JP2021144946A - 乗物用電気加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気加熱装置において、均一な温度分布を得られ、コンパクトで、安価に製造できる電気加熱装置を提供する。【解決手段】乗物用電気加熱装置に関し、基板と、発熱導体層とを備え、発熱導体層は基板上に配置された発熱導体トラックを有し、発熱導体トラックは、絶縁ギャップによって互いに分離された複数のトラック部を有し、発熱導体トラックは、第１のトラック部１５ａと第２のトラック部との間に曲げ部１７ａを有し、分岐絶縁ギャップ２０によって互いに分離された少なくとも二つの分岐トラック２１ａ、２１ｂに分岐し、分岐トラック２１ａ、２１ｂは、第２のトラック部又は曲げ部１７ａ内で再び合流する。【選択図】図３

Description

本発明は、請求項１に係る乗物用電気加熱装置に関し、また、電気加熱装置を備えた乗物、特に自動車に関する。

ＷＯ２０１３／１８６１０６Ａ１には、基板上に導体トラックとして形成された加熱抵抗体を有する自動車用の電気加熱装置が記載されている。導体トラックは、二本巻き線となるように形成され、導体トラックが反対方向へ曲がる領域には拡幅された絶縁領域が設けられている。この拡幅された絶縁領域は電流をできるだけ導体トラックの全幅にわたって流すことを意図しており、特に大部分の電流が流れる領域が導体トラック内側に局所的に形成され、小部分の電流が流れる領域が導体トラックの外側縁の領域に形成される状況を避けるためのものである。しかしながら、それでも、電気加熱装置の他の部分と比較すると、導体トラックが曲がる領域に依然として比較的大きく温度上昇することが分かった。

本発明の目的は、比較的均一な温度分布を得られる電気加熱装置と、これに対応した乗物、特に自動車を提案することであり、この電気加熱装置はできるだけコンパクトで、安価に製造できるものである。

この目的は、請求項１に係る乗物用電気加熱装置によって達成される。

本目的は、具体的には、乗物用電気加熱装置によって達成される。この電気加熱装置は、基板と、基板上に形成された発熱導体層とを備え、発熱導体層は（主要な平面の）基板上に延在する少なくとも一つの発熱導体トラックを有し、発熱導体トラックは絶縁ギャップによって互いに分離された複数のトラック部（互いに隣接し、特に、基板に対して略同じ高さで延びる）が形成されるように構成され、発熱導体トラックは、発熱導体トラックが曲げられる位置にあり、且つ、第１のトラック部と第２のトラック部との間に配置された少なくとも一つの曲げ部を有し、第１のトラック部及び第２のトラック部は曲げ部と比べてより小さな曲率、具体的には少なくとも略直線状に形成され、第１のトラック部又は曲げ部内の発熱導体トラックは一つ又は複数の分岐絶縁ギャップによって互いに分離された少なくとも二つの分岐トラックに分岐し、分岐トラックは第２のトラック部又は曲げ部内で再び合流する。

本発明の一つの重要な態様は、一つ又は複数の追加の導体トラックが曲げ領域（曲げ部）に設けられることである。それによって、比較的均一な電流密度分布が達成される。ひいては、加熱装置に対する高い負荷になる曲げ点（曲げ部）における高温度を、簡単な手段で防止することができる。したがって、加熱装置の頑強性が改善される。原理的には、曲げ部の温度は、曲げ部に良好な電気伝導を有する材料を（局所的に）用いることによっても低下させることができる。しかしながら、良好な伝導を有する材料をこのように（局所的に）コーティングすることは、（製造中に）方法のステップ（例えば、マスキング及び／又はコーティング）を追加して実施しなければならないという問題点がある。更に、次の層（例えば、センサ層）が、局所的な厚みにより損傷する可能性がある。

曲率は、直線形状からのずれを意味するものと理解されることが好ましい。ここでは、具体的には、曲率の大きさのみ（すなわち、符号を考慮していない）を考慮する。一方のトラック部から（絶縁ギャップによって）分離された他方のトラック部へ電流が流れない（又は、少なくとも大幅に少なくなる）ように、絶縁ギャップはトラック部を互いに分離する。絶縁ギャップの比抵抗は、互いに分離されたトラック部よりも、１０倍以上大きいことが好ましく、５０倍以上大きいことがより好ましい。第１及び／又は第２のトラック部は、特に、それぞれのトラック部の始端と終端との間の（直線状の）接続線からのずれが１０％以下、好ましくは５％以下、更に好ましくは２％以下となるような略直線状に設計するよう考えるべきである。曲げ部の曲率は、第１及び／又は第２のトラック部の曲率の２倍以上大きいことが好ましく、５倍以上大きいことが更により好ましく、１０倍以上大きい（平均して）ことが更に一層より好ましい。第１及び／又は第２のトラック部は、具体的には、曲げ部に（直接）隣接する。第１及び／又は第２のトラック部は、曲げ部と少なくとも同じ長さとすることができ、曲げ部の１．５倍以上の長さとすることが好ましく、３倍以上の長さとすることがより好ましい。

