电加热单元、用于车辆的加热装置及加热单元制造方法与流程

本发明涉及用于车辆加热装置的电加热单元，其包括加热层和导热体，其中，加热层包括至少一个加热电阻，并且导热体包括用于从加热层吸收热量的热吸收面和用于向载热流体释放热量的热释放面。本发明还涉及用于车辆的加热装置、以及加热单元制造方法。

背景技术

所述加热装置通常例如在机动车辆中用于辅助加热。所述加热装置可以产生热量而无需依靠用于此目的的燃烧发动机。热量可以例如被用于加热内部空间中的空气。因此，电加热装置尤其也能够在没有燃烧发动机的情况下在车辆中使用，例如在电动车辆、火车车厢、帆船、飞机以及移动办公室或生存仓中使用。

例如波纹状或手风琴褶皱状的折叠导热结构可以被用作导热体。所述结构具有极值位置，所述极值位置可以直接或间接地接触加热层，以从加热层接收热量且经由剩余结构传递所述热量。从德国专利文献说明书de10032099c1可以得知这种装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供能够尽快向载热流体传递在加热层中产生的热量的电加热单元，所述电加热单元在机械上耐用并且易于制造。本发明的另一目的是提供包括所述加热单元的加热装置。本发明的另一目的是提供所述加热单元的制造方法。这些目的通过独立权利要求的特征实现。由从属权利要求获得有利的实施方式。

在本领域的一般状态的基础上，电加热单元的特点在于导热体包括基体和至少两个热释放体，其中，基体和热释放体通过材料粘合方式连接到彼此或整体成形，其中，热吸收面是基体的面向加热层且平行于加热层延伸的表面，并且热释放面是热释放体的表面。与已知的波纹状散热结构的极端位置的整个表面相比，平行于加热层延伸的热吸收面可以显著更大。此外，基体和热释放体的整体成形或材料粘合设计导致良好的热量流动和高耐用性。基体可以例如用作加热层的基底。能够省略导热体和加热层之间的附加支撑元件。热释放面可以是有至少两个热释放体的连续表面或由多个单独的表面形成。例如，热释放体可以具有彼此不接触但一起形成上述热释放面的多个表面。载热流体可以例如是空气或液体。加热装置可以被设计成在运行中载热流体沿导热体的热释放面流动。加热装置可以例如包括用于产生载热流体流动的风扇或泵。流体可以例如是水。载热流体可以被用作热交换器中的热传输介质。这意味着加热装置包括载热流体流过的热交换器或被连接到所述热交换器。热交换器继而向待实质加热的介质或待实质加热的本体传输载热流体的至少一部分热量。

基体和加热层可以通过材料粘合方式连接到彼此。以这种方式能够实现基体和加热层之间的尤其良好的热接触。尤其可以构思到，基体通过材料粘合方式在其整个热吸收面连接到加热层。基体和加热层可以通过材料粘合方式直接或间接连接到彼此。例如，加热层可以被直接施加到基体的热吸收面。在这种连接方式中，直接意味着没有其它层存在于基体和加热层之间。然而，一个或多个中间层也可以被布置在基体和加热层之间，所述一个或多个中间层被分别连接到基体和加热层、并且(在多个中间层的情况下)通过材料粘合方式彼此连接。材料与材料粘合被理解成连接部分(在这种情况下是基体、加热层和可能的中间层)通过原子或分子力保持在一起的连接。

电绝缘的绝缘层可以被设置在加热层和基体之间。如果导热体由例如金属的导电材料形成，则绝缘层可以是尤其有利的。绝缘层在防止加热电阻的各个点经由导热体电连接到彼此的情况下，使得加热层尽可能实现尤其简单的设计。加热电阻可以例如被印制或以其它方式固定到绝缘层上。

绝缘层可以例如包含陶瓷材料或聚合物材料。材料可以被选定成使得导热体和绝缘层具有匹配(例如相同)的热膨胀系数。以这种方式能够最小化电加热单元中的热应力。

加热单元可以包括至少一个插接装置，所述插接装置被设置成接合在结构上相同的第二加热单元的互补型插接装置。插接装置可以以简单的方式将例如堆栈中或链接结构中的任意数量的加热单元机械地连接到彼此。插入连接可以尤其被设计成使得设置在链接结构中或堆栈中的加热单元对齐。

