CN113170537A - 用于储罐的电加热器 - Google Patents

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Abstract

一种用于加热储罐(100)内的物质的电加热器(1、1')，该电加热器(1、1')包括：适于连接到电源的至少一根电阻线(4)，所述至少一根电阻线(4)设置有由电绝缘材料制成的护套(41)；由金属制成的至少一个第一导热片(5)，其固定到至少一根电阻线(4)；彼此固定的由聚合物材料制成的至少两个保护层(2、3)；其中，至少一根电阻线(4)和至少一个第一片(5)布置在至少两个保护层(2、3)之间。

Description

用于储罐的电加热器
技术领域
本发明涉及一种电加热器，该电加热器用于加热容纳在储罐(tank)(特别是机动交通工具的储罐)中的物质(特别是包含水的物质)。
背景技术
用于节省燃料并减少汽车行业污染的新技术需要容纳液体(特别是水或水溶液(诸如包含尿素的水溶液))的储罐。
Figure BDA0002975943260000011
溶液是包含尿素的水溶液的一个示例。
在低温处(例如对于水是大约0℃，并且对于某些水溶液是大约-11℃)，液体结冰，并因此基本上无法使用。
结冰的块(mass)必须快速并且以精确的量解冻，以确保交通工具正确操作。
为了解冻，特别是对于相对大的块，不可能使用功率集中度过高的加热系统。实际上，过度的过热会导致块从固态直接变成气态，即发生升华。
这意味着形成了气体层，该气体层不允许有效解冻块的待解冻的剩余部分。此外，气体可能会影响连接到储罐的系统的操作，因为这种系统被设计为以液体操作。
储罐中使用的加热器包括非常薄的线圈，该线圈需要必须包含在其中的弹性体层。这种加热器的生产过程成本高昂且复杂。实际上，弹性体层必须是交联的，并且导电迹线的制造(特别是通过化学蚀刻的制造)也是复杂且成本高昂的，特别是如果以环保的方式进行的话。
因此需要能够使用加热器来快速、准确和可靠地加热储罐中的物质，该加热器可以以更简单、更节省成本和更环保的方式制成。
发明概述
本发明的目的是提供一种电加热器，其能够有效且快速地解冻容纳在储罐中的结冰的块或物质。
本发明的另一个目的是提供此种允许最佳散热的电加热器。
本发明的另一个目的是提供此种电加热器，其可以容易且成本效益高地制造，特别是不需要用于加热元件的弹性体支撑层。
本发明的又一个目的是提供此种可以以尊重环境的方式制造的电加热器。
本发明借助于电加热器(特别是用于加热储罐内的物质的电加热器)实现了此类目的以及根据本说明书将变得明显的其它目的中的至少一个，该电加热器包括适于连接到电源以产生热量来加热所述物质的至少一根电阻线，所述至少一根电阻线设置有由电绝缘材料制成的护套；由金属制成的至少一个第一导热片，该第一导热片固定到至少一根电阻线；以及彼此固定(特别是彼此密封)的由聚合物材料制成的至少两个保护层；
其中，至少一根电阻线和至少一个第一片布置在至少两个保护层之间。
根据一个方面，本发明还包括容纳物质(特别是包含水的物质)的储罐，该储罐包括至少一个根据权利要求1至12中任一项所述的电加热器。
因为加热器包括至少一根电阻线作为加热元件，所以用于获得加热器的制造过程特别容易且成本效益高。特别地，不需要弹性体层来支撑加热元件，因为电阻线已经设置有电绝缘护套。此外，电阻线的使用在通用性方面也提供了相当多的优势，因为它可以根据要加热的区域容易地布置。
优选地，电加热器包括仅一根或更多根电阻线作为加热元件，即作为通过焦耳效应产生热的元件。特别地，优选的是，电加热器不包括不同类型的焦耳效应加热元件，诸如导电箔片或例如通过蚀刻以形成迹线而制成的线圈。与此类导电箔片相比，确实可以以更简单和更成本效益高的方式获得电阻线，并且也更容易处理。例如，电阻线或加热线可以由铜、镍或它们的合金制成。
有利地，电阻线设置有电绝缘的护套、衬里或壳体。这防止与一个金属片或多个金属片电接触，并确保不透液体的密封，即，防止储罐中的液体与一根电阻线或多根电阻线的金属芯之间的接触。
护套优选地与电阻线同轴。护套可以例如由热塑性或热固性的弹性体或非弹性体材料制成。例如，护套可以由聚氯乙烯(PVC)、硅树脂或热塑性弹性体(诸如山都平(Santoprene))制成。
