JP2007511412A - A heat exchanger, in particular for an automotive heating or air conditioning device, and a method for producing this heat exchanger - Google Patents
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Abstract
【課題】 改良された安価な熱交換器を提供する。
【解決手段】 熱交換器、特に自動車の暖房装置または空調装置用の熱交換器であって、互いに平行に配置されて1つの熱伝達媒体を流通させる複数の扁平管(2)を有し、熱交換器(1)の蝋付後に取付けられる1つの電気作動式加熱素子(4)が補助ヒータとして扁平管(2)の少なくとも一部に付設されており、この加熱素子が直接にまたは間接的に熱交換器(1)に固定されている。加熱素子(4)が少なくとも一部では、大きな面で互いに強固に結合された少なくとも3つの異なる層で形成されている。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an improved and inexpensive heat exchanger.
A heat exchanger, particularly a heat exchanger for a heating device or an air conditioner of an automobile, having a plurality of flat tubes (2) arranged in parallel to each other and allowing one heat transfer medium to flow therethrough, One electrically operated heating element (4) attached after brazing of the heat exchanger (1) is attached to at least a part of the flat tube (2) as an auxiliary heater, and this heating element is directly or indirectly It is fixed to the heat exchanger (1). The heating element (4) is at least partly formed of at least three different layers that are firmly bonded to one another on a large surface.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、熱交換器、特に自動車の暖房装置または空調装置用の熱交換器であって、互いに平行に配置されて1つの熱伝達媒体を流通させる複数の扁平管を有し、熱交換器の蝋付後に取付けられる1つの電気作動式加熱素子が補助ヒータとして扁平管の少なくとも一部に付設されており、この加熱素子が直接にまたは間接的に熱交換器に固定されているものに関する。 The present invention is a heat exchanger, in particular, a heat exchanger for a heating device or an air conditioner of an automobile, and includes a plurality of flat tubes that are arranged in parallel to each other and circulate one heat transfer medium. One electrically operated heating element attached after brazing is attached to at least a part of a flat tube as an auxiliary heater, and this heating element is directly or indirectly fixed to a heat exchanger.
低燃費車両では、廃熱の提供が少ないので、車室を暖めかつ特にウインドシールドガラスの曇り(氷または水)を迅速に取り除くために付加的加熱出力が必要である。このため、暖房時に熱を放出する熱伝達媒体を流す扁平管で構成された熱交換器において少なくとも外側管にPTC加熱素子の態様の補助ヒータを設けることが公知である。しかしこのようなPTC加熱素子の取付はきわめて手間がかかる。 Low fuel consumption vehicles provide little waste heat and require additional heating power to warm the passenger compartment and quickly remove fog (ice or water), especially windshield glass. For this reason, it is known to provide an auxiliary heater in the form of a PTC heating element in at least the outer tube in a heat exchanger composed of a flat tube through which a heat transfer medium that releases heat during heating is passed. However, the installation of such a PTC heating element is very laborious.
特許文献1では、熱交換器の個々の管をPTC加熱素子に取り替え、これらの加熱素子を接触板の間で保持し、接触板で同時に隣接フィンとの伝熱結合を実現することが提案される。その欠点として、PTC加熱素子を受容するための熱交換器の設計適合とPTC加熱素子自体がきわめて高価である。この理由から、このような複合熱交換器は従来の熱交換器を個別のPTC加熱器と組合せたものより高価であることがある。また、PTC加熱素子用の構造空間需要とそのボンディングとによって熱交換器の出力密度が著しく悪化する。熱交換器の個々の管の取替えは特許文献2および特許文献3でも読み取ることができる。
In
さらに特許文献4では、扁平管を多室形材として構成し、外側室の少なくとも1つを絶縁加熱ワイヤ用挿入溝の態様に構成し、その壁を曲げ合わせて加熱ワイヤを固着することが提案される。加熱ワイヤは熱交換器の蝋付後に挿入される。その欠点として、このような熱交換器は特殊な扁平管を必要とし、電気的に持ち込まれる加熱出力の大部分が冷却材に進み、これにより、車室に供給されるべき空気の加熱には遅れて寄与するだけである。
Further,
特許文献5が開示する熱交換器は1つの支持要素の内部に配置される1つの電気加熱器を備えており、この加熱器は2つの隣接するフィン束の間に押し込まれている。その際、支持要素が1対の平行な板を含み、板の間で1つの電気加熱素子が保持されかつ電気的にボンディングされる。電気加熱器は1つの加熱素子と1つの絶縁素子とからなり、多層構造を有する。この構造は実質的に加熱電流を個々の層に垂直に流す。固着のために、支持要素および加熱器に垂直に延びる固着要素が設けられている。このような熱交換器にもなお要望が残り、要望は特に部品の多様性および点数、それとともにヒータコア全体の製造費に関する。
本発明の課題は、改良された安価な熱交換器を提供することである。 An object of the present invention is to provide an improved and inexpensive heat exchanger.
この課題は、加熱素子が少なくとも一部では、大きな面で互いに強固に結合された少なくとも3つの異なる層で形成されていることを特徴とする熱交換器によって解決される。 This problem is solved by a heat exchanger characterized in that the heating element is at least partly formed of at least three different layers which are firmly bonded to one another on a large surface.
