到PTC元件的电力电流接触。根据本发明的电加热装置特别适合于高压操作,尤其适合于电动机动车辆中的操作。壳体还形成连接室,在该连接室中可以建立到PTC元件的连接,以用于以不同的极性为PTC元件通电。连接室和循环室彼此分开并且彼此密封。这可以以本身已知的方式进行,例如借助于上面已经提到的并且从上面讨论的现有技术中已知的分隔壁。连接室和循环室之间的流体密封隔离很重要。通常,只有通常成凸形接触舌的形式的连接件暴露在连接室中。该连接件可以通过接触板形成一个部件,该接触板在相反侧上靠在PTC元件上以作为导电路径并对PTC元件通电。但是,接触舌或连接件也可以由与接触板导电连接的单独的元件形成。
根据本发明,在循环室中设置有U形扁平管,该扁平管的相对的腿部分别设有至少一个PTC元件。扁平管容纳这些PTC元件,并密封这些PTC元件以及引向这些PTC元件的导体元件,以使循环室内的流体不会到达PTC元件和导体元件。
在根据本发明的电加热装置的情况下,暴露在循环室内的至少一个散热元件放置在扁平管上。散热元件通常规律地形成至少一个的多个肋部,这些肋部暴露在循环室中并被待加热流体包围。与扁平管的外圆周面积相比,该散热元件导致表面积显著增加,该扁平管也规律地暴露在循环室中。
根据本发明的设计确保PTC元件和相邻的导电元件通过弯曲的U形扁平管可靠地密封循环室并且被容纳在循环室中。扁平管外侧的散热元件可改善PTC元件产生的热的排放。扁平管优选地是具有大体上矩形横截面的管,该管通常具有主侧面,该主侧面隔着绝缘体抵靠在PTC元件的主侧面上。主侧面是彼此面对并且形成PTC元件的最大表面的那些表面,例如PTC元件的表面。PTC元件的两个主侧面通过相当小的端部表面相互连接。较小的端面应在外侧凸出弯曲,优选地具有半圆形的横截面。在圆形或椭圆形PTC元件的情况下,这些端面由圆周表面形成。然而,通常PTC元件是长方体,因此PTC元件具有四个端面。
尽管也可以使用陶瓷管或塑料管,但是金属管通常用作U形弯曲管。在金属管的情况下,在管的内圆周表面与PTC元件或分配给PTC元件的导体元件之间存在绝缘层。绝缘层例如由陶瓷板,如氧化铝板,形成。这在由PTC元件和两个导体元件组成的热生成单元或装置的各层与U形管的内圆周表面之间形成直接的电接触。
U形弯曲管通常具有两个平行的腿部以及连接两个腿部的基部,每个腿部规律地配备至少一个PTC元件。该基部靠近或优选接触循环室的底部。
基部可以是弯曲的。通过基部抵靠在循环室的底部上的弹性变形,基部可以施加弹性预应力,该弹性预应力将U形管密封在分隔壁的区域中,或将U形管压入或保持在密封状态中。例如,预应力可以压缩弹性密封元件,以在扁平管的外圆周表面和/或端部区域中的端面之间实现良好的密封。
可以将一个或多个散热元件焊接到扁平管的外圆周表面上,或者以材料锁定的方式连接。但是,优选这样的设计,其中,将散热元件抵靠在扁平管的外圆周表面上以预加应力。散热元件通常靠在扁平管的至少一个腿部上,使得扁平管被偏压在PTC元件上。因此,通过抵靠在扁平管的外侧上对PTC元件预加应力,散热元件还使PTC元件抵靠在扁平管的内圆周表面上固定。这确保了扁平管的外表面的良好散热。如果在扁平管的内周表面与PTC元件之间还设置有接触板或绝缘层,则借助于穿过绝缘层的压力在接触板与PTC元件之间也建立了牢固的电接触。因此,在预应力下的散热元件的系统既能够在扁平管内实现良好的电接触,又能够改善向外侧的散热。
根据本发明的另一优选实施例,散热元件是均匀的弹簧元件,均匀的弹簧元件抵靠在扁平管的两个腿部上被预加应力。该散热元件通常放置在U形管的外侧主侧面上。散热元件可以完全包围U形的弯曲扁平管。因此,能够在散热元件内设置U形的弯曲扁平管。
优选地,支撑散热元件以在U形扁平管的一个腿部的外表面与分配给该腿部的壳体的内壁之间产生预应力。散热元件通常在预应力下被夹紧在这两个接触表面之间。然后,作用在U形弯曲管上的预应力通常由形成循环室的壳体的相对侧壁支撑和保持。这允许相对较高的弹性预应力施加到U形扁平管上。
