CN203708513U - 加热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种特别是用于汽车供暖或者空调设备的加热装置，该加热装置包括具有用于将电能转换成热量的层状加热元件（20）的加热调节器（10）以及两个电绝缘且导热的绝缘层（50），这两个绝缘层分别至少局部地与所述层状加热元件（20）的一侧面接触。所述绝缘层（50）和所述层状加热元件（20）相互夹紧，其中，在所述绝缘层（50）中的至少一个绝缘层与所述层状加热元件（20）之间设有抵抗磨损的滑动层。替代地或者附加地，所述绝缘层（50）中的至少一个绝缘层和所述层状加热元件（20）至少在它们的相互接触面的区域中具有材料副，通过该材料副所述接触面的磨损低于预定的极限值。

Description

加热装置

技术领域

本实用新型涉及一种特别是用于汽车的供暖或者空调设备的加热装置。 

现有技术

由现有技术公开已知的是，将电加热装置安装在用于机动车辆的供暖设备和空调设备的热交换器中，在热交换器中电加热装置例如被用作辅助供暖设备。文献DE102004055523A1和DE102006025320A1公开了这种作为辅助供暖设备的电加热装置，这些电加热装置包括由不同材料构成的多个层。 

特别是在混合动力汽车中或者在纯电动汽车中，电加热装置例如被用作辅助加热器。在这种汽车中，车载系统电压大于60V，部分汽车甚至大于300V。由于所要求的加热装置或者辅助加热器的高加热功率，该加热器在这种汽车中通常以高电压进行工作，以能够使电流强度保持得尽可能低。电压降低将会导致必须使用较高的电流强度。这种针对借助于高压工作而设计的加热器也必须具有可靠的接触防护，通过该接触防护可以使得在工作中不会产生对乘员的危害。在这里的规定是，电加热器或者辅助加热器的所有导电的和可从外部接触的部分是无电势的，这意味着，必须保证根据防护等级I或防护等级II的绝对接触防护。 

一般地，在已知的加热调节器中对于不同层使用不同的材料，因为这些层也必须完成不同的任务。在这里，绝缘层必须具有良好的电绝缘能力、高的击穿强度和良好的导热能力，为此可以特别是使用绝缘陶瓷，比如氧化铝。此外，接触电极必须具有非常好的导热能力以及具有导电能力。接触电极例如由铝或其它材料构成。只有在加热调节器包括具有PTC层的加热单元的情况下才设有这种接触电极。相反地，在使用具有厚膜加热元件的加热单元的情况下并不设有通过表面接触形成摩擦系统的接触电极。此外，可以被构造成管壁或者铝型材的包覆层具有非常好的导热能力。 

适用于借助于高压工作的加热器例如由申请人的之前的专利申请中已知，其中，在那里所描述的加热器由不同材料构成的多个层或者元件构成， 这些层或元件位于封闭的被压紧或者被挤压出的加热调节器型材中并且相互夹紧。在这里，元件可以借助于夹紧的型材管或者通过尤其可以由弹簧和/或夹子构成的夹紧系统相互夹紧。 

下面结合附图1详细描述常规加热器的加热调节器的一种示例性结构。在图1中所示的加热调节器10包括层状加热元件20，该层状加热元件包括带有至少一个导电接触层的PTC陶瓷30，该接触层例如借助硅树脂与接触板40粘接。导电的接触层可以由金构成。此外，层状加热单元20具有位于支撑材料上的厚膜加热元件，该支撑材料例如由绝缘陶瓷构成。此外，加热调节器10包括例如由绝缘陶瓷构成的两个绝缘层50以及例如由铝构成的包覆的外层60，该外层在此具有管型材并且特别是可以被构造成被压紧的管。包覆的层60优选被构造成挤出型材（未示出）。此外，相互接触的层之间的接触区域用附图标记35表示。 