本発明によれば、特に自動車の暖房装置または空調装置用の熱交換器が、互いに平行に配置されて1つの熱伝達媒体を流通させる複数の扁平管を有し、熱交換器の蝋付後に取付けられる1つの電気作動式加熱素子が補助ヒータとして扁平管の少なくとも一部に付設されており、この加熱素子が直接にまたは間接的に熱交換器に固定されており、加熱素子が少なくとも一部では、大きな面で互いに強固に結合された少なくとも3つの異なる層で形成されている。製造は主に、特殊鋼帯材と高分子層に貼合せたアルミニウム箔または好適な性質を有する別の材料の薄層とを加圧する(積層する)ことによって行われる。積層プロセスを簡素化するために単数または複数の層構成要素は1つの自己粘着層または1つのヒートシール接着層を備えておくことができ、本来の層の間に製造に起因した接着層を設けておくことができ、加熱素子の動作時にも接着層は1つの機能を持つことができる。加熱素子は、突出する2つの隣接したフィン束の間に押し込まれている。加熱素子の破損を避けるためにフィンは片側が、しかし好ましくは両側が丸められ、または斜角面を備えておくことができ、これにより加熱素子の導入が容易になる。 According to the present invention, in particular, a heat exchanger for a heating device or an air conditioner of an automobile has a plurality of flat tubes that are arranged in parallel to each other and distribute one heat transfer medium, and after the heat exchanger is brazed One electrically operated heating element to be attached is attached to at least a part of the flat tube as an auxiliary heater, and this heating element is directly or indirectly fixed to the heat exchanger, and the heating element is at least partly Then, it is formed of at least three different layers firmly bonded to each other on a large surface. Manufacture is mainly performed by pressing (laminating) a special steel strip and an aluminum foil laminated to a polymer layer or a thin layer of another material having suitable properties. To simplify the laminating process, the layer component or components can have one self-adhesive layer or one heat-seal adhesive layer, with an adhesive layer resulting from manufacturing between the original layers The adhesive layer can have one function even during operation of the heating element. The heating element is pushed between two protruding fin bundles. To avoid damage to the heating element, the fins can be rounded on one side, but preferably on both sides, or beveled to facilitate the introduction of the heating element.
加熱素子は複合体として製造することも、互いに結合された個々の個別要素から製造しておくこともできる。すべての個別要素が後に平行に接続されねばならない場合は別として、複合体は後の相互接続に合せてなお分離されねばならない。個別要素は‐後の相互接続に合せて‐互いに結合されねばならない。 The heating element can be manufactured as a composite or it can be manufactured from individual components joined together. Apart from the case where all the individual elements must later be connected in parallel, the composite must still be separated for later interconnections. The individual elements must be coupled to each other-in line with subsequent interconnections.
その際、加熱素子は好ましくは少なくとも各1つの加熱導体層、1つの絶縁層および1つの伝熱兼保護層によって形成され、他の層、特に単数または複数の接着層を設けておくこともでき、これらは自己粘着性被覆として構成しておくこともできる。 In this case, the heating element is preferably formed of at least one heating conductor layer, one insulating layer and one heat transfer / protection layer, and may be provided with other layers, particularly one or more adhesive layers. These can also be configured as self-adhesive coatings.
加熱導体層は主に1つの鋼層、特に1つの特殊鋼層によって形成されており、この層は厚さが特に0.1〜0.25mmで、弾性変形可能であり、加熱素子は相応する変形時にばね弾性的に、突出したフィン束に当接し、その間で摩擦接合式に保持される。 The heating conductor layer is mainly formed by one steel layer, in particular one special steel layer, which has a thickness in particular of 0.1 to 0.25 mm and is elastically deformable, with a corresponding heating element. At the time of deformation, it spring-elastically abuts against the protruding fin bundle, and is held in a friction-bonding manner therebetween.
絶縁層は主に、1つの高分子層、特に1つのポリエステル層によって形成されている。しかし、PENまたはポリイミド等の別の高耐熱性材料も可能である。 The insulating layer is mainly formed by one polymer layer, in particular one polyester layer. However, other high heat resistant materials such as PEN or polyimide are possible.
絶縁層は主に、1つの絶縁フィルムまたは1つの塗膜で形成されており、好ましくは厚さが10μm〜100μm、特に15μm〜50μmである。さらに、薄い特殊紙、例えば接着テープ、または薄いプラスチックフィルムが可能である。 The insulating layer is mainly formed of one insulating film or one coating film, and preferably has a thickness of 10 μm to 100 μm, particularly 15 μm to 50 μm. Furthermore, a thin special paper, such as an adhesive tape, or a thin plastic film is possible.
有利な1構成によれば加熱導体層と絶縁層との間に1つの接着層が設けられており、この接着層は積層後に両方の層を互いに持続的に結合する。十分な絶縁性および熱伝導性を有する接着層の場合、ポリエステル絶縁層を接着層に取り替える選択案も可能である。 According to one advantageous configuration, an adhesive layer is provided between the heating conductor layer and the insulating layer, which adhesive layer permanently bonds both layers together after lamination. In the case of an adhesive layer having sufficient insulation and thermal conductivity, an alternative is also possible in which the polyester insulation layer is replaced with an adhesive layer.
伝熱兼保護層は主に、1つの金属層、特に1つのアルミニウム層または好ましくは比較的柔らかいアルミニウム合金からなる1つの層によって形成されている。伝熱兼保護層は、加熱導体層中で発生される熱を波形フィン、特に波形フィンの先端部に集束して伝達する機能を引き受け、すなわち絶縁層が限定的にのみ果たし得るような役目を引き受ける。この伝熱兼保護層は伝熱機能の他に保護機能も有し、隣接する絶縁層は例えば加熱素子の持ち込み時に損傷から保護されている。伝熱兼保護層は好ましくは厚さが20μm〜200μm、特に50μm〜100μmである。その際、伝熱兼保護層は好ましくは熱交換器のフィン束に直接隣接し当接させて配置されており、こうして最適な熱伝達が可能である。 The heat transfer and protection layer is mainly formed by one metal layer, in particular one aluminum layer or preferably one layer made of a relatively soft aluminum alloy. The heat transfer / protection layer assumes the function of converging and transferring the heat generated in the heating conductor layer to the corrugated fins, particularly the tips of the corrugated fins, that is, the role that the insulating layer can perform only in a limited manner. undertake. This heat transfer / protection layer has a protection function in addition to the heat transfer function, and the adjacent insulating layer is protected from damage, for example, when a heating element is brought in. The heat transfer / protection layer preferably has a thickness of 20 μm to 200 μm, in particular 50 μm to 100 μm. In this case, the heat transfer / protection layer is preferably arranged directly adjacent to and in contact with the fin bundle of the heat exchanger, thus enabling optimum heat transfer.
