CN111757561B - 发热元件和包含该发热元件的电加热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电加热装置的发热元件，该电加热装置尤其用于机动车辆中，该发热元件具有加热元件外壳，该加热元件外壳包括由陶瓷材料制成的外壳元件和由陶瓷材料制成的外壳配合元件，其中所述两个外壳元件以密封方式彼此抵靠，并且以密封方式将PTC元件和导体轨道包围在彼此之间，导体轨道以导电方式抵靠PTC元件并被分配不同的极性来使PTC元件通电，加热元件外壳携载以导电方式连接到相关联的导体轨道的接触带，导体轨道为提高效率而包括作为导体轨道的导电元件，导电元件设有通孔，并且在导体轨道的高度方向上包括离散的支撑点，支撑点抵靠在PTC元件以及外壳元件和外壳配合元件中的一个上。

Description

发热元件和包含该发热元件的电加热装置
技术领域
本发明涉及发热元件和电加热装置。
本发明尤其涉及一种用于电加热装置的发热元件，该电加热装置尤其用于机动车辆中并且因此必须满足不同的要求。
背景技术
由DE102017209990A1已知一种具有权利要求1的前序部分的特征的发热元件。
在该现有技术中，加热元件外壳由两个外壳元件组成，这两个外壳元件以密封方式彼此连结。PTC元件布置在加热元件外壳内。加热元件外壳还进一步包围导体轨道，该导体轨道被分配不同的极性并且通常在相反设置的侧面抵靠在PTC元件上。这些导体轨道导电地连接到接触带，该接触带延伸超过加热元件外壳的端侧并且用于将导体轨道和因此发热元件电连接到电源。
由于PTC元件的自我调节特性，具有这种PTC元件的发热元件应满足某些要求。热应在PTC元件的两个主侧面上散去。PTC元件的主侧面是PTC元件的最大表面。PTC元件的主侧面通常彼此平行设置，并通过边缘表面连接，该边缘表面或者作为周向表面连接主侧面(对于圆形或椭圆形PTC元件就是这种情况)，或者通过具有笔直延伸部的侧面连接主侧面(对于矩形块状PTC元件就是这种情况)。
此外，应该在散发来自发热元件的热的外表面和PTC元件之间存在尽可能好的热路径。
特别是在电动汽车的高压应用中，还必须使在外壳元件的内部的发热元件的导电部件与外表面电绝缘。相应的加热单元通常由至少一个PTC元件、导体轨道以及接触带至导体轨道的可能的连接件形成，导体轨道可以以不同极性被通电，接触带在外侧突出超过加热元件外壳。
从EP1916873A1中已知一种发热元件，其中成接触板的形式的导体轨道在外侧上覆盖有由陶瓷板形成的绝缘层。在此，陶瓷板通过以在边缘处密封塑料框架的方式注射模制涂覆塑料框架被嵌入加热元件外壳中。如此形成的发热元件直接插入待加热流体流中。如此形成的发热元件特别适合作为热水器中的加热元件。
EP1768457A1或EP2873296A1公开了这样的解决方案，其中将电绝缘层以多层绝缘层的形式胶合到形成导体轨道的接触板上。
然而，尽管上述实施例提供了以下优点：需要将作为导体轨道的接触板与绝缘层结合在一起以形成单元，并且仅需要将该单元处理并安装在定位框架中，从PTC元件到散热外表面，形成多层结构。每个单独的层必须被待传递的热通过以到达外部。因为在缺乏足够散热的情况下，由于自调节特性导致PTC元件无法再吸收功率，所以在相边界处会出现劣化的热转变，这会降低PTC元件的效率。PTC元件的效率然后降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种效率提高的PTC元件。
为了实现该目的，本发明提出一种具有权利要求1的特征的发热元件。
