用于电加热和流通液体的装置的加热体的制作方法

本发明的领域是用于加热和流通液体的电气装置领域，特别是用于机动车辆内部的供暖、通风和/或空调装置。更具体地，本发明涉及电加热装置，其用于装备有高压供电网络的电动或混合动力汽车中的这种装置。

背景技术：

用于对带有热力发动机的机动车辆内部进行热处理的空气通过热交换器由空气流和传热液体之间的热交换进行加热。在混合动力车辆或电动车辆的情况下，电加热装置是已知的，其形成热能的来源，并且在其中使电流流通，以升高内置于该加热装置中的加热元件的温度。因此，待加热的液体通过加热装置并与加热元件接触，然后在加热元件和用于加热内部的液体之间进行热能交换，然后内部加热。

加热元件通常由电加热装置构成，例如一个或多个加热电阻器。为了获得足够用于所需操作的加热功率，可能需要增加单个电加热装置中加热元件的数量。以已知的方式，这些加热元件因此可以一个接一个地对齐。

然而，这种布置由于电加热装置的长度而具有产生显著体积的缺点，特别是当为了达到所需的性能水平而增加加热元件的数量时。

限制由加热元件产生的体积同时确保更高程度的功率和性能仍是车辆特别是电动或混合动力汽车的基本问题，本发明正是处于这种背景下。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是提出一种加热体，其功率可以通过增加加热元件而增加，同时限制通过增加这种加热元件而产生的体积。

本发明的主题是一种用于电液体加热装置的加热体，所述加热体包括螺旋形并由称为第一直径的直径限定的至少第一加热元件、螺旋形并由称为第二直径的直径限定的第二加热元件以及支承第一加热元件和第二加热元件的基座，其特征在于第一直径大于第二直径，并且第一加热元件围绕第二加热元件设置。

这种加热体旨在用于混合动力或电动汽车的电加热装置，特别设计成利用据说是高电压(通常高于50v)的电源操作。加热元件被理解为是指例如可以串联或并联电连接的一个或多个电阻器。

根据特定实施例，基座设置有孔，允许以密封的方式插入和紧固各个加热元件。特别地，为了防止支承各个加热元件的基座变形，所述元件包括非加热区，位于它们插入基座的位置。

根据特定实施例，每个加热元件是螺旋管状元件。因此，这些加热元件的管在缠绕部形成特定直径的螺旋，从而限定加热元件。

特别地，加热元件布置成使得它们的缠绕部通过围绕被称为缠绕轴线的轴缠绕而延伸，该轴线是元件特有的。特别地，螺旋管状元件上离缠绕轴线最远的点被刻在加热元件的缠绕部的外表面上。同样，螺旋管状元件上最靠近缠绕轴线的点被刻在加热元件的缠绕部的内表面上。根据本发明的优选特征，各个加热元件设置成使得第一加热元件的缠绕轴线与第二加热元件的缠绕轴线重合。因此，加热元件的直径等于在加热元件的缠绕部的外表面之间延伸的盘的直径，其是在正交于缠绕轴线的平面中测量。

根据本发明的优选特征，第一加热元件和/或第二加热元件包括第一端子部分，接着是缠绕部，接着是第二直线端子部分，第一端子部分和第二端子部分在缠绕部和基座之间延伸。每个端子部分穿过基座，并且在其自由端包括允许加热元件连接到电气系统的端子。

使用螺旋形加热元件使得可以减小体积以及增加通过电加热装置的流体的扰动，从而提高所述装置的性能。

如在现有技术中已观察到，本发明的各个加热元件的布置也有助于防止由于简单地在单个轴线上首尾相连地添加加热元件而导致的体积增加。根据本发明，加热体包括至少两个加热元件，这些加热元件设置成使得第一加热元件围绕第二加热元件缠绕，从而限制加热体的体积。然而，这些分开的加热元件优选不彼此接触，无论是在它们自己的端子部分还是在它们各自的缠绕部，它们保持彼此分开。

当组装包括本发明加热体的电加热装置时，壳体被紧固到基座，从而界定构成本发明加热体的各个加热元件在其中延伸的室。优选地，加热体布置成使得每个加热元件的缠绕部的外表面上的点与壳体的内表面大致等距。

以这种方式，限定围绕加热元件的室中液体流通的空间，这种空间从室的一端到另一端是均匀的，从而允许液体体积的良好分布。旨在由加热体的加热元件加热的液体比如乙二醇水因此在室中在各个加热元件之间流通，并且通过与加热元件接触，温度将升高。

类似地，各个加热元件可以例如布置成使得第一加热元件的缠绕轴线与第二加热元件的缠绕轴线重合，使得第二加热元件的缠绕部在第一加热元件的缠绕部内部居中。以这种方式，可以确保围绕加热元件的相似体积的液体流的流通，特别是在存在于第二加热元件的缠绕部的外表面和第一加热元件的缠绕部的内表面之间的空间中，该空间界定中间环形区。