总的来说，重要的是，层状加热元件20、绝缘层50、以及包覆的层60相互夹紧或者说压紧。通过压紧力确保了从加热单元20到传热面的良好的热传递，该传热面可以是壁部或者翅片。 

此外，绝缘层50还必须具有良好的导热能力并且确保加热单元，特别是加热单元的接触板与包覆的外层60之间的电隔离。由氧化铝构成的绝缘陶瓷满足这两个要求。总的来说，接触面的环境以及接触面磨损的方式、变化过程以及程度由材料和各成分的特性，以及由中间物质、环境影响以及使用条件决定。 

由于已提到的在加热器中使用的相互接触的相邻层的不同物质或者材料分别具有不同或者非常不同的材料特性，因此，在工作中，加热器的元件之间发生相对运动和摩擦。特别地，设有具有不同热膨胀系数的材料副。因此，各个不同元件构成了摩擦系统，该摩擦系统包括至少两个相互运动地接触的组成部分的表面。 

但是这一般导致以下结果：在工作中产生的加热器元件之间的相对运动和摩擦导致元件的接触面的磨损（腐蚀）以及因此最终导致由于在这里产生的元件的接触面之间的气隙而引起的功率损失。在加热调节器的核心部位，也就是说例如在两个接触电极之间产生的热量必须经由绝缘陶瓷和包覆的管散发到环境中，其中，在存在气隙的情况下在加热器的工作中会发生功率的降低。 

特别是在比如软的铝与非常硬的绝缘陶瓷间接接触的材料副中，例如铝可能发生所提到的形成间隙的磨损，比如在接触板由铝构成、中间绝缘层由氧化铝构成以及包覆的外层被构造成管或者被构造成由挤出铝构成的型材的情况下。 

在图2和3中分别示出了图1的加热调节器10的极度简化的横截面部分视图，其中，图2示出了新的加热调节器10，也就是说处于在刚制成之后的初始状态的加热器，相反地，在图3中示出了处于在经过多个温度循环之后的状态的加热调节器10。 

由图2和3清楚可见加热调节器10的层式结构：PTC层30借助于粘合剂21与接触电极40粘接。所示的接触电极40在其背向PTC层30的一侧面上与绝缘层50接触。在接触电极40与绝缘层50之间存在气隙41。此外，绝缘层50在其背向接触电极40的一侧面上与包覆的外层（管壁）60接触。在绝缘层50与包覆的外层60之间存在另一气隙51。管壁60借助于粘合剂61与被空气80流过的翅片70粘接。 

从图2和3中所示的图示的比较中可以发现，接触板40与绝缘层50之间的气隙41以及绝缘层与管壁60之间的气隙51由于相互接触的层40和50或者50和60之间存在磨损而分别已经明显变大。 

在图4中示出了通过PTC层20产生的温度T随PTC层30与管壁60之间的热传递距离d的变化过程。在这里，用KT1表示新的加热调节器10（参见图2）的温度相关性以及用KT2表示处于经过多个温度循环之后的状态的相同的加热调节器10（参见图3）的相应的温度相关性。此外，用ΔT表示温度差异，该温度差异由因为磨损以及由此引起的变大的气隙41和51所造成的加热调节器10中的功率损失所导致。 

各个加热调节器或者加热元件越大或者越长，绝对热膨胀和与之有关的各个层之间的摩擦距离将越大。因此选择合适的摩擦系统是不可避免的，从而防止在各层之间产生气隙，这些气隙会导致差的热量输出，其中，厚度小于100μm的气隙就可能导致超过30%的功率损失。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种加热装置，该加热装置的加热调节器被构造成，使得在形成加热调节器的各层之间的磨损减到最小，该磨损特别是由 于对于这些层使用的不同材料副的不同热膨胀而产生。 

