空气加热器的制作方法

本发明涉及一种尤其用于机动车的空气加热器。

背景技术：

电的空气加热器(尤其是在移动应用中所使用的电的空气加热器)通常基于具有较大温度依赖性的电阻的陶瓷加热元件，通过该电阻能够实现放热的自调节。所述电阻通常是陶瓷ptc元件(ptc代表positivetemperaturecoefficient：正温度系数)。所述陶瓷ptc元件通常与由铝板构成的传热装置面连接并且由此也被电接触。ptc元件包括ptc电阻，即与温度有关的具有正温度系数的电阻，所述电阻在低温的情况下比在高温的情况下更好地导电。

具有陶瓷ptc元件的传统空气加热器的缺点在于，由于传热装置的加工和陶瓷元件的安装较复杂而进行费事制造，由于制造公差而通常需要对陶瓷元件进行分类，在加热元件-传热装置复合结构中由于局部的热量产生而出现较不利的功率密度，由于ptc材料的厚度(由于从陶瓷中的放热受限)而较强地限制最大的加热功率，以及尤其由于具有高电势的构件的小几何间距而出现较大的短路危险。

技术实现要素：

本发明的任务在于，提出一种空气加热器，其能够有效地加热空气。尤其，应能够在安装空间较小的情况下实现高的功率密度。

该任务尤其通过根据权利要求1所述的电的空气加热器来解决。

该任务尤其通过一种尤其用于机动车的电的空气加热器来解决，所述空气加热器包括第一加热元件和至少一个第二加热元件，其中，所述加热元件分别包括第一导电层、尤其第一金属层，第二导电层、尤其第二金属层以及聚合物层，其中，所述聚合物层包含聚合物成分和导电的碳成分，其中，在所述加热元件之间形成中间空间，空气能够流动通过所述中间空间用以被加热。

本发明的核心思想在于，提供一种加热元件，其分别具有两个导电层(金属层)以及布置在导电层(金属层)之间的聚合物层，该聚合物层具有聚合物成分和导电的碳成分，其中，所述加热元件在它们之间构成(至少)一个中间空间(空气流动通道)，使得空气可以流动通过该中间空间(空气流动通道或者这种空气流动通道的区段)用于被加热。

根据本发明，可以在所述导电层(引线、优选金属板)和聚合物层(加热导体层)之间实现较大的接触面，这能够实现较大的功率密度(与在传统方案中例如通常通过引入到加热导体层中的两个绞合电缆来实现接触的加热带相比)。总体上，对于现有的安装空间而言通过导电层和聚合物层之间的较大接触面实现了高功率密度。在此，可以通过自调节的聚合物层(加热层)实现与传统ptc加热器相当的安全性。总体上可以实现了能较简单地制造的稳健设计。

此外，导电层(尤其金属层、优选金属板)可以同时用作传热装置面用于加热流经的空气。可选地，还可以通过导电层(金属层、尤其金属板)上的不平整部、尤其凸起、例如肋条和/或翅片来增大该表面。为了保护以防机械损坏、湿气和/或短路，可以对单个加热元件或者至少加热层或整个构件的(暴露)区域进行涂漆和/或密封。总之，由于传导元件(导电层)与聚合物层(加热导体层)之间的大接触面，可以(在安装空间已给定的情况下)实现高功率密度。在此，通过同样自调节的加热层可以实现与具有陶瓷加热元件的传统ptc加热器相当的安全性。在此，由于低成本材料的使用可能性和简单制造工艺的使用可能性，因而制造成本较低。

在wo2014/188190a1中也描述了具有部分类似的层结构的加热元件，然而所述加热元件用于面加热器而不是用于空气加热器，在所述空气加热器中，加热元件在它们之间构成一个或多个空气通道(用于被加热)。然而，空气加热器尤其由于在那里设有的多个空气通道而在设计上明显与面加热器不同。

第一加热元件和/或第二加热元件可以(至少基本上)沿着空气流动方向延伸。在该替代方案中，优选可以使用具有较大宽度(例如，宽度为长度的至少0.1倍或至少0.2倍)的加热元件。所述宽度尤其应理解为各个加热元件的(平均)延伸尺度，该延伸尺度垂直于最大延伸尺度(长度)，具体而言尤其处于由第一导电层和聚合物层之间的连接面限定的平面的投影中。替代地，第一加热元件和/或第二加热元件可以相对于空气流动方向以一角度(例如以小于或等于90°且大于0°、尤其大于10°的角度)延伸。在相对于空气流动方向以一角度(大于0°)延伸的情况下，优选可以使用较窄的加热元件(即，其宽度比其长度小，例如小于0.2倍或小于0.1倍的加热元件)。