全体として、特に、電気駆動の乗物における（その普及が広まりつつあることによる）増加しつつある需要に効果的に対応することができる電気加熱装置を提案する。これまで、このような乗物用電気加熱装置として、いわゆるＰＴＣ加熱素子が主に使用されており、これらは、内燃機関を有する従来の自動車の車載電力システムに存在する比較的低い供給電圧で動作している。完全に又は部分的に電気駆動される現代の乗物では、特に、この乗物に設けられた高電圧の車載電力システムにある供給電圧、例えば１５０ボルトから９００ボルトまでの範囲の電圧、あるいは、１０００ボルトを超える電圧を用いて乗物を電気的に操作できることが要求される。

乗物用加熱装置は、本文脈では、乗物用として設計され、それに応じて適合させた加熱装置を意味するものと理解される。具体的には、そのような加熱装置が輸送可能（あるいは、乗物に固定して設置されるか、又は単に輸送目的で乗物に収容される）であり、例えば、建物の暖房システムの場合のような恒久的に固定して使用されるためだけに設計されたものではないことを意味する。加熱装置の重さは５００ｋｇ以下であり、好ましくは１００ｋｇ以下、より好ましくは２０ｋｇ以下である。あるいは、乗物（陸上車両、船舶など）内、特に陸上車両内に加熱装置を固定して据え付けることができる。具体的には、例えば、陸上車両、船、又は航空機などの乗物内部、及び、例えば、船舶、特にヨットで見られるような（部分的に）開放された空間を暖房するために設計してもよい。また、例えば、大きなテント、コンテナ（例えば、ビルのコンテナ）などで、加熱装置を固定して（一時的に）使用することもできる。電気加熱装置を、具体的には、例えば、トレーラ、キャンピングカー、バス、乗用車などの陸上車両用の常設ヒータ又は補助ヒータのように乗物用途に設計してもよい。

発熱導体トラックを、曲げ部において９０度以上曲げることが可能であり、１２０度以上曲げることが好ましく、１５０度以上（具体的には、略１８０度以上）曲げることがより好ましい。

基板は、平面状、又は非平面状の（例えば、隆起又は湾曲した）表面を有してもよい。絶縁ギャップによって互いに分離された（互いに隣接して延びる）複数のトラック部は、基板の表面と（少なくとも略）同じの高さに配置されることが好ましい。

第１及び第２の導体部分は、（幾何学的に）（少なくとも部分的に）互いに並行して延びることが好ましい。曲げ部は、１８０度、又は少なくとも略１８０度（すなわち、具体的には、１７０度以上）向きを変えることが好ましい。このタイプの設計では潜在的な（局所的な）加熱が特に顕著であり、曲げ領域に導体トラックを追加することによって特に効果的に（局所的な）加熱を減らす、又は防ぐことができる。

内側の分岐トラックは、外側の分岐トラックに対して（少なくとも平均して、及び／又は、少なくとも部分的に、好ましくは全体的に）より狭くなるように形成される。この種の手段によって電流分布をより一層、一様にすることもできる。

分岐トラックは、第１及び／又は第２のトラック部の好ましくは７０％以下、より好ましくは３０％以下、更により好ましくは１５％以下にわたって延在し、及び／又は、第１及び／又は第２のトラック部の好ましくは５％以上、より好ましくは１０％以上にわたって延在する。したがって、分岐点は、曲げ部のほんのすぐ上流に位置することが好ましく、それによって、電流分布を効果的に一様に保ちながら、比較的簡単に製造することができる。

一実施形態では、第１のトラック部又は曲げ部内の発熱導体トラックは、分岐絶縁ギャップによって互いに分離された少なくとも三つの（又は、ちょうど三つの）分岐トラックに分岐し、分岐トラックは、第２の導体部分又は曲げ部内で再び合流する。それによって、電流分布をより一層、一様にすることができる。