这通过以下特征实现，根据这些特征，电加热装置具有加热调节器，该加热调节器包括用于将电能转换成热量的层状加热元件，以及至少一个，优选是两个电绝缘且导热的绝缘层，这些绝缘层分别至少局部地与层状加热元件的一侧面接触，其中，在绝缘层中的至少一个绝缘层与层状加热元件之间设有抵抗磨损的滑动层和/或绝缘层中的至少一个绝缘层和层状加热元件至少在它们的相互接触面的区域中具有材料副，通过该材料副接触面的磨损低于预定的极限值。 

其它有利的设计方案通过下面的附图进行描述。 

根据本实用新型，与现有技术相反，对于至少两个相互接触的层，特别是对于加热元件的接触面区域以及对于绝缘层，使用不易被腐蚀的摩擦优化且无润滑剂的材料副。因此，在至少两个运动部件或者说层之间的材料副或者物质副有利地相互匹配，以使得磨损减小或者减到最小。这样，可以选择材料副，使得相互接触的层之间的摩擦系数变小。在相互接触的层，特别是在加热元件的接触面与绝缘层之间也可以设有滑动层，通过该滑动层减小或者避免在加热元件与绝缘层之间的磨损。通过避免或减小加热器的相互接触的层之间的磨损，减小或者甚至避免在这些层之间形成气隙或者更确切地说微小气隙的可能性，并且由此也减小或者甚至避免产生由通过在相互接触的层之间存在气隙而变差的热传递所导致的功率损失。 

通过避免或减小在加热器的相互接触的层之间的磨损，特别实现了相互接触的层之间的摩擦力几乎是恒定的或者保持恒定，这延长了根据本实用新型的加热调节器的使用寿命。 

此外，在加热调节器的相互接触的层之间设有滑动层可改善在加热调节器中的热传递，其原因特别在于，所使用的滑动层具有比微小气隙更好的导热性。 

根据本实用新型的加热装置的加热调节器可以包括这样的外层（外轮廓），该外层至少部分地包围由绝缘层和层状加热元件构成的装置，该外层分别与绝缘层的背向加热元件的表面至少局部接触，以及该外层与绝缘层以及加热元件夹紧。外层可以被构造成包覆的管，优选是被压紧的管的管壁或者被构造成挤出型材。 

优选地，在绝缘层中的至少一个绝缘层与外层之间设有至少一个由这样 的材料构成的滑动层，该材料使得绝缘层和外层的接触面的磨损分别低于预定的极限值。 

特别地，为了形成至少一个绝缘层和外层，至少在它们的接触面的区域中使用这样的材料副，该材料副使得绝缘层和外层的接触面的磨损分别低于预定的极限值。 

根据本实用新型，通过使用合适的材料副来形成加热调节器的绝缘层和外层和/或通过在外层和绝缘层之间设置合适的滑动层，减小或者避免了在根据本实用新型的加热调节器的其它相互接触的层之间可产生的磨损，这进一步降低了在其它情况下由于存在气隙或者更确切地说微小气隙而引起的功率损失。 

此外，根据本实用新型的加热装置的层状加热元件包括PTC层，特别是带有至少一个导电接触层的PTC层、以及两个层状接触电极，这两个接触电极分别至少局部地与PTC层的表面接触。根据本实用新型的加热装置的层状加热元件也可以包括至少一个设置在支撑层上的厚膜加热元件。 

优选地，在至少一个接触电极与PTC层之间设有至少一个由这样的材料构成的滑动层，该材料使得接触电极与PTC层的接触面的磨损低于预定的极限值。 

特别地，为了形成至少一个接触电极和PTC层，至少在它们的接触面的区域中使用这样的材料副，该材料副使得接触电极和PTC层的接触面的磨损分别低于预定的极限值。 

根据本实用新型，通过使用合适的材料副来形成加热调节器的接触电极和PTC层和/或通过在接触电极与PTC层之间设置合适的滑动层，减小或者避免了在根据本实用新型的加热调节器的其它相互接触的层之间可产生的磨损，这进一步降低了由于气隙或者更确切地说微小气隙引起的功率损失。 