为了使电加热装置适应不同的所需功率，根据所需功率，加热体可以配置为包括三个或更多个加热元件。

当加热体包括第三加热元件时，该第三加热元件本身也是管状和螺旋形的，所述第三加热元件由称为第三直径的直径限定。

在这种配置中，加热体可以以各种形式实施。

在第一实施例中，加热体设置成使得第一加热元件围绕第三加热元件设置。因此，较大直径的第一加热元件布置成围绕第二和第三加热元件缠绕。

另外，第三加热元件可设置在第二加热元件的轴向延伸部中，第二加热元件和第三加热元件围绕共同缠绕轴线缠绕。优选地，这样首尾放置的第二和第三加热元件具有相同的直径。第一加热元件则优选延伸的高度等于或基本等于由第二和第三加热元件形成的组件的高度。该高度等于沿着各个加热元件的缠绕轴线在紧固加热元件的基座和加热体的相对端之间测量的距离。

例如，由第二和第三加热元件形成的组件可以布置成使得每个加热元件的缠绕轴线重合。因此，第二和第三加热元件的组件居中于第一元件的缠绕部上，以确保围绕加热元件的相似体积的液体流的流通。

在第二实施例中，加热体包括螺旋形并由称为第三直径的直径限定的至少一个第三加热元件，第一加热元件和第三加热元件围绕第二加热元件设置。

因此，第三加热元件的直径类似于第一加热元件的直径，并且设置成使得第一和第三加热元件首尾相连并且围绕共同轴线缠绕。在这样的实施例中，第一和第三加热元件围绕第二加热元件；因此，第二加热元件的直径小于第一加热元件和第三加热元件的直径。

然后，第二加热元件优选延伸的高度等于或基本等于由第一和第三加热元件形成的组件的高度。同样，第二加热元件可以例如布置成使得由第一和第三加热元件形成的组件的缠绕轴线与第二加热元件的缠绕轴线重合。

每个加热元件的缠绕部的间距即相对于缠绕轴线测量的每匝之间的距离可以根据加热元件、实施例和所需功率调整。当两个加热元件首尾相连布置时，它们各自缠绕部的螺旋将倾向于具有小的螺距，从而限制它们的体积。

这种首尾相连放置的加热元件组件的高度将沿着其中一个加热元件的缠绕轴线测量。该高度等于或基本等于这些各个加热元件的各个缠绕部的高度之和，加上连接到基座的第一端子部分的长度，即缠绕部最靠近基座的端部。

如第二实施例所示，被称为细长的加热元件可以设置成缠绕两个其他加热元件，或者被这两个其他加热元件围绕。在第一实施例中，细长加热元件因此是第一加热元件。在第二实施例中，细长加热元件因此是第二加热元件。细长加热元件则优选地延伸的高度类似于或基本类似于由另外两个首尾相连放置的加热元件形成的组件的高度。特别地，细长加热元件的特征在于比在设置于彼此轴向延伸部中的加热元件中测量的间距更大的间距。

类似地，不管本发明的配置或实施例如何，各个加热元件的缠绕部的缠绕方向(顺时针或逆时针)将不受任何组合限制。缠绕方向被理解为当跟随加热元件之一的缠绕部的匝的延伸时实现的运动方向。因此，所有加热元件可以在单个缠绕方向上延伸，或者加热元件可以在相反的缠绕方向上设置。

根据本发明的优选特征，每个端子部分一方面有助于将加热元件紧固在基座中，另一方面有助于将加热体电连接到电源系统。特别地，第二端子部分通过弯头附接到缠绕部，该附接相对于基座位于缠绕部的远端区域。

优选地，第二端子部分延伸的长度等于或基本等于相对于基座将缠绕部的远端从基座分开的距离。因此，第二端子部分形成从缠绕部的远端朝向基座落下的臂。所述弯头优选地布置成相对于加热元件的第一端子部分设置在限定的匝数和附加的360°匝之后，以等于对应于±1.5至3r的值的度数的角度扇区被添加至该附加的360°匝，r是加热元件的半径，从而防止单个加热元件的各个端子部分之间的任何阻碍或接触。

根据本发明的优选特征，至少一个加热元件的第二端子部分在至少一个加热元件的缠绕部内部朝向基座延伸。这样，与构成加热体的加热元件的数量无关，第二端子部分可以设置在由一个或多个较小直径的加热元件的内表面的直径界定的中心区中。可替代地，该第二端子部分可以在位于不同直径的加热元件之间的中间环形区中延伸。

