电加热器的制作方法

本发明涉及一种尤其用于机动车的电加热器，一种制造电加热器的方法，一种用于制造加热器的组件，一种用于运行加热器的方法以及加热器的使用。

背景技术：

电加热器(尤其是在移动应用中所使用的电加热器)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ptc元件(ptc代表positivetemperaturecoefficient：正温度系数)。所述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。

在具有陶瓷ptc元件的传统加热器的情况下不利的是，由于传热装置的制造和陶瓷元件的费事安装较复杂而费事制造陶瓷ptc元件，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材料的厚度而较强地限制最大的加热功率(由于从陶瓷中的放热受限)，以及尤其由于具有高电势的构件的几何间距小而出现较大的短路危险。

技术实现要素：

本发明的任务是，提出一种能够有效加热流体的加热器，尤其是液体加热器或空气加热器。尤其，应能够在安装空间较小的情况下实现高功率密度。此外，本发明的任务是，提出一种制造加热器、尤其液体加热器或空气加热器的相应方法，一种用于制造加热器、尤其液体加热器或空气加热器的相应组件，一种用于运行加热器、尤其液体加热器或空气加热器的相应方法以及一种加热器的相应使用。

该任务尤其通过根据权利要求1所述的电加热器、尤其液体加热器或空气加热器来解决。

尤其，该任务通过优选用于行驶工具、进一步优选用于机动车的电加热器、尤其液体加热器或空气加热器来解决，所述电加热器包括第一加热元件和至少一个第二加热元件，其中，所述加热元件分别具有尤其绝缘的衬底和聚合物层，其中，所述聚合物层包含聚合物成分和导电成分，尤其是碳成分，其中，在加热元件之间构造有中间空间，流体可以流动通过该中间空间用于被加热，其中，加热元件通过布置在它们之间的、尤其导电的间距保持装置和/或穿过(各个)加热元件的(或者穿过各个加热元件的对应槽口和/或开口的)尤其导电的定位元件(导向元件)相互连接。

本发明的核心思想在于，设置至少两个加热元件，它们具有至少一个(导电的)聚合物层并且能够模块化地相互连接，尤其通过相应的(导电的)间距保持装置和/或(导电的)定位元件(如尤其定位销或导向销)相互连接。由于这类模块化结构，各个加热元件尤其可以设计为(纯)并联电路并且模块化地在功率方面进行匹配(尤其在所述加热元件的功率方面进行扩展)。此外，能够实现各个加热元件的简单接触或者电流供给。总体上，在现有的安装空间情况下通过使用加热元件(尤其当使用薄的传热片时)实现高功率密度并且提供较大的有效的传热装置面。尤其如果加热元件具有ptc特性，那么不需要用于监控温度的附加安全元件。

优选，将(导电的)聚合物层印刷到(对应的)衬底上。此外，也可以将用于聚合物层的接触或者说电流供给的电极印刷(到衬底和/或聚合物层上)。

(各个)间距保持装置可以设计为(例如条状或棒状的)焊垫(接触焊垫)并且必要时不仅保证电流供给而且确保加热元件之间的间距。就此而言，间距保持装置可以具有双重功能，这能够总体上实现电加热器的简单结构。必要时可以提供具有不同尺寸(尤其不同厚度)的间距保持装置，使得可以可变地选择加热元件之间的间距，以便尤其防止短路(击穿)和/或有针对性地调整(流经的流体的)压力损失。

(各个)定位元件(导向元件)尤其可以是(例如横截面为圆形、卵形或四边形、尤其矩形、优选正方形的)定位销(导向销)，所述定位销必要时不仅负责补偿制造公差(在各个加热元件的导向或定位的意义上)而且能够实现必要时所需的触点接触(电流供给)。在此，通过一个元件又实现了各种不同的功能。