根据本发明的发热元件尤其是用于机动车辆中的电加热装置的发热元件。然后可以将发热元件布置在循环室内，待加热介质流过该循环室。可以直接经由加热元件外壳的外表面将热与发热元件分离，该加热元件外壳的外表面设置为流体流中的暴露表面。在这样的实施例中，例如，发热元件作为一种加热肋暴露在电加热装置的循环室中，该循环室仅通过用于待加热流体的软管连接端口打开。连接端口允许将管道或软管连接到循环室。替代地，发热元件的散热外表面也可以与散热器元件接触，该散热器元件的加热肋通常从发热元件的散热外表面基本垂直地分支，并且优选地直接抵靠在发热元件的散热外表面上。然后，PTC元件产生的热的最大一部分散热是通过传递到加热肋中来实现的。在首先提到的具有连接端口的流体加热器的情况下，仅以对流方式在加热元件外壳的外表面上进行散热。
根据本发明的加热元件外壳包括外壳元件和外壳配合元件。加热元件外壳通常仅由这两个外壳元件组成。通常在两个外壳元件之间设置密封辅助物，该密封辅助物使两个外壳元件彼此密封地抵接和/或将两个外壳元件连接到彼此。密封辅助物可以是焊缝、焊锡带或粘合剂珠。密封辅助物优选是液态的被引入槽中的粘合剂并固化，优选在热作用下交联，但是此后是永久弹性的。例如，硅树脂可用作密封辅助物。
密封槽通常在一个外壳元件中凹陷，其中另一个外壳元件具有密封腹板，该密封腹板接合在密封槽中并且浸没在填充到密封槽中的密封辅助物中。这产生了加热元件外壳的内部的可靠密封。
优选地，外壳元件和外壳配合元件由相同的材料形成。由于发热元件的操作以及在外壳元件和外壳配合元件之间的不同的热膨胀系数，因此这在加热期间不会导致相对的未对准。两个外壳元件优选地由陶瓷材料，例如氧化铝，形成。两个外壳元件通常通过烧结以最终轮廓生成。
密封槽通常形成为围绕PTC元件周向延伸，从而产生用于PTC元件的整个周向密封。当然，优选地，密封腹板也沿周向形成，并且在端对端的周向密封的情况下突出到密封槽中并且浸入到密封辅助物中。
考虑到容易组装，优选将外壳元件和外壳配合元件中的一个形成为壳形。首先，在发热元件的组装过程中，在将通常形成为盖元件的另一个外壳元件放置到另一个外壳元件上以完成发热元件之前，将加热单元的部件插入该外壳元件中并将其连结。
在根据本发明的发热元件中，至少一个导体轨道，通常是两个导体轨道，由设置有通孔的导电元件形成。设置有通孔的该导电元件通常在整个基部表面上具有接触点，这些接触点分别抵靠PTC元件或外壳元件。多个支撑点中的每个通常偏移地设置在PTC元件的主侧面上的投影表面中。在投影的方向上，至多在某个点处形成与PTC元件的表面或外壳元件的表面的准确的点式抵接。相应的离散的支撑点改善了将电力电流引入PTC元件的表面上的能力，其中该表面通常是PTC元件的主侧面。
设置有通孔的导电元件可以是编织物、网状物或织物，编织物、网状物或织物中的每个都由导电线或纤维组成或者至少包括导电线或纤维。关于电流传导路径在PTC元件的高度方向上的延伸，除了这种导电线或纤维之外，还可以将电绝缘线或纤维例如并入网状物或织物中。这些电绝缘线例如由聚酰胺或硅树脂制成。形成导电线或纤维的材料也可以是被形成为导电的塑料材料。替代地，设置有通孔的导电元件可以是金属网。此外，金属网在一片多孔金属片材的外表面上在高度方向上具有单数个接触点，这些接触点可以直接抵靠PTC元件或外壳元件。
高度方向在那里应理解为垂直于导体轨道的平面延伸部的方向。因此，支撑点分别从基本上包含或限定导体轨道的平面在PTC元件或外壳元件的方向上突出。通孔通常在导体轨道中沿高度方向首尾相连地形成。据此，织物是在投影方向上是透明的并且具有相对较宽的网状物的织物，从而支撑点彼此之间具有一定的间距。间距应在3毫米到15毫米之间，优选地在5毫米到10毫米之间。
关于PTC元件的主侧面与加热元件外壳的外表面之间的良好的导热性，在设有通孔的导电元件内的缺陷填充有导热性物质，例如粘合性物质。粘合性物质可以填充有导热性好的颗粒，以增加导热性。在任何情况下，都应避免空气残留在加热元件外壳的内表面和PTC元件的主侧面之间。设置有通孔的导电元件的离散的支撑点也分别在周向方向上并且基本上在加热元件外壳或PTC元件的表面的水平高度处被粘合性物质包围。考虑到散热，粘合性物质还应当在加热元件外壳的边缘表面处也围绕PTC元件的侧面，并且填充在这些侧面与加热元件外壳的相对设置的内表面之间的间隙。然后可以在所有方向上且不仅在垂直于PTC元件的主侧面的方向上从加热元件外壳散发热。
