CN114980386A - 用于尤其是在车辆中加热载热介质的加热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种加热装置(10)，用于尤其是在车辆中加热载热介质，该加热装置具有至少一个以PTC材料构造的加热体(14)，所述加热体包括多个贯穿该加热体(14)的载热介质流动通道(30)。

Description

用于尤其是在车辆中加热载热介质的加热装置
技术领域
本发明涉及一种用于加热载热介质的加热装置，所述载热介质例如是要引入车辆内部空间中的空气。
背景技术
在车辆结构中，特别是关联纯电动运行的车辆或混合车越来越多辆地使用电运行的加热装置，以便提供例如用于加热车辆内部空间需要的热能。在此例如利用所谓的PTC加热装置，以便通过以载热介质(例如要引入车辆内部空间中的空气)环流在其中设置的PTC加热元件将热能传输到载热介质上。在此，通常块状构成的PTC加热元件设置不同的对其支承的或也对其电触点接通的构件或材料层之间，由此基于PTC加热元件的借此也导入的热屏蔽影响传递到要加热的介质上的传热的效率。
发明内容
本发明的任务是，提供一种用于尤其是在车辆中加热载热介质的电运行的加热装置，其在传递到要加热的介质上的传热方面具有提高的效率。
按照本发明，该任务通过按照权利要求1的用于尤其是在车辆中加热载热介质的加热装置解决。该加热装置具有至少一个利用PTC材料构造的加热体，所述加热体包括多个贯穿该加热体的载热介质流动通道。
通过这样提供所述或至少一个利用PTC材料构造的加热体，使得所述加热体具有多个贯穿其的并且因此由载热介质可流经的通道，提供相对大的表面，在所述表面上产生要加热的介质和加热体的PTC材料之间的直接的并且不通过附加的构件屏蔽的传热接触。这实现通过加热体的PTC材料的电激励提供的热能到要加热的载热介质上的高效率传输。
为了在小的流动阻力的情况下可高效地用于流经而利用在加热体中提供的体积，提出，载热介质流动通道在加热体中在流入端侧和流出端侧之间基本上彼此平行地延伸。
尤其是为了小的流动阻力可设置，至少一个载热介质流动通道、优选每个载热介质流动通道具有沿流动通道纵向方向基本上不改变的横截面几何形状或/和沿流动通道纵向方向基本上不改变的横截面尺寸。
在另外的设计中，为了与引导要加热的载热介质的系统区域的不同的几何结构适配，至少一个载热介质流动通道、优选每个载热介质流动通道可以具有沿流动通道纵向方向改变的横截面几何形状或/和沿流动通道纵向方向改变的横截面尺寸。
为了在加热体中限定不同的载热介质流动通道，至少两个载热介质流动通道可以通过加热体的使所述载热介质流动通道分离的流动通道分离壁限定，或/和至少一个载热介质流动通道可以通过加热体外壁限定。
为了简单可实现的、但仍然稳定的构造提出，至少一部分、优选所有流动通道分离壁或/和加热体外壁提供由一个材料区块形成的加热体结构。因此利用加热体的基本上单体的结构，其也在载热介质流动通道的相对复杂的几何结构的情况下确保好的结构上的结合并且阻止载热介质从载热介质流动通道的泄漏。
一种简单可实现的构造可通过如下方式获得，至少一部分、优选所有流动通道分离壁或/和加热体外壁沿流动通道周向或/和流动通道纵向方向具有基本上恒定的壁厚。当然可行的是，例如当在加热体的确定的区域中可能出现提高的机械的负载时，以变化的、尤其是较大的或增加的壁厚提供在这样的区域中设置的流动通道分离壁或加热体外壁。
提供具有基本上恒定的壁厚的加热体可以例如在如下情况中容易地实现，即，至少一个载热介质流动通道、优选每个载热介质流动通道具有多角形状的横截面几何形状。
在尽管载热介质流动通道的大的体积和加热体的大的传热面的情况下该加热体的稳定的构造可以例如如下方式实现，至少一部分载热介质流动通道形成蜂窝状的开口结构。
作为用于构造加热体的PTC材料可以例如使用钛酸钡。
为了在加热体中通过对其的电激励可以生成热量，可以在加热体上设置用于电触点接通加热体的的接触元件。