アルミニウム層は、加熱導体層用に使用することのできる特殊鋼帯と同様に、詳細には自己粘着性フィルムに貼合せたアルミニウム箔として市販されている。それとともに、アルミニウム層とその下にある絶縁層との間に持続的結合を実現することが可能である。ここでも選択案として、接着層によって十分な絶縁および伝熱が保証されている場合、接着層に有利となるように前記高分子絶縁層またはポリエステル絶縁層を省くことが考えられる。既に触れたように、本発明に係る積層体は加圧によって製造され、従って1枚の薄板として継続加工することができる。 The aluminum layer is commercially available as an aluminum foil bonded to a self-adhesive film in detail, as is the case with the special steel strip that can be used for the heating conductor layer. At the same time, it is possible to achieve a persistent bond between the aluminum layer and the underlying insulating layer. Here again, as an alternative, if sufficient insulation and heat transfer are ensured by the adhesive layer, the polymer insulating layer or the polyester insulating layer may be omitted to be advantageous for the adhesive layer. As already mentioned, the laminate according to the invention is produced by pressing and can therefore be continuously processed as a single sheet.
好ましくは加熱素子自体が加熱格子として構成されており、または多数の加熱素子が結合されて1つの加熱格子とされ、特に、電流が例えば蛇行状に加熱格子内に通され、所定の電圧において所要の加熱出力を達成するために所要の電気抵抗が生じるようにされる。加熱素子および/または加熱導体層は、例えば所定の層厚において電気抵抗を高めるためにそれ自体蛇行状に構成しておくことができ、互いに平行に延びる個々の加熱素子は各1つの側で結合腹部を介して少なくとも1つの隣接加熱素子と結合されている。 Preferably, the heating element itself is configured as a heating grid, or a number of heating elements are combined into a single heating grid, and in particular, current is passed through the heating grid, for example in a serpentine fashion, and required at a given voltage. The required electrical resistance is generated to achieve the heating output of The heating elements and / or heating conductor layers can themselves be arranged in a meandering manner, for example to increase the electrical resistance at a given layer thickness, and individual heating elements extending parallel to each other are coupled on one side each Coupled with at least one adjacent heating element via the abdomen.
加熱素子は好ましくは空気下流側に、相応する扁平管に関して正面側でかつこれと平行に延ばして取付けられており、加熱素子は少なくとも一部では、突出するフィン束の間に受容されている。そのことから簡単で空間を節約して安価な取付が可能になる。 The heating element is preferably mounted on the downstream side of the air, extending in front of and in parallel with the corresponding flat tube, the heating element being received at least in part between the protruding fin bundles. As a result, it is simple and saves space and can be installed at low cost.
電気抵抗、それとともに加熱出力は好ましくは、熱発生に役立つ層に凹部を設けることによって、例えば打抜きによって製造される条溝によって、例えばエキスパンド格子状造形によって、調整することができる。 The electrical resistance, as well as the heating power, can preferably be adjusted by providing a recess in the layer that helps to generate heat, for example by means of a groove produced by stamping, for example by an expanded grid pattern.
特に積層体の導電層の間で短絡または電流ブリッジを避けるために、打抜き過程後に切断稜のばり取りが行われる。これは好ましくは、通電層の間に印加されるパルス電圧によって行われ、電圧は好ましくはパルスごとに高められる。その際、短時間形成されるアークの結果、両方の金属層の間で可能な結合ばりが焼失し、取り囲む領域はパルスの短さのゆえに、過度な熱発生によって損なわれず、またはごく限定的にのみ損なわれる。ばり取りはエッチング法またはその他の仕方でも行うことができる。 Particularly in order to avoid short circuits or current bridges between the conductive layers of the stack, the cutting edges are deburred after the punching process. This is preferably done by means of a pulse voltage applied between the energization layers, and the voltage is preferably increased from pulse to pulse. As a result of the arc formed for a short time, the possible bond beams between both metal layers burn out, and the surrounding area is not damaged by excessive heat generation due to the short duration of the pulse, or only to a limited extent. Only damaged. Deburring can also be done by etching or other methods.
ばり取りは例えば加熱素子の打抜き直後に、場合によっては積層前にも、または積層を行い、次に打抜きし、引き続き塑性加工した後に、行うことができる。 Deburring can be performed, for example, immediately after punching of the heating element, optionally before or after stacking, or after stacking and then punching and subsequent plastic working.
好ましくは、特にばり取りされた切断稜は、例えば塗布後に硬化する塗料または接着剤の塗布によって封止される。しかし例えば、寸法の異なる要素を別々に製造したのちに互いに強固に結合する場合にも封止は行うことができ、特に良導電層の距離が小さいとき、後に稜が変形して短絡を生じるのを封止は防止する。 Preferably, the deburred cut edges are sealed, for example, by application of a paint or adhesive that hardens after application. However, for example, when elements having different dimensions are manufactured separately and then firmly bonded to each other, sealing can be performed, particularly when the distance of the good conductive layer is small, and the ridge later deforms to cause a short circuit. Sealing is prevented.
その際、封止のために好ましくは高分子が使用され、粘度と塗布法(例えば浸漬塗り、ローラ塗り、刷毛塗りまたは自動塗布)の選択によって封止の厚さは調整することができる。封止は好ましくはばり取り直後に行われるが、しかし場合によっては個々の加熱素子を結合し塑性加工して1つの加熱格子としたのちに最終方法ステップとして行うことができる。 In this case, a polymer is preferably used for sealing, and the thickness of the sealing can be adjusted by selecting a viscosity and a coating method (for example, dip coating, roller coating, brush coating or automatic coating). Sealing is preferably carried out immediately after deburring, but in some cases it can be carried out as a final method step after the individual heating elements are combined and plastic processed into one heating grid.