为了在U形扁平管的两个腿部之间同时实现良好的热传递以及可靠传递,根据本发明的另一优选的改进方案,提出在这两个腿部之间布置间隔散热元件。该间隔元件通常放置在扁平管的相对的主侧面上。间隔元件自身可以通过来自外侧的应力而被弹性地预加应力。因此,间隔元件产生从外侧作用在扁平管上的预应力的弹性反作用力。扁平管的两个腿部之间的间隔元件也可以被设置为基本刚性的元件,在来自外侧的预应力的作用下,该元件在法向应力下几乎不屈服或仅轻微屈服。这就是说,可以精确地确定从外侧作用在U形扁平管上的弹簧力,并且可以在无需设定量或进行内部补偿运动的情况下调节弹簧力。另外,扁平管与间隔元件一起可以被视为不向内变形的刚性单元。因此,扁平管的自由端之间的距离被相对精确地指定,使得自由端可以与分隔壁中的开口对准并且可靠地密封在其中。
中间的间隔元件可以胶合或焊接到扁平管上。因此,例如,可以创建可以单独处理的可运输单元,在电加热装置的安装期间,可运输单元必须作为一个单元来处理,并且仅需由外部的一个或多个散热元件预加应力。
扁平管还可以例如通过胶合或焊接连接到与外侧相邻的一个或多个散热元件。通过这种设计,在预应力下,散热元件不一定必须靠在U形的弯曲扁平管上。由于缺少外部预应力,优选将扁平管内的层结构的各层胶合在一起,尤其是在这里,但在本发明的其他设计中也是如此。由PTC元件、相邻的导体元件和绝缘体组成的单元被胶合在一起。该单元还优选地胶合到扁平管的内表面上。应该使用具有良好导热性的粘合剂(例如,已添加导热颗粒(如,陶瓷颗粒)的粘合剂)进行粘合。然而,可以在导体元件和PTC元件之间设置另一种粘合剂。这使得可以在高压力下将导体元件施加并胶合到PTC元件上。在这种情况下,优选将PTC元件的粗糙峰值施加到导体元件上。代替陶瓷颗粒,导热颗粒也可以被包含在设置在这些相界之间的粘合剂中。
为了对PTC元件和相邻的导体元件进行定位,根据优选的另一改进方案提出了一种定位框架,该定位框架沿周向围绕PTC元件并且至少将导体元件以及绝缘体(必要时)连接在一起。所有元件都可以连接到定位框架,例如胶合和/或牢固连接到定位框架。
附图说明
可以在以下结合单个附图对实施例的描述中发现本发明的更多细节。该图示出了电加热装置的示意性剖视图。
具体实施方式
图中所示的实施例具有多部分式外壳,该多部分式外壳的图基本上示出了桶形外壳的基部2。该壳体基部2配备有分隔壁4,该分隔壁4覆盖被壳体基部2圆周地环绕的循环室6的顶部并且在此未示出,但是例如可以根据EP1872986A1设计。在循环室6中,容纳U形扁平管8,该扁平管8的基部10接触壳体基部2的基部,从而沿密封容器14的方向推动扁平管的相对的腿部12,密封容器14形成分隔壁4的一部分。迷宫式密封件16被容纳在密封容器14中,迷宫式密封件16与扁平管8的外圆周表面密封接触。
扁平管8被引导穿过密封容器14。扁平管8的自由端与密封板18齐平,该密封板18连接到密封容器14,并且通过胶合到扁平管8的自由端,产生对循环室6的进一步密封。该密封板18可以例如由浇注料形成,该浇注料被填充到分隔壁4的特别设计的容器中以密封扁平管8的自由端。可替代地,预制板可以被使用并且密封地胶合到分隔壁4和/或扁平管8的自由端上。凸出的接触元件20伸出该密封板18,该凸出的接触元件20引向扁平管8的内部,并用作插入式电触点的接触舌。接触元件20电连接至导体元件22、24,导体元件22、24直接且因此电接触在以附图标记26表示的PTC元件的主侧面上。在导体区段22、24的外侧上设置有成氧化铝板的形式的绝缘层28。
在壳体下部2的内圆周表面和扁平管8的外表面之间有外部散热元件30,外部散热元件30沿圆周环绕扁平管8,并一方面弹性地支撑在壳体下部2的内壁上,并且另一方面弹性地支撑在扁平管8的外表面上。在扁平管8的腿部12之间有间隔散热元件32,间隔散热元件32由基本上不可压缩的片材制成。元件30、32由弯曲的弯曲片材制成。用于间隔元件32的材料的成型和选择被执行成使得,间隔元件32是相对不能弯曲的且刚性的,而散热元件30也通过材料的成型或选择而具有弹性性质,从而使扁平管8在由散热元件30施加的预应力的作用下从外侧抵靠在外部散热元件30和内部间隔散热元件上。