在本实用新型的一种特别优选的实施方式中，外层由铝制成。此外，至少一个绝缘层可以由绝缘陶瓷，特别是由含有氧化铝的绝缘陶瓷制成。此外，PTC层特别是由PTC陶瓷制成。PTC层的接触层也可以由金、银或者铝制成，并且至少一个接触电极可以由铝制成。 

在本实用新型的另一种实施方式中，至少一个接触电极和PTC层在它们的接触面上相互粘接。也可以通过相互接触的层在它们的接触面上的粘接，明显降低形成气隙或者更确切地说微小气隙的可能性。 

特别地，设置在至少两个相互接触的层之间的至少一个滑动层被构造成至少两个相互接触的层之一的接触面的涂层或者被构造成单独的层。换句话说，至少两个相互接触的层可以分别在它们的接触面上涂有滑动层或者在它们的接触面之间包括单独形成的滑动层。 

优选地，存在于至少两个相互接触的层之间的至少一个滑动层被构造成厚度小于20μm的由含有氮化硼作为滑动剂的硅树脂或者聚酯漆构成的薄膜。至少一个滑动层也可以由一种特别是填充有导热颗粒以实现所有热传递的聚合物构成，和/或通过热量或者添加化学固化剂固化而形成。 

特别地，设置在至少两个相互接触的层之间的至少一个滑动层通过在至少两个相互接触的层之间引入至少一种润滑剂，比如油或脂来实现。至少一个滑动层也可以由采用至少一种润滑剂浸湿的材料，比如在油中浸湿的纸构成。 

根据本实用新型，对于相互接触的层至少在它们的接触面的区域中使用优选摩擦优化且无润滑剂的材料副，这些材料副不易腐蚀。在这里，为了形成至少两个相互接触的层，至少在它们的接触面的区域中特别地使用由黄铜和铝或者由黄铜和锡构成的材料副。在这里，选择材料副，使得相互接触的层之间的摩擦系数得到减小。例如，由铝和铝构成的材料副的摩擦系数为1。 

简单地说，根据本实用新型，通过选择构成这些层的材料和/或通过使用附加措施，比如对各层进行合适的涂层和/或在各层之间插入由合适材料构成的中间层，而使加热调节器的各层之间的磨损减到最小。 

通过使加热调节器的相互接触的层的具有不同热膨胀的材料之间的磨损减到最小，使在这些层之间，比如在PTC陶瓷与接触板之间和/或在绝缘陶瓷和包覆的管或者型材之间的微小间隙的形成减少到最低程度或者得到避免。因此，由于存在微小间隙而产生的功率损失也在根据本实用新型的加热调节器中得到避免。 

根据本实用新型的加热装置的结构特别适用于高压，也就是说大于60V的电压。但是根据本实用新型的结构也适用于电压＜60V的辅助电加热器。使用改进的材料副和/或在相互接触的层之间使用滑动层不会影响根据本实用新型的电加热器的功能和应用范围。也就是说，通过使用改进的材料副和/或通过在相互接触的层之间使用滑动层不会产生显著的功率损失并且不会影响在高压方面的电绝缘强度。 

附图说明

下面基于至少一个实施例借助于附图对本实用新型进行详细说明，其中： 

图1示出了根据现有技术的电加热装置的加热调节器的横向剖视图； 

图2示出了图1中所示的加热调节器的极度简化的部分横向剖视图，其中，所示加热调节器处于在相应加热装置刚制成之后呈现的初始状态； 

图3示出了图1中所示的加热调节器的极度简化的部分横向剖视图，其中，所示加热调节器处于在经过多个温度循环之后呈现的状态； 

图4与由处于图4所示状态的加热调节器的温度变化曲线相比较地示出了由处于图3中所示状态的加热调节器产生的温度变化曲线； 

图5示出了根据本实用新型的第一实施方式的电加热装置的加热调节器的横向剖视图；以及 

图6示出了根据本实用新型的第二实施方式的电加热装置的加热调节器的横向剖视图。 

具体实施方式

图5以分解图示出了按照根据本实用新型的加热装置的第一实施例的一种加热装置的加热调节器10的横向剖视图。按照第一实施方式的加热装置的加热调节器10包括层状加热元件20，该加热元件包括PTC层30和两个层状接触电极40。PTC层30设置在两个接触电极40之间。在每一个接触电极40与PTC层30之间分别设有单独形成的滑动层130，借助于该滑动层使得相应的接触电极40与PTC层30之间的磨损减到了最小程度或者得到了避免。 