他の有利な構成において積層体は上記諸層を有し、伝熱と保護を行うアルミニウム層が波形フィンと接触している一方、加熱導体層はその非絶縁表面が、熱交換器とは反対の側を形成する。それとともにアルミニウム層と波形フィンとの間に、特に柔らかいアルミニウム合金の場合、改良された熱伝達が得られ、波形フィンの先端部への一定の密着も可能である。 In another advantageous configuration, the laminate has the above layers, and the heat conducting and protecting aluminum layer is in contact with the corrugated fins, while the heating conductor layer has a non-insulating surface opposite to the heat exchanger. Forming the side of At the same time, an improved heat transfer is obtained between the aluminum layer and the corrugated fin, particularly in the case of a soft aluminum alloy, and a constant adhesion to the tip of the corrugated fin is possible.
他の有利な構成において、接触タグを備えた接触導体が設けられており、接触タグは電気伝導的に加熱装置の溝もしくは折り目内に係合し、それとともに加熱導体層を直接ボンディングする。それとともに、電気加熱装置を簡単な手段で外部からボンディングし、すなわち搭載電気系統から電気エネルギーを供給できる利点が達成される。 In another advantageous configuration, a contact conductor with a contact tag is provided, which is electrically conductively engaged in a groove or crease of the heating device and with which the heating conductor layer is directly bonded. At the same time, the advantage is achieved that the electric heating device can be bonded from the outside by a simple means, that is, the electric energy can be supplied from the mounted electric system.
他の有利な構成において格子状加熱装置は付加的に塗布される接着剤によって落下に備えて固定しておくことができる。基本的に加熱装置は摩擦接合式結合によって、すなわち突出したフィンの間の自由空間内に折り目を挟み込むことによって保持される。 In another advantageous configuration, the grid heating device can be secured in preparation for dropping by an additionally applied adhesive. Basically, the heating device is held by a friction joint connection, i.e. by pinching a crease in the free space between the protruding fins.
他の有利な構成において格子状加熱装置は蛇行状に構成されている。すなわち、互いに平行に配置される折り目の態様の加熱索は末端側で交互に幅広腹部と細い腹部とによって互いに結合されており、組立て時に容易に取り扱うことのできる関連した形成物が得られる。個々の電流路もしくは加熱索は遮断し、過熱から保護するためにPTC素子によって橋絡することができる。このように形成された加熱装置では、さまざまな回路変更態様も可能である。さらに、正面のそれぞれ一部を覆う複数の加熱装置を1つのヒータコアに付設しておくことができる。これらの加熱装置は順次または同時にオンオフして加熱出力を段階付けることができる。 In another advantageous configuration, the grid heating device is arranged in a meandering manner. That is, the heating cords in the form of folds arranged in parallel to each other are connected to each other alternately by the wide and narrow abdomen on the end side, and a related formation that can be easily handled during assembly is obtained. Individual current paths or heating lines can be interrupted and bridged by PTC elements to protect against overheating. Various circuit modifications are possible in the heating device formed in this way. Furthermore, it is possible to attach a plurality of heating devices covering a part of the front surface to one heater core. These heating devices can be turned on or off sequentially or simultaneously to step the heating output.
好ましくは電流路中に過熱防止部が設けられており、これらの過熱防止部は過度に高い温度のとき電気の流れを自動的に遮断する。過熱防止部は好ましくは、低融点蝋での蝋付結合によって2つの接触薄板の間に形成され、接触薄板の一方は予応力を受けたばね鋼である。過熱防止部は加熱格子全体および/または加熱格子の平行に接続された部分領域を過熱に備えて保護することができる。 Preferably, an overheat prevention part is provided in the current path, and these overheat prevention parts automatically shut off the flow of electricity when the temperature is excessively high. The overheat protection is preferably formed between two contact sheets by brazing with a low melting wax, one of the contact sheets being prestressed spring steel. The overheat prevention unit can protect the entire heating grid and / or a partial region of the heating grid connected in parallel in preparation for overheating.
以下、図面を参照して変更態様を有する実施例に基づいて本発明が詳しく説明される。 Hereinafter, the present invention will be described in detail on the basis of embodiments having modified embodiments with reference to the drawings.
