預制可加熱介質線、這種介質線的用途以及制造方法
【專利說明】預制可加熱介質線、這種介質線的用途以及制造方法
[0001] 本發(fā)明涉及一種預制可加熱介質線，其包括至少一個介質線，該介質線具有兩個 連接端、連接到介質線的連接端部之一的至少一個線路連接器，并包括與介質線配對的電 加熱元件，本發(fā)明還涉及一種生產(chǎn)這種可加熱介質線的方法、其用途，其中所述預制可加熱 介質線的一部分被布置在可加熱或被加熱或冷保護，特別是靠近熱源的周邊區(qū)域中，并且 至少一部分被布置在相對較冷的周圍區(qū)域中，車輛，特別是陸地車輛配備有至少一個可加 熱介質線，其中，所述可加熱介質線的至少一部分被布置在車輛的可加熱或被加熱或冷保 護，特別是靠近熱源的區(qū)域中，并且至少一部分被布置在車輛的相對較冷的區(qū)域中。
[0002] 預制可加熱介質線及其生產(chǎn)方法是現(xiàn)有技術中已知的。它們尤其被設置在車輛中 用于輸送液體介質。在低溫下，存在介質線可能會凍結的風險，由于這個原因，設置了加熱 裝置。布置在介質線連接端部的端部的線連接器用來連接至少兩個介質線或作為介質線與 一些其它單元類型之間的終端連接。介質線經(jīng)常攜帶具有相對高的冰點，因此即使在相當 高的環(huán)境溫度下也傾向于凍結的介質，并因此可能會例如損害車輛的能力甚或顯著干擾車 輛的功能。特別是對于擋風玻璃清洗系統(tǒng)用水管線，以及用于輸送在裝配有"SCR催化轉化 器"的柴油發(fā)動機中用作NOx反應添加劑的尿素水溶液的介質線，顯然尤其會發(fā)生這種情 況。
[0003] 加熱元件用于加熱所述介質線和/或線連接器。為了這個目的，它們被布置在介 質線和線連接器的內側和/或外側。該加熱元件可以串聯(lián)連接，并且連接到公共電源。將 各個加熱元件彼此并聯(lián)連接也是已知的。還已知沿預制可加熱介質線的縱向延伸方向設置 多個加熱元件，特別是只沿著介質線延伸的加熱元件和圍繞線連接器卷繞的加熱元件，其 中，各個加熱元件被彼此連接或壓接（crimp)。為了能夠將加熱元件連接到電源，可以提供 電源引線，其一般通過壓接也連接到加熱元件。為了保護加熱元件自身之間和加熱元件與 電源引線之間的各種壓接免收損壞，這些連接通常被被封包在諸如熱縮上管、拆封膠帶，塑 料包覆成型的外殼（outermantle)中，或被封包在預制可加熱介質線的封裝中。
[0004] 恰恰是當預制可加熱介質線用在車輛中時，可加熱介質線的縱向方向上的熱需求 隨著該介質線的路由是否靠近熱源而改變，如靠近發(fā)動機或排氣系統(tǒng)或相對較冷的區(qū)域， 例如，靠近燃料箱，其結果是可經(jīng)由輸送或正通過可加熱介質線運輸?shù)慕橘|有在低溫下凍 結的風險。傳遞或能夠通過可加熱介質線的截面?zhèn)鬟f的介質靠近熱源，如發(fā)動機，當車輛靜 止時，相比位于可加熱介質線的接近燃料箱的一部分中的介質，冷凍后會再次更快速地解 凍而無需協(xié)助。靠近熱源，可加熱介質線被簡單地暴露在高達140°C至180°C的溫度下，例 如，偶爾甚至在200°C的區(qū)域中，所以在車輛行駛時通常不存在冷凍的風險。可能不會需要 額外的設備以幫助解凍。
[0005] 從DE10 2010 053 737A1可知，通過提供一種可加熱介質線創(chuàng)建一個能耐熱，耐 壓和防凍的可加熱介質線，其中所述管道包括在材料性能和/或結構形式方面不同設計的 至少兩個長部分，一方面包括由含有第一聚合物的第一材料制成的至少第一長部分，另一 方面包括由含有第二聚合物的第二材料制成的第二長部分，其中，相比第一長部分的材料， 第二長部分的材料更柔性和/或可維持更大的應力。
[0006] 然而，如果過度受熱，可加熱介質線仍然會在熱源附近受損，尤其在加熱元件的連 接或壓接點的區(qū)域中。此外，用于制造被布置得靠近熱源的可加熱介質線的組件的材料必 須能夠承受高溫，所以此處必須使用昂貴的材料。
[0007] 因此，本發(fā)明的目的是提供根據(jù)權利要求1的前序部分的預制可加熱介質線，使 得適當?shù)貙τ谙鄳膽没蚴褂玫那闆r下，也能夠確?？杉訜峤橘|線受到有效保護而免于 過熱和由此造成的損壞。
