CN113939047A - 电加热装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于加热温度控制流体的电加热装置，该电加热装置包括：两个电极，所述电极均包括具有内表面的电极体；以及至少一个加热元件，其包括两个彼此相对定位的电连接表面并且布置在电极之间使得电连接表面各自面向电极之一的内表面。在至少一个电极与加热元件之间存在接合部，接合部由相关电极的内表面和相关联的连接表面界定并填充有粘合剂，电极借助于该粘合剂以整体结合的方式连接到加热元件。至少一个隆起部从来自电极体的界定接合部的内表面突出到接合部中，为了电桥接接合部，所述至少一个隆起部抵靠相关联的连接表面，使得该电极借助于至少一个隆起部电连接到相关联的连接表面。

Description

电加热装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用于加热温度控制流体、特别是用于机动车辆的电加热装置，并且涉及一种用于制造这种加热装置的方法。

背景技术

特别是在具有混合动力驱动的机动车辆或者在纯电力驱动的车辆中，借助于电加热装置来将热量供应到车辆内部已被采用了一段时间。借助于这种电加热装置，温度控制流体通常被加热，即被充以热量。温度控制流体能够是空气，该空气在已借助于电加热装置被充以热量之后被馈送到车辆内部。替代地，温度控制流体能够是在流体回路中循环的温度控制液体。然后，电加热装置被布置在该流体回路中，使得温度控制液体能够借助于该电加热装置来被充以热量。除此之外，热交换器通常存在于流体回路中，由温度控制液体携带的热量借助于该热交换器能够传递到存在于车辆内部的空气中。

为了实现过热保护，电加热装置通常实施有PTC加热元件，借助于该PTC加热元件，电能能被转化为热量。这种PTC加热元件通常包括或者通常是由陶瓷制成的PTC热敏电阻器，并且具有大的温度依赖性的电阻，该电阻随着陶瓷元件的温度增加而极大地增加。因此，在PTC加热元件上实现了基本恒定的温度，而与所施加的电压、标称电阻、释放的热量等无关。因此，该温度始终大致相同，其中，PTC加热元件的加热输出自动适应或调节以适应上面列出的外围条件。

在常规电加热装置中，加热元件布置在两个电极之间，加热元件借助于这两个电极被供给电能。通常，这两个电极分别在整个表面积上接触加热元件的两个电连接表面之一。这意味着在常规电加热装置中，电极的距离由加热元件的厚度来确定。

然而，由于在电加热装置的两个电极之间通常彼此相邻地布置多个加热元件，这就产生了缺点——为了确保加热元件与电极之间的可靠电接触——单个加热元件的厚度必须以非常小的公差来实现。否则，在所形成的较薄的加热元件与电极之一之间会产生间隙，这会恶化加热元件和电极的可靠电接触，或者甚至使其不能可靠电接触。

因此，本发明的目的——特别是为了消除上述缺点——是示出用于电加热装置的新方式以及一种用于制造这种电加热装置的方法的新方式。

发明内容

在电加热装置中，基本思想相应地是将两个电极中的至少一个胶合到电加热装置的至少一个加热元件，其中，在加热元件与胶合到该加热元件的电极之间提供填充有粘合剂的接合部，被电极所包括的至少一个隆起部突出到该接合部中，所述至少一个隆起部电桥接该接合部，并电连接到加热元件。

由此有利地实现了，一方面借助于粘合剂来实现加热元件和电极到彼此的可靠紧固，其中，另一方面借助于粘合剂来同时确保加热元件到电极的良好热连接。在此，电极的突出穿过接合部的隆起部确保了电极到加热元件的可靠物理电接触，即使特别是在加热元件或电极由于温度而经受相对于彼此的尺寸变化的情况下，该可靠物理电接触也有利地得以保持。

根据本发明的电加热装置用于加热能够是液态或气态的温度控制流体。电加热装置优选地可用于机动车辆。电加热装置包括两个电极，这两个电极均包括具有内表面的电极体。除此之外，电加热装置包括至少一个电加热元件，所述至少一个电加热元件包括两个彼此相对定位的电连接表面。电加热元件布置在电极之间，使得内表面的电连接表面各自面向电极之一。在此，在至少一个电极与加热元件之间存在接合部，该接合部由相关电极的内表面和相关联的连接表面来界定。该接合部填充有粘合剂，电极借助于该粘合剂以整体结合的方式连接到加热元件。来自相关电极的电极体的隆起部从界定接合部的内表面突出到接合部中。实际上，隆起部和电极体材料均一地形成在彼此上。为了电桥接该接合部，所述隆起部抵靠加热元件的相关联的连接表面。在此，连接表面特别地不直接抵靠相关联的内表面。该隆起部抵靠相关联连接表面，以使得包括该连接表面的电极借助于其至少一个隆起部来电连接到相关联的连接表面。如上所指示的，由此有利地实现了，借助于粘合剂能够实现电极和加热元件在彼此上的可靠紧固并且借助于电极的隆起部能够确保电极到加热元件的牢固物理电连接。