包括护套和至少一根电阻线的部件基本上是加热电缆。
护套内部可以设置仅一根或几根电阻线。此外，可以设置多条加热电缆，特别地这样的多条加热电缆各自设置有护套，在护套内设置一根或更多根电阻线。一根或更多根电阻线也可以缠绕在绝缘芯周围，并且绝缘芯和一根或更多根电阻线可以布置在护套内。
有利地，电加热器包括至少一片或一层导热材料。
有利地，通过设置优选地由金属(诸如铝)制成的至少一片导热材料，可以实现由至少一根电阻线产生的优异的热分布。
至少一个导热片可以基本上是连续的层，或可以基本上是网格的形式。
有利地，存在两个层或保护层，在所述两个层或保护层之间布置至少一根电阻线和至少一个第一导热片。
有利地，两个保护层允许保留电加热器的其它部件，这些其它部件不与储罐中的液体接触。
有利地，电绝缘层的材料可以根据将被引入储罐中的液体来选择。
优选地，两个保护层中的至少一个(例如一个或两者)适于与储罐中容纳的物质接触，特别是直接接触。
根据一个方面，选择电加热器的一个或更多个部件的厚度以减小热惯性、尺寸和成本。
下面列出了本发明的其它优点中的一些：
-生产过程中的不良品数量少；
-电加热器特别适于加热经受数次结冰和解冻循环的结冰块；
-电加热器特别耐机械应力，尤其是冲击和振动；
-电加热可以以汽车电池提供的电压(例如约13V)操作。
此外，根据其中设置了具有翼片的箔片的特定实施例，热量可通过在结冰块内的传导而尽可能多地扩散。实际上，翼片渗透到结冰块中，从而增加了通过传导的热扩散。考虑到与对流和辐射相比，传导加热特别是在速度方面更加高效和有效以实现快速解冻，这一方面是特别有利的。根据对优选的但非排他性的实施例的详细描述，本发明的其它特征和优点将更加明显。
从属权利要求描述了本发明的特定实施例。
附图简述
本发明的描述参考了附图，这些附图以非限制性示例的方式提供，其中：
图1示意性地示出了根据本发明的电加热器的截面图；
图2示意性地示出了根据图1的包括至少一个电加热器的储罐的一部分的截面图；
图3示意性地示出了根据本发明的实施例的包括至少一个电加热器的储罐的另一部分的侧视图。
附图中相同的附图标记标识相同的元件或部件。
发明示例性实施例的详细描述
参考附图，描述了一种电加热器1、1'，特别是加热储罐100(例如用于注水系统的储罐100)内的物质。
在所有实施例中，电加热器1、1'包括：
-至少一根电阻线4，其适于连接到电源，以产生热量来加热该物质；
-固定到至少一根电阻线4的至少一个第一导热材料片5或箔片或支撑件。
电加热器1、1'具有大致夹心的结构。
电加热器1、1'可以包括单根电阻线4，或者也可以设置另外的电阻线。
优选地，电加热器1包括仅一根或更多根电阻线4作为加热元件，即作为通过焦耳效应产生热量的元件。
例如，电阻线4可以由铜、镍或它们的合金制成。
优选地，电阻线4具有圆形或基本圆形的横截面。
优选地，电阻线4(特别是其金属芯)具有在0.04mm和0.5mm之间的直径。
优选地，电阻线4的长度在500mm和3000mm之间。
优选地，电阻线4被折叠或缠绕以形成路径，例如呈蛇形。
任选地，电阻线4包括多个基本上平行的拉伸部分(stretches)，优选地基本为直线。优选地，连续的拉伸部分通过弯曲的拉伸部分连结。
任选地，在变体(未示出)中，包括护套41的电阻线30缠绕在绝缘材料支撑件周围，该绝缘材料支撑件优选是柔性支撑件。电阻线4可以连接到电源以产生热量，电源优选地是机动交通工具的电池(未示出)，其通常但并不排他地以约13V的电压操作。与电池的连接例如借助于电阻线4的端部部分(未显示)进行。
当电阻线4有电流通过时，其通过焦耳效应变热。热量被传递到至少一个导热片，该导热片又可以将热量直接或间接地传递到要解冻的块。
优选地，电阻线4被配置成达到最高约100℃，特别是当其由约13V的电压供电时。
电阻线4有利地设有由电绝缘材料制成的护套41。
优选地，护套41和电阻线4是预组装的部件，并且特别地形成加热电缆。
优选地，护套41包围电阻线4。
护套41优选地与电阻线4的金属芯接触。
优选地，护套41具有圆形的横截面并且任选地与电阻线4同轴。护套41的外径优选地是恒定的并且在1mm和5mm之间。