加热层可以在其背离热吸收面的侧面上没有另一导热体，并且没有用于载热流体的流动区需要被设置在加热层的背离热吸收面的侧面上。例如，热绝缘材料和/或良好反射热量的材料可以被设置在加热层的背离热吸收面的侧面上。加热层仅在主侧面上设有导热体的这种实施方式就加热层而言设计不对称。热吸收面和加热层的面向基体的表面可以在这个实施方式但也可以在其它情况下叠合。叠合意味着是可重合的。在此，基体和加热层之间的大型热传递表面可以通过尽可能低的材料投入实现。热吸收面和加热层的面向基体的表面可以例如限定为叠合矩形。

热释放面可以比热吸收面大。如果对于流过热释放面的热量的导热系数低于对于流过热吸收面的热量的相应导热系数，则这可以是尤其有利的。以这种方式可以实现足够多的热量通过热释放面流入载热流体，而无需基体的热吸收面的尺寸为此目的不必要地变大。

热释放体可以例如被形成为散热肋。散热肋可以例如以规律间隔的形式平行于彼此地布置在基体上。还可以构思到的是，每个加热单元的散热肋并入相邻加热单元的散热肋。这意味着第一加热单元的一个散热肋分别与相邻的第二加热单元的相关散热肋整体成形。第一加热单元的导热体和第二加热单元的导热体在这种情况下也整体成形。

热释放体可以沿垂直于热吸收面的平面延伸。每个热释放体可以例如被形成为从热吸收面延伸的扁平体。

在本领域的一般状态的基础上，用于车辆的加热装置的特征在于包括在此描述的类型的加热单元。加热装置可以是尤其用于机动车辆的辅助加热器。

加热装置可以包括至少两个加热单元的堆栈。在这种连接中，堆栈被理解成由至少两个加热单元配置，在所述堆栈中，加热层和加热单元的可能的绝缘层相对于彼此平行地布置。在堆栈中，第一加热单元的导热体和相邻第二加热单元的导热体分别可以通过材料粘合方式连接到彼此或整体成形。两个相邻加热单元可以因此共用公共导热体，所述公共导热体由第一加热单元的上述导热体和第二加热单元的上述导热体组成。换言之，这意味着第一加热单元的导热体和第二加热单元的导热体形成第一和第二加热单元的公共导热体。因此，公共导热体将第一加热单元的基体连接到第二加热单元的基体。公共热释放体可以从第一加热单元的基体延伸到第二加热单元的基体。堆栈可以允许载热流体例如沿垂直于堆栈方向的方向流过。

加热装置可以包括使至少两个加热单元向彼此挤压的夹持装置。加热装置因此将多个加热单元相对于彼此锁定就位，并且除此之外建立它们之间的导热接触。夹持装置可以例如包括围绕加热单元的至少一个条带或包围加热单元的夹具。

在本领域的一般状态的基础上，加热单元、尤其是要求保护的加热单元的制造方法的特征在于包括以下步骤：制造导热体；向热吸收面施加绝缘层，并且向绝缘层施加加热层。在处理过程中，导热体被用作基底，以使得附加材料承载条带或用于加热层的另一基底能够被省略。

导热体可以有利地由所述具有相对较低熔点的金属或合金制造、或至少包含所述材料。例如，可以使用铝和/或镁。

对于制造导热体，可以考虑尤其是铸造、注射成型或挤出方法。

绝缘层可以例如利用等离子涂覆方法施加到热吸收面。例如，绝缘层可以以等离子的形式喷涂到热吸收面上。

绝缘层可以包含陶瓷材料或聚合物材料、或由所述材料组成，其中，例如，al2o3可用作陶瓷材料。

加热层可以例如利用等离子涂覆方法、或网印方法、或作为电阻粘贴层施加到绝缘层。在等离子涂覆方法中，例如，第一导电层可以施加到绝缘层。然后可以在导电层上切出某些区段，以使得一个传导路径或多个传导路径仍然就位。传导路径继而可以形成加热电阻或多个加热电阻。上述区段可以例如借助于激光器在传导层上切出。传导层可以例如是金属层。加热层可以例如包含镍和铬、或仅由这些材料组成。在这种情况下，可以使用例如70到90％的镍和10到30％的铬，其中，比率为80％的镍和20％的铬被认为是非常合适的。