优选，至少两个或者刚好两个定位元件(导向销)可以穿过至少一个或多个或所有加热元件延伸。由此，可以以简单的方式确定加热元件的位置。

为了保护以防机械损坏、湿气和/或短路，可以存在对聚合物层(或聚合物层的一些部分)的涂漆或密封。

优选，加热元件能够(上下叠置地)堆叠。此外，加热元件可以实施为并联的(总)电阻(由此尤其允许彼此堆叠)。

优选，第一加热元件和/或第二加热元件(至少基本上)沿流体流动方向延伸。由此可以以有效的方式加热流体。替代或附加地，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°并且大于0°、尤其大于10°的角度延伸。

在一些实施方式中，可以设置至少三个、优选至少五个(带有相应中间空间的)加热元件。

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

导电成分、尤其碳成分可以以颗粒形式存在和/或作为(碳)框架(gerüst)存在。

导电成分可以包括金属颗粒和/或金属纤维。

此外，碳成分可以以炭黑和/或石墨和/或石墨烯和/或碳纤维和/或碳纳米管和/或富勒烯的形式存在。

此外，聚合物成分可以以电绝缘的聚合物成分的形式构造和/或包括基于乙酸乙烯酯或乙酸乙烯酯共聚物和/或丙烯酸乙烯酯或丙烯酸乙烯酯共聚物的第一聚合物子成分和/或基于聚烯烃、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。聚合物成分也可以完全(或仅部分)由第一聚合物子成分或第二聚合物子成分构造。

在一个具体的实施方式中，聚合物层构成ptc电阻。

优选，加热元件是电并联的。

间距保持装置可以是加热元件的尤其集成的组成部分。

上述任务还包括一种用于制造尤其上述类型的电加热器、尤其液体加热器或空气加热器的方法，该电加热器包括第一加热元件和至少一个第二加热元件，其中，所述加热元件分别具有尤其绝缘的衬底并具有聚合物层，其中，所述聚合物层包含聚合物成分和导电(填充)成分，尤其是碳成分，其中，在加热元件之间构造有中间空间，流体可以流动通过该中间空间用于被加热，其中，所述加热元件彼此堆叠。就堆叠而言或作为一个独立的替代方案，尤其导电的间距保持装置可以在加热元件之间使加热元件相互间隔开。替代或附加于此，(尤其导电的)定位元件或导向元件可以穿过(被引导穿过)加热元件延伸。

优选，提供具有不同尺寸的间距保持装置，并且从这些间距保持装置中选择至少一个具有确定(希望)尺寸的间距保持装置，然后将该间距保持装置相应地布置在加热元件之间。替代或附加地，可以提供具有不同尺寸的导向元件，并且从这些导向元件中选择至少一个具有确定(希望或合适的)尺寸的导向元件，并相应地引导该导向元件穿过所述加热元件。然后，可以考虑各种不同要求，例如可以可变地选择加热元件之间的间距，以便尤其防止电短路(击穿)和/或有针对性地调整(流经的流体的)压力损失。

优选，定位元件(导向元件或者说导向销)穿过加热元件，因为加热元件具有包围相应定位元件的相应穿口(孔)。在此，穿口(孔)可以具有与定位元件的外周相对应的横截面(例如多边形的、尤其四边形的、优选矩形的、进一步优选正方形的，和/或卵形的、尤其是椭圆形的、优选(正)圆形的)。

优选，聚合物层和/或至少一个电连接元件被印刷。

此外，上述任务通过用于制造尤其上述类型的加热器、尤其液体加热器或空气加热器的组件来解决，该加热器包括多个加热元件，其中，所述加热元件分别具有尤其绝缘的衬底并具有聚合物层，其中，所述聚合物层包含聚合物成分和导电成分，尤其碳成分，其中，在加热元件之间能够构造有中间空间，流体能够流动通过该中间空间用于被加热，其中，所述加热元件能够模块化地相互这样连接，使得可以在第一数量的相互连接的加热元件上添加第二数量的加热元件(大于或等于1)或者可以从中去除第二数量的加热元件。优选，这借助可以布置(已布置)在加热元件之间的尤其导电的间距保持装置和/或借助穿过(各个)加热元件的尤其导电的定位元件来进行。