複数の分岐トラックは、基板の表面に対して同じ高さに配置してもよく、及び／又は、（基板の表面に垂直方向に）同じ厚さを有してもよい。

電流の方向が互いに反対である隣接するトラック部間の距離が、曲げ部の領域で（局所的）に拡げられるように設計してもよい。分岐トラックを、このように距離を（局所的に）拡げることと組み合わせることによって、ホットスポットの形成を特に確実に抑制することができる。しかしながら、原理的には、基板の表面の領域のより有効的に利用できるように、このように（局所的に）距離を拡げないことも可能である。

少なくとも一つの発熱導体トラックは、基板上で二本巻きのパターンで延在してもよい。二本巻きの配置によって、発熱導体トラックは、基板によって形成された表面の広い範囲を、隙間をほとんど開けずに覆うことができる。更に、電気加熱装置による生じ得る妨害放射を二本巻きの配置により最小限にすることができる。二本巻きの配置では、それぞれ、互いに反対方向に電流が流れる、又は流れうるトラック部が互いに隣接して延設配置されるように、発熱導体トラックのトラック部は互いに隣接する。この場合、加熱用に設けられた発熱導体トラックのトラック部の少なくとも略全てが、二本巻きの配置の一部分であることが好ましい。その結果、生成される電磁場は、互いに、少なくとも部分的に相殺することができる。しかしながら、特に、電力供給部への接続のための接続領域を、二本巻きではない態様で配置できることに留意すべきである。発熱導体トラックの残りの領域は、少なくとも実質的に二本巻きの態様で配置することができることが好ましい。

発熱導体トラックは、少なくとも二つ、又は少なくとも三つの曲げ部を有してもよい。これらの（複数の）曲げ部にはそれぞれ、対応する分岐トラックを割り当ててもよい。発熱導体トラックが（特に、１８０度曲げられた）（ちょうど）二つの曲げ部を有する場合、電磁波照射が低い最適化された二本巻きの配置を作り出すことができる。この場合、動作中に高温となる領域はほんのわずかしかない。基板上に形成された複数の発熱導体トラックの場合、発熱導体トラックのそれぞれが（ちょうど）二つの反転点を有することができることが好ましい。

ある具体的実施形態では、発熱導体層は、基板表面の８０％以上、好ましくは８５％以上を覆う。この場合、個々のトラック部を互いに十分に絶縁しつつも、利用可能な基板表面を比較的良好に使用することができる。発熱導体層は、具体的には、基板表面の９５％以下を覆うことができる。

電気絶縁材が絶縁ギャップ内に配置されることが好ましい。電気絶縁材はまた、絶縁ギャップに加えて、基板と反対方向に面する一つ又は複数の発熱導体トラックの表面を覆うようにすることが好ましい。電気絶縁材は、具体的には、一つ又は複数の発熱導体トラックの形成後に層として積層するようにすることが好ましい。電気絶縁材は、一方では（比較的高く）電気的に絶縁するが、他方では（比較的高く）熱伝導することが好ましい。基板の利用できる表面を、一つ又は複数の発熱導体トラック用に効率的に利用することができるように、電気絶縁材によって絶縁ギャップの幅を比較的狭く保つことができる。

一つの開発技術によれば、発熱導体トラックは、同じ電流方向を有する二つのトラック部のそれぞれが、少なくともその長さの大部分にわたって互いに隣接して、あるいは、並行に延びるように形成される。発熱導体トラックは、特に、同じ電流方向を有する二つの伝導体トラック部のそれぞれが、その長さの８０％以上にわたって互いに隣接して並行に延びるように設計してもよい。二つのトラック部の各々は端部で接続してもよく、具体的には、それぞれ、電力供給部に接続するための共通の接続部分に接続してもよい。このような改良によって、電気加熱素子内を流れる電流の分布を特に良好なものにすることができ、ひいては特に加熱パワーの均一な分布を得ることができる。更に、この構造は簡単で安価に形成することができ、利用可能な基板表面を、プロセス中、十分に利用することができる。

一実施形態では、発熱導体トラックは、その長さの大部分にわたって直線状に延びるように形成される。これによっても、基板に発熱導体トラックを効果的に設けることができる。

一つの開発技術によれば、更なる層が発熱導体層上に少なくとも一つ形成される。複数の層もまた、特に、発熱導体層上に形成することができる。絶縁層は、発熱導体層上に形成することができることが好ましい。更に、その絶縁層は、発熱導体トラックのトラック部間の絶縁ギャップを満たすことも可能である。更に、電気加熱装置の機能を監視するためのセンサ層を、例えば、絶縁層上に形成することができることが好ましい。これにより、絶縁層は通電領域を更に絶縁するため、高い安全性を実現することができる。