根据本发明的优选的改进方案，导体轨道在其边缘处延伸超过PTC元件的主侧面。为了补偿制造公差，导体轨道优选地在整个轮廓上在PTC元件上突出。
导体轨道和与导体轨道相关联的接触带优选地由设置有通孔的均匀的导电元件形成。为了形成接触带和相关联的导体轨道，仅必须将具有通孔的该一个导电元件切成一定尺寸，以便为PTC元件提供抵靠表面，并在加热元件外壳的外侧提供接触。接触带由平坦的部件形成，该平坦的部件形成插塞式连接的凸式接触元件。
如果加热元件外壳由陶瓷材料制成，则该加热元件外壳通常包括框架支柱上的通道开口，发热元件以密封方式通过通道开口插入分隔壁中，分隔壁形成为加热器外壳的一部分并限定循环腔，在分隔壁的相反侧上形成连接室，在该连接室中电连接发热元件的接触带。
为了使接触带通过，优选地，一个外壳元件设置有凸缘，该凸缘通常形成用于接触带的两个通道开口。凸缘应理解为框架支柱在PTC元件的高度方向上的加厚。该凸缘通常由壳形外壳元件形成。
附图说明
通过以下结合附图对实施例的描述，本发明的更多细节和优点将变得显而易见，其中：
图1示出了根据本发明的发热元件的实施例的分解透视图；
图2示出了图1所示的实施例的截面图；以及
图3示出了电加热装置的局部剖开的透视图，该电加热装置容纳了发热元件的多个实施例。
具体实施方式
图1示出了发热元件的实施例的所有部件，这些部件制备有用于产生发热元件的预定的几何形状和构造。
在图2中用附图标记20标记的发热元件具有加热元件外壳21，该加热元件外壳21由壳形外壳元件22和平坦的外壳配合元件24形成，该平坦的外壳配合元件24形成为类似于一种盖。壳形外壳元件22具有以平面方式形成的基部26(参见图1)，并且其外表面28限定了加热元件外壳的散热外表面，该散热外表面相对于基部26的内侧以平面平行的方式延伸。在该基部26上放置金属织物，该金属织物作为带有通孔的导电元件的一个实施例，用附图标记30标记。作为均匀部件的该金属织物30形成导体轨道32以及与导体轨道32相关联的平面的和平坦的接触带34。导体轨道32抵靠在外壳元件22的基部26上。导体轨道32突出穿过通道开口36，该通道开口凹入在外壳元件22的凸缘38中。
附图标记40表示矩形块状的PTC元件，PTC元件的主侧面42、44与相关联的金属织物30接触。标记有附图标记46的导体轨道与前述导体轨道32相同，但是颠倒放置在PTC元件40上，使得PTC元件40的接触带34沿凸缘38的纵向方向相对于另一个接触带34偏移地通过凸缘38被引出。凸缘38形成也用于此目的的通道开口48。接触带34的相应布置增加了两个极性之间的空气和蠕变距离，这两个极性与加热元件外壳22、24的内部和外部的导体轨道32、46相关联。
壳形外壳元件22具有一个周向密封槽，该密封槽用附图标记50标记。如根据图2的截面图的细节所示，密封腹板52接合在该密封槽50中。该密封腹板52浸入永久弹性粘合剂54中，从而形成了容纳PTC元件40和导体轨道32的加热元件外壳42、24的内部的周向密封。
两个外壳元件22、24由氧化铝制成。这些是以最终轮廓生成的烧结部件。
两个外壳元件22、24显然成形为使得，由这些外壳元件22、24形成的外表面28、56分别包括相对于PTC元件40的主侧面44或42的投影表面，该投影表面相对于这些主侧面42、44成平行面。加热元件外壳22、24的散热可直接邻近于PTC元件的主侧面42或44而实现。因此，在垂直于主侧面42、44的方向上从PTC元件40的主侧面42、44的散热仅穿过薄的平坦层到达外表面56。
外壳元件24的适于凸缘38的轮廓的抵接部段58位于PTC元件40上的投影表面外。换句话说，分别在外表面56或58上的俯视图中，PTC元件40分别定位成侧向地邻近凸缘38或抵接部段58。
