CN110418438A - 带ptc模块的温度控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于温度控制装置的PTC模块，具有：具有平坦元件横截面、两个大外表面和两个小外表面的至少一个PTC元件；至少在周向方向上包围相应的PTC元件的包络体；在元件横截面中彼此间隔开并且与相应的PTC元件导电连接的两个电导体；和两个电隔离的绝缘板，每个绝缘板以热传递方式连接到相应PTC元件的大外表面之一。当通过在绝缘板之一上形成的导电导体涂层形成相应的电导体时，实现紧凑的设计。一个或第一导体涂层仅在第一边缘区域中布置在一个或第一绝缘板上，第一边缘区域与一个或第一小外表面邻接，而另一个或第二导体涂层仅在第二边缘区域中布置在另一个或第二绝缘板上，第二边缘区域与另一个或第二小外表面邻接。

Description

带PTC模块的温度控制装置
技术领域
本发明涉及一种用于温度控制装置的PTC模块，其具有至少一个PTC元件。本发明还涉及一种具有一个或多个这种PTC模块的温度控制装置。
背景技术
温度控制装置用于控制流体或物体的温度。术语“温度控制”基本上包含加热或供应热量、以及冷却或排出热量。为了在温度控制装置中产生热量并因此加热，已知使用PTC元件，其具有随着温度升高而增加的电阻。这种PTC元件也称为冷导体元件，并且PTC代表正温度系数。这种PTC元件特别是由于它们的自调节特性而是有利的。通常，多个这样的PTC元件组装成PTC模块，相应的PTC模块通常具有一系列PTC元件，在操作期间向所述一系列PTC元件施加电压，以便在相应的PTC元件内部产生热量。为了施加这样的电压，需要电导体，其以适当的方式与相应的PTC元件导电连接。
出于制造技术的原因，具有平坦元件横截面的PTC元件生产起来特别经济。此外，PTC元件优选是平坦的，这同样有利于经济生产。平坦元件横截面横向于元件的纵向方向延伸，或者在安装状态下横向于模块的纵向方向延伸。平坦元件横截面意味着相应的PTC元件沿元件纵向方向和沿模块纵向方向具有两个大的外表面和两个小的外表面。两个大的外表面彼此背离。两个小的外表面也彼此背离。两个小的外表面将两个大的外表面连结在一起。
平坦元件横截面具有两个长的或大的外侧以及两个短的或小的外侧，两个短的或小的外侧将两个大的外侧连结在一起。元件横截面中的大的外侧位于PTC元件的大外表面中，而元件横截面中的小的外侧位于PTC元件的小外表面中。“平坦”元件横截面是指其中大的外侧至少是小的外侧的两倍大的横截面。优选地，大的外侧比小的外侧大至少五倍。
为了电接触这种平坦的、特别是块状的PTC元件，基本上可以将两个电导体电连接到两个大的外表面。然而，这会损害从PTC元件到外部的热传递，热传递应该通过大的外表面方便地发生。此外，这增加了在大外表面之间的间隔方向上测量的模块厚度。另一方面，如果电导体与两个小外表面导电连接，则可以实现明显更紧凑的设计。此外，小外表面区域中的电接触意味着电流在其宽度方向上流经相应的PTC元件，使得与当电流在厚度方向上流动时相比，产生明显更长的电通路。电通路越长，电流转换成热量的效率越高，即，热电转换。同时，在该设计中也实现了跨越大的外表面的良好热传递。然而，这种设计的问题在于电导体沿小的外表面的定位涉及大的制造费用。
本发明涉及指出上述类型的PTC模块或配备有这种模块的温度控制装置的改进设计的问题，其特征在于紧凑的设计和经济的制造可能性。
发明内容
根据本发明，该问题由独立权利要求的主题解决。有利的实施例是从属权利要求的主题。
本发明基于以下概念：实现导电涂层形式的相应电导体，其各自放置在电隔离绝缘板上，其中相应的绝缘板在模块纵向方向上延伸并且各自以热传递方式连接到相应PTC元件的大外表面之一。这种导电导体涂层仅在相应的绝缘板的厚度方向上稍微施加，使得总体上模块厚度即使有所变化，也变得很少。此外，为了使电能有效地转换成热能，还建议将一个或第一导体涂层仅在第一绝缘板的第一边缘区域中布置在一个或第一绝缘板上，该第一边缘区域邻接在相应的PTC元件的一个或第一小外表面上。另一方面，另一个或第二导体涂层仅在第二边缘区域中布置在另一个或第二绝缘板上，该第二边缘区域与相应PTC元件的另一个或第二小外表面邻接。换句话说，尽管在这里提出的设计中，导体被布置为绝缘板上的导体涂层，绝缘板又布置在相应的PTC元件的大外表面上，但是边缘区域中的导体涂层挨着相应的PTC元件的彼此背离的小外表面。为了使电流从第一边缘区域中的第一导体涂层流到第二边缘区域中的第二导体涂层，它必须几乎对角地流经相应的PTC元件，从而在相应的PTC元件内部产生相对大的电通路，可以有效地将电流转换为热量。因此，这里提出的设计结合了简单的制造可能性和紧凑的设计以及高效率。