附图说明

参考附图更加详细地描述本发明。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件。

图1示出加热层的实施方式的示意性俯视图；

图2示出电加热单元的实施方式的示意性剖视图；

图3示出电加热单元的另一实施方式的示意性剖视图；

图4示出电加热单元的另一实施方式的示意图；

图5示出堆叠的多个电加热单元的实施方式的示意性剖视图；

图6示出加热装置的实施方式的示意性功能图表；

图7示出加热单元制造方法的实施方式的流程图。

具体实施方式

图1示出包括两个电绝缘区12的加热层10和导电的传导路径14。传导路径14包括第一端16和第二端18，并且形成加热电阻。第一端16和第二端18用作触头，电压能够通过所述触头施加到传导路径。在所示实施例中，传导路径14是蛇形的。一方面，这样做的有利之处在于较长的导体长度被设置在相对较小的表面上。另一方面，这样做使得第一端16和第二端18可以布置在例如矩形加热层12的同一边缘。

由加热层限定的平面在这幅以及其它附图中被选定成xy平面。在此，在所有的附图中使用相同的xyz坐标系。

在这个实施例中，传导路径14可以被嵌入电绝缘材料填充区12中。可替换地，传导路径14可以在承载表面上延伸，并且绝缘区12由例如空气的环境介质填充。

图2示出用于车辆加热装置的电加热单元20。加热单元20包括加热层10和导热体22。加热层10包括至少一个加热电阻。加热层10可以是例如参考图1描述的加热层10。导热体22包括用于从加热层10吸收热量的热吸收面32。导热体22还包括用于向载热流体释放热量的热释放面34。载热流体可以是流过热释放面34的介质，例如空气或液体。

导热体22包括基体24和多个热释放体26。在所示实施例中，基体24是平行于xy平面延伸的扁平立方体。在这个实施例中，从基体24开始，形成为散热肋的总数为九个的热释放体26分别沿平行于yz平面的平面延伸。基体24和热释放体26通过材料粘合方式或整体成形被连接到彼此。导热体22可以例如由单件金属形成。热吸收面32是基体24的面向加热层10且平行于加热层10(即，在这个实施例中，平行于xy平面)延伸的表面。热释放面34是热释放体26的表面。在这个实施例中，热释放面34由热释放体26的各个而非连续表面形成。

在运行中，电压被施加到加热层10的加热电阻。在过程中产生的热量扩散到导热体22的基体24中，并且从所述基体扩散到各个热释放体26中。热量从热释放体26进一步扩散到例如空气或液体的载热流体中，所述载热流体流过热释放体26或在所述热释放体处静止。

图3示出参考图2描述的加热单元20的变型。虽然在图2中示出的加热单元20中，加热层10直接搁置在基体24的热吸收面32上，并且通过材料粘合方式直接连接到基体24，但是在图3中示出的加热单元中，电绝缘的绝缘层36被布置的加热层10和基体24之间。绝缘层36可以例如包含陶瓷材料或聚合物材料。

在参考图2和图3描述的两个实施方式中，热吸收面32和加热层10的面向基体24的表面是叠合的。在图2和图3中，它们分别是矩形的且分别平行于xy平面延伸。由于在这两种情况下，导热体22仅设置在加热层10的主侧面上，所以就加热层10而言产生不对称设计。在加热层10的没有设置导热体的侧面上，可以设置例如热绝缘材料(未示出)或良好反射热量的材料(也未示出)。

绝缘层36可以具有小于一毫米的厚度。在附图中，绝缘层36的厚度是绝缘层36沿z方向的尺寸。所述厚度可以例如是300微米。

图4根据从图a、b、c和d中四个不同的角度的观察示意性示出加热单元20的另一实施方式。导热体22具有立方体的外轮廓。导热体20包括两个主体24。两个主体24被形成为矩形板，热释放体26在两个矩形板之间延伸。两个主体24经由两个侧壁25被进一步连接到彼此。两个侧壁25中的每个包括第一插接装置58和第二插接装置60。两个插接装置58和60使得所示加热单元20可以与类似或相同的其它加热单元(未示出)互锁。第一插接装置58和第二插接装置60相对于彼此互补。这意味着第一插接装置58能够接合于第二加热单元(未示出在此)的与第二插接装置60相同的插接装置。第一插接装置58和第二插接装置60使得多个相同的加热单元20可以沿垂直于侧壁25延伸的堆叠方向堆叠。在所示实施例中，第一插接装置58和第二插接装置60形成为相对于彼此平行延伸的轨。第一插接装置58包括中央的中心轨，而第二插接装置包括与中心轨互补的槽。