各个加热元件的宽度可以在流动方向上延伸。优选，加热元件中的至少一个(优选多个或所有加热元件)在流动方向上比在与之垂直的方向上短，例如短了50％。

各个加热元件(优选多个或所有加热元件)的基本轮廓可以是多边形的、尤其是四边形的、优选是矩形的，或者是卵形的、尤其是椭圆形的、优选是(正)圆形的。

至少一个中间空间(必要时多个或所有中间空间)可以被(刚好)两个加热元件限界或被多个加热元件限界。

所述聚合物层优选是具有ptc特性的导电层。中间空间(空气通道)的横截面可以是多边形的、尤其是四边形的、优选是矩形的，或者是卵形的、尤其是椭圆形的、优选是(正)圆形的。中间空间(空气通道)内的横截面可以(在其长度上)变化或者是恒定的。不同的中间空间或者说空气通道(即，不是由同一对或同一组加热元件构成的中间空间或者说空气通道)的横截面也可以彼此不同或相同。例如，中间空间或者说空气管道的横截面可以缝隙形地构造(尤其构造为矩形缝隙)。(加热元件中的至少一个、优选多个或所有加热元件)的各个聚合物层可以(至少平均)比第一导电层和/或第二导电层(金属层)厚(例如是第一导电层和/或第二导电层(金属层)厚度的至少1.1倍、优选至少1.5倍)。替代地，对应的第一导电层和/或第二导电层(金属层)可以比聚合物层厚。第一导电层和第二导电层(金属层)可以(至少平均而言)具有相同厚度。

必要时，至少一个加热元件(优选多个或所有加热元件)的第一导电层(金属层)也可以比对应的第二导电层(金属层)厚(或反之)，例如，是其厚度的1.0倍至2.0倍。至少一个加热元件、优选多个或所有加热元件的第一导电层和/或第二导电层(金属层)和/或聚合物层的最大延伸尺度(优选由对应的层上/层中的两个点的最大可能间距限定)是对应的层的(平均)厚度的优选至少5倍、进一步优选至少10倍。至少一个加热元件(优选多个或所有加热元件)的对应的第一导电层和/或第二导电层(金属层)可以构造为导电板(金属板)。

至少一个加热元件(优选多个或所有加热元件)的对应的第一导电层和/或第二导电层可以是连贯的层。替代地，第一导电层和/或第二导电层可以是中断的，例如具有多个用于接触聚合物层的(板)带。(以导电层形式进行)电接触的另一种替代方案是使用至少一种丝线或窄条或丝线格栅或类似物作为导电层或其组成部分。

在导电的碳成分和导电层方面的术语“导电”应理解为“能传导电”的缩写。

电绝缘材料尤其应理解为(在室温尤其为25℃的情况下)具有小于10^-1s·m^-1(必要时小于10^-8s·m^-1)的导电能力的材料。相应地，具有导电能力的电导体或材料(或覆层)应理解为(在室温尤其为25℃的情况下)具有优选至少10s·m^-1、进一步优选至少10³s·m^-1的导电能力的材料。

至少一个加热元件(优选多个或所有加热元件)的(对应的)第一导电层和/或第二导电层(金属层)可以具有至少0.1mm、优选至少0.5mm、进一步优选至少1.0mm和/或至多5.0mm、进一步优选至多3.0mm的厚度。对应的厚度尤其是平均厚度或者是具有恒定厚度的对应层的最大区域的厚度。

至少一个加热元件(优选多个或所有加热元件)的(对应的)聚合物层可以具有比第一导电层和/或第二导电层(金属层)的(平均)厚度大的厚度，尤其1.1倍、优选1.5倍。

至少一个加热元件(优选多个或所有加热元件)的对应的聚合物层的厚度可以为至少1mm、优选至少3mm和/或至多20mm、优选至多10mm。

至少一个加热元件(优选多个或所有加热元件)的(对应的)第一导电层和/或第二导电层(金属层)和/或聚合物层可以(至少基本上)平坦地构造。如果设置有凸出部(凹陷部)，那么所述凸出部(凹陷部)可以比对应的层的(平均)厚度的10％小。