护套41可以例如由热塑性或热固性的弹性体或非弹性体材料制成。例如，护套41可以由聚氯乙烯(PVC)、硅树脂或热塑性弹性体(诸如山都平)制成。
优选地，护套41基本上沿电阻线4的整个长度(优选地，除了用于连接到电源的电阻线4的端子之外)延伸。
任选地，护套41是沿着电阻线4挤出的聚合物。
优选地，电加热器1、1'还包括固定到第一片5和/或电阻线4的导热材料的第二片6、或箔片或支撑件。
任选地，第一片5和第二片6彼此密封，使得电阻线4不与在储罐中容纳的液体接触。
优选地，第一片5和(任选的)第二片6由金属制成，优选地由铝或铝合金制成。
优选地，第一片5和(任选的)第二片6各自具有在0.009mm和1mm之间的厚度，优选地厚度是恒定的。该所选的厚度范围允许最佳地减小热惯性、尺寸和成本。此外，片5和/或片6是足够柔性或可变形的。
第一片5和第二片6优选具有相同的尺寸。
优选地，第一片5和(任选的)第二片6各自形成连续或基本连续的层。可替代地，第一片5和(任选的)第二片6各自以网格或网的形式制成。
优选地，第一片5和第二片6是两个不同的元件，然而替代地可能设置成包括两个片或层5、6的单个成形(例如折叠)的元件。
优选地，第一片5和第二片6彼此平行。
优选地，电加热器1、1'包括彼此固定的两个层2、3或保护层，优选地电绝缘材料的两个层2、3或保护层。
在这种情况下，至少一个电阻线4、至少一个第一导热片5以及(在设置时的)第二导热片6被布置在所述至少两个保护层2、3之间。
具体地，第一导热片5布置在电阻线4和电绝缘材料的所述两个层2、3之中的第一层2之间，并且当还设置第二片6时，第二片6布置在电阻线4和所述两个层2、3中的第二层3之间。
电阻线4产生的热量被传递到两个层2、3，其中至少一层适于与待解冻的块接触。
两个层2、3优选由聚合物材料制成。
优选地，两个层2、3由热塑性材料(优选地聚丙烯(PP))或由弹性体制成。
两个层2、3优选地是片或箔片。
优选地，两个层2、3各自具有在0.1mm和1mm之间的厚度，优选地是恒定的，以便最佳地降低热惯性、空间要求和成本。
优选地，两个层2、3基本上具有相同的尺寸。
优选地，电加热器1、1'的总厚度为2mm至10mm。
优选地，电加热器1，1'具有在10000mm2和1000000mm2之间的表面延伸，即宽度×长度。
此种表面延伸基本上对应于导热片5的表面延伸和/或两个层2、3之一的表面延伸。
优选地，两个层2、3基本上彼此密封，以防止容纳在储罐100中的液体渗透到电加热器1、1'中，特别是防止片5和设有护套41的电阻线4(以及片6，如果设置的话)与液体(即储罐中容纳的物质)接触。
优选地，两个层2、3的至少外围边缘21、31或周边边缘或仅外围边缘21、31或周边边缘彼此固定，特别是彼此密封。此外，任选地，由两个层2、3的外围边缘21、31(以及任选地还有片5、6)包围的中心部分彼此间隔开。值得注意的是，片5、6的没有设置电阻线4的部分也可彼此接触或稍微间隔开。
优选地，两个层2、3至少部分地彼此平行。例如，外围边缘21、31彼此平行，并且优选地，中心部分也彼此平行。优选地，导热片5(优选地还有片6，如果设置的话)平行于两个层2、3，特别是平行于它们的中心部分。
当仅设置一个导热片5时，优选地，电阻线4(特别是护套41)与两个层2、3之一以及与片5接触，特别是直接接触。具体地，在这种情况下，护套41与层3接触，该层3与设有片5的层2相对。可替代地，当设置两个导热片5和6时，优选地，电阻线4(特别是护套41)与两个导热片5和6接触，特别是直接接触。电阻线4实际上布置在两个片5和6之间。
优选地，片5与层2接触，尤其是直接接触，并且当还设置片6时，片6与层3接触，尤其是直接接触。
任选地但非排他性地，将片5固定到层2，例如，片5被胶合或热密封到层2；和/或将片6，如果设置的话，固定到层3，例如，片6被胶合或热密封到层3。
根据特定实施例(图3)，加热器1’还包括由导热材料制成的元件，特别是箔片30，该导热材料适于与待解冻的块接触。箔片30具有固定到两个层2、3之一(例如层2)的外表面的基部33或表面。可替代地，在变型(未示出)中，箔片30可以固定到导热箔片5的外表面。