加热体的通过一个材料区块提供的、亦即基本上单体的结构可以例如以如下方式提供，加热体在层施加方法、例如3D丝网印刷法中利用多个例如沿流动通道纵向方向相继在彼此上施加的PTC材料层制造。利用这样的层施加方法可实现，通过加热体例如沿流动通道纵向方向的连续的生长，改变加热体、亦即限定各个载热介质流动通道的流动通道分离壁或加热体外壁穿过加热体的横截面几何形状，从而载热介质流动通道可以以基本上任意的并且在载热介质流动通道的走向中改变的横截面几何形状或者说横截面尺寸提供。
为了接纳所述至少一个加热体，加热装置可以具有壳体。在该壳体中，所述至少一个加热体然后这样设置，使得在所述至少一个加热体中设置的载热介质流动通道能由要加热的载热介质流经。
为了进一步放大用于传热可供使用的表面，可以在所述壳体中这样设置至少一个加热体，使得所述加热体在至少一个加热体外壁的外表面上能由要加热的载热介质环流。替代或附加地，可以在所述壳体中设置至少两个用于并联流经的加热体或/和至少两个用于串联流经的加热体。
本发明还涉及用于加热装置的加热体，所述加热装置尤其是按照本发明构造的加热装置，所述加热体利用PTC材料构造并且具有多个贯穿所述加热体的载热介质流动通道。要指出，这样的加热体可以单独或以任意的组合具有所有在先解释的加热体结构特征。
尤其是可以例如设置，在所述加热体中，至少两个载热介质流动通道通过加热体的使所述载热介质流动通道分离的流动通道分离壁限定或/和至少一个载热介质流动通道通过加热体外壁限定，并且至少一部分、优选所有流动通道分离壁或/和加热体外壁提供由一个材料区块形成的加热体结构。
本发明还涉及用于制造这样的加热体的方法，所述加热体包括多个在加热体中延伸的载热介质流动通道，所述加热体例如用于按照本发明构造的加热装置，在所述方法中，加热体通过连续地施加例如沿流动通道纵向方向相继的PTC材料层在彼此之上来构造。
例如可以利用3D丝网印刷法制造所述加热体。
附图说明
接着参考图1说明本发明，所述附图在原理式的透视图中示出用于加热载热介质的加热装置。
具体实施方式
在图1中示出的加热装置10具有例如以塑料材料构造的、在图1中只隐含地示出的壳体12，所述壳体可以例如集成到空气引导系统中，在车辆中在所述空气引导系统中引导要引入车辆内部空间中的空气。
在壳体12中，设置利用PTC材料构造的加热体14。加热体14的横截面几何形状在此与加热装置10要集成到其中的壳体12或者说空气输送系统的横截面几何形状适配。在示出的示例中，加热体12具有基本上直角平行六面体状的外轮廓。
加热体14具有四个环绕其内部容积的并且在图1中在前面示出的流入端侧16和在图1中在后面示出的流出端侧18之间延伸的加热体外壁20、22、24、26。在此，为了提供加热体14的直角平行六面体状的外轮廓，加热体外壁20、22和24、26分别彼此成对平行地相对置并且在大约90°的角度下连接到分别直接相邻的加热体外壁上。
在加热体14的内部，多个流动通道分离壁28结合加热体外壁20、22、24、26限定多个载热介质流动通道30。载热介质流动通道30在加热体14中在流入端侧16和流出端侧18之间基本上彼此平行地并且直线地沿流动通道纵向方向L延伸。载热介质流动通道30在流入端侧16上为了接纳要加热的载热介质是开放的并且在流出端侧18上为了排出在加热装置10的加热运行中被加热的载热介质是开放的。
图1阐明加热体14的一种设计，其中通过流动通道分离壁28和加热体外壁20、22、24、26提供载热介质流动通道30的多角的蜂窝状的横截面几何形状。在此，每个以基本上六角的横截面几何形状提供的载热介质流动通道30由六个分离壁28限定。基于加热体14的直角平行六面体状的外轮廓也存在载热介质流动通道，所述载热介质流动通道不是具有六角的横截面几何形状，而是例如具有三角形的或四角形的横截面几何形状。
