CN112771318A - 电加热器单元 - Google Patents

Abstract

一种电加热单元，包括用于使流体流过的至少一个翅片和容纳一个或多个电加热元件的至少一个管，所述管具有两个大壁和两个侧壁，所述翅片固定到所述管的大壁中的一个和/或另一个，借助于使所述侧壁朝着所述管的内部变形的操作，所述加热元件通过所述大壁之间的压缩而被保持在所述管中。

Description

电加热器单元

技术领域

本发明涉及电加热单元，例如用于机动车辆的加热单元。

本发明还涉及一种用于制造这种加热单元的方法以及一种用于这种加热单元的管。

背景技术

已知包括用于容纳加热元件的管的电加热单元。这样的加热元件包括例如PTC(正温度系数)电阻器。这样的加热单元还包括与加热元件热接触的散热器，例如翅片。这些管用于使加热元件与外部电绝缘，同时允许加热元件与散热器之间的热传导。

通常，加热元件被引入管中，然后通过将管抵靠所述加热元件挤压而被固定。这种挤压可以通过分别压缩管来实现，然后在压缩管之后实现与散热器连接。在连接到散热器之后，还可以通过压缩整个加热单元来执行这种挤压。在这种情况下，翅片需要具有足够的机械强度，以便在挤压过程中不被损坏。根据已知的解决方案，翅片被加固，从而增加了加热单元的复杂性并限制了热性能。

发明内容

本发明的目的是至少部分地弥补上述缺点，并且为此目的，提出了一种电加热单元，该电加热单元包括旨在使流体流过的至少一个翅片和容纳一个或多个电加热元件的至少一个管，所述管具有两个大壁和两个侧壁，所述翅片固定到管的大壁中的一个和/或另一个，借助于使侧壁朝着管的内部变形的操作，所述加热元件通过在所述大壁之间的压缩而保持在所述管中。

因此，管的侧壁的变形使得可以在不挤压整个加热单元的情况下保持加热元件，并且因此而没有损坏翅片的风险。因此，这种加热单元使得可以使用各种类型的翅片，特别是强度较小且热效率更高的翅片，而没有挤压它们的任何风险。

本发明还包括可以单独地或以任何技术上可行的组合采用的以下任何特征：

-侧壁具有外部面和内部面，管的侧壁的外部面具有朝向管的内部弯曲的形状，

-外部面具有中心凹槽，以便在侧向压缩的情况下使所述管更容易变形，

-所述管的侧壁的内部面被构造成在竖直压缩的情况下限制所述管的变形，

-管的侧壁的内部面具有基本竖直的轮廓，

-管的侧壁的内部面被配置成使得所述内部面具有尽可能规则的厚度，并且在给定外部面的几何形状的情况下，在中心凹槽处的材料最少，

-管的侧壁的内部面具有大致圆形的轮廓，

-管的侧壁的外部面具有两个基本笔直的部段，它们在彼此之间限定了一角度，该角度形成了在它们的连接处的中心凹槽，

-管的大壁和侧壁在连接边缘拐角处汇合，

-管在连接边缘拐角处具有内部通道，该内部通道用作铰链，

-大壁的外部面与所述连接边缘拐角之间的至少一个翅片的几何形状兼容，

-大壁在连接边缘拐角之间具有平坦的外表面，

-边缘拐角具有外部面和内部面，该外部面具有正方形轮廓，该内部面具有相对于大壁的内部面和侧壁的内部面凹入的轮廓，使得连接边缘拐角的内部面限定所述通道，

-在通道之间管的大壁的厚度是恒定的，

-大壁的内部面的表面积基本上等于所述大壁的外部面的表面积，从而使电加热元件和翅片之间进行热交换的表面积最佳，

-管的每个壁的厚度基本相等，

-通过钎焊将翅片固定到管的大壁中的一个和/或另一个，

-翅片通过粘合剂粘接固定到管的大壁中的一个或另一个，

-翅片呈波浪形，

-翅片包括旨在促进热交换的百叶窗。

本发明还涉及一种用于制造电加热单元的方法，该方法包括：

-将用于使流体通过的至少一个柔性翅片与至少一个管连接的连接步骤，所述管旨在容纳电加热元件并且具有两个大壁和两个侧壁，以便将翅片固定到管的一个大壁和/或另一个大壁，