箔片30包括多个翼片32。特别地，翼片32由被蚀刻并横向于所述表面33折叠的箔片部分限定。
每个翼片32对应于箔片30的开口，特别是基部33的开口。在每个开口处，特别是在开口下面，存在两个电绝缘层2、3之一，例如层2。
换句话说，翼片32是箔片30的一部分，并且特别是箔片30的折叠部。例如，翼片32与下面的各个基部33形成优选约90°的角度。
箔片30的厚度，即基部33和翼片32中的每个的厚度优选在0.2mm和3mm之间，例如，在0.3mm和2mm之间。箔片30的厚度优选是恒定的。
箔片30优选地由金属制成，优选地为铝或铝合金，其是良好的导热体。
本发明还包括设有至少一个电加热器1、1'的用于容纳物质，特别是包含水的物质的储罐100。
储罐100优选是机动交通工具的储罐。特别地，储罐100适于容纳液体，例如水或水溶液，例如包含尿素的水溶液。储罐100优选地适于连接至系统(未示出)，以节省燃料并减少交通工具的污染。
在所示的实施例中，储罐100包括两个电加热器1或1'，但是可以仅设置一个电加热器1或1'，或可以设置多于两个的电加热器1或1'。
每个电加热器1、1'固定到储罐100。
特别地，对于每个电加热器1，1'，所述电绝缘材料的两个层2、3中的第一层，例如层2适于与所述物质接触以加热所述物质。另一层3，即第二层，被固定到储罐100的内壁。优选地，此种内壁是储罐100的底壁。
当仅设置一个导热片5时，其优选地位于固定有电加热器1、1'的储罐100的内壁的远侧。
当不设置两个层2、3时，将导热片5、6和/或电阻线4直接固定到储罐的内壁。
当设置箔片30时，翼片32朝着储罐100的内部延伸，即朝向要解冻的块。
通常但非排他性地，储罐100的底壁具有开口，分配模块(也称为注入模块或分配器101)与该开口相关联。可以将用于液体的泵(未示出)连接至分配模块101。分配器101，特别是泵，优选地用于从储罐中抽出液体。
优选地，两个或更多个加热器1或1'被布置在分配器101的侧面上，例如在相对的两个侧面处。
可替代地，可以设置单个加热器1或1'，该单个加热器1或1'围绕分配器101延伸，并且例如，当从上方观察时，单个加热器1或1'可以基本上成形为圆形冠或环。
获得电加热器1、1'的过程的示例包括以下步骤：将至少一根设置有护套41的电阻线4固定到至少一个导热片5。
例如，获得设置有两个保护层2、3的电加热器1、1'的过程包括以下步骤：
(a)将至少一根电阻线4固定到至少一个导热片5；
(b)在电绝缘材料的两个层2、3之间布置至少一根电阻线4和第一片5；
(c)将电绝缘材料的两个层2、3彼此固定。
在所有实施例中，优选地，至少一条电阻线4，特别是护套41，可以通过热密封、胶粘或缝合固定到导热材料的第一片5和/或固定到第二层3，或固定到第一片5上和/或固定到第二片6，或者可以仅通过固定两个层2、3来保持。当电加热器1'还包括箔片30时，通常还具有以下步骤：将箔片30固定到两个层2、3之一，或在未设置两个层2、3的情况下，将箔片30固定到导热箔片5。
箔片30的翼片32可以通过以下方式获得：通过蚀刻来切割箔片的部分，然后将被蚀刻的部分横向于表面33折叠。

Claims (15)

1.一种电加热器(1、1')，用于加热储罐(100)内的物质，所述电加热器(1、1')包括：
-适于连接到电源的至少一根电阻线(4)，所述至少一根电阻线(4)设置有由电绝缘材料制成的护套(41)；
-由金属制成的至少一个第一导热片(5)，所述第一导热片(5)固定到所述至少一根电阻线(4)；
-彼此固定的由聚合物材料制成的至少两个保护层(2、3)；
其中，所述至少一根电阻线(4)和所述至少一个第一片(5)布置在所述至少两个保护层(2、3)之间。
2.根据权利要求1所述的电加热器(1、1')，包括由金属制成的至少一个第二导热片(6)，所述至少一个第二导热片(6)固定到所述至少一个第一片(5)和/或所述至少一根电阻线(4)；
其中，所述至少一根电阻线(4)布置在所述至少一个第一片(5)和所述至少一个第二片(6)之间。