在示出的设计示例中，所有流动通道分离壁28沿围绕相应的载热介质流动通道30的周向并且沿流动通道纵向方向L具有基本上恒定的壁厚。加热体外壁20、22、24、26也沿流动通道纵向方向L和横向于此具有基本上恒定的并且彼此相同的壁厚，所述壁厚可以对应于流动通道分离壁28的壁厚。这实现，在加热体14中提供的载热介质流动通道30沿流动通道纵向方向L具有基本上恒定的横截面尺寸并且优选也基本上圆柱形地构造，这通过如下方式实现，相应的载热介质流动通道30的在流入端侧16上形成的进入开口和相应的载热介质流动通道30的在流出端侧18上形成的流出开口彼此一致，即横向于流动通道纵向方向L不错开。
在示出的加热体14中，所有流动通道分离壁28和所有加热体外壁20、22、24、26形成加热体14的由材料区块形成的、实心地由PTC材料构造的结构。也就是说，加热体14不是由不同的分别部分地限定载热介质流动通道30的单独部件组装而成，而是形成基本上单体的结构。这可以例如通过如下方式实现，在层施加方法中、PTC材料的多个在图1中形象说明的层32沿要形成的流动通道30的流动通道纵向方向L相继在彼此上地施加。用于这样的层施加方法可以例如利用3D丝网印刷法，利用该层施加方法、PTC材料的各个层32、例如钛酸钡(BaTiO3)依次施加，从而在各个连续的施加的层32之间产生材料锁合的连接并且因此实现加热体14的实际单体的构造。
利用这样的层施加方法的使用可实现，产生具有基本上任意的横截面几何形状、尤其是也在加热体14的内部的载热介质流动通道30的任意的横截面几何形状的加热体14，其中，如在示出的示例中，加热体14或其中形成的载热介质流动通道30的横截面几何形状和横截面尺寸沿流动通道纵向方向L、亦即在流入端侧16和流出端侧18之间可以基本上相同或在需要时沿流动通道纵向方向L可以改变。这样可以例如也提供在加热体14内部的载热介质流动通道30的卷绕的或弯曲的走向，或在加热体14内部的载热介质流动通道30替代或附加地可以具有变化的横截面尺寸或/和横截面几何形状。
利用包括多个贯穿其的载热介质流动通道30的加热体14的按照本发明的构造，在加热体14的内部提供大的表面，在所述表面上，流经载热介质流动通道30的载热介质可以接收热量。因此确保非常高效的传热，其中加热体14的外表面、亦即加热体外壁20、22、24、26的外表面不或不必然用于传输热量到流经加热体14的载热介质上。尽管如此，原则上也存在可行性，将加热体14这样定位在壳体12中，使得所述加热体不仅在载热介质流动通道30的区域中被流经，而且也在外壁20、22、24、26的外侧上被环流，以便也可以利用该表面用于传热。
为了可以通过利用PTC材料构造的加热体14的电的激励提供热量，在加热体14的两个彼此隔开间距的区域中、例如在两个加热体外壁的外侧上设置电的触点34、36。所述电的触点可以例如通过施加金属材料提供。在这些电的触点34、36的区域中，加热体14可以例如通过钎焊导线或通过与触针或类似物的压力接触与电源置于连接中，以便通过施加电压和由此生成的穿过加热体14的电流生成热量。
要指出，在利用本发明的设计原则的情况下，加热装置10或其加热体14可以以最不同的方式变化。这样当然载热介质流动通道30可以具有与示出的不同的另一个横截面几何形状。例如其可以具有三角形的、四角形的亦或圆的横截面几何形状。对应地，加热体14也可以具有与示出的矩形的横截面几何形状不同的横截面几何形状。在按照本发明的加热装置10中，在壳体12中也可以例如并排或/和沿流动方向相继地设置多个加热体14。电的触点34、36也可以在加热体14上在另一个位置上设置，其中电的触点34、36的定位可以例如如下预定，在该位置处在壳体12中设置用于引导至电源的电的导线的引导通过部。

Claims (17)

1.用于加热载热介质的加热装置，尤其是用于在车辆中加热载热介质，该加热装置具有至少一个以PTC材料构造的加热体(14)，所述加热体包括多个贯穿该加热体(14)的载热介质流动通道(30)。