根据一个有利实施例，两个导体涂层可以沿着大外表面在元件横截面中具有间隔，该间隔大于在大外表面之间测量的相应PTC元件的元件厚度。优选地，所述间隔是元件厚度的至少两倍，特别是至少三倍或四倍。该间隔越大，相应的PTC元件内的电流路径越长，并且热电转换的效率越高。
另一个实施例提出，相应的导体涂层在元件横截面中具有沿着相应的大外表面测量的导体宽度，该导体宽度小于在所述小外表面之间测量的相应PTC元件的元件宽度的50％，优选地小于25％。该设置还导致相应PTC元件内部的电通路的扩大，这提高了电能转换成热量的效率。
另一个实施例提出，相应的导体涂层在元件横截面中具有沿相应的大外表面测量的导体宽度，该导体宽度大于在大外表面之间测量的相应PTC元件的元件厚度。以这种方式，与仅通过小外表面的传统横向电接触相比，可获得更多的电接触表面。因此，可以提供更多的电力。
基本上，相应的PTC元件的大小外表面可以是弯曲的。然而，特别有利的是如下实施例：其中大的外表面是平坦的并且彼此平行地延伸。可选地，小外表面也可以是平坦的并且彼此平行地延伸。因此，平坦的小外表面有利地垂直于平坦的大外表面延伸，使得相应的PTC元件具有矩形元件横截面。这种平坦PTC元件可以特别经济地以大批量生产。
根据另一个有利的实施例，相应的PTC元件可以在相应的大外表面上、至少在相应导体的区域中具有导电金属涂层，该导电金属涂层与相应的导体涂层导电连接。以这种方式，可以改善相应的电导体和PTC元件之间的电接触。通常，PTC元件由陶瓷体组成。
特别有利的是一种改进，其中相应的导体涂层焊接到相应的金属涂层上。这产生了特别好的电接触。或者，基本上也可以考虑绝缘板和相应的PTC元件之间的胶连接，胶连接同样在相应的导体涂层和PTC元件的相应的大外表面之间产生片状接触。然后，粘合剂有利地不覆盖相应的导体涂层。
有利地，模块可以包括多个这样的PTC元件，这些PTC元件在模块纵向方向上连续地布置。模块的包络体有利地与模块的所有PTC元件相关联，使得它在周向方向上包围所有PTC元件。在这种情况下，周向方向围绕模块的纵向中心轴线延伸。而且，可以设置，两个绝缘板横跨所有PTC元件延伸，使得两个导体涂层与所有PTC元件导电连接。以这种方式，可以创建具有多个PTC元件的模块，模块仅需要几个单独的部件，因此生产成本低。
有利地，相应的绝缘板可以是导热的并且通过面朝背离相应的PTC元件的板外侧以片状和热传递的方式连接到包络体的面朝相应的PTC元件的主体内侧。在此，可以设想，一方面，在相应的绝缘板和包络体之间具有直接接触。还可以想到使用导热膏或导热膜，通过所述导热膏或导热膜，可以在相应的绝缘板和包络体之间产生热连接。
另一个实施例提出，包络体至少在背离相应的PTC元件的一个主体外侧上以传热方式连接到散热片。这种散热片扩大了用于接触和传热到在各个模块周围流动的流体的表面。借助相应的PTC模块或借助相应的温度控制装置，其温度受到控制的流体基本上可以构成液体。然而，优选地，流体构成气体，尤其是空气。
根据本发明的温度控制装置用于控制流体的温度并且应该特别用于机动车辆中，该温度控制装置包括至少一个上述类型的PTC模块以及用于相应的PTC模块的电气致动的控制装置。
有利的是温度控制装置的一个实施例，其包括多个这样的PTC模块，这些PTC模块彼此并排布置在传热区域中，其温度待控制的流体可以流经该传热区域。温度控制装置因此形成流动型热交换器，其可用于例如机动车辆的空调***中。
另一个实施例提出，多个这样的PTC模块在传热区域中形成传热块，该传热块尤其横向于流体的主要流动方向延伸，并且控制装置在侧面上安装在该传热块上。特别地，控制装置因此位于传热区域之外。
本发明的其它重要特征和优点将借助附图从从属权利要求、附图以及图形的相应描述中显现出来。