一つの特定の実施形態では、電気加熱装置は、自動車の加熱装置である。この場合、電気加熱装置は、特に、例えば、自動車の内部の空気、又は自動車の液体回路内の液体などの流体を加熱するように設計することができる。

上記の目的は、上記のタイプの電気加熱装置を備える乗物によって達成される。乗物として、具体的には自動車が好ましく、乗用車又はトラックがより好ましい。

更に、上記の目的は、具体的には乗物用、特に自動車用に上記のタイプの電気加熱装置を使用することによって達成される。

また、利用できる空間を効率的に利用することができるので、この電気加熱装置の形成には、概して、基板の表面上に追加の空間を必要としない（又は、ほんのわずかしか必要としない）という利点を有する。全体として、比較的簡単で安価に形成することが可能である。発熱導体トラックの（予め決められた）一形状において、分岐トラックは単位面積当たり達成可能な加熱パワーを増大させることを可能にする。これは、達成可能な加熱パワーは、局所的なホットスポットが形成される位置である臨界点によって主に決定されるためである。発熱導体トラックが曲げ部で大きく曲げられるほど、得られる効果は大きくなる。したがって、分岐トラックの効果は、特に、曲げ部が（少なくとも略）１８０度向きを変えるときに顕著になる。

発熱導体層は、基板の領域にわたって積層され、次いで、積層された材料を除去することによって形成できる層であることが好ましい。これによって、一つ又は複数の発熱導体トラックを比較的安価に製造することができる。発熱導体層は、溶射法を用いて基板に塗布され、次いで（例えば、レーザ処理によって）形成することができることが好ましい。しかしながら、原理的には、例えば、印刷法、鋳造法などの他の方法もまた、発熱導体層を形成するために考えられる。例えば、エッチング、機械的除去、超音波などの他の形成法も同様に可能である。発熱導体層は、電気伝導材、特に金属材料から製造されることが好ましい。更に、発熱導体層は、電気的に絶縁する（あるいは、高熱伝導）中間層を介在させることによって基板材料から離隔させてもよい。具体的には、発熱導体層は、例えば、ニッケル−クロム合金から形成することができ、及び／又は、酸化アルミニウム層によって基板材料から離隔させることができる。基板は比較的良好な熱伝導率を有することができ、特に金属から製造されることが好ましい。それぞれの発熱導体トラックは、数ミリメートルの幅、具体的には２．５ｍｍから５ｍｍの間の幅を有し、且つ、５μｍから３０μｍの範囲の（基板に垂直な方向の）厚さ、具体的には１０μｍから２５μｍの範囲の厚さを有することが好ましい。

ある具体的実施形態では、電気加熱装置は、好ましくは１５０ボルトから９００ボルトまで、より好ましくは２００ボルトから６００ボルトまでの範囲の動作電圧用の高電圧ヒータとして形成される。しかしながら、あるいは、最高１０００ボルトより高い設計もまた可能である。この場合、電気加熱装置は、特に、高価な電圧変換器なしに、例えば、電気駆動の乗物又はハイブリッドの乗物に良好に使用することができる。

更なる実施形態は従属項から理解される。

本発明は、図を参照しつつ、より詳細な例示的な実施形態を参照して以下に説明される。

本発明に係わる電気加熱装置の概略断面図である。 比較例に係わる発熱導体層の一部分の図である。 本発明に係わる例示的な実施形態における図２に相当する一部分の図である。 更なる例示的な実施形態における図２及び３に相当する一部分の図である。

以下の説明では、同一及び機能的に同一の部品に対して同じ参照符号を使用する。

図１は、本発明に係わる加熱装置の概略断面図である。前記加熱装置は、基板１０と、基板１０上に（直接）配置された電気絶縁層１１と、電気絶縁層１１上に（直接）配置された発熱導体層１２と、発熱導体層１２上に（直接）配置された絶縁層１３とを備える。電気絶縁層１１及び絶縁層１３はオプションにすぎない。電気絶縁層１１は、特に、基板１０が伝導性の材料、例えば、金属から形成されるときに設けられる。

図１に係る電気加熱装置は、乗物内の流体を加熱するように設計されている。ここで、流体は、具体的には、加熱対象となる空気、又は乗物の流体回路内の流体によって形成することができる。電気加熱装置は、具体的には高電圧ヒータとして形成され、動作電圧が１５０ボルトから９００ボルトの間の範囲、具体的には、２００ボルトから６００ボルトの範囲で動作する。しかしながら、例えば、最高１０００ボルトよりも高く設計することも可能である。