优选，所述组件包括具有不同尺寸的间距保持装置和/或定位元件，尤其是具有不同厚度的间距保持装置和/或具有不同长度的定位元件。

此外，上述任务通过用于运行上述类型的或按照上述类型的方法制造的或者借助上述组件制造的加热器、尤其液体加热器或空气加热器来解决，其中，流体，尤其液体、例如水(尤其冷却水)，或空气流动通过至少一个中间空间并在此期间被加热。

此外，上述任务通过尤其对上述类型的或按照上述类型的方法制造的或者借助上述组件制造的加热器的使用来解决，所述加热器用于在行驶工具中、优选在机动车中加热流体，尤其液体、例如水(尤其冷却水)，或者空气，进一步优选用于机动车内部空间。

在一些实施方式中，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，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。

优选，衬底用作传热装置。

由于聚合物层，总体上可以实现大(有效)的可加热表面，由此，在总加热功率和总安装空间保持不变的情况下，可以降低所需的表面温度。在(最大)表面温度(例如)低于200℃的情况下，仍还能够实现较高的总加热功率。

可以通过涂覆法和/或印刷法将聚合物层涂覆到(印刷到)衬底上。必要时可以在温度提高(例如高于120℃)的情况下在烘箱中进行硬化步骤。例如可以使用丝网印刷法或刮刀涂布法(rakeln)来进行所述施加。

一般，聚合物层或为了制造它而使用的膏(paste)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，这也适用于可能的接合剂(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)。

所述一个或多个衬底可以至少区段地、优选完全由塑料材料、尤其由聚合物如聚醚酮和/或聚酰胺制成。特别优选，由如聚乙烯(pe)和/或聚丙烯(pp)和/或聚醚醚酮(peek)和/或(短)纤维增强的聚酰胺(例如pa-gf)来进行制造。

衬底可以由电绝缘材料制成。电绝缘材料尤其应理解为在室温(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。

衬底可以由在低于500℃、优选低于200℃的温度情况下发泡和/或熔融的材料制成。

所述一个或多个聚合物层可以通过至少一种金属结构，优选(尤其弯曲的)金属板、优选铜板，和/或金属条和/或金属丝和/或金属格栅来(电)接触(或被接触)。

替代或附加地，金属结构(或相应的电极)例如可以被印刷到衬底和/或聚合物层上，和/或通过气相沉积(aufdampfen)和/或压印和/或通过涂覆来施加。

(必要时含碳的)一个或多个聚合物层和/或用于其制造的相应的膏可以包括至少一种聚合物(作为尤其晶体接合剂)，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。

优选，所述一个或多个聚合物层(例如通过丝网印刷)被印刷到或刮刀涂布到(对应的)衬底上。

一般，所述聚合物层可以具有连贯的面(无中断)或者被结构化，例如具有空隙(穿口)或槽口。.

对应的加热元件(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、优选矩形的，或者可以是卵形、尤其是椭圆形、优选(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)两个或更多个加热元件限界。

中间空间(一般而言流体通道)的横截面可以是多边形的、尤其四边形的、优选矩形的，或者可以是卵形的、尤其是椭圆形的、优选(正)圆形的。

中间空间(流体通道)内的横截面(在其长度上)可以变化或者是恒定的。不同的中间空间或者说流体通道(即，中间空间或流体通道不是由同一对或同一组加热元件构成)的横截面也可以彼此不同或相同。例如，中间空间或者说流体通道的横截面可以构造为缝隙形(尤其矩形缝隙)。

(所述加热元件中的至少一个、优选多个或所有加热元件的)对应聚合物层可以(至少平均而言)比相应的衬底薄，厚度比例如为1.1、进一步优选为1.5。

基本上，在加热器的导电成分方面的术语“导电”应理解为“能传导电”的缩写。

优选，(对应的)聚合物层是具有ptc特性的导电层。

优选，加热器设计为用于在低电压范围(例如小于等于100伏或小于等于60伏)内运行。

加热器可以设计为用于以直流电压和/或交流电压和/或pwm(pulsewidthmodulation：脉冲宽度调制)来运行。

所述一个或多个衬底可以构造为板、尤其是塑料板和/或具有至少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最大区域的厚度。