自動車空調装置用、特に低燃費車両用熱交換器1は、互いに平行に配置されて熱伝達媒体を流通させる複数の扁平管2と扁平管2の間に配置されるフィン束3とを備え、必要時に投入できる電気作動式加熱素子4を補助ヒータとして有する。その際、多数の個別加熱素子4は蝋付後に熱交換器の空気下流側から、隣接して突出するフィン束3の間にそれぞれ押し込まれており、このため各加熱素子4はU形に構成されている。この実施例では各列の扁平管2に1つの加熱素子4が装備されるが、しかし他の任意の変更態様も可能であり、例えば、図9、図10に示すように1列おきまたは2列おきの扁平管のみに1つの加熱素子を備えておくことが可能である。
A
図1でその構造が明らかとなる加熱素子4は、1つの特殊鋼層によって形成される1つの加熱導体層5と、ポリエステルフィルムで形成される後続絶縁層7の1つの粘着性被膜によって形成される1つの接着層6と、それに続いて1つのアルミニウム層によって形成される伝熱兼保護層8とを有する。個々の層の平面的結合の製造はここでは積層によって行われ、それゆえに加熱素子4は積層体としても引き合いに出すことができる。積層後に打抜き‐曲げプロセスが予定されており、その間に加熱素子4が形成され、加熱素子は実質U形横断面となり、組込み状態のとき側面は突出するフィン束3に当接する。しかし打抜きによるのとは別の仕方で、例えばレーザによって、切抜きは行うこともできる。
The
加熱導体層5はここでは厚さが約0.15mmであり、加熱導体層5の厚さは、印加電圧U(一般に13V)と個々の加熱素子の選択された電気回路とにおいて総電気抵抗が所要の加熱出力(P=U2/R)を生じるように選択されている。製造技術上の諸理由から電気回路と加熱導体層は例えば凹部によって、0.1〜0.25mmの厚さにおいて所要の総抵抗が生じるように選択もしくは形成される。
The
絶縁層7は厚さが約25μmであり、確実な絶縁が、しかし良好な熱貫流も保証されている。伝熱兼保護層8は厚さが約100μmであり、この厚さは塑性加工技術上何ら問題をもたらさず、保護機能に関しても十分である。
The insulating
加熱素子4、特に伝熱兼保護層8と絶縁層7を押込み時に保護するために、突出するフィン束3に導入斜面が設けられている(図2参照)。これらの導入斜面は例えばヒータコアブロックの蝋付前に、またはしかしその後でも、塑性加工過程によって取付けることができ、このため例えば特殊な塑性加工工具が加熱素子4の導入方向で各フィン束3の間に導入され、個々のフィン束3の隅が塑性加工され、これにより斜めにされる。
In order to protect the
特殊鋼が利用されるので、加熱素子4は変形時に一定のばね力を有し、このばね力は加熱素子4を極力大きな面で当接させてフィン束3の間で保持するのに利用される(摩擦接合式結合)。その際、加熱導体層5は内側、伝熱兼保護層8は外側に配置されている。図3と図4は突出するフィン束3のフィンと加熱素子4とを空気流れ方向に垂直な断面図で示す。その際、図4では絶縁層7内の熱流と伝熱兼保護層8内での熱集束が矢印で明示されている。
Since special steel is used, the
電気抵抗、搭載電源電圧および所要の電気加熱出力に応じて個々の加熱素子4はここに詳しくは図示しない仕方で並列回路および/または直列回路によって結合腹部を介して結合することができる。出力調節のためにパルス幅変調法が利用されるが、しかし別の出力調節法も可能である。
Depending on the electrical resistance, the on-board power supply voltage and the required electrical heating output, the
個々の加熱素子4は第1実施例によれば、図5a〜図5dから明らかとなるように結合腹部11と補助結合腹部12とによって結合されており、加熱素子4は、多数の加熱素子4、結合腹部11および補助結合腹部12からなる加熱格子13の加熱索と称することもできる。その際、図5aは加熱格子13の斜視図であり、図5bは拡大断面図であり、図5aでも図5cでもそうであるが導入方向は矢印で示してあり、図5cは図5bに対応する2つの加熱素子4の断面図、図5dは加熱格子13の加熱導体層5の平面図である。特に図5aから明らかとなるように、加熱素子4と結合腹部11との配置は蛇行状であり、結合腹部11とは反対の側に、加熱格子13の強度を高めるために1つの補助結合腹部12が設けられており、この補助結合腹部は組込み実行中または実行後に切断される。
According to the first embodiment, the
加熱素子4の熱発生領域をフィン束3の領域に最適化して配置し、またフィン束に対するU形加熱素子の側面の押付け力を最適値にするために、ここでは円形に構成される穿孔が加熱導体層5に、扁平管2に隣接する領域で設けられている。円形穿孔の代わりに、加熱素子の縦方向に延びる穿孔または窪みを設けておくこともできる。
In order to optimize the heat generation area of the
加熱素子の側面も、図13aと図13bに2つの他の実施例を基に示すように凹部を有することができる。図13aに示す実施例によれば、ここでは特殊鋼1.4301からなる加熱素子自体が蛇行状構造を有し、これにより個々の加熱素子の抵抗が増大する。図13bに示す好ましい実施例によれば、電気の流れ、従って熱発生がU形保持要素の底に送られるのが少なくなり、冷却材への入熱が少なくなる。ポリエステル貼合せアルミニウム箔が加熱素子に被着されている。 The side surface of the heating element can also have a recess, as shown on the basis of two other embodiments in FIGS. 13a and 13b. According to the embodiment shown in FIG. 13a, here the heating element itself made of special steel 1.4301 has a serpentine structure, which increases the resistance of the individual heating elements. According to the preferred embodiment shown in FIG. 13b, the flow of electricity and thus heat generation is less sent to the bottom of the U-shaped holding element and the heat input to the coolant is reduced. A polyester-laminated aluminum foil is applied to the heating element.
図面に示さない他の1実施例によれば、矯正され相応に塑性加工されたエキスパンド構造体が設けられており、この構造体では金属帯材の特殊切断および同時的延伸によって、通電用の相応する腹部を有する菱形網目が得られる。その際、網目パラメータを選択することによって電気抵抗は広い限界内で調整することができる。 According to another embodiment which is not shown in the drawing, an expanded structure is provided which is straightened and correspondingly plastic-processed, and this structure is suitable for energization by special cutting and simultaneous stretching of the metal strip. A rhombus mesh having an abdomen is obtained. In doing so, the electrical resistance can be adjusted within wide limits by selecting the mesh parameters.
図13c〜図13eは、穿孔の配置によって電流束の経路をどのように延長できるのかを示しており、図13cは高い電気抵抗を示し、図13dは中程度の電気抵抗を示し、図13eは比較的低い電気抵抗を示している。 FIGS. 13c-13e show how the current flux path can be extended by the arrangement of the perforations, FIG. 13c shows high electrical resistance, FIG. 13d shows moderate electrical resistance, and FIG. It shows a relatively low electrical resistance.