为了增加电加热装置的功率，还需要增加加热元件和在装置中流通的液体之间发生的热交换。这样的任务可能被证明是复杂的，因为防止液体的任何局部沸腾也是必要的。具体地，当室具有大体积时，旨在由加热元件加热的液体倾向于停滞在加热体的中心区，并且热交换系数因此降低。

为了防止这种缺点并提高电加热装置的性能，可以在中心区中设置芯部。

根据本发明的附加优选特征，加热体因此可配备有在由一个或多个加热元件的缠绕轴线限定的方向上延伸的芯部，其布置成使得各个加热元件围绕所述芯部设置。该芯部优选延伸超过加热元件的高度，并且旨在填充中心区。

在加热体内增加芯部一方面使得可以减少室内的液体体积，另一方面可以增加室内液体流的扰动。液体和加热体之间的热交换系数将因此增加，并且装置的性能将被优化。

附图说明

参考附图，通过阅读下面给出的详细描述以及通过非限制性指示给出的若干示例性实施例，本发明的其他特征、细节和优点将变得更加清楚，其中：

图1是电加热装置的侧视图，此时其加热体包括两个加热元件；

图2是电加热装置的侧视图，此时其加热体包括至少三个加热元件；

图3是包括本发明的两种可能的加热元件的加热体的示意图；

图4是根据第一实施例布置的包括三个加热元件的加热体的示意图；

图5是根据第二实施例布置的包括三个加热元件的加热体的示意图；

图6是包括如图2所示的根据第一实施例布置的三个加热元件的加热体的竖直截面图；

图7是加热体的俯视图，此时加热体包括芯部。

具体实施方式

图1示意性地示出了电加热装置16，其包括支承至少两个加热元件4和5的基座2，壳体13紧固到基座2，从而界定各个加热元件4和5在其中延伸的室15。基座2和加热元件4和5形成被称为加热体1的组件。为了密封室15，环形密封件17设置在加热体1的底部，在位于基座2和壳体13之间的接收凹槽中。

图1特别示出了电加热装置16，其加热体1配置为包括两个加热元件4、5，并且示出了各个加热元件4、5在电加热装置16内的相对布置。

每个加热元件4、5以密封的方式插入并紧固在基座2中的孔3处，使得在室15中流通的液体不能逸出。所述加热元件4、5是管状的，并且由紧固至基座2的第一端子部分7构成，该第一端子部分7由螺旋形的缠绕部8延续，缠绕部8的螺旋在由轴线y限定的方向上延伸，并且以第二端子部分9结束。每个端子部分7、9在其端部配备有端子11，其允许加热体1电连接到电源。

图1示出了加热体1，其中每个加热元件4、5的第二端子部分9在由第二加热元件5的缠绕部的内表面限定的中心区12中以直线方式延伸。然而，这种布置的替代方案将在下面讨论。

第二端子部分9使得可以将缠绕部8的远端相对于基座2连接到所述基座2。特别地，缠绕部8的远端和第二端子部分9连接的区形成弯头10。各个弯头10以及每个加热元件4、5的第一和第二端子部分7、9布置成使得各个端子部分7、9之间没有重叠或接触。这种布置将在图6和7中更详细示出。

在图1所示的示例中，加热体1配置成仅包括两个加热元件4和5。所述加热体1包括由第一直径d1限定的第一加热元件4，其布置成使得该第一加热元件4围绕由小于第一加热元件4的直径d1的第二直径d2限定的第二加热元件5缠绕。

如图1所示，两个加热元件4、5可以布置成使得它们是同心的。各个加热元件4、5的缠绕部8则围绕单个轴线y缠绕。它们在室15中延伸的高度ha等于或基本等于沿着同一轴线y在基座和缠绕部8的远端之间的测量的高度。第一和第二加热元件4、5的布置被限定为使得这些单独的加热元件在它们自己的端子部分7和9或者在它们的缠绕部8处不相互接触。

当加热体1插入到壳体13中时，加热体1布置成使得在正交于轴线y的平面中，每个加热元件4、5的缠绕部8的外表面上的点与壳体13的内表面等距或基本等距，从而限定用于室15中的液体流通的空间。以这种方式，液体均匀地流通通过加热体1、围绕加热体1并在加热体1内部流通，并且在与各个加热元件4和5接触时温度升高。

图2和图4中的示意图示出了包括三个加热元件4、5和6的加热体1，每个加热元件为管状和螺旋形，并且示出了根据第一实施例的各个加热元件4、5、6的布置。图5示意性地示出了替代实施例。