根据电加热装置的优选的另一改进方案，在两个电极中的每个与加热元件之间存在接合部，该接合部由相应电极的内表面与连接表面之一来界定并且填充有粘合剂。借助于该粘合剂，这两个电极以整体结合的方式分别连接到加热元件。在两个电极的界定接合部的内表面上，分别存在至少一个隆起部，所述隆起部在加热元件的相应相关联的连接表面的方向上从相关电极的电极体突出。为了电桥接两个接合部之一，这些隆起部分别抵靠两个连接表面之一。隆起部抵靠加热元件的连接表面，以使得两个电极借助于它们相应的至少一个隆起部来电连接到相关联的连接表面。因此，能够有利地确保加热元件特别可靠地电连接到两个电极并且同时能够实现电极和加热元件在彼此上的稳固紧固。

实际上，加热元件包括PTC电阻或者是这种PTC电阻。这种PTC电阻器提供的优势在于它基本上独立于任何外围条件来调节其加热功率，因此能够特别容易地实现过热保护。

根据电加热装置的另一优选的改进方案，隆起部是可变形的，以使得包括隆起部的电极的以及替代地或附加地加热元件的由公差引起的尺寸偏差和由温度引起的尺寸变化能够借助于隆起部的变形来补偿。优选地，隆起部是可弹性和/或塑性变形的并且尺寸偏差或尺寸变化能够借助于隆起部的弹性和/或塑性变形来补偿。这提供的优点在于，加热元件在其制造期间能够经受较大的公差，这基本上对加热元件的制造而言具有成本降低的影响，因为能够采用较不精确的加工和质量保证工艺而不会危害电加热装置的功能。

在电加热装置的另一优选的改进方案中，电极的具有隆起部的内表面在电极的基本平面中延伸。在那里，隆起部的垂直于内表面或垂直于基本平面来测量的高度确定基本上平行于基本平面延伸的电连接平面的偏移。所述偏移优选地大于零。电极与加热元件之间的或隆起部与连接表面之间的电接触优选地仅存在于电连接平面中。有利地，因此能够在电加热装置的整个寿命期间确保电极与加热元件之间的所定义的电接触。

实际上，加热元件借助于粘合剂来热耦接到电极。这允许借助于加热元件所生成的热量被特别良好地传递到在外部流过加热装置的温度控制流体。

有利地，粘合剂的热导率为0.1至5W/(m*K)。通过这种方式，能够特别有利地实现向在外部围绕电加热装置流动的温度控制流体的热传递。

实际上，粘合剂被设计为电绝缘的或导电的。电绝缘粘合剂使得电能从电极到加热元件的传输仅经由相关联的电极的隆起部来发生，以使得所述电接触能够在结构上特别精确地固定。与此相比，设计为导电的粘合剂的优点在于，加热元件和电极的特别大的表面积能够用于传输电能。

根据电加热装置的有利的另一改进方案，电极的至少一个隆起部基本上在所述电连接表面的中心电接触相关联的电连接表面。这确保了加热元件的最佳功能，并且还防止了由于不均匀分布的热量引起的机械应力所导致的热变形。

在电加热装置的另一有利的改进方案中，在电极的限定接合部的内表面上存在多个彼此间隔开布置的隆起部，所述隆起部形成相对于内表面凸起的结构。以此方式，借助于隆起部能够有利地实现加热元件的特别良好的电接触。

在电加热装置的另一优选的改进方案中，在电极的包括隆起部的内表面的平面视图中，该结构的形状为条状、点状或十字状。有利地，由此能够实现电极与加热元件之间形成的特别牢固的电接触。

电加热装置的另一优选的改进方案提出，电极背离其内表面各自具有的外表面，在该外表面上设置有电绝缘层。在此，包含加热元件的电极被管状体包围，其中，绝缘层使包含加热元件的电极与该管状体电绝缘。所述管状体有利地将电加热装置的电极和加热元件与在外部流过电加热装置的温度控制流体分隔开，从而有效地避免了电极或加热元件与温度控制流体的直接接触，这种直接接触一方面会引起电极之间的电短路，并且另一方面会化学侵蚀电极或加热元件的材料。