過熱から保護するために電気回路中に1つの空隙21が設けられており、この空隙は、所定の限界温度を上まわると電気回路を遮断する1つの安全素子(特にヒューズ、図示せず)によって橋絡される。
In order to protect against overheating, an
第1実施例の1変更態様によれば、加熱素子4を付加的に保護するために熱交換器1に1つの耐熱性接着剤が設けられている。
According to one variant of the first embodiment, one heat-resistant adhesive is provided on the
図6が示す熱交換器1は組み立てて電気ボンディングされた補助ヒータを備えており、この補助ヒータは蛇行状に配置される加熱素子4によって形成されている。電気ボンディングのために、詳しくは説明しないヒータコア側プラグの差込み接触用の接触タグ31が熱交換器1の短辺面に設けられている。この例で設けられている4つの接触タグ31は接触導体32と一体に構成されており、これらの接触導体は加熱素子4と接触するための接触タグ33を有する。好ましくは少なくとも2つの接触導体32が設けられており、そのうちの1つは接地レール32aとして構成され、複数の加熱格子が設けられている場合接地レールは複数の接触タグ33も有する。接地接触導体32aは熱交換ブロックとの電位補償部として1つの付加的導電結線34を有する。図7は接触タグ33と加熱素子4との接触個所の断面図である。その際、接触タグ33の寸法は加熱素子4のU形領域内の自由隙間に合せられている。この接触タグ33は確実な接触を確保するための(図示しない)ばね要素を有することができる。
The
差込み接触の代わりに、別のボンディング、例えばばね舌片、ねじまたはリベットを設けておくこともできる。同様に、加熱格子と電源部との電気ボンディング用の溶接、蝋付または接着を設けておくこともでき、接触素子、特に接触薄板は加熱格子と一体にまたはそれとは分離して構成しておくことができる。別の実施例における選択的ボンディングの1例を図12が示す。接触タグ用の相応する素材選択および/または被覆、例えばスズめっき、銀めっきが、導電性、従って接触を改善する。接触タグは、例えば蝋付結合、溶接結合、クリップ結合またはリベット結合によって接触導体に固着しておくこともできる。接触導体は熱交換器に固着するための諸要素と1つの構造ユニットを形成することもでき、このため例えばクリップを設けておくことができる。この目的のためにすべての接触導体は図示しないプラスチック部品によって射出被覆しておくことができ、プラスチック部品は個々の接触導体をそれらの相対位置で保持し、クリップ要素を含み、同時にプラグのハウジングを形成する。 Instead of the plug-in contact, another bond, for example a spring tongue, a screw or a rivet, can be provided. Similarly, welding, brazing, or bonding for electric bonding between the heating grid and the power supply unit can be provided, and the contact element, particularly the contact thin plate, is configured integrally with or separately from the heating grid. be able to. An example of selective bonding in another embodiment is shown in FIG. Corresponding material selection and / or coating for contact tags, such as tin plating, silver plating, improves conductivity and thus contact. The contact tag can also be secured to the contact conductor, for example by brazing, welding, clip or rivet connection. The contact conductor can also form elements and one structural unit for fixing to the heat exchanger, and for this purpose, for example, a clip can be provided. For this purpose, all contact conductors can be injection-coated with plastic parts (not shown), which hold the individual contact conductors in their relative positions, include clip elements and at the same time the plug housing. Form.
図8aが示す第2実施例によれば、多数の個別に構成される加熱素子4が互いに相応に結合されている。その際、1つのI形特殊鋼製加熱基板が加熱導体層5として設けられており(図8b参照)、これが多数の円形穿孔を有し、穿孔は縦軸線に沿って配置されている。矩形に打抜かれまたは切断された1つの絶縁兼保護フィルムは1つの絶縁層と1つの伝熱兼保護層とからなり、この加熱基板に積層される。加熱基板の形状の結果としてタグ41が設けられており、これらのタグは図12に相応して接続面を形成し、または平行に接続された加熱素子4を形成し、または図9、図10に示すように過熱防止部42を形成するのに利用することができる。過熱防止部42を設けるのが有意義であるのは特に、熱交換器1を介して空気が流れず、扁平管2内を水または水混合物が流れないとき、特に熱交換器1(ヒータコア)内に水がなく、きわめて高い電気加熱出力が要求されるときである。過熱防止部42はこの場合熱で解除されるヒューズによって形成され、隣接する加熱素子4の両方のタグ41は軟蝋または共晶蝋によって互いに蝋付される。このため加熱素子4が弾性変形され、過熱およびそれに伴う蝋付結合の緩み時に加熱素子4が再び変形復帰し、タグ41が接触解消され、これにより電気回路が遮断される。蝋の選択と電流密度に基づく固有加熱と加熱腹部への熱的結合とによって、電気回路が遮断される限界温度は確定することができ、この場合約150℃である。動作時、発生される損失熱と脇を流れる空気および加熱腹部に排出される熱とが均衡する均衡温度が蝋付個所に生じる。脇を流れる空気にもはや十分な熱を放出できなくなると、蝋付個所の温度が上昇し、限界温度を上まわると蝋付結合が外れ、すなわち過熱防止部42が応答し、電気回路遮断の結果として電気補助ヒータが自動的に停止され、加熱素子4の過熱、または熱交換器1または後続空気通路の領域に配置されるその他の要素の過熱も、回避することができる。
According to a second embodiment shown in FIG. 8a, a number of individually configured
図11a、図11bには、溶融蝋結合領域で導電性横断面を変更することによって過熱防止部42の解除温度をどのように所要値に調整できるのかが示してある。その他の結合は特に個々の加熱素子4の強固な結合に役立ち、個々の加熱素子4から1つの加熱格子が形成され、この加熱格子は第1実施例のものに相当するが、但し各2つの加熱素子が並列に接続されている。このように関連し合った加熱格子は、個々の加熱素子を位置決めしてボンディングする必要がないので、簡単に組み立てることができる。さらに、加熱素子の並列回路と直列回路を簡単に実現することができる。
FIG. 11a and FIG. 11b show how the release temperature of the
電気接触素子との結合は先に述べたように、または図12に示すように、蝋付個所51を介して行うことができ、これらの蝋付個所は同時に過熱防止部として利用できる。 As described above or as shown in FIG. 12, the connection with the electric contact element can be performed through the brazing points 51, and these brazing points can be used as an overheat prevention unit at the same time.