基板１０は、特に、放出された加熱パワーを、加熱対象となる流体に伝達するための熱交換器を兼ねるように形成される。具体的には、下側（図示せず）には、加熱対象となる流体を案内する複数の熱交換器リブ及び／又はチャネルが設けられる。基板１０は、高熱伝達率の金属材料、具体的にはアルミニウム又はアルミニウム合金から形成することが（製造の観点から安価で）好ましい。しかしながら、原理的には、高伝導率の電気絶縁材から、例えば、具体的には、これに相当するセラミックから基板１０を製造することも可能である。

電気絶縁層１１は、高熱伝導率を有することが好ましい。電気絶縁層１１は酸化アルミニウムから形成されることが更に好ましい。更には、電気絶縁層１１を溶射法で基板１０上に積層させてもよい。具体的には、基板がアルミニウム又はアルミニウム合金から形成される場合、電気絶縁層１１を例えば、基板１０の表面を標的にした酸化によって形成してもよい。電気絶縁層１１は、基板１０を発熱導体層１２から電気的に絶縁するように（しかし、同時に、基板１０の材料へ良好に熱伝達することもできるように）形成される。

発熱導体層１２は、基板１０上（又は、絶縁層１１上）に積層されることが好ましい。発熱導体層１２は、金属材料（具体的には、ニッケルクロム合金）から形成することができる。発熱導体層１２は、溶射法で積層されることが好ましい。しかしながら、その代わりとして、例えば、発熱導体層１２を印刷法又は鋳造法で積層させることも可能である。

発熱導体層１２は、少なくとも一つの発熱導体トラックが形成されるように構成され、この発熱導体トラックは、電圧が両端にかかると抵抗熱を放出するように形成される。原理的には、発熱導体トラックは、（下記でより詳細に説明する、曲げ部の領域の分岐トラックは別として）ＷＯ２０１３／１８６１０６Ａ１に記載されているように構成することができる。

電気加熱装置の縁領域には、発熱導体トラックを電力供給部に接続するための接続部を設けてもよい。このような接続部を、互いに電気的に絶縁させて、基板１０の縁の上方に（例えば、互いに隣接して）配置してもよい。この場合、発熱導体トラックと電気接触し、且つ、第１の電位をかけるように第１の接続部を設計してもよく、発熱導体トラックと電気接触し、且つ、異なる第２の電位をかけるように第２の接続部を設計してもよい。したがって、二つの接続部によって発熱導体トラックに所望の電位差をかけることができる。

図２は、発熱導体層１２の構造の比較例の一部を示す。概して、この発熱導体層は、基板１０上で二本巻きパターンで延在するように構成することができる。

発熱導体層は、互いに隣接して形成された複数のトラック部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、及び１５ｄを含む発熱導体トラック１４を有する。トラック部１５ａ〜１５ｄは、絶縁ギャップ１６によって互いに分離され、これにより、互いに電気的に絶縁される。発熱導体層１２が最初に基板１０の領域にわたって積層され、次いで、絶縁ギャップの領域内の発熱導体層１２の材料を標的にして、具体的にはレーザ処理によって除去することによって絶縁ギャップを形成することができることが好ましい。図２は、発熱導体トラック１４の好ましい電流の流れの方向を、矢印を用いて概略的に示している。

絶縁ギャップ１６は、（その長手方向にわたって）（少なくとも実質的に）一定の幅を有することが好ましい。これによって、発熱導体トラック１４のトラック部１５ａ〜１５ｄが基板の表面の大きな領域を覆った状態となり、加熱パワーを供給するトラック部を形成するために利用可能な領域をできるだけ最適に利用することができるようになる。

（直線状に延びる）トラック部１５ａと１５ｂ、又は１５ｃと１５ｄは、曲げ部１７ａ及び１７ｂを介して互いに接続される。（電流の流れ方向が反対の）導体トラック部１５ａ、１５ｂが互いに隣接して並行に延び、且つ、絶縁ギャップ１６によってのみ分離するように、（主要な平面の）発熱導体トラック１４は曲げ部１７ａで（少なくとも実質的に）１８０度曲げられる。

図２に係わる比較例において、流れる電流は主として電気抵抗が最も小さな経路（又は、最短の経路）を探すので、反転部１７ａの内側のカーブ１８の領域に比較的高い電流の流れを有する領域１９が生じる。発熱導体トラック１４の断面でのこのような不均一な電流分布は、電流がより多く流れる領域１９を局所的に強く加熱して、ホットスポットが生じる危険性があり、ホットスポットは強い加熱によって電気加熱装置の寿命に悪影響を及ぼすことがある。図２に係わる比較例では、この場合、２５４℃の最高温度が生じ得る。