当然，上述特征和下面还要讨论的特征不仅可以用于各自指出的组合，而且可以用于其它组合或单独使用，而不脱离本发明的范围。
附图说明
在附图中描绘了本发明的优选示例性实施例，并且将在以下描述中更详细地讨论优选示例性实施例，其中相同的附图标记属于相同或相似或功能相同的部件。
各自都示意性地示出，
图1是具有多个PTC模块的温度控制装置的等距视图，
图2是具有包络体和两个绝缘板的单个PTC模块的等距视图，
图3是图2的PTC模块的等距视图，但省略了外壳主体和其中一个绝缘板，
图4是沿着图2中的截面线IV的PTC模块的横截面，其中另外在包络体上布置有图2中不存在的散热片。
具体实施方式
根据图1，温度控制装置1包括多个PTC模块2，所述多个PTC模块2组装成传热块3。为此，PTC模块2在传热区域4中彼此相邻地布置，其温度受控制的流体5可以流经传热区域4。流体5流经热交换器4以及传热块3的能力由图1中的箭头表示。此外，冷却翅片6设置在传热块3中，冷却翅片6一方面可以具有流经它们的流体5，并且另一方面以热传递的方式连接到PTC模块2。冷却翅片6各自在相邻的PTC模块2之间并且向外抵靠外部定位的PTC模块2延伸。
此外，温度控制装置1配备有控制装置7，通过该控制装置7可以电激励PTC模块2。特别地，可以设置控制装置7可以单独地启动和停用各个PTC模块2，以便控制传热块3的加热功率。同样，可以实现区域控制。为了与控制装置7的电连接，相应的PTC模块2具有相应的电引线8。
根据图2至图4，相应的PTC模块2具有至少一个PTC元件9。优选的是设置多个这样的PTC元件9的设计，这些PTC元件9在模块2的纵向方向10(此后也称为模块纵向方向10)上连续地布置。PTC元件9由PTC材料构成，因此是PTC元件。
根据图4，相应的PTC元件9具有横向于模块纵向方向10的平坦元件横截面11，模块纵向方向在图4中垂直于附图平面延伸，在这里示出的优选示例中，横截面的构造是矩形。沿着模块纵向方向10，相应的PTC元件9因此具有两个大的外表面12、13，即，第一大外表面12和第二大外表面13，以及两个小的外表面14、15，即，第一小外表面14和第二小外表面15。两个大外表面12、13彼此背离。两个小外表面14、15也彼此背离。此外，两个小的外表面14、15结合两个大的外表面12、13。在所示的示例中，大的外表面和小的外表面12、13、14、15各自构造为平坦的，使得相应的PTC元件9在构造上也是平坦的。
PTC模块2还包括包络体16，包络体16至少在周向方向17上包围相应的PTC元件9。周向方向17在图2至图4中由双箭头表示并且围绕模块纵向方向10或者模块纵向中心轴线18延伸。包络体16有利地由金属制成，一方面具有良好的导热性并且另一方面具有良好的导电性。
相应的PTC模块2具有电隔离绝缘板19、20，即，第一绝缘板19和第二绝缘板20。两个绝缘板19、20各自沿模块纵向方向10延伸并且各自以传热方式连接到相应的PTC元件9的大的外表面12、13中的一个。有利地，相应的绝缘板19、20平坦地靠在相应的PTC元件9的整个相应的大的外表面12、13上。为了改善传热，在相应的大的外表面12、13和面朝相应的PTC元件9的板内侧21之间可以布置导热材料，诸如糊状或薄膜形式的导热材料。
此外，提供两个电导体22、23用于电源和相应的PTC元件9的致动，即，第一电导体22和第二电导体23。两个电导体22、23各自沿模块纵向方向10延伸并且各自都与相应的PTC元件9的接触区域24或25导电连接。两个接触区域24、25在下文中也称为第一接触区域24和第二接触区域25，在元件横截面11中彼此间隔开地布置在相应的PTC元件9上。这样，两个导体22、23也彼此间隔开地布置在相应的PTC元件9上。