3.根据权利要求1或2所述的电加热器(1、1')，其中，所述至少一个第一导热片(5)以及在所述至少一个第二导热片(6)被提供时的所述至少一个第二导热片(6)由铝或铝合金制成。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电加热器(1、1')，其中，所述至少一个第一导热片(5)以及在所述至少一个第二导热片(6)被提供时的所述至少一个第二导热片(6)各自具有在0.009mm和1mm之间的厚度。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的电加热器(1、1')，其中，所述至少一根电阻线(4)、所述至少一个第一片(5)和所述至少一个第二片(6)布置在所述至少两个保护层(2、3)之间。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电加热器(1、1')，其中，所述两个保护层(2、3)各自具有在0.1mm和1mm之间的厚度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电加热器(1、1')，其中，所述两个保护层(2、3)由热塑性材料，优选地聚丙烯制成。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电加热器(1、1')，其中，所述护套(41)具有在1mm和5mm之间的外径，和/或其中，所述护套(41)包围所述至少一根电阻线(4)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电加热器(1、1')，其中，所述护套(41)与所述第一片(5)以及所述两个保护层(2、3)中的保护层(3)接触，或其中，当所述第二片(6)被提供时，所述护套(41)与所述第一片(5)和所述第二片(6)接触。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电加热器(1、1')，其中，所述至少一根电阻线(4)具有在0.04mm和0.5mm之间的直径，和/或其中，所述至少一根电阻线(4)包括多个第一拉伸部分，所述第一拉伸部分彼此基本平行，优选地基本上是直线的，并且其中优选地，两个第一连续拉伸部分通过相应的第二弯曲拉伸部分连结。
11.根据前述权利要求中任一项所述的电加热器(1、1')，具有在2mm和10mm之间的总厚度。
12.根据前述权利要求中任一项所述的电加热器(1')，包括适于与所述物质接触的导热材料的箔片(30)，所述箔片(30)具有基部(33)，所述基部(33)固定到所述至少一个第一导热片(5)的外表面，或者，当设置两个保护层(2、3)时，固定到所述两个保护层(2、3)中的一层；所述箔片(30)包括多个翼片(32)，所述多个翼片(32)由被切割并且横向于所述基部(33)折叠的箔片的部分限定。
13.一种储罐(100)，用于容纳物质，特别是包含水的物质，所述储罐(100)包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的电加热器(1、1')。
14.根据权利要求13所述的储罐(100)，其中，所述至少一个电加热器(1、1')包括至少一根电阻线(4)和/或固定到所述至少一个第一片(5)的至少一个第二导热片(6)；并且其中，所述至少一根电阻线(4)布置在所述至少一个第一片(5)和所述至少一个第二片(6)之间。
15.根据权利要求13或14所述的储罐(100)，其中，所述至少一个电加热器(1、1')包括彼此固定的至少两个保护层(2、3)；并且其中，所述至少一个电加热器(1、1')的所述至少一根电阻线(4)、所述至少一个第一导热片(5)以及在所述至少一个第二导热片(6)被提供时的所述至少一个第二导热片(6)布置在所述至少两个保护层(2、3)之间。
其中，所述两个层(2、3)中的第一层(3)固定到所述储罐(100)的内壁，优选地，所述内壁是所述储罐(100)的底壁，
并且其中优选地，所述两个层(2、3)中的第二层(2)适于与所述物质接触以加热所述物质。
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