望ましくないホットスポットの形成の問題は、（本発明に係わる電気加熱装置の実施形態をより詳細に例示する）図３に係わる発熱導体層１２を形成することによって解消、又は少なくとも軽減される。図３に係わる発熱導体層１２は、具体的には、（比較例に係わる）図２に係わる発熱導体層１２のように設計することができるが、以下により詳細に説明するような相違点がある。曲げ部１７ａの上流で第１のトラック部１５ａは分岐して、（分岐絶縁ギャップによって）互いに絶縁された二つの経路を電流が流れる。その結果、電流分布は比較的、効果的に緩和される。それでも大きな電流密度を有する領域１９が内側のカーブ１８に生じることがある。しかしながら、この領域１９は図２に係わる比較例に比べるとずっと目立たない。全体で、トラック部１５ａはこのように二つの分岐部２１ａ、２１ｂに分岐する。図３に係わる実施形態では、これらの分岐部２１ａ、２１ｂは曲げ部１７ａの端で合流する。分岐部を除いて図２に係わる比較例と同じ構造では、生じる最高温度は２２６℃よりもかなり低い。

図４は、本発明に係わる電気加熱装置の更なる実施形態の一部を示す。図３に係わる実施形態とは対照的に、この場合の第１のトラック部１５ａは、（分岐絶縁ギャップ２０ａ、２０ｂによって分離された）三つの分岐部２１ａ、２１ｂ、及び２１ｃに分岐する。それによって、電流分布をより一層、一様にすることができる。加えて、図４に係わる実施形態では、分岐部２１ａ〜２１ｃは、曲げ部１７ａの端からある距離のところでしか再び合流しないようになっている。したがって、分岐部２１ａ〜２１ｃの起端と終点は、（電流方向に関して）互いに隣接する。原則的には、これは図３に係わる実施形態も同様である。

（図３及び図４に概略的に示すように）内側の分岐部２１ａ、又は（図４に係わる）内側の二つの分岐部２１ａ及び２１ｂを、外側（最も外側）の分岐部２１ｂ又は２１ｃよりも（少なくとも平均して）狭くなるように設計することが好ましい。その結果、比較的高い割合の電流が、更に外側にある複数又は一つの分岐部に押しやられ、それによって、内側のカーブ１８の領域にホットスポットが形成されることを更に抑制する。

図１に概略的に示すように、発熱導体層１２の上側を覆い、且つ、基板１０と反対方向に面した少なくとも一つの更なる絶縁層１３を、発熱導体層１２上に、又は対応して構成された発熱導体トラック１４上に形成してもよい。具体的には、更なる絶縁層１３も、トラック部１５ａ〜１５ｄの間の絶縁ギャップ１６、２０を満たすように形成されることが好ましい。これにより、トラック部１５ａ〜１５ｄの間を、特に良好に且つ確実に絶縁する。更なる絶縁層１１は、例えば、発熱導体層１２の形成後に形成された発熱導体トラック１４上に積層することができる。この場合、積層は、例えば、溶射法、鋳造法などを用いて行うことが好ましい。具体的には、良好な電気絶縁と同時に、良好な熱伝導率を得られるように、更なる絶縁層１３は、例えば、酸化アルミニウムによって形成されてもよい。

更なる絶縁層１３に一つ又は複数の更なる層を追加して付与することが好ましい。特に、電気加熱装置の機能をモニタするための少なくとも追加のセンサ層を形成することには利点がある。

例えば、発熱導体トラック１４の曲がった部分が（実質的に）滴形又はマッチ棒の先端形状を有する領域２２を取り囲むように、曲げ部１７ａの領域において隣接するトラック部間の距離を（局所的に）広げるように設計してもよい。具体的に図示した実施形態では、取り囲まれた領域２２は、トラック部の一つ、すなわち、トラック部１５ｂに電気伝導して接続される（すなわち、この導体１５ｂについては発熱導体層にギャップが形成されていない）。しかしながら、例えば、取り囲まれた領域２２を絶縁ギャップによって内側のトラック部から完全に分離することも可能である。曲げ部１７ａの領域内で内側のトラック部間の距離を局所的に拡げることによって、内側のトラック部の外側縁の電流路と、内側のトラック部の内側縁の電流路との流路長の差が過大にならないようにすることができ、その結果、曲げ部の内側に電流の流れが過大に集中することが一層防止される。分岐部を設けることとの相乗的な相互作用により、局所的な加熱を効果的に防止することができる。