在这里给出的PTC模块2中，各自通过导电导体涂层26、27形成两个电导体22、23，导电涂层26、27在下文中也称为第一导体涂层26和第二导体涂层27。第一导体涂层26形成在第一绝缘板19上，即，在其板内侧21上。另一方面，第二导体涂层27形成在第二绝缘板20上，同样在其板内侧21上。此外，相应的绝缘板19、20上的导体涂层26、27的布置各自仅在相应的绝缘板19、20的边缘区域28或29中完成。因此，在第一绝缘板19上设置第一边缘区域28，而第二绝缘板20具有第二边缘区域29。边缘区域28、29在图4中各自用花括号表示。因此，第一导体涂层26布置在第一边缘区域28中，而第二导体涂层27布置在第二边缘区域29中。第一边缘区域28邻接第一小的外表面14，而第二边缘区域29邻接第二小的外表面15。这样，两个边缘区域28、29以及两个导体涂层26、27在元件横截面11中几乎对角地或径向地彼此相对地布置。这导致在元件横截面11内部的基本上对角线的电通路30，当相应的PTC元件9通电时，该电通路30由电流决定。该电通路30相对较长，从而发生有效的热电转换。
两个导体涂层26、27沿着大的外表面12、13在元件横截面11中具有间隔31。只要大的外表面12、13是平坦的并且彼此平行地延伸，如在所示的示例中那样，间隔31也平行于大的外表面12、13延伸。该间隔31明显大于相应的PTC元件9的元件厚度32，元件厚度32在两个大的外表面12、13之间测量。当外表面12、13是平坦的时候，元件厚度32垂直于大的外表面12、13延伸。例如，间隔31至少是元件厚度32的两倍。
此外，相应的导体涂层26或27在元件横截面11中具有沿相应的大外表面12、13测量的有效导体宽度33或34。在这种情况下仅测量相应导体涂层26、27的直接导电连接到PCT元件9的相应的大的外表面12、13的区域。在图4的示例中，导体涂层26、27沿着相应的绝缘板19、20突出超过相应的小的外表面14、15并且因此从元件横截面11突出。因此，相应的导体涂层26、27的该部分悬垂区域不与PTC元件9的相应的大的外表面12、13直接电连接。在图3的示例中不存在这样的悬垂。
第一导体涂层26具有第一导体宽度33，而第二导体涂层27具有第二导体宽度34。有利地，两个导体宽度33、34具有相同的尺寸。有利地，现在可以设置，相应的导体宽度33、34小于在小的外表面14、15之间测量的元件宽度35的一半。优选地，相应的导体宽度33、34小于元件宽度35的四分之一。
此外，相应的导体宽度33、34可以大于元件厚度32。这在图4所示的表征中是不可识别的，未按比例绘制，但是可以从图3中看出。
相应的PTC元件9现在可以在相应的大的外表面12、13上、至少在相应的导体22、23的区域中具有导电金属涂层36。相应的金属涂层36在图3中也是可识别的。相应的金属涂层36与相应的导体涂层26、27导电连接。例如，导体涂层26、27可以焊接到金属涂层36上。
根据图2和图3，两个绝缘板19、20延伸穿过所有PTC元件9，使得两个导体22、23或两个导体涂层26、27导电地连接到所有PTC元件9。图2中也为所有PTC元件9共同设置可识别的包络体16，使得它在周向方向17上包围所有PTC元件9。
根据图4，导热绝缘板19、20以传热方式连接到包络体16。为此，各自背离相应的PTC元件9的板外侧37以片状和热传递方式连接到面朝相应的PTC元件9的主体内侧38。这可以通过直接接触或通过导热材料实现，导热材料可以设置为为糊剂或薄膜。根据图1和图4的包络体16可以以热传递的方式在背离相应的PTC元件9的主体外侧39处连接到冷却翅片6。例如，冷却翅片6可以焊接到包络体16上。

Claims (12)

1.一种用于温度控制装置(1)的PTC模块(2)，所述温度控制装置(1)特别是用于机动车辆，所述PTC模块(2)具有：
-至少一个PTC元件(9)，其具有横向于所述模块(2)的纵向方向(10)的平坦元件横截面(11)，并且沿着所述模块(2)的纵向方向(10)具有彼此背离的两个大的外表面(12、13)和彼此背离并且将所述两个大的外表面(12、13)连接在一起的两个小的外表面(14、15)，
-包络体(16)，所述包络体(16)至少在周向方向(17)上包围相应的所述PTC元件(9)，
-两个电导体(22、23)，其在所述模块(2)的纵向方向(10)上延伸并且在所述元件横截面(11)中彼此间隔开并且导电地连接到相应的所述PTC元件(9)，
-两个电隔离绝缘板(19、20)，所述两个电隔离绝缘板(19、20)在所述模块(2)的纵向方向(10)上延伸，并且每个绝缘板以热传递方式连接到相应的所述PTC元件(9)的大的外表面(12、13)之一，