根据电加热装置的另一优选的改进方案，加热装置包括设置在两个电极之间的彼此间隔开的多个电加热元件，以使得多个加热元件借助于电极电并联地连接。这有利地导致可实现的或已实现的增加的加热功率。

除此之外，本发明涉及一种用于制造根据以上描述的根据本发明的电加热装置的方法。该方法提出，提供两个电极和至少一个电加热元件。在此，在至少一个电极、优选的每个电极的内表面上产生相对于内表面凸起并从该电极的电极体突出的隆起部。该隆起部的产生是借助于激光或者通过机械加工或沉积或腐蚀或成形或冲孔或它们的组合来完成的。将设置有隆起部的电极胶合到加热元件，以使得在电极与加热元件之间产生接合部。该接合部由相关电极的内表面和加热元件的电连接表面来界定。根据该方法，接合部填充有粘合剂，该粘合剂将电极和加热元件以整体结合的方式连接到彼此。此外，接合部借助于隆起部来电桥接，以使得具有隆起部的电极通过其隆起部抵靠加热元件的相关联的连接表面的方式电连接到加热元件的该连接表面。以上所示出的根据本发明的电加热装置的优点类似地也传递到根据本发明的用于制造这种电加热装置的方法。

本发明的其他重要特征和优点从从属权利要求、附图以及附图的相关附图说明中获得。

应该理解，在不脱离本发明的范围的情况下，以上提到的并且仍将在下文说明的特征不仅可以以所述的相应组合使用，而且可以以其他组合或者分别使用。

本发明的优选示例性实施例在附图中示出，并且在下文的描述中更详细地说明，其中相同的附图标记表示相同或相似或功能相同的部件。

附图说明

分别示意性地示出：

图1以截面图示例性地示出了根据本发明的电加热装置，

图2以透视图示出根据本发明的电加热装置的示例，

图3至图6分别以截面图示出了用于根据本发明的电加热装置的电极的各种示例。

具体实施方式

在图1中，示出了根据本发明的电加热装置1的示例，其能够用于加热温度控制流体。这种温度控制流体能够是温度控制气体或温度控制液体，温度控制气体特别是空气。电加热装置1能够用在机动车辆中。电加热装置1包括两个电极2。电极2中的每个都包括电极体3，该电极体上存在内表面4。电加热装置1还包括至少一个加热元件5，该加热元件包括彼此相对定位的两个电连接表面6。在图1的示例中，能够看到电加热装置1的三个这种加热元件5。电加热装置5设置在电极2之间，以使得电连接表面6各自面向电极2之一的内表面4。在至少一个电极2与加热元件5之间存在接合部7，该接合部是由相关电极2的内表面4和相关联的连接表面6来界定的。该接合部7填充有粘合剂8，电极2借助于该粘合剂以整体结合的方式来连接到加热元件5。在界定接合部7的内表面4上，至少一个隆起部9从电极体3突出到接合部7中。在图1的示例中，对于每个结合部7可以看到三个这样的隆起部9。为了电桥接接合部7，隆起部9抵靠相关联的连接表面6，使得相关的电极2借助于至少一个隆起部9电连接到相关联的连接表面6。

在图1的示例中，每个电极7与加热元件5之间均存在接合部7，该接合部由相应电极2的内表面4和连接表面6之一来界定。这两个接合部7都填充有粘合剂8，电极2借助于该粘合剂以整体结合的方式连接到加热元件5。在两个电极2的界定接合部7的内表面4上，存在在相应相关联的连接表面6的方向上分别从相关的电极体3突出的隆起部9。为了电桥接接合部4，这些隆起部9分别抵靠两个连接表面6之一，以使得两个电极2借助于它们相应的至少一个隆起部9来电连接到相关联的连接表面6。加热元件5包括例如PTC电阻10或者是这种PTC电阻器10。

根据图1，至少一个隆起部9是可变形的-在所示示例中这适用于所有隆起部9。隆起部9例如是可弹性或塑性地变形。隆起部9可变形为使得包括隆起部9的电极2中的或加热元件5中的由于制造公差引起的尺寸偏差和温度引起的尺寸变化能够借助于隆起部9的变形来补偿。对应地，在图1中放大地示出了所示出的三个加热元件5具有不同的厚度尺寸，所述厚度尺寸借助于隆起部9偏移，使得尽管存在尺寸偏差，但形成加热元件5到电极2的牢固电连接。