ここで、具体的に詳細に図示され、説明された全ては、単独、及び任意の組み合わせによって、本発明の本質として権利請求されることを指摘しておく。これに対する改変は当業者に容易に理解されるものである。

１０ 基板
１１ 電気絶縁層
１２ 発熱導体層
１３ 絶縁層
１４ 発熱導体トラック
１５ａ トラック部
１５ｂ トラック部
１５ｃ トラック部
１５ｄ トラック部
１６ 絶縁ギャップ
１７ａ 曲げ部
１７ｂ 曲げ部
１８ 内側のカーブ
１９ 領域
２０ 分岐絶縁ギャップ
２０ａ 分岐絶縁ギャップ
２０ｂ 分岐絶縁ギャップ
２１ａ 分岐部
２１ｂ 分岐部
２１ｃ 分岐部
２２ 領域

図２に係わる比較例において、流れる電流は主として電気抵抗が最も小さな経路（又は、最短の経路）を探すので、反転部１７ａに比較的高い電流の流れを有する領域１９が生じる。発熱導体トラック１４の断面でのこのような不均一な電流分布は、電流がより多く流れる領域１９を局所的に強く加熱して、ホットスポットが生じる危険性があり、ホットスポットは強い加熱によって電気加熱装置の寿命に悪影響を及ぼすことがある。図２に係わる比較例では、この場合、２５４℃の最高温度が生じ得る。

望ましくないホットスポットの形成の問題は、（本発明に係わる電気加熱装置の実施形態をより詳細に例示する）図３に係わる発熱導体層１２を形成することによって解消、又は少なくとも軽減される。図３に係わる発熱導体層１２は、具体的には、（比較例に係わる）図２に係わる発熱導体層１２のように設計することができるが、以下により詳細に説明するような相違点がある。曲げ部１７ａの上流で第１のトラック部１５ａは分岐して、（分岐絶縁ギャップによって）互いに絶縁された二つの経路を電流が流れる。その結果、電流分布は比較的、効果的に緩和される。それでも大きな電流密度を有する領域１９が生じることがある。しかしながら、この領域１９は図２に係わる比較例に比べるとずっと目立たない。全体で、トラック部１５ａはこのように二つの分岐部２１ａ、２１ｂに分岐する。図３に係わる実施形態では、これらの分岐部２１ａ、２１ｂは曲げ部１７ａの端で合流する。分岐部を除いて図２に係わる比較例と同じ構造では、生じる最高温度は２２６℃よりもかなり低い。

（図３及び図４に概略的に示すように）内側の分岐部２１ａ、又は（図４に係わる）内側の二つの分岐部２１ａ及び２１ｂを、外側（最も外側）の分岐部２１ｂ又は２１ｃよりも（少なくとも平均して）狭くなるように設計することが好ましい。その結果、比較的高い割合の電流が、更に外側にある複数又は一つの分岐部に押しやられ、それによって、領域１９にホットスポットが形成されることを更に抑制する。

図１に概略的に示すように、発熱導体層１２の上側を覆い、且つ、基板１０と反対方向に面した少なくとも一つの更なる絶縁層１３を、発熱導体層１２上に、又は対応して構成された発熱導体トラック１４上に形成してもよい。具体的には、更なる絶縁層１３も、トラック部１５ａ〜１５ｄの間の絶縁ギャップ１６、２０を満たすように形成されることが好ましい。これにより、トラック部１５ａ〜１５ｄの間を、特に良好に且つ確実に絶縁する。更なる絶縁層１３は、例えば、発熱導体層１２の形成後に形成された発熱導体トラック１４上に積層することができる。この場合、積層は、例えば、溶射法、鋳造法などを用いて行うことが好ましい。具体的には、良好な電気絶縁と同時に、良好な熱伝導率を得られるように、更なる絶縁層１３は、例えば、酸化アルミニウムによって形成されてもよい。

１０ 基板
１１ 電気絶縁層
１２ 発熱導体層
１３ 絶縁層
１４ 発熱導体トラック
１５ａ トラック部
１５ｂ トラック部
１５ｃ トラック部
１５ｄ トラック部
１６ 絶縁ギャップ
１７ａ 曲げ部
１７ｂ 曲げ部
１９ 領域
２０ 分岐絶縁ギャップ
２０ａ 分岐絶縁ギャップ
２０ｂ 分岐絶縁ギャップ
２１ａ 分岐部
２１ｂ 分岐部
２１ｃ 分岐部
２２ 領域