在图2所示的该第一实施例中，加热体1包括由第一直径d1限定的第一加热元件4，其围绕由第二直径d2限定的第二加热元件5缠绕。加热体1包括由第三直径d3限定的第三加热元件6。各个加热元件4、5、6布置成使得由大于d2的第一直径d1和大于d3的d1限定的该第一加热元件4围绕第二和第三加热元件5、6缠绕。特别地，如图2所示，第三加热元件6设置在第二加热元件5的端部，并且这两个加热元件具有共同缠绕轴线y，其与第一元件4的缠绕轴线z重合。第二和第三加热元件5、6也由它们相等的直径d2和d3限定。

在这种布置中，各个加热元件4、5和6彼此相距非零距离。此外，第二或第三加热元件5、6的缠绕部8的外表面和第一加热元件4的缠绕部8的内表面界定中间环形区19，其呈或多或少的窄环的形式，液体在其中流通。

各个加热元件4、5和6在由壳体13和基座2限定的室15中沿轴线y限定的方向延伸。第一加热元件4沿轴线y在基座2和第一元件4的缠绕部8的远端之间测量的高度h1上延伸。该高度h1等于或基本等于沿轴线y在基座2和第三加热元件6的缠绕部8的远端之间测量的高度h2,3。该高度h2,3是当第二和第三加热元件5和6首尾相连设置时，它们的长度之和，并且是沿轴线y测量的。

如上所述，对于包括两个加热元件4、5的加热体1，这三个加热元件4、5和6的组件优选地布置成使得在正交于轴线y的平面中，各个加热元件4、5、6的缠绕部8的相应外表面上的点与壳体13的内表面等距或基本等距，从而限定均匀分布的室15中的液体流通空间。

在该实施例中，大于第二和第三加热元件5和6的直径d2和d3的直径d1的第一元件4的缠绕部8的间距p1大于在第二或第三加热元件5、6的缠绕部8中观察到的间距p2或p3。图2中加热体1所示的第二和第三加热元件5、6具有相同的间距p2和p3。然而，这些间距不同的替代方案是可想象的。

每个加热元件4、5、6包括弯头10，其在基本垂直于缠绕轴线y的平面内朝向由第二和第三加热元件5、6的缠绕部的内表面限定的中心区12延伸。第三加热元件的弯头10因此布置成使得附接至其上的第二端子部分9能够在中心区12中从缠绕部8直线延伸至基座2中的空白空间，类似于上文针对第一和第二加热元件4、5说明的。

在图6所示的示例中，每个加热元件4、5和6的弯头10朝向中心区12延伸，使得每个加热元件4、5、6的第二端子部分9在该相同中心区12中延伸。然而，可以设想替代方案，其中一个或多个第二端子部分在中间环形区19中延伸，中间环形区19位于各个加热元件4、5、6之间。

沿y轴线的该横截面示出了在属于第一加热元件4的轴线v上竖直对齐的一系列匝，接着是沿与轴线v分离的轴线w竖直对齐的第二和第三加热元件5、6的一系列匝。每个加热元件4、5、6的截面是相同的，示出了它们由直径相似或基本相似的电阻线构成。

图7示意性地示出了加热体1，其包括设置在各个加热元件4、5、6的中心的芯部14。这种芯部14可以集成在如上所述的加热体1的所有配置和实施例中，而不管它由多少个加热元件构成。该芯部14至少部分地填充加热体1的中心区12，从而有助于减小室15的体积，增加室15中存在的传热液体流的扰动，并加速该室15内的液体的运动速度。该芯部14的存在由此提高了加热体1的性能。

芯部14设置在中心区12中，并且在由室15中的各个加热元件4、5、6的缠绕轴线y限定的方向上延伸。该芯部可以是可变高度的，并且延伸最长加热元件的全部或部分长度。然而，将优选采用高度接近围绕所述芯部14的加热体1组件的高度的芯部，以便优化芯部14的效果。

图7还示出了集成在基座2中的紧固装置21，其使得可以将本发明的电加热装置紧固到车辆或其支撑件上。

通过阅读前述内容将理解，本发明提出了一种用于电加热装置的加热体，该加热体配置成减小电加热装置的体积，同时保持或增加其热性能。作为各个加热元件的特定布置的结果，该加热体的尺寸被优化，该加热体尤其旨在与用于电动或混合动力车辆的供暖和/或空调设备协作。设置在该加热体内的芯部的添加还具有增加加热元件和液体之间发生的热传递效率的效果。与现有技术的流体加热装置相比，能量传递的效率由此增加，同时电加热装置的体积减小。

然而，本发明不限于本文描述和图示的装置和配置，并且还扩展到所有等同的装置或配置以及这些装置的任何技术功能组合。特别地，加热元件的数量、所述加热元件的缠绕部的间距、所述加热元件的直径可以在不损害本发明的情况下进行修改，只要用于车辆的电加热装置最终实现与本文件中描述的功能相同的功能。

例如，可以设想这样一种配置，其中加热元件的一个或多个第二端子部分在中间环形区中延伸，而不是在中心区中。