他の1実施例によれば絶縁層7は1つのアルミニウム箔の1つの自己粘着性被覆によって既に提供され、この被覆が伝熱兼保護層8を形成する。
According to another embodiment, the insulating
やはり図1と図2が引き合いに出される他の1実施例によれば、1つの加熱素子4は鋼製加熱格子で形成される1つの給電層5(第1電極)と、定義された比抵抗を有する1つの高分子PTC材料で形成される後続高分子PTC層7の粘着性被覆で形成される1つの接着層6と、それに続いて1つのアルミニウム層(第2電極)で形成される1つの接地兼伝熱兼保護層8とによって形成されている。製造は第1実施例に相応して行われる。先行実施諸例とは異なり、フィン束3から最も離れた層は熱発生には限定的にのみ役立ち、むしろ電流の供給と分配とに役立ち、電流は接着層6と特に熱発生に役立つ高分子PTC層7とを均一に流れ、伝熱兼保護層8(第2電極)を介して導出される。その場合、接着層も十分に電気伝導性でなければならず、これは例えば導電性カーボンブラックまたは別の導電性粒子を混和することによって達成することができる。金属層と高分子PTC層との間に別の付着結合技術も考えられる。高分子PTC層7のPTC抵抗特性(正温度係数)のゆえに、このように形成される加熱格子13は十分な性能を有し、過熱防止部が必要でない。
According to another embodiment, which is also referred to in FIGS. 1 and 2, one
基本的に上記すべての実施例の構造が可能であるが、しかし電気ボンディングは別の種類の導電挙動に適合することができる。その際、熱交換器1は好ましくは、上記すべての実施例においてもそうであるが、接地電位にある。
Basically all of the above embodiments are possible, but electrical bonding can be adapted to other types of conductive behavior. In doing so, the
図14a〜図14cが示す個別素子から形成される加熱格子は電気抵抗を適合するために各2つの並列に接続される過熱素子の直列回路を備えている。その際、個々の過熱素子の間の移行部にヒューズ(過熱防止部42)として蝋付個所が設けられており、基本的に単一のヒューズで間に合うであろう。電気ボンディングのために末端に接触板が設けられており、図14cに「+」と接地記号とによって示してある。任意の別の相互接続、例えばすべての加熱素子4の直列相互接続、またはすべての加熱素子4の並列接続が可能である。
The heating grid formed from the individual elements shown in FIGS. 14a to 14c comprises a series circuit of two heating elements each connected in parallel in order to adapt the electrical resistance. At that time, a brazed portion is provided as a fuse (overheat prevention portion 42) at a transition portion between the individual overheating elements, and basically a single fuse will be sufficient. A contact plate is provided at the end for electrical bonding and is indicated by “+” and a ground symbol in FIG. 14c. Any other interconnection is possible, for example a series interconnection of all
ばりは基板の打抜き時に不可避的に発生し、場合によって両方の導電性層の間に望ましくない電気結合を生じることがあり、これらのばりを除去するために、加熱素子は打抜き後、塑性加工して1つの加熱格子へと結合する前またはその後にばり取りされ、このため‐第1実施例と図15a〜図15cとを引き合いに出すと‐加熱導体層5と伝熱兼保護層8との間に時間と共に上昇するパルス電圧が印加され、十分に大きな電圧に達すると両方の層の間の危険個所にアークが形成され、その際に発生する熱の結果としてばりが焼失する(酸化および/または蒸発する)。パルスは時間的に限定されているので、熱発生と入熱は特に温度に敏感な中間にある高分子層に限定することができ、高分子層が破損されることはない。焼失過程によって、導電性層の間にぐるりと最低距離を確保することができる。
The flashes are unavoidably generated when the substrate is punched, and in some cases, undesired electrical coupling may occur between the two conductive layers.To remove these flashes, the heating element is plastic-worked after punching. Before or after being combined into one heating grid, and therefore for this purpose-referring to the first embodiment and FIGS. 15a to 15c-between the
可能な破損に関しても最低距離を長期的に確保するために、ばり取り後、ばり取りされた切断稜の封止が行われる(図15c参照)。このため切断稜に1つの絶縁高分子(封止61)が備えられ、高分子は塗布後に硬化する。 In order to ensure the minimum distance in the long term for possible breakage, the deburred cutting edges are sealed after deburring (see FIG. 15c). For this reason, one insulating polymer (sealing 61) is provided at the cutting edge, and the polymer is cured after application.
引き続き個々の加熱素子は塑性加工され、結合して1つの加熱格子とされる。 Subsequently, the individual heating elements are plastic processed and combined into one heating grid.
ばり取りと封止は塑性加工後の最終ステップも形成できる。 Deburring and sealing can also form the final step after plastic working.
ばり取りおよび封止するための前記方法は以上述べたすべての実施例において利用することができ、既に打抜かれた個々の要素のばり取りは積層前に行うこともできる。 Said method for deburring and sealing can be used in all the embodiments described above, and the deflashing of the already punched individual elements can also be carried out before lamination.
図16aに示す変更態様では打抜き過程後にはじめて加熱導体層と別の層との積層が行われ、この変更態様によれば絶縁層と伝熱兼保護層が加熱導体層から少なくとも部分的に突出しており、突出する絶縁層のゆえに短絡は不可能である。 In the modified embodiment shown in FIG. 16a, the heating conductor layer and another layer are stacked only after the punching process. According to this modified embodiment, the insulating layer and the heat transfer / protection layer protrude at least partially from the heating conductor layer. In addition, short-circuiting is impossible because of the protruding insulating layer.