在每个接触电极40中，在相应地背向PTC层30的一侧面上设有绝缘层50。此外，在每个接触电极40与每个绝缘层50之间也设有单独形成的滑动层140，借助于该滑动层使得相应的接触电极40与相应的绝缘层50之间的磨损减到了最小程度或者得到了避免。 

此外，在相应绝缘层50的背向接触电极40的一侧面上还设有管型材60，该管型材被构造成包覆的、被压紧的管60。借助于该被压紧的管60，构成加热调节器10的所有元件相互夹紧。在这里，通过施加的压紧力确保了从加热元件20到被压紧的管60的外部传热面的良好的热传递。此外，在每个绝缘层50与被压紧的管60之间也设有单独形成的滑动层150，借助于该滑动层使得 在被压紧的管60与相应的绝缘层50之间的磨损减到了最小程度或者得到了避免。 

图6以分解图示出了按照根据本实用新型的加热装置的第二实施例的一种加热装置的加热调节器10的横向剖视图。按照第二实施方式的加热装置的加热调节器10在此包括层状加热元件20，该加热元件包括设置在两个层状接触电极40之间的PTC层30。 

PTC层30在朝向相应的接触电极的每一侧面上都涂有滑动层130，借助于该滑动层使得PTC层30与相应的接触电极40之间的磨损减到了最小程度或者得到了避免。 

在每个接触电极40的背向PTC层30的一侧面上分别设有绝缘层50。每个绝缘层50在其朝向相应的接触电极40的一侧面上涂有滑动层140，借助于该滑动层使得每个绝缘层50与相应的接触电极40之间的磨损减到了最小程度或者得到了避免。 

此外，在每个绝缘层的背向接触电极40的一侧面上设有管型材60，该管型材被构造成包覆的、被压紧的管60。借助于该被压紧的管60，在这个实施例中构成加热调节器10的所有元件也相互夹紧。在这里，通过压紧力也确保了从加热元件20到被压紧的管60的外部传热面的良好的热传递。此外，每个绝缘层50在其朝向包覆的管60的一侧面上涂有滑动层150，借助于该滑动层使得每个绝缘层50与包覆的管60之间的磨损减到了最小程度或者得到了避免。 

在本实用新型的第一和第二实施例中，PTC层30都可以具有PTC陶瓷层和至少一个由金或银构成的导电接触层（未示出）。此外，每个绝缘层50可以由绝缘陶瓷构成。包覆的管60特别是由铝构成。 

因此，根据本实用新型，滑动层130、140、150中的至少一个滑动层可以作为另外的部件被引入到加热调节器10的相应的相互接触的层的相对运动的表面之间。 

此外，滑动层130、140、150中的至少一个滑动层还可以被构造成加热调节器10的至少两个相互接触或者说相互邻接的层的相对运动的表面之一或者两者的直接涂层。 

在至少两个相互接触的层的相对运动的表面之间也可以引入润滑剂，比如油或脂。 

此外，根据本实用新型的滑动层系统可以包括上面提到的滑动层中的多个滑动层的组合。例如，两个相对运动的表面中的每一个都具有涂层，其中，在这些表面之间也可以引入润滑剂，比如油，或者引入用润滑剂浸湿的纸。 

在加热调节器10的各层中的至少一个层上，特别是在绝缘层50中的优选由绝缘陶瓷构成的至少一个绝缘层上可以设有由一种材料混合物构成的相应的滑动层130、140、150，其中，该材料混合物可以包括含有氮化硼作为滑动剂的硅树脂或者聚酯漆，并且该材料混合物是针对20μm以下，优选5μm以下的薄膜应用情况，优选根据绝缘陶瓷而设计的。 