图1还示出了电极2的具有隆起部9的内表面4在电极2的基本表面G中延伸。垂直于内表面4或垂直于基本表面G所测量隆起部9的的高度H确定了电连接平面A的偏移11。电连接平面A基本上平行于基本平面G来延伸。电极2与加热元件5之间的电接触12存在于电连接平面A中。加热元件5借助于粘合剂8来热耦接到电极2。粘合剂8的热导率为0.1至5W/(m*K)。例如，粘合剂8形成为电绝缘的或导电的。

图2以透视图示出了根据本发明的电加热装置1的另一示例。在此，在图1和图2中可以看出，隆起部9与相关联的电连接表面6在该连接表面6的中心13电接触。在界定接合部7的内表面4上，存在彼此间隔开布置的多个隆起部9，这些隆起部形成了相对于内表面4凸起的结构14。在具有隆起部9的电极2的内表面4的平面视图中，结构14的形状能够是十字状的——如图2所示。替代地或附加地，结构14的形状能够形成为条状或点状。

根据图1，电极2各自具有背离其内表面4的外表面15。在所示示例中，在外表面15上各自设置有电绝缘层16。包含加热元件5的电极2被管状体17包围，该加热元件设置在这些电极2之间。在此，电绝缘层16使包含加热元件5的电极2与管状体17电绝缘。

此外，从图1和图2可以看出，加热装置1包括多个加热元件5，这些加热元件彼此间隔开地设置在两个电极2之间，使得多个加热元件5借助于电极2并联地电连接。

在图3和图4中，以截面图示出了用于根据本发明的电加热装置1的具有隆起部9的电极2的示例。图3和图4的示例的隆起部9是借助于激光来产生的。根据图3，借助于激光所产生的隆起部9的高度H为70μm至131μm。根据图4，隆起部9的高度H达到152μm至168μm。

图5示出了用于根据本发明的电加热装置1的具有隆起部9的电极2的另一截面示例。在图5的示例中，隆起部9是通过成形来产生的。这种通过成形所产生的隆起部9能够被冲压。

图6以截面图示出了用于根据本发明的电加热装置1的电极2的另一示例。图6的电极2的隆起部9是通过成形来产生的。替代于图3至图6中所示的示例，能够通过机械加工或沉积或腐蚀或冲孔来产生隆起部9。这意味着隆起部9能够借助于激光或者通过机械加工或沉积或腐蚀或成形或冲孔或它们的组合来产生。

图1和图2的电加热装置1的示例是借助于根据本发明的用于制造电加热装置1的方法来制造的。根据该方法，提供两个电极2和至少一个加热元件5。在至少一个(在图1的示例中为每个)电极2的内表面4上，产生相对于内表面4凸起并且从该电极2的电极体3突出的隆起部9。产生隆起部9借助于激光或者通过机械加工或沉积或腐蚀或成形或冲孔或它们的组合来进行。将设置有隆起部9的电极2胶合到加热元件5，以使得在电极2与加热元件5之间产生接合部7。这样产生的接合部7由相关电极2的内表面4和加热元件5的电连接表面6来界定。该接合部7填充有粘合剂8，该粘合剂将电极2和加热元件5以整体结合的方式彼此连接。接合部7借助于隆起部9来电桥接，使得具有隆起部9的电极2通过其隆起部9抵靠相关联的连接表面6的方式电连接到该连接表面6。

Claims (15)

1.一种用于加热温度控制流体、特别是用于机动车辆的电加热装置(1)，所述电加热装置具有：

-两个电极(2)，所述电极均包括具有内表面(4)的电极体(3)，

-至少一个加热元件(5)，所述加热元件包括两个彼此相对定位的电连接表面(6)，并且所述加热元件布置在所述电极(2)之间，使得在每种情况下，电连接表面(6)面向所述电极(2)之一的内表面(4)，

-其中，在至少一个电极(2)与所述加热元件(5)之间存在接合部(7)，所述接合部由相关电极(2)的内表面(4)和相关联的连接表面(6)来界定，并且所述接合部填充有粘合剂(8)，所述电极(2)借助于所述粘合剂以整体结合的方式连接到所述加热元件(5)，

-其中，至少一个隆起部(9)从来自所述电极体(3)的界定接合部(7)的内表面(4)突出到所述接合部(7)中，为了电桥接所述接合部(7)，所述至少一个隆起部抵靠所述相关联的连接表面(6)，使得该电极(2)借助于至少一个隆起部(9)电连接到所述相关联的连接表面(6)。

2.根据权利要求1所述的电加热装置(1)，其特征在于，

-在每个电极(2)与所述加热元件(5)之间均存在接合部(7)，所述接合部由相应电极(2)的内表面(4)和连接表面(6)之一界定，并且所述接合部填充有粘合剂(8)，所述电极(2)借助于所述粘合剂以整体结合的方式连接到所述加热元件(5)，