-将加热元件引入管中的引入步骤，

-使管的侧壁变形以将加热元件固定在管中的变形步骤。

根据本发明的方法还可以包括单独考虑或以任何技术上可能的组合考虑的以下一个或多个特征：

-连接步骤、引入步骤和变形步骤以该顺序依次进行，

-变形步骤是通过沿基本上正交于所述侧壁的轴线向管的侧壁的外部面施加压力来实现的，该压力由压制工具施加，

-压制工具在中心凹槽处与管的侧壁接触，从而管的侧壁变形受控，

-在变形步骤期间，同时对单个管的两个侧壁并依次针对加热单元的每个管施加压力，

-连接步骤是通过钎焊进行的，

-连接步骤是通过粘合剂粘接进行的，

-针对加热单元的所有管和翅片同时进行连接步骤。

本发明还涉及一种用于上述加热单元的管，该管具有两个大壁和两个侧壁，每个大壁具有用于与翅片接触的外部面和用于与电加热元件热接触的内部面，侧壁具有朝着管的内部弯曲的预构造，使得更易于执行变形操作以增强其曲率，以便通过在所述大壁之间压缩所述加热元件而将所述加热元件保持在所述管中。

附图说明

通过阅读以下以非限制性示例的方式进行的描述并参考附图，将更好地理解本发明，并且本发明的其他细节、特征和优点将变得更加显而易见。在附图中：

图1部分且示意性地示出了在引入加热元件之前的根据本发明的电加热单元的截面图，

图2部分且示意性地示出了在引入加热元件之后且在变形步骤之前的根据本发明的电加热单元的截面图，

图3部分且示意性地示出了根据本发明的电加热单元的截面图，

图4是根据本发明的管在变形之前的透视图，

图5是根据本发明的方法的各个步骤的示意图。

具体实施方式

如图3所示，本发明涉及一种电加热单元1。所述加热单元1旨在被供应电流，以便加热通过所述单元1的气流F。

有利地，所述电加热单元1具有在表面上延伸的基本上平行六面体的构造。其I用于横向于气流F定位。更具体地说，所述气流F旨在垂直于所述单元1定向。

加热单元包括：至少一个翅片10，该至少一个翅片10用于使流体、特别是气流F流过；以及容纳一个或多个电加热元件50的至少一个管20。

在这种情况下，加热单元包括多个管20和多个翅片10，它们在图中竖直的堆叠方向上交替地堆叠。管20在垂直于图平面的方向上彼此平行定位。

所述管20使得可以将所述一个或多个加热元件50电绝缘并保护其免受外界影响。

这些翅片10形成散热器，该散热器能够增加用于与流体进行热交换的表面积。

加热元件50例如是PTC(正温度系数)电阻器。有利地，每个管20包括在垂直于图1至图3的平面的方向上一个接一个地布置的多个加热元件50。所述加热元件50有利地沿着管20规则地分布。

管20与加热元件50一起形成加热装置。优选地，所述加热装置被选择性地供应电流。这被理解为是指，每个加热装置的加热元件50独立于其他加热装置的加热元件50被供应电流，因此特别是在强度方面与流过其他加热单元的电流不同的电流可流过其。

在这种情况下，加热装置还具有位于加热元件50的任一侧上的电极52，用于向它们供应电流。所述加热装置还具有电绝缘且导热的材料层54，所述材料层54位于电极52中的一个与管20的大壁21之间。以这种方式，管20与电极52和加热元件50电绝缘，但是与它们热接触。

优选地，在每个加热装置中，所述加热元件50尤其是借助于电极52并联电连接。

参考图1至图3，可以看到翅片10与管20热接触。所述翅片10位于所述管20之间，特别是位于所述管20的大壁21之间。

管20具有连接大壁21的两个侧壁24。每个大壁21具有固定有翅片10的外部面22和旨在与加热元件50热接触的内部面23。热接触涉及元件之间的热交换，即使这些元件没有彼此直接物理接触。大壁21的功能是将由电加热元件50产生的热量传递到翅片10。管20可以由适合用于电加热单元1的任何材料制成。特别地，管20由铝和/或铝合金制成。

通过沿所述加热元件50的方向压缩大壁21，将加热元件50保持在管20中。大壁21的这种压缩是使侧壁24朝向管20的内部变形的操作的结果。当侧壁24朝向管20的内部变形时，大壁21彼此靠近，从而压缩位于管20中的加热元件50。在其变形之后，侧壁24具有朝向管20的内部弯曲的构造。