Claims (12)

1. 基板（１０）と、
   前記基板（１０）上に形成された発熱導体層（１２）と、
   を備える乗物用電気加熱装置であって、
   前記発熱導体層（１２）は前記基板（１０）上に配置された少なくとも一つの発熱導体トラック（１４）を有し、
   前記発熱導体トラック（１４）は、絶縁ギャップ（１６）によって互いに分離された複数のトラック部（１５ａ〜１５ｄ）が形成されるように構成され、
   前記発熱導体トラックは、前記発熱導体トラック（１４）が曲げられる位置にあり、且つ、第１のトラック部（１５ａ）と第２のトラック部（１５ｂ）との間に配置された少なくとも一つの曲げ部（１７ａ）を有し、
   前記第１のトラック部（１５ａ）及び前記第２のトラック部（１５ｂ）は、前記曲げ部よりも小さな曲率、具体的には少なくとも略直線状に形成され、
   前記第１のトラック部（１５ａ）又は前記曲げ部（１７ｃ）内の前記発熱導体トラックは、一つ又は複数の分岐絶縁ギャップ（２０）によって互いに分離された少なくとも二つの分岐トラック（２１ａ、２１ｂ）に分岐し、
   前記分岐トラック（２１ａ、２１ｂ）は、前記第２のトラック部（１５ｂ）又は前記曲げ部（１７ａ）内で再び合流する、
   乗物用の電気加熱装置。
2. 前記第１のトラック部（１５ａ）及び前記第２のトラック部（１５ｂ）は、少なくとも部分的に互いに並行して延び、及び／又は、
   前記曲げ部（１７ａ）は、少なくとも略１８０°曲げられることを特徴とする、請求項１に記載の電気加熱装置。
3. 内側の分岐トラック（２１ａ）は、少なくとも平均して、及び／又は、少なくとも部分的に外側の分岐トラック（２１ｂ）よりも狭くなるように形成され、
   好ましくは、内側の分岐トラック（２１ａ）の全体が外側の分岐トラック（２１ｂ）よりも狭くなるように形成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電気加熱装置。
4. 前記分岐トラック（２１ａ、２１ｂ）は、前記第１及び／又は第２のトラック部の７０％以下、好ましくは３０％以下、より好ましくは１５％以下にわたって延在し、及び／又は、
   前記分岐トラック（２１ａ、２１ｂ）は、前記第１及び／又は第２のトラック部の５％以上、好ましくは１０％以上にわたって延在することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の電気加熱装置。
5. 前記第１のトラック部（１５ａ）又は前記曲げ部（１７ａ）内の発熱導体トラック（１６）は、分岐絶縁ギャップ（２０）によって互いに分離された少なくとも三つの分岐トラック（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）に分岐し、
   前記分岐トラック（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）は、前記第２のトラック部（１５ａ）又は前記曲げ部（１７ａ）内で再び合流することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の電気加熱装置。
6. 前記複数の分岐トラック（２１ａ、２１ｂ）は、前記基板の表面に対して同じ高さに配置され、及び／又は、前記基板の前記表面に垂直方向に同一な厚さを有することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の電気加熱装置。
7. 電流の方向が互いに反対である隣接するトラック部間の距離は、前記反転部（１７ａ）の領域で局所的に拡げられるように形成され、及び／又は、
   少なくとも一つの発熱導体トラック（１４）は、前記基板（１０）上で二本巻きのパターンで延在することを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の電気加熱装置。
8. 前記発熱導体トラックは、少なくとも二つ、又は少なくとも三つの曲げ部（１７ａ、１７ｂ）を有することを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の電気加熱装置。
9. 前記発熱導体層（１２）は、前記基板表面の８０％以上、好ましくは８５％以上を覆い、及び／若しくは、電気絶縁材が前記絶縁ギャップ（１６）内に配置され、
   並びに／又は、
   前記発熱導体トラック（１５）は、同じ電流方向を有する二つのトラック部のそれぞれが、少なくともその長さの大部分にわたって互いに隣接して並行に延びるように形成され、
   並びに／又は、
   前記発熱導体トラック（１５）が、その長さの大部分にわたって直線状に延びるように形成され、
   並びに／又は、
   少なくとも一つの更なる層（１３）、具体的には絶縁層は、前記発熱導体層（１２）上に形成されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の電気加熱装置。
10. 前記電気加熱装置が、自動車の加熱装置であることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の電気加熱装置。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の電気加熱装置を備える乗物、特に自動車。
12. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の電気加熱装置の乗物、特に自動車用への使用。

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