2.按照权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述载热介质流动通道(30)在该加热体(14)中在流入端侧(16)和流出端侧(18)之间基本上彼此平行地延伸。
3.按照权利要求1或2所述的加热装置，其特征在于，至少一个载热介质流动通道(30)、优选每个载热介质流动通道(30)具有沿流动通道纵向方向(L)基本上不改变的横截面几何形状或/和具有沿流动通道纵向方向(L)基本上不改变的横截面尺寸。
4.按照上述权利要求之一所述的加热装置，其特征在于，至少一个载热介质流动通道(30)、优选每个载热介质流动通道(30)具有沿流动通道纵向方向(L)改变的横截面几何形状或/和具有沿流动通道纵向方向(L)改变的横截面尺寸。
5.按照上述权利要求之一所述的加热装置，其特征在于，至少两个载热介质流动通道(30)通过该加热体(14)的使所述载热介质流动通分离的流动通道分离壁(28)限定，或/和至少一个载热介质流动通道(30)通过该加热体外壁(20、22、24、26)限定。
6.按照权利要求5所述的加热装置，其特征在于，至少一部分、优选所有流动通道分离壁(28)或/和加热体外壁(20、22、24、26)提供由一个材料区块形成的加热体结构。
7.按照权利要求5或6所述的加热装置，其特征在于，至少一部分、优选所有流动通道分离壁(28)或/和加热体外壁(30)沿流动通道周向方向或/和流动通道纵向方向(L)具有基本上恒定的壁厚。
8.按照上述权利要求之一所述的加热装置，其特征在于，至少一个载热介质流动通道(30)、优选每个载热介质流动通道(30)具有多角形状的横截面几何形状。
9.按照权利要求8所述的加热装置，其特征在于，至少一部分载热介质流动通道(30)形成蜂窝状的开口结构。
10.按照上述权利要求之一所述的加热装置，其特征在于，所述PTC材料具有钛酸钡。
11.按照上述权利要求之一所述的加热装置，其特征在于，在该加热体(14)上设置用于电触点接通该加热体(14)的接触元件(34、36)。
12.按照上述权利要求之一所述的加热装置，其特征在于，该加热体(14)在层施加方法、优选3D丝网印刷法中利用多个优选沿流动通道纵向方向(L)相继在彼此上施加的PTC材料层(32)制造。
13.按照上述权利要求之一所述的加热装置，其特征在于，设置有接纳所述至少一个加热体(14)的壳体(12)，所述至少一个加热体(14)在壳体(12)中设置为使得在所述至少一个加热体(14)中设置的载热介质流动通道(30)能由要加热的载热介质流经。
14.按照权利要求13所述的加热装置，其特征在于，在所述壳体(12)中设置至少一个加热体(14)，使得所述加热体在至少一个加热体外壁(20、22、24、26)的外表面上能由要加热的载热介质环流，或/和在所述壳体(12)中设置至少两个用于并联流经的加热体(14)或/和至少两个用于串联流经的加热体(14)。
15.用于加热装置的加热体，所述加热装置尤其是按照上述权利要求之一所述的加热装置，所述加热体(14)利用PTC材料构造并且具有多个贯穿所述加热体的载热介质流动通道(30)。
16.按照权利要求15所述的加热体，其特征在于，至少两个载热介质流动通道(30)通过该加热体(14)的使所述载热介质流动通道分离的流动通道分离壁(28)限定或/和至少一个载热介质流动通道(30)通过加热体外壁(20、22、24、26)限定，并且至少一部分、优选所有流动通道分离壁(30)或/和加热体外壁(20、22、24、26)提供由一个材料区块形成的加热体结构。
17.用于制造加热体(14)的方法，所述加热体包括多个在加热体(14)中延伸的载热介质流动通道(30)，所述加热体尤其是用于按照上述权利要求之一所述的加热装置(10)，在所述方法中，通过优选在3D丝网印刷法中连续地施加优选沿流动通道纵向方向(L)相继的PTC材料层(22)在彼此之上构造该加热体(14)。
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