加热元件之间的多个中间空间(或一个中间空间)的横截面总和可以是加热元件的横截面总和的至少2倍、优选至少4倍(尤其横向于空气流动方向观察或者横向于宽度方向观察)。

至少一个加热元件(优选多个或所有加热元件)的(对应的)第一导电层和/或第二导电层(金属层)可以由铝或铝合金制成。

至少一个加热元件(优选多个或所有加热元件)的(对应的)碳成分可以这样布置，使得它例如以颗粒形式(其中，颗粒相应地触碰或紧挨在一起)和/或作为碳框架(kohlengerüst)允许电流流动。

至少一个加热元件(优选多个或所有加热元件)的聚合物成分和碳成分优选彼此混合或者说交织。例如，聚合物成分可以构成(骨架式)框架，碳成分被接收在该框架中，或者反之。

优选，(各个)聚合物层的至少5％重量百分比、优选至少10％重量百分比、更进一步优选至少15％重量百分比、更进一步优选至少20％重量百分比和/或小于50％重量百分比由碳(必要时不考虑聚合物本身的碳含量)或由碳成分、例如碳颗粒构成。

优选，(各个)碳成分包括至少70％重量百分比的碳。

至少一个加热元件(尤其多个或所有加热元件)的碳成分可以以炭黑和/或石墨和/或石墨烯和/或碳纤维和/或碳纳米管的形式存在。

优选，至少一个加热元件(优选多个或所有加热元件)的碳成分至少50％重量百分比、进一步优选至少80％重量百分比、更进一步优选至少90％重量百分比由碳构成。

至少一个加热元件(优选多个或所有加热元件)的聚合物成分尤其以电绝缘的聚合物成分的形式构造。

在一些实施方式中，至少一个加热元件(优选多个或所有加热元件)的聚合物成分可以具有基于乙酸乙烯酯(乙酸乙烯酯共聚物)和/或丙烯酸乙烯酯(丙烯酸乙烯酯共聚物)的第一聚合物子成分和/或包括基于聚烯烃、尤其聚乙烯和/或聚丙烯和/或基于聚酯和/或聚酰胺和/或含氟聚合物的第二聚合物子成分。在此，术语“子成分”应尤其用于区分第一聚合物子成分和第二聚合物子成分。对应的子成分或者可以部分地、或者可以完全地构成聚合物成分。丙烯酸乙烯酯可以是丙烯酸甲酯乙酯或丙烯酸乙烯乙酯。乙酸乙烯酯可以是乙酸乙烯酯。聚乙烯可以是hd(高密度)聚乙烯、md(中密度)聚乙烯、ld(低密度)聚乙烯。含氟聚合物可以是pfa(由四氟乙烯和全氟丙基乙烯酯构成的共聚物)、mfa(由四氟乙烯和全氟乙烯酯构成的共聚物)、fep(由四氟乙烯和六氟丙烯构成的共聚物)、etfe(由乙烯和四氟乙烯构成的共聚物)或pvdf(聚偏氟乙烯)。

在一些实施方式中，至少一个加热元件(优选多个或所有加热元件)的第一聚合物子成分可以如在wo2014/188190a1中(作为第一电绝缘材料)所述那样构造。第二聚合物子成分也可以如在wo2014/188190a1中(作为第二电绝缘材料)所述那样构造。

(各个)聚合物层和/或为了其制造而待成型的相应物质(例如膏)可以包括至少一种聚合物(作为尤其晶体粘结剂)，该聚合物优选基于至少一种烯烃和/或基于至少一种共聚物，该共聚物由至少一种烯烃和至少一种可与其共聚的单体构成，例如由乙烯/丙烯酸和/或乙烯/丙烯酸乙酯和/或乙烯/醋酸乙烯酯构成，和/或基于至少一种聚烷胺(聚乙炔或聚烯基)，例如聚己烯胺，和/或基于至少一种尤其可熔融变形的含氟聚合物，例如聚偏氟乙烯和/或其共聚物。

一般，(各个)聚合物层或为了制造聚合物层而使用的物质(膏)可以如在de68923455t2中所述那样构造。尤其，这也适用于所述聚合物层的制造和/或具体的组成。例如，这也适用于可能的粘结剂(尤其根据de68923455t2的第4页第2段和第5页第1段)和/或溶剂(尤其根据de68923455t2的第5页第2段和第6页第2段)。

基本上，至少一个加热元件(优选多个或所有加热元件)的第一导电层和/或第二导电层(金属层)和/或聚合物层可以(作为第一导体、第二导体和加热元件)如在wo2014/188190a1中所述那样构造(除了根据本发明的空气通道之外)。