管20的侧壁24的变形允许大壁21在加热元件50的方向上移动，而不必在垂直于管20的大壁21的方向上挤压加热单元1，因此不必冒损坏翅片10的风险。管20的大壁21的运动导致管被压缩并且加热元件50被保持。因此，翅片10可以在管20变形之前被固定到大壁21中的一个和/或另一个，以保持加热元件50。具体地说，固定到大壁21中的一个和/或另一个的翅片10不会受到压缩，也不会受到损坏的危险。因此，根据本发明的加热单元1使得可以使用比常规加热单元更不坚固且热效率更高的翅片10。此外，能够将翅片10固定到管20，使得在制造加热单元1时更容易处理加热单元1。

图4示出了用于根据本发明的加热单元1的管20。这样的管20尚未发生变形。然而，一旦结合到加热单元1中，就在变形后的该同一个管20中发现变形前的管20的所有元件和特征。特别在图3中示出了变形后的管20。

管20的侧壁24分别具有外部面25和内部面28。侧壁24的变形是通过沿着基本上正交于所述侧壁24的轴线在外部面25处施加压力来实现的。压力向侧壁24的施加可以通过压制工具来实现。

有利地，外部面25具有朝向管的内部弯曲的形状和中心凹槽26。与具有弯曲构造的侧壁24相关联的中心凹槽26的存在允许在侧向压缩的情况下精确控制管20的变形。具体地，朝向管的内部弯曲的形状使得可以减小使管20变形所需的侧向力，并且凹槽26确保侧壁24在所述凹槽处变形。

有利地，管20的侧壁24的内部面28具有基本竖直的轮廓，如果合适的话，该轮廓略微倒圆。一旦结合到单元1中，这种轮廓使得在所述管20的竖直压缩的情况下能够限制侧壁24的压缩变形。此外，考虑到外部面25的几何形状，这种轮廓还允许侧壁24具有尽可能规则的厚度并且在中心凹槽26处具有最小的材料。最后，这种轮廓使得侧壁24在侧向压缩的情况下更容易挠曲变形。

再次有利地，侧壁24的外部面25具有两个基本笔直的部段27。这些笔直部段27在彼此之间限定形成中心凹槽26的角度。当使用压制工具使侧壁24变形时，部段27用作引导件并且使压制工具更容易定位在凹槽26中。当使用压制工具使侧壁24变形时，压制工具被容纳在凹槽26中。因此，部段27的存在使得控制侧壁24的变形更加容易。

管20的大壁21和侧壁24在连接边缘拐角30处相遇。像大壁21和侧壁24一样，边缘拐角30与管20成为一体。即使限定了其多个部分，该管也是一件式的部件。

管20在所述连接边缘拐角30处具有内部通道35。大壁21具有与翅片10的几何形状兼容的外部面22，以使它们的接触表面积最大化。有利地，大壁21在连接边缘拐角30之间具有平坦的外部面22。

通过提供所述通道35，在大壁21保持平坦的同时允许侧壁24变形，所述大壁21的平坦性质允许与翅片更好地接触并因此更好地进行热交换。

有利地，散热器10没有在大壁21的外部面22的整个表面上延伸，从而留下了抓握区域。该抓握区域从连接边缘拐角30开始延伸0.1到2mm的距离。所述抓握区域使得可以使用抓握工具以便在管20处并且特别是在所述管20的变形期间操纵单元1。

有利地，连接边缘拐角30具有外部面32和内部面34，该外部面32具有基本正方形的轮廓，该内部面34具有相对于大壁21的内部面23和侧壁24的内部面28凹入的轮廓，使得连接边缘拐角30的内部面34限定通道35。基本上正方形被理解为是指形成直角或具有非常小的曲率半径。

当侧壁24朝着管20的内部变形时，来自所述侧壁24的材料在边缘拐角30处支承抵靠大壁21的材料。这种压缩导致对侧壁24的变形的抵抗。通道35的存在用作铰链，使得可以避免过度压缩，因此限制了对变形的阻力。因此，边缘拐角的特定形状，特别是通道的存在，使得侧壁更容易变形。

有利地，通过钎焊将翅片10固定到管的大壁21中的一个和/或另一个。这种用于固定翅片的技术具有多个优点。首先，将翅片10钎焊至管20使得可以改善加热元件50与翅片之间的热交换。此外，一旦管20已经经历了钎焊操作，则管20的材料(例如铝)将比钎焊步骤之前具有更大的延展性并且更容易变形，即使其已经回到环境温度也是如此。这减少了材料在变形之后可能具有的弹性松弛。此外，这种材料状态确保了管20和加热元件50之间的紧密接触并因此确保更好的热交换。钎焊还确保了管20的更好的使用寿命，因为它在加热单元1的使用寿命期间对松弛和温度变化不太敏感。最后，在侧壁24变形之前的钎焊步骤可以减小变形所需的力。