此外，至少一个滑动层130、140、150可以包括一种聚合物作为导热介质，该聚合物填充有导热颗粒。这种聚合物可以通过热量或者通过添加化学固化剂而固化。于是，热传递仅仅通过导热颗粒进行。在这里，这种聚合物的导热颗粒填充度至少为60%。 

Claims (10)

1.加热装置，其包括加热调节器（10），该加热调节器包括用于将电能转换成热量的层状加热元件（20）以及至少一个电绝缘且导热的绝缘层（50），所述绝缘层至少局部地与所述层状加热元件（20）的一侧面接触，其中，所述绝缘层（50）和所述层状加热元件（20）相互夹紧，其特征在于，在至少一个绝缘层（50）与所述层状加热元件（20）之间设有抵抗磨损的滑动层和/或至少一个绝缘层（50）和所述层状加热元件（20）至少在它们的相互接触面的区域中具有材料副，通过该材料副所述接触面的磨损低于预定的极限值。 

2.如权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述加热调节器（10）包括外层（60），该外层至少部分地包围由所述绝缘层（50）和所述层状加热元件（20）构成的装置，其中，所述绝缘层（50）背向所述层状加热元件（20）的表面至少局部地与所述外层（60）接触，并且所述外层（60）与所述绝缘层（50）以及所述层状加热元件（20）夹紧且被构造成包覆的管（60）的管壁或者被构造成挤出型材。 

3.如权利要求2所述的加热装置，其特征在于，所述外层（60）被构造成被压紧的管（60）的管壁。 

4.如权利要求2所述的加热装置，其特征在于，所述层状加热元件（20）是具有至少一个导电接触层的PTC层（30），并且包括两个层状接触电极（40），该两个接触电极分别与所述PTC层（30）的表面至少局部接触；或者所述层状加热元件（20）包括至少一个被施加在一支撑层上的厚膜加热元件。 

5.如权利要求4所述的加热装置，其特征在于，在所述接触电极（40）中的至少一个接触电极与所述PTC层（30）之间设有抵抗磨损的滑动层，和/或在所述绝缘层（50）中的至少一个绝缘层与所述外层（60）之间设有抵抗磨损的滑动层；或所述接触电极（40）中的至少一个接触电极与所述PTC层（30）至少在它们的相互接触面的区域中具有材料副，和/或至少一个绝缘层（50）和所述外层（60）至少在它们的相互接触面的区域中具有材料副，通过所述材料副所述接触面的磨损低于预定的极限值。 

6.如权利要求4或5所述的加热装置，其特征在于，所述外层（60）由铝制成，和/或所述绝缘层（50）中的至少一个绝缘层采用绝缘陶瓷制成，和/或所述PTC层（30）具有PTC陶瓷层和由金或银制成的所述至少一个导电接 触层，和/或至少一个接触电极（40）由铝制成。 

7.如权利要求6所述的加热装置，其特征在于，所述绝缘层（50）中的至少一个绝缘层由氧化铝制成。 

8.如权利要求4或5所述的加热装置，其特征在于，至少一个接触电极（40）在其接触面上与所述PTC层（30）粘接。 

9.如权利要求4或5所述的加热装置，其特征在于，设置在两个相互接触的层（20、30、40、50、60）之间的所述滑动层中的至少一个滑动层被构造成两个相互接触的层（20、30、40、50、60）之一的接触面的涂层或者被构造成单独的层。 

10.如权利要求9所述的加热装置，其特征在于，设置在两个相互接触的层（20、30、40、50、60）之间的所述滑动层中的至少一个滑动层是通过在至少两个相互接触的层（20、30、40、50、60）之间引入润滑剂来实现，或者由一种用润滑剂浸湿的材料构成。