为了制造所示的实施例，首先将两个外壳元件22，24制造为烧结部件。首先，壳形外壳元件22设置有金属织物30。金属织物30的接触带34穿过通道开口36。在放置到金属织物30上之前，通常首先将预定量的粘合剂材料在整个表面上施加到外壳元件22的基部36上。在将金属织物30插入到外壳元件22中之后，插入PTC元件40。PTC元件在那里被压靠在金属织物30上，从而由金属织物30形成的离散的支撑点以导电方式抵靠在PTC元件40的表面上。以相应的方式，支撑点以导热的方式直接抵靠在基部26上。粘合剂在那里移位。粘合剂填充PTC元件30的周向表面与围绕基部24并且由外壳元件22形成的边缘之间的间隙。
粘合剂被施加到TPC元件40的自由的上侧上。这里，同样，粘合剂的施加尽可能在整个表面上进行。随后将另一金属织物30的接触带34插入为此设置的通道开口48中。另外，另一个导体轨道46用于在其主侧面44上直接电接触PTC元件以压紧PTC元件，从而使粘合剂移位。当将粘合剂施加到PTC元件40上时，也可以将粘合剂引入密封槽50中。在加热元件外壳22、24内使用的粘合剂可以与将两个外壳元件22、24彼此连接且互相密封的粘合剂相同。在金属织物30和两个外壳元件22、24之间引入粘合剂通过将粘合剂引入密封槽50中而导致外壳元件22、24之间的牢固连接以及在外壳元件22、24之间的保持功能。
最后安装外壳元件24，由此将密封腹板52引入密封槽50中。这导致PTC元件40的周向密封。
此后，当粘合剂固化时，通常从外部分别对外壳元件22、24的外表面28或56施加压力，以确保导体轨道32、46直接接触外壳元件22、24的相关联内表面和PTC元件40的主侧面42、44。
在此外部压力下，在升高的温度下进行固化，因此粘合剂可以更快地交联。为此，发热元件可以被带电并因此被加热。
在图3中示出了参照图1和2讨论的发热元件的实施例在机动车辆的电加热装置中的容纳。
该电加热装置具有由塑料材料制成的加热器外壳1，加热器外壳1由附图标记1标记。外壳1形成入端口和出端口2，入端口和出端口2分别限定入口或出口3，该入口或出口3通向循环室4，该循环室4通过盖5以流体密封的方式与连接室分开，该连接室用附图标记6标记，并且该循环室4形成插座7，该插座形成为流体密封的插塞式连接的凹式插头元件，这通过将密封套环8插入插座7中而实现。在那里，在凸缘38和抵接部段58周围周向地形成密封套环8。密封套环8典型地由弹性软塑料材料，特别是硅树脂构成。密封套环8可以通过注射模制涂覆发热元件20而形成。凸缘38和抵接部段58可以具有以合适的方式形成的构造，该构造导致密封套环8在发热元件20上的改进的密封和/或保持。
在图3所示的位置中，具有其暴露的端部的接触带34伸入连接室6中并且可以在那里电连接，这在EP3334244A1中已基本描述。在当前所示的示例中，盖5形成分隔壁，该分隔壁以流体密封的方式使循环室4与连接室6密封隔离并形成插座7。在所示的实施例中，盖5作为由塑料材料制成的单独的部件插入加热器外壳中。还可以想到其他构造，其中，例如，加热器外壳1的基部形成为单独的盖元件，并且盖5与加热器外壳1的分别地限定连接室6或循环室4的壁一体形成，盖5与所述壁一起基本垂直于基部延伸。
附图标记列表
1 加热器外壳
2 分别是入端口和出端口
3 分别是入口和出口
4 循环室
5 盖板
6 连接室
7 插座
8 密封套环
20 发热元件
21 加热元件外壳
22 壳形外壳元件
24 外壳配合元件
26 基部
28 外表面
30 金属织物
32 第一极性的导体轨道
34 接触带
36 通道开口
38 凸缘
40 PTC元件
42 主侧面
44 主侧面
46 第二极性的导体轨道
48 通道开口
50 密封槽
52 密封腹板
54 粘合剂
56 外表面
58 抵接部段

Claims (20)