しかし加熱導体層が絶縁層とこの絶縁層に合せて構成される伝熱兼保護層とから突出している場合、両方の導電性層の間の距離は短絡を確実に避けるのに十分でないことがある。その場合、図16bに示すように好ましくは1つの封止61が設けられている。
However, if the heating conductor layer protrudes from the insulating layer and the heat transfer / protection layer configured for this insulating layer, the distance between both conductive layers may not be sufficient to avoid short circuit reliably. is there. In that case, preferably one
図17a、図17bでは積層後、図17bに示すように後に打抜きによって分離が行われる(図17aに破線で囲んだ)領域の自由エッチングが行われる。その際、良導電性層の1つのみが、ここでは加熱導体層が、比較的小さな限定された領域で取り除かれ、絶縁層は破損されないままである。打抜き切断がこの領域内を延び、切断実行後両方の良導電性層の間で、打抜きによって存在するばりに基づく短絡が確実に排除されるのを確保できるように、領域の幅は量定されている。 In FIGS. 17a and 17b, after stacking, as shown in FIG. 17b, free etching is performed in a region where separation is performed by punching (enclosed by a broken line in FIG. 17a). In so doing, only one of the highly conductive layers, here the heated conductor layer is removed in a relatively small limited area, and the insulating layer remains unbroken. The width of the region is quantified to ensure that the punch cut extends within this region and that after the cutting is performed, a short circuit due to the flash present by the punching is reliably eliminated between both good conductive layers. ing.
図18では1つの鋼要素(伝熱要素8)とその上に封止される1つの複合体(加熱導体層5と絶縁層7)とからなる加熱素子4が設けられている。短絡を防止するために複合体の末端領域71が折り返されており、絶縁層7が外側にあり、これにより、接地された加熱導体層5はこの末端領域71で覆われる。
In FIG. 18, the
個々の加熱素子4は接着によって熱交換器1に固定しておくことができる。図19〜図21に示す他の1実施例によれば加熱素子4を熱交換器1に固定するために1つのプラスチック保持要素81が設けられており、この保持要素は熱交換器1上にずらされ、かつ加熱素子4の接触薄板82を介した固定を可能とする。その際、接触薄板82は保持要素81内にクリップ止めされる。それに加えて、諸力の大部分が保持要素81によって吸収されるので、加圧および張力に対する加熱素子4の弛緩が可能になる。
The
他の1実施例によれば、加熱素子4の互いに結合される末端に、フィン束3の加熱にごく限定的に役立つだけのこれらの領域で電流密度を減らすために良導電性通電帯91が設けられている。製造は、図22aに示すように、連続した通電帯91によって行うことができ、通電帯は引き続き切断される。この場合軟質銅帯によって形成される通電帯91の取付または‐相応に形成された場合‐組込みはリベット止め、蝋付、接着、圧着またはその他の仕方で行うことができ、取付または組込みは加熱素子4の曲げ加工前または加工後に行うことができる。過熱から保護するための1つの過熱防止部42は一方または両方の通電帯91に直接一体化しておくことができる。詳細図は図23cに認めることができる。
According to another embodiment, the
図22bに示す1つの通電帯91は2つの隣接する加熱素子4の間で部分的に突出しているだけであるが、しかし加熱素子の間に単一の電気接触を実現する(塑性加工後の通電帯91の取付)。図22cでは通電帯91は塑性加工の結果として生じた溝内に完全に突出している(特に塑性加工前に通電帯91を取付ける場合)。隣接する個々の加熱素子4は部分的に重なる末端領域(図22d)、突合せて配置される末端領域(図22e)または相互に離間した末端領域(図22f)を有することができる。図22gには通電帯91の塑性加工による機械的固定が示してあり、通電帯91の材料は加熱素子4の穴を通して加圧されている。図22hには通電帯91と加熱素子4との蝋付結合または溶接結合が示してある。加熱素子4の構成は図18に示すものに一致している。すなわち、短絡を防止するために、加熱導体層5と絶縁層7とからなる複合体(アルミニウム箔/絶縁フィルム)の末端領域71が折り返されており、絶縁層7が外側にあり、これにより、接地されている加熱導体層5がこの末端領域71で覆われる。従って通電帯91(銅帯)は専ら(図22gと図22hで鋼製加熱素子と称する)伝熱素子8に接触する。
One energizing
加熱格子上での過度に高い温度を防止するために、ヒューズとして構成される過熱防止部42が、ここでは加熱格子ごとに各1つ設けられている。
In order to prevent an excessively high temperature on the heating grid, one
図23aにはばね鋼からなる両方の接触薄板の一方への加熱格子の取付が示してあり、この取付は予応力下に低融点蝋を利用して加熱格子を取付けるとき既に行われる。 FIG. 23a shows the attachment of a heating grid to one of both contact lamellae made of spring steel, which is already done when the heating grid is installed using a low melting wax under prestressing.
図23bは過熱防止部42の相応する構成を示しているが、しかしこの場合2つの加熱格子の間に直接構成されている。図23cは適切に横断面を低減して過熱防止部42として役立つ通電帯91の利用を示す。相応する通電時に狭隘個所で温度が強く高まり、過大な温度上昇時にこの個所が溶断して電気回路を遮断する。
FIG. 23b shows a corresponding arrangement of the
1 熱交換器
2 扁平管
3 フィン束
4 加熱素子
5 加熱導体層、給電層
6 接着層
7 絶縁層、高分子PTC層
8 伝熱兼保護層
11 結合腹部
12 補助結合腹部
13 加熱格子
21 隙間
31 接触タグ
32 接触導体
32a 接地レール
33 接触タグ
34 結線
41 タグ
42 過熱防止部
51 蝋付個所
61 封止
71 末端領域
81 保持要素
82 接触薄板
91 通電帯
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32. The heating element manufacturing method according to claim 31, wherein at least one ridge region is sealed.
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