该图未完全示出设置在循环室6的相对侧上并用附图标记34表示的连接室。该连接室可以如EP1872986A1或EP3101364A1中所述进行设计。连接室34仅可以电连接在循环室6中彼此相邻或在彼此后面设置的不同的扁平管8,并且将不同的扁平管8分组为电路和/或具有用于电力电流的控制器。
在所示的实施例中,在如图所示的观察方向上设置两个接触元件20以分别用于相应的PTC元件26,从而两个接触元件20分别被单独地连接。形成至少一个框架容器的定位框架用附图标记36标记,PTC元件26容纳在该框架容器中并且绝缘层28在外侧抵靠在该框架容器上。定位框架36显然形成插头38,该插头38放置在扁平管8的自由端的端部上,并密封扁平管8的该自由端。
每个定位框架36保持两个接触元件20中的相应的一个,使得两个接触元件20在连接室34中暴露在与扁平管8的内圆周表面相距的一定距离处。
附图标记列表
2 壳体下部
4 分隔壁
6 循环室
8 扁平管
10 基部
12 腿部
14 密封容器
16 迷宫式密封件
18 密封板
20 接触元件
22 导体元件
24 导体元件
26 PTC元件
28 绝缘层
30 散热元件
32 间隔元件
34 连接室
36 定位框架
38 插头

Claims (8)

1.一种电加热装置,所述电加热装置具有壳体(2)和PTC元件(26),所述壳体围绕循环室(6)并且具有与所述循环室(6)连通的用于待加热介质的入口和出口,PTC元件(26)电绝缘地伸入循环室(6)中并且电连接至导体元件(22、24),导体元件(22、24)引向不同极性的连接件(20),壳体(2)形成连接室(34),连接到PTC元件(26)的连接件(20)在连接室(34)中被电连接,连接室(34)和循环室(6)彼此分离并彼此密封,
该电加热装置的特征在于扁平管(8),所述扁平管(8)弯曲成U形,扁平管(8)的相对的腿部(12)分别容纳至少一个PTC元件(26),并且暴露在循环室(6)中的至少一个散热元件(30、32)抵靠在扁平管(8)上。
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(30、32)在预应力下抵靠在所述扁平管(8)的腿部(12)上,使得所述扁平管(8)在预应力下抵靠在PTC元件(26)上。
3.根据权利要求2所述的电加热装置,其特征在于,
所述散热元件(30、32)是均匀的弹簧元件(30),所述均匀的弹簧元件(30)在预应力下作用在所述扁平管(8)的两个腿部(12)上。
4.根据权利要求2或3所述的电加热装置,其特征在于,
为了产生所述预应力,所述散热元件(30)中的至少一个被夹紧在所述扁平管(8)的相应的腿部(12)的外表面和壳体(2)的相关联的内壁之间。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的电加热装置,其特征在于,
在所述扁平管(8)的两个腿部(12)之间布置有隔开所述两个腿部(12)的间隔散热元件(32)。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的电加热装置,其特征在于,
所述扁平管(8)和所述散热元件(30、32)被结合成预组装单元。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的电加热装置,其特征在于,
在所述循环室(6)与所述连接室(34)之间形成有分隔壁(4),并且所述扁平管(8)的自由端以密封方式被容纳在分隔壁(4)中。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的电加热装置,其特征在于,
所述PTC元件(26)、圆周地围绕所述PTC元件(26)的定位框架(36)、所述导体元件(22、24)、以及设置在PTC元件(26)和扁平管(8)的内表面之间的绝缘体(28)作为预组装结构单元被容纳在扁平管(8)中。
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