对应的聚合物层的(层)厚度可以小于等于1mm、优选小于等于0.5mm、更进一步优选小于等于0.2mm。

第一聚合物层和/或第二聚合物层和/或衬底(或多个衬底)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)可以比对应的涂层或对应的衬底的(平均)厚度的10％小。

流体通道(尤其加热元件之间的中间空间)的横截面总和可以是加热元件横截面总和的至少两倍、优选至少四倍(尤其横向于流体流通方向观察或者横向于宽度方向观察)。.

导电成分在至少一个加热元件(优选多个或所有加热元件)的聚合物层中的含量或者说碳含量可以这样构造，使得所述含量能够(例如以颗粒形式，其中，所述颗粒相应地彼此触碰或紧挨在一起)允许电流流动。

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。

优选，(各个)聚合物层在面向聚合物层的衬底表面的至少20％、进一步优选至少50％、更进一步优选至少80％上与(对应的)衬底接触。由此，可以经由衬底(其然后用作另外的传热装置)有效地传递热量。

此外，上述任务通过包括上述(电)加热器的行驶工具、尤其机动车来解决。

其他实施方式由从属权利要求得到。

附图说明

下面，根据实施例描述本发明，依照附图更详细地阐述这些实施例。

在此，

图1示出根据本发明的电空气加热器的示意性斜视图。

图2示出根据本发明另一实施方式的电空气加热器的示意性斜视图。

图3示出根据本发明另一实施方式的电空气加热器的示意性斜视图。

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示意性斜视图。该电空加热器具有多个(在此具体为四个，然而这不是强制性的)加热元件9a至9d。在这些加热元件之间构造有相应的中间空间16a至16c。空气可以流动通过所述中间空间用于被加热。此外，各个加热元件9a至9d被布置在中间空间16a至16c内的间距保持装置10a、10b、10c相互间隔开。在图1中，针对每个中间空间16a、16b、16c刚好示出一个间距保持装置10a、10b、10c。然而也可以考虑例如设置两个或更多个间距保持装置。例如，也可以在中间空间16a至16c的相对置的边缘(在图1中在左边缘)上设置相应的间距保持装置。优选，间距保持装置由导电材料(尤其金属)构成。

此外示出了定位元件11a、11b。所述定位元件尤其构成导向销并且穿过(在本实施例中全部)加热元件9a至9d或者说所述加热元件的开口12a至12d和13a至13d。在本实施例中，刚好设置两个定位元件11a、11b(这不是强制性的)。

在该实施方式中，不仅(未详细示出的)(导电)聚合物层14a至14d而且为了接触而设置的相应电极15a至15d都被印刷到对应的衬底18a至18d的表面上(在当前情况下仅印刷到一个表面或必要时两个表面上)。除了所印刷的电极外，接触优选还通过(优选由金属制成的)(导电)定位元件11a、11b和(优选由金属制成的)(导电)间距保持装置(接触焊垫)16a至16c进行。

所述定位元件优选具有条状形状或棒状形状。横截面可以是矩形的，尤其是正方形的。

所述定位元件11a、11b优选是(圆)棒形的并且可以具有圆形(正圆形)横截面。

电空气加热器通过触点17a、17b被接触。

图2示出根据本发明另一实施方式的电空气加热器的示意性斜视图。在该实施方式中，(向上弯曲或弯折延伸的)间距保持装置10a至10d构成具有加热元件9a至9d的集成(整体)结构。

图3示出根据本发明另一实施方式的电空气加热器的示意性斜视图。在该实施方式中，加热元件9a至9d相对于根据箭头19流入的流体的主流动方向以大于0°、例如2°和45°之间(或者另外)的角度延伸。

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至9d加热元件

10a至10d间距保持装置

11a，11b定位元件

12a至12d开口

13a至13d开口

14a至14d聚合物层

15a至15d电连接结构

16a至16c中间空间

17a，17b触点

18a至18d衬底

19箭头