-在两个电极(2)的界定所述接合部(7)的内表面(4)上，存在至少一个隆起部(9)，所述至少一个隆起部在各相关联的连接表面(6)的方向上从它们的电极体(3)突出，用于电桥接所述接合部(4)的至少一个隆起部均抵靠所述连接表面(6)之一，使得两个电极(2)各自借助于它们的相应的至少一个隆起部(9)来电连接到所述相关联的连接表面(6)。

3.根据权利要求1或2所述的电加热装置(1)，其特征在于，

所述加热元件(5)包括PTC电阻器(10)或者是PTC电阻器(10)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的电加热装置(1)，其特征在于，所述隆起部(9)是弹性和/或塑性地可变形的，使得包括所述隆起部(9)的所述电极(2)和/或所述加热元件(5)的由于制造公差导致的尺寸偏差和温度引起的尺寸变化借助于所述隆起部(9)的弹性和/或塑性变形来补偿。

5.根据前述权利要求中任一项所述的电加热装置(1)，其特征在于，

-具有所述隆起部(9)的电极(2)的内表面(4)在所述电极(2)的基本平面(G)中延伸，

-垂直于所述内表面(4)或垂直于所述基本平面(G)测量的隆起部(9)的高度(H)确定基本上平行于所述基本平面(G)延伸的电连接平面(A)的偏移(11)，

-在所述电连接平面(A)中，电极(2)与加热元件(5)之间存在电接触(12)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的电加热装置(1)，其特征在于，所述加热元件(5)借助于所述粘合剂(8)热耦接到所述电极(2)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的电加热装置(1)，其特征在于，所述粘合剂(8)的热导率为0.1至5W/(m*K)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的加热装置(1)，其特征在于，所述粘合剂(8)是电绝缘的或导电的。

9.根据前述权利要求中任一项所述的电加热装置(1)，其特征在于，所述隆起部(9)基本上在相关联的电连接表面(6)的中心(13)处与所述相关联的电连接表面电接触。

10.根据前述权利要求中任一项所述的电加热装置(1)，其特征在于，所述隆起部(9)借助于激光或通过机械加工或沉积或腐蚀或成形或冲压或它们的组合来产生。

11.根据前述权利要求中任一项所述的电加热装置(1)，其特征在于，在界定所述接合部(7)的内表面(4)上存在彼此间隔布置的多个隆起部(9)，所述多个隆起部形成相对于所述内表面(4)凸起的结构(14)。

12.根据权利要求11所述的电加热装置(1)，其特征在于，在包括所述隆起部(9)的电极(2)的内表面(4)的平面视图中，所述结构(14)的形状为条状、点状或十字状。

13.根据前述权利要求中任一项所述的电加热装置(1)，其特征在于，

-所述电极(2)背离其内表面(4)各自具有外表面(15)，在所述外表面上布置有电绝缘层(16)，

-包含加热元件(5)的电极(2)被管状体(17)包围，其中，所述绝缘层(16)使所述包含加热元件(5)的电极(2)与所述管状体(17)电绝缘。

14.根据前述权利要求中任一项所述的电加热装置(1)，其特征在于，所述加热装置(1)包括多个加热元件(5)，所述多个加热元件彼此间隔开地布置在所述两个电极(2)之间，使得所述多个加热元件(5)借助于所述电极(2)并联地电连接。

15.一种用于制造根据前述权利要求中任一项所述的电加热装置(1)的方法，根据所述方法，

-提供两个电极(2)和至少一个加热元件(5)，在至少一个电极、优选的每个电极(2)的内表面(4)上产生相对于所述内表面(4)凸起并从所述电极(2)的电极体(3)突出的隆起部(9)，

-所述隆起部(9)的产生是借助于激光或者通过机械加工或沉积或腐蚀或成形或冲孔或它们的组合来进行的，

-将设置有隆起部(9)的所述电极(2)胶合到所述加热元件(5)使得在所述电极(2)与所述加热元件(5)之间产生接合部(7)，所述接合部由相关电极(2)的内表面(4)和所述加热元件(5)的电连接表面(6)界定并且填充有粘合剂(8)，所述粘合剂使所述电极(2)和所述加热元件(5)以整体结合的方式彼此连接，

-所述接合部(7)借助于所述隆起部(9)被电桥接，使得具有隆起部(9)的所述电极(2)以其隆起部(9)抵靠相关联的连接表面(6)的方式被电连接至所述相关联的连接表面。

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