加热单元20还包括至少在其两个主体24之一上的第三插接装置62和第四插接装置64。在所示实施例中，第三插接装置62和第四插接装置64是与已经描述的第一插接装置58和第二插接装置60相同的类型。第三插接装置62和第四插接装置64可以例如被用于将加热单元20固定到合适的支撑件(未示出)上。所述支撑件可以包括与第三插接装置62和第四插接装置64互补并且能够与它们接合的插接装置。

在加热层10的背离基体24的侧面上，可以跟随另一加热单元(未示出)。两个加热单元可以例如通过材料粘合方式连接到彼此。所述另一加热单元(未示出)也可以包括在其背离所示加热单元20的侧面上的第三和第四插接装置62、64。以包括加热层10以及分别在其两侧上布置的导热体22的方式形成的加热单元对继而可以利用结构相同的单元沿垂直于加热层10延伸的堆叠方向被可靠地堆叠。

图5示出一个在另一个顶部上堆叠的总数为三个加热单元20的堆栈38。每个加热单元20包括加热层10以及分别在加热层10两侧上的导热体22。绝缘层36分别被布置在导热体22和加热元件10之间。在这个实施例中，三个加热单元20中的每个相对于加热层10的中央平面镜像倒转。由于一个导热体22的热释放体26分别精确面向布置在加热层10的另一侧面上的导热体22的热释放体，所以可以获得尤其高的机械耐用性。

在所示实施例中，除最高导热体22和最低导热体22之外，每个导热体22均通过材料粘合方式连接到堆栈中的相邻加热单元20的导热体22。以这种方式连接到彼此的两个导热体22可以例如整体成形。由第一导热体22和第二导热体22形成的每对包括经由热释放体连接到彼此的两个主体。

通过堆叠配置方式，与相同尺寸的单一加热单元相比，可以实现均匀的温度分布。

多个加热单元的材料与材料的粘合可能在技术上有困难。作为材料与材料粘合方式的替换方式，加热单元可以一个在另一个顶部上地松散堆叠，并且通过抵接在外侧的夹持装置相对于彼此适当挤压。夹持装置可以例如包括用于产生所需压力的螺钉或夹具。

图6示意性示出用于车辆的加热装置40的实施例。加热装置40包含多个加热单元的堆栈38。加热装置可以包含多于一个堆栈38。所述堆栈38可以是参考图5描述的堆栈38。加热装置40还包括风扇42、第一输出控制单元50、第二输出控制单元52以及电子控制单元54。电子控制单元54可以例如被连接到车辆的数据总线56。部件38、42、50、52、54被布置在公共壳体44中。壳体44包括空气入口46和空气出口48。

在运行中，风扇经由空气入口46和堆栈38吸入空气。吸入空气经由风扇42和空气出口48离开加热装置40。当空气流过堆栈38时，所述空气被堆栈加热。第一输出控制单元50例如通过控制施加到堆栈38或分别施加到各个加热电阻的电压、或控制流过加热电阻的电流而控制堆栈38的加热输出。第二输出控制单元52控制风扇42的输出，且因此控制待加热空气的流率。电子控制单元54继而根据从数据总线56接收的信号控制第一输出控制单元50和第二输出控制单元52d。加热装置40可以例如被布置在机动车辆中。

除图6中示出的设计之外的其它设计也是可行的。具体地，各个部件可以被布置在壳体外侧。

图7中的流程图展示加热单元20制造方法的实施例。加热单元20可以例如是图3中示出的加热单元。在第一步骤s1中制造导热体22。导热体可以例如通过铸造或注射成型由金属整体成形。然后，绝缘层36例如借助于等离子涂覆方法(s2)施加到基体的热吸收面32。然后，加热层10例如借助于等离子涂覆方法、或网印方法、或作为电阻粘贴层施加到绝缘层36(s3)。图5中示出的堆栈38能够利用参考图7描述的步骤一步一步地制造。

通过在此描述的各个接触部分之间的材料与材料的粘合，可以避免在接触部分之间的非期望位置存在空气。因此，能够显著改进接触部分之间的热传递。

在以上说明书中、附图中以及权利要求中公开的本发明的特征单独地或结合地对实现本发明而言是重要的。

附图标记列表

10加热层

12绝缘区

14传导路径

16第一端

18第二端

20加热单元

22导热体

24基体

25侧壁

26热释放体

28表面

30表面

32热吸收面

34热释放面

36绝缘层

38堆栈

40加热装置

42风扇

44壳体

46空气入口

48空气出口

50第一输出控制单元

52第二输出控制单元

54电子控制单元

56数据总线

58第一插接装置

60第二插接装置

62第三插接装置

64第四插接装置