-其中通过各自在所述绝缘板(19、20)之一上形成的导电导体涂层(26、27)各自形成相应的所述电导体(22、23)，
-其中一个导体涂层或第一导体涂层(26)仅在第一边缘区域(28)中布置在一个绝缘板或第一绝缘板(19)上，所述第一边缘区域(28)与其中一个小的外表面或第一小的外表面(14)邻接，
-其中另一个导体涂层或第二导体涂层(27)仅在第二边缘区域(29)中布置在另一个绝缘板或第二绝缘板(20)上，所述第二边缘区域(29)与另一个小的外表面或第二小的外表面(15)邻接。
2.根据权利要求1所述的PTC模块，
其特征在于，
两个所述导体涂层(26、27)沿着所述大的外表面(12、13)具有的彼此间间隔(31)大于在所述大的外表面(12、13)之间测量的相应的所述PTC元件(9)的元件厚度(32)。
3.根据权利要求1或2所述的PTC模块，
其特征在于，
相应的所述导体涂层(26、27)在所述元件横截面(11)中具有沿相应的所述大的外表面(12、13)测量的导体宽度(33、34)，所述导体宽度小于在所述小的外表面(14、15)之间测量的所述相应PTC元件(9)的元件宽度(35)的50％，优选地小于25％。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的PTC模块，
其特征在于，
相应的所述导体涂层(26、27)在所述元件横截面(11)中具有沿相应的所述大的外表面(12、13)测量的导体宽度(33、34)，所述导体宽度(33、34)大于在所述大的外表面(12、13)之间测量的相应的所述PTC元件(9)的元件厚度(32)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的PTC模块，
其特征在于，
相应的所述PTC元件(9)在相应的所述大的外表面(12、13)上至少在相应的所述导体(22、23)的区域中具有导电金属涂层(36)，所述导电金属涂层(36)与所述导体涂层(26、27)导电连接。
6.根据权利要求5所述的PTC模块，
其特征在于，
相应的所述导体涂层(26、27)焊接到相应的所述金属涂层(36)上。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的PTC模块，
其特征在于，
-所述PTC模块(2)包括在所述模块(2)的纵向方向(10)上连续地布置的多个所述PTC元件(9)，
-所述包络体(16)沿所述周向方向(17)包围所有PTC元件(9)，
-两个所述绝缘板(19、20)延伸穿过所有PTC元件(9)，使得所述两个所述导体涂层(26、27)导电地连接到所有PTC元件(9)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的PTC模块，
其特征在于，
相应的所述绝缘板(19、20)是导热的并且通过背离相应的所述PTC元件(9)的板外侧(37)以板状和热传递的方式连接到所述包络体(16)的面朝所述PTC元件(9)的主体内侧(38)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述PTC模块，
其特征在于，
所述包络体(16)以热传递的方式至少在背离相应的所述PTC元件(9)的一个主体外侧(39)上与冷却翅片(6)连接。
10.一种用于控制尤其是在机动车辆中的流体的温度的温度控制装置(1)，具有：
-根据前述权利要求之一所述的至少一个PTC模块(2)，
-用于相应的所述PTC模块(2)的电致动的控制装置(7)。
11.根据权利要求10所述的温度控制装置，
其特征在于，
设置彼此并排布置在传热区域(4)中的多个所述PTC模块(2)，其温度待控制的所述流体(5)能够通过所述传热区域(4)流动。
12.根据权利要求11所述的温度控制装置，
其特征在于，
多个所述PTC模块(2)形成传热块(3)，其温度待控制的所述流体(5)能够通过所述传热块(3)流动，而所述控制装置(7)安装在所述传热块(3)上的侧面处。
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