常规地，当管的侧壁变形时，水平壁依次变形，特别是朝向管的外部变形。这种寄生变形称为屈曲(buckling)。因此，这种屈曲阻止了在加热元件和水平热交换壁之间获得最佳的热接触。解决屈曲问题的常规方法是增加管壁、特别是热交换壁的厚度。

在根据本发明的加热单元1中，翅片10仅仅是存在的，而不必表现出特定的机械强度、增强管20的大壁21的刚度、并帮助它们在侧壁24的变型操作期间保持笔直。以这种方式，在根据本发明的加热单元1的管20中，大壁21不必比同一管20的侧壁24更厚。

因此，根据本发明的加热单元1的管20比相同厚度的单个更硬的管甚至更稳定地抵抗屈曲。这使得可以减小管20的壁的厚度，以便优化其重量和成本，因为它们不需要特别厚以避免屈曲。

如上所述，根据本发明的加热单元1使得可以使用比常规加热单元更不坚固且热效率更高的翅片10。有利地，加热单元1的翅片10在组装之前是柔性的。特别地，它们是波浪状的翅片。

再次有利地，翅片10旨在促进热交换的百叶窗(louver)。

如图4所示，本发明的另一方面涉及这样的管20。图4中所示的管20是用于尚未经历变形操作的根据本发明的加热单元1的管。它与图1和2所示的加热单元1的尚未经历变形操作的管20相同。

正是管20的特定形状允许管变形并保持加热元件50。如上所述，一旦结合到加热单元1中，就在变形后的该同一个管20中发现变形前的管20的所有元件和特征。

因此，如上所述的用于加热单元1的管20具有两个大壁21和两个侧壁24，每个大壁21具有旨在与翅片10接触的外部面22和旨在与电加热元件50热接触的内部面23大壁21有利地基本上彼此平行。

图4所示的管20还包括具有两个基本笔直的部段27的侧壁24，这两个基本笔直的部段27在彼此之间限定形成中心凹槽26的角度。侧壁24具有朝着管的内部弯曲的预构造。通过使侧壁24变形的操作来加重该曲率。所述管20还包括在侧壁24和大壁21之间的连接边缘拐角30。所述边缘拐角30外部面32和内部面34，该外部面32具有基本正方形的轮廓，该内部面34具有相对于大壁21的内部面23和侧壁24的内部面28凹入的轮廓，使得连接边缘拐角30的内部面34限定通道35。

有利地，管20的大壁21的内部面23的表面积基本上等于所述大壁21的外部面22的表面积。因此，在组装之后，用于电加热元件50和翅片10之间的热交换的表面积最大。

如图5所示，本发明的另一方面涉及一种用于制造如上所述的加热单元1的方法。这种方法包括将至少一个柔性翅片10连接到至少一个管20的步骤(E1)。翅片10旨在使流体流过。管20旨在容纳电加热元件50，并且具有两个大壁21和两个侧壁24。连接步骤(E1)使得可以将翅片10固定至管20的大壁21中的一个和/或另一个。

所述方法还包括将加热元件50引入管20中的步骤(E2)。

最后，该方法包括使管20的侧壁24变形以将加热元件50固定在管20中的步骤(E3)。

这样的方法使得可以制造如上所述的电加热单元1。

有利的是，连接步骤(E1)，引入步骤(E2)和变形步骤(E3)是连续的，并且依次进行。

图1示出了在连接步骤(E1)之后，在步骤(E2)和(E3)之前的根据本发明的加热单元1。翅片10在这种情况下被固定到管20的大壁21。图2部分示出了在引入加热元件50的步骤(E2)期间以及在变形步骤(E3)之前的根据本发明的加热单元1。在这种情况下，加热元件50已经被引入到管20中，但是它们尚未通过大壁21的压缩而被保持在位。图3部分示出了在变形步骤(E3)之后的根据本发明的加热单元1。在这种情况下，侧壁24已经朝着管20的内部变形，所述变形然后导致大壁21朝着彼此移动，从而使得可以通过压缩将加热元件50保持在管20中。

通过将至少一个翅片10连接到管20的一个大壁21和/或另一个大壁21来开始该方法，使得可以加固所述大壁21。因此，在变形步骤(E3)期间，当管20的侧壁24变形以将加热元件50固定在管20中时，翅片10帮助大壁21保持笔直并防止屈曲现象。