至少一个加热元件(优选多个或所有加热元件)的聚合物层优选在其面向第一导电层(金属层)的一侧的至少20％、优选至少50％、进一步优选至少80％上与第一导电层(金属层)处于接触中(不考虑流体通道开口)。替代或附加地，所述聚合物层可以在其面向第二导电层(金属层)的一侧的至少20％、优选至少50％、进一步优选至少80％上与第二导电层(金属层)处于接触中(不考虑流体通道开口)。由于导电层(金属层)(金属板)和加热导体层(聚合物层)之间的这种(较大的)接触面，因此可以实现较大的功率密度。

至少一个加热元件(优选多个或所有加热元件)的聚合物层优选是ptc电阻。由此可以实现放热的自调节，这简化了控制并且尤其提高了运行时的安全性。

上述任务还通过一种用于制造尤其上述类型的空气加热器的方法来解决，其中，提供或制造至少一个第一加热元件和第二加热元件，其中，所述加热元件分别具有第一导电层、尤其是第一金属层，第二导电层、尤其是第二金属层和聚合物层，其中，该聚合物层包含聚合物成分和导电的碳成分，其中，所述加热元件如此布置，使得它们在它们之间构成中间空间，空气能够流动通过该中间空间用于被加热。优选，将至少一个加热元件(优选多个或所有加热元件)的聚合物层以合适的形式尤其直接(替代地经由聚合物层和第一导电层或第二导电层、尤其金属层之间的中间层)施加到第一导电层和/或第二导电层(金属层)上。

在一些实施方式中，可以设置至少三个、优选至少五个加热元件，所述加热元件带有相应的(例如至少四个)中间空间。

第一加热元件和第二加热元件之间的中间空间的直径可以大于第一加热元件和/或第二加热元件的厚度。

可以在至少一个加热元件(优选多个或所有加热元件)的对应的导电层上设置至少一个凸起，优选至少一个肋条和/或至少一个翅片(用于增大传热装置面)。

上述任务还通过一种用于运行上述类型的空气加热器的方法来解决，其中，空气流动通过至少一个中间空间并在此期间被加热。

上述任务还通过上述类型的空气加热器的使用来解决，该空气加热器用于尤其在机动车中加热空气，优选用于机动车内部空间。

空气加热器优选设计为用于在低电压范围(例如小于等于100伏或小于等于50伏)内运行。

其它实施方式由从属权利要求得出。

附图说明

下面，根据实施例描述本发明，参照附图更详细阐述所述实施例。附图：

图1示出根据本发明的电的空气加热器的示意性正视图；

图2以截面图示出根据图1的实施方式的示意性侧视图；和

图3以类似于图2的截面图示出根据本发明的电的空气加热器的一个替代实施方式的示意性侧视图。

在以下描述中，相同和作用相同的部件使用相同的附图数字。

具体实施方式

图1示出根据本发明的空气加热器的正视图。该空气加热器包括多个(具体地六个、然而这不是强制性的)加热元件9a至9f。每个加热元件9a具有第一导电层10a至10f、第二导电层11a至11f以及聚合物层12a至12f。各个第一导电层和第二导电层与电触点15a、15b连通。在加热元件9a至9f之间构造有中间空间(流体通道)16a至16e。空气流动通过这些中间空间16a至16e以便空气被加热(在图1中进入纸平面或离开纸平面)。必要时，在(边缘侧)的加热元件(在该情况下是加热元件9f)之外可以设置另外的中间空间16f。

在根据图2的截面图中，尤其还用箭头14标出空气流。

对应的导电层尤其是金属层(优选由铝或者铝合金构成)。对应的聚合物层是基于具有碳含量的聚合物的层。该聚合物层具有ptc特性。

根据图3的替代实施方式与根据图1的实施方式的不同之处在于，加热元件在此不是沿着空气流动方向延伸(参见图2)，而是与之垂直地延伸，使得在根据图3的示图中仅能看到一个加热元件9a，因为其余的加热元件被上述一个加热元件遮挡。在此，例如也可以存在六个加热元件。中间空间同样被该加热元件9a遮挡。

在这里需要指出的是，上述所有部件、尤其是在附图中所示的细节本身单独来看并且以任意组合的方式作为本发明的重要内容而被要求保护。对它们的修改对于本领域技术人员而言是惯常手段。

附图标记列表

9a-9f加热元件

10a-10f第一导电层(金属层)

11a-11f第二导电层(金属层)

12a-12f聚合物层

14箭头

15a、15b触点

16a-16f中间空间(流体通道)