1.一种用于电加热装置的发热元件，该电加热装置用于机动车辆中，所述发热元件具有加热元件外壳，所述加热元件外壳包括由陶瓷材料制成的外壳元件和由陶瓷材料制成的外壳配合元件，其中所述外壳元件和外壳配合元件以密封方式彼此抵靠并且以密封方式在彼此之间包围PTC元件和导体轨道，所述导体轨道以导电方式抵靠所述PTC元件并且被分配不同的极性以使所述PTC元件通电，其中，所述加热元件外壳带有以导电方式连接到相关联的所述导体轨道的接触带，其特征在于，
所述导体轨道中的至少一个由导电元件形成，所述导电元件设置有通孔并且在所述导体轨道的高度方向上包括离散的支撑点，所述支撑点抵靠在所述PTC元件以及外壳元件和外壳配合元件中的一个上，并且所述通孔填充有粘合性物质。
2.根据权利要求1所述的发热元件，其特征在于，
所述导电元件是网状物。
3.根据权利要求1所述的发热元件，其特征在于，
所述导电元件是金属网。
4.根据权利要求1所述的发热元件，其特征在于，
所述导电元件是织物。
5.根据权利要求1所述的发热元件，其特征在于，
所述导电元件是编织物。
6.根据权利要求2、4和5中任一项所述的发热元件，其特征在于，
所述导电元件包括导电线。
7.根据权利要求2、4和5中任一项所述的发热元件，其特征在于，
所述导电元件包括导电纤维。
8.根据权利要求2、4和5中任一项所述的发热元件，其特征在于，
所述导电元件由导电线构成。
9.根据权利要求2、4和5中任一项所述的发热元件，其特征在于，
所述导电元件由导电纤维构成。
10.根据权利要求1所述的发热元件，其特征在于，
所述外壳元件和外壳配合元件中的至少一个形成为壳形。
11.根据权利要求1所述的发热元件，其特征在于，
外壳元件和外壳配合元件中的一个包括周向密封槽，并且外壳元件和外壳配合元件中的另一个包括接合在所述周向密封槽中的密封腹板，其中所述密封腹板浸入填充到所述周向密封槽中的密封辅助物中。
12.根据权利要求1所述的发热元件，其特征在于，
所述导体轨道和相关联的所述接触带由设置有通孔的均匀导电元件形成。
13.根据权利要求1所述的发热元件，其特征在于，
所述外壳元件中的一个形成有凸缘，所述接触带突出穿过所述凸缘。
14.根据权利要求1所述的发热元件，其特征在于，
所述PTC元件的主侧面中的一个主侧面投影到所述外壳元件的外表面上的投影表面相对于所述PTC元件的所述主侧面以平面平行的方式延伸。
15.根据权利要求12所述的发热元件，其特征在于，
所述通孔填充有粘合性物质。
16.根据权利要求1所述的发热元件，其特征在于，
所述外壳元件和外壳配合元件中的至少一个形成为壳形，并且外壳元件和外壳配合元件中的一个包括周向密封槽，并且外壳元件和外壳配合元件中的另一个包括接合在所述周向密封槽中的密封腹板，其中所述密封腹板浸入填充到所述周向密封槽中的密封辅助物中。
17.根据权利要求16所述的发热元件，其特征在于，
所述外壳元件中的一个形成凸缘，所述接触带突出穿过所述凸缘。
18.根据权利要求17所述的发热元件，其特征在于，
所述导体轨道和相关联的所述接触带由设置有通孔的均匀导电元件形成。
19.一种电加热装置，具有至少一个加热器外壳和分隔壁，所述加热器外壳具有布置在循环室中的发热元件，所述发热元件具有加热元件外壳，所述加热元件外壳连结至少一个PTC元件，并且将所述PTC元件和接触带连结为结构单元，并使与所述PTC元件电连接的所述接触带在所述PTC元件自身上伸出，所述分隔壁将所述加热器外壳的所述循环室与连接室分隔开，所述PTC元件的突出穿过所述分隔壁的所述接触带被暴露和电连接在所述连接室中，其特征在于，
所述发热元件是根据权利要求1形成的。
20.根据权利要求19所述的电加热装置，其特征在于，
所述发热元件以密封方式插入到所述分隔壁中。
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