再次有利地，变形步骤(E3)是通过沿基本上正交于所述侧壁24的轴线向管20的侧壁24的外部面25施加压力来实现的。施加的压力尤其可以通过压制工具施加。

再次有利地，在变形步骤(E3)期间，压制工具在中心凹槽26中与管20的侧壁24接触。如上所述，凹槽26的存在允许精确控制管20的变形。具体地，通过在凹槽26中施加使管20变形所需的压力，所述凹槽26用作预成型件，并且侧壁24沿着所述凹槽26弯曲。

对于单个管20的两个侧壁24，在变形步骤(E3)期间同时施加压力。因此，管20的大壁21在变形期间保持基本平行，从而防止了翅片10和管20分离。

此外，在变形步骤(E3)期间，针对加热单元1的每个管20依次执行压力施加。这是因为，如果要对单个单元的多个管20同时执行该变形步骤，则同时使多个大壁21成对地彼此靠近会导致翅片10和管20分离。

连接步骤(E1)可以使用多种技术来进行，例如通过粘合剂粘接。

有利地，连接步骤(E1)是通过钎焊进行的，该连接技术尤其使得可以赋予紧密接触并改善加热元件50与翅片10之间的热交换。此外，在侧壁24变形之前并通过钎焊进行的连接步骤(E1)使得可以减小所述侧壁24变形所需的力。

钎焊的另一个优点是该技术易于实施且成本低廉。有利地，针对加热单元的所有管和翅片同时进行连接步骤(E1)。

Claims (10)

1.一种电加热单元(1)，包括用于使流体流过的至少一个翅片(10)和容纳一个或多个电加热元件(50)的至少一个管(20)，所述管(20)具有两个大壁(21)和两个侧壁(24)，所述翅片(10)固定到所述管的大壁(21)中的一个和/或另一个，借助于使所述侧壁(24)朝着所述管(20)的内部变形的操作，所述加热元件(50)通过所述大壁(21)之间的压缩而被保持在所述管(20)中。

2.根据权利要求1所述的加热单元(1)，其中，所述侧壁(24)具有外部面(25)和内部面(28)，所述管(20)的所述侧壁(24)的所述外部面(25)具有朝着所述管的内部弯曲的形状且具有中心凹槽(26)，以便在侧向压缩的情况下使所述管(20)更容易变形。

3.根据权利要求2所述的加热单元(1)，其中，所述管的所述侧壁(24)的所述内部面(28)被构造成在竖直压缩的情况下限制所述管的变形。

4.根据权利要求2或3所述的加热单元(1)，其中，所述侧壁(24)的外部面(25)具有两个基本笔直的部段(27)，这两个基本笔直的部段在彼此之间限定了在它们的连接处形成所述中心凹槽(26)的角度。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的加热单元(1)，其中，所述管(20)的所述大壁(21)和所述侧壁(24)在连接边缘拐角(30)处相遇，所述管在所述连接边缘拐角(30)处具有内部通道(35)，所述大壁(21)在所述连接边缘拐角(30)之间具有基本平坦的外部面(22)。

6.根据权利要求5所述的加热单元(1)，其中，通过钎焊或通过粘合剂粘接而将所述翅片(10)固定到所述管(20)的所述大壁(21)中的一个和/或另一个。

7.根据权利要求6所述的加热单元(1)，其中，所述翅片(10)具有波浪形形状和/或百叶窗。

8.一种用于制造电加热单元的方法，包括：

将用于使流体通过的至少一个柔性翅片(10)与至少一个管(20)连接的连接步骤(E1)，所述管(20)用于容纳电加热元件(50)并且具有两个大壁(21)和两个侧壁(24)，以便将所述翅片(10)固定到所述管(20)的所述大壁(21)中的一个和/或另一个，

将加热元件(50)引入所述管(20)中的引入步骤(E2)，

使所述管(20)的所述侧壁(24)变形以将加热元件(50)固定在管(20)中的变形步骤(E3)。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述连接步骤(E1)、所述引入步骤(E2)和所述变形步骤(E3)以该顺序依次进行。

10.一种用于根据权利要求1至7中任一项所述的加热单元(1)的管(20)，所述管(20)具有两个大壁(21)和两个侧壁(24)，所述大壁(21)中的每一个具有用于与翅片(10)接触的外部面(22)和用于与电加热元件(50)热接触的内部面(23)，所述侧壁(24)具有朝着所述管的内部弯曲的预构造，使得更易于执行变形操作以增强所述侧壁的曲率，以便通过在所述大壁(21)之间压缩所述加热元件(50)而将所述加热元件保持在所述管(20)中。

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