[0008] 這個目的由根據(jù)權利要求1前序部分的預制可加熱介質線解決，單個電加熱元件 與介質線配對，并且被安排和/或形成在預制可加熱介質線的縱向長度上，產(chǎn)生了到介質 線中的熱輸入，所述熱輸入在預制可加熱介質線的縱向長度上有差異，其中沿預制可加熱 介質線的長度創(chuàng)建了至少兩個可不同加熱或被不同加熱的部分。關于根據(jù)權利要求12前 序部分的這種預制可加熱介質線的用途，該目的是這樣解決的，該加熱元件沿可加熱介質 線布置，使得被加熱的介質線的設置在可加熱的、被加熱的或冷保護的區(qū)域中的至少一部 分相比其至少一個其它部分而言不可加熱或不能被加熱，或可加熱的或被加熱的程度較 小。用于車輛，尤其是陸地車輛而言，根據(jù)權利要求13的前序部分，該目的是這樣解決的， 該介質線只配備了一個單個的加熱元件，該加熱元件沿可加熱介質線被布置成，使得被加 熱的介質線的設置在可加熱的、被加熱的或冷保護的區(qū)域中的至少一部分相比其至少一個 其它部分而言不可加熱或不能被加熱，或可加熱的或被加熱的程度較小。關于根據(jù)權利要 求17前序部分的用于制造可加熱介質線的方法，該目的是這樣解決的，該可加熱介質線在 其長度方向上不連續(xù)地纏繞有單個加熱元件。本發(fā)明的進一步發(fā)展在從屬權利要求中限 定。
[0009] 以這種方式，創(chuàng)建了一種僅配有單個加熱元件的預制可加熱介質線，該加熱元件 沿著介質線的至少一部分延伸，結果是沿著可加熱介質線創(chuàng)建了可由加熱元件加熱的一部 分和不可由它加熱的一部分，就是說，對于可加熱介質線具有低熱量輸入的一部分和具有 較高熱量輸入的一部分?？梢韵鄬卦诓煌峄驘崃枯斎氲膬刹糠种g限定一個系統(tǒng) 邊界。在下文中，術語介質線應理解為指管道和/或軟管形式的介質線，也就是說介質能流 過其至少一個內部空腔的線。介質線也可以被構造為多層管或軟管。在下文中，術語預制 可加熱介質線（也簡稱為可加熱介質線）用于描述配有至少一個線連接器的介質線，其中， 所述介質線中的至少一部分配有加熱元件，以提供可加熱性。為了本發(fā)明的目的，加熱元件 是用于引入熱，即用于加熱所述可加熱介質線的裝置。特別是，術語加熱元件被理解為指代 熱導體、加熱線、加熱條和加熱絲，其中，熱導體被理解為導致熱量能夠傳遞到線壁上的導 熱元件。術語加熱元件也被理解為是指加熱線圈，它本身包括一個內纖維和圍繞所述內纖 維纏繞的線。加熱元件可具有或不具有外部絕緣，也就是說，尤其也可以是未絕緣加熱導線 或電阻絲的形式。具有不同熱輸入的各個部分既可以沿介質線設置也可以沿整個預制可加 熱介質線設置，也就是沿著介質線和設置在其端部的至少一個管線連接器或布置在其兩端 的兩個線連接器。通過這種方式，在各部分之間創(chuàng)建了n個系統(tǒng)邊界，其中n多1。在圍繞 預制可加熱介質線的安裝部位的區(qū)域中，因此有利的是，特別是在車輛的無論如何例如通 過運行車輛發(fā)動機或排氣系統(tǒng)而可用充分熱量的區(qū)域中，無需額外的加熱裝置或僅低加熱 裝置被提供用于在介質線的相應放置的部分中的可加熱介質線，但在另一方面，將可加熱 介質線的特別強或者至少容易可加熱部分設置在特別是車輛的相對較冷的區(qū)域中。
[0010] 通過僅使用一個加熱元件，其延伸過所述可加熱介質線要加熱的所有部分，可以 有利地省去多個加熱元件之間的連接或壓接點，這是昂貴的其容易受到熱或可能甚至機械 影響或極低溫度的影響而損壞，特別是在非常熱的區(qū)域，就不再需要實施特殊解決方案來 承受特別高的溫度，這也相應地昂貴的。通常無法在高溫區(qū)域使用標準壓接或收縮軟管連 接。相反，必須使用氟聚合物，但由于被稱為"Teflon?效應"的現(xiàn)象而提供了不良連接，其 結果是在現(xiàn)有技術中，加熱裝置在可加熱介質線的設置在高溫區(qū)域中的一個或多個部分中 會失效，并且需要特殊解決方案，以確保這些加熱元件也可以連接。因此，通過不沿加熱元 件實施連接或壓接點，特別是在一個或多個熱或高溫區(qū)域中，也就是說，通過僅使用延伸過 整個可加熱介質線的單個加熱元件，可避免加熱裝置的故障。否則，連接點可引起加熱裝置 在可加熱介質線的操作過程中出現(xiàn)故障，因此非常有利的是避免需要連接點，因為在被加 熱時它們也不會過熱，否則不僅導致連接或壓接點和/或加熱元件和/或加熱裝置的損壞， 而且甚至會損壞介質線本身的壁。因此，通過僅提供單個加熱元件可以有效地防止這種情 況。這也有利的由以下事實防止，即加熱元件是布置在熱區(qū)域外部的介質線上，也就是說， 至少在小距離下，可因此通過僅提供加熱元件與熱區(qū)的空間移除來避免損壞。
[0011] 所述至少兩個不同的可加熱部分最好沿介質線和/或沿著線連接器和/或沿著從 介質線到線連接器之一的過渡區(qū)而設置。特別地，介質線可以至少包括可由加熱元件加熱 的第一部分，而線連接器可至少包括根本未加熱或不可像第一部分那樣由加熱元件強烈加 熱的第二部分。特別是線連接器，以及還可能從介質線到線連接器的過渡區(qū)（布置在特別 溫暖或冷保護的周圍區(qū)域中，車輛的特別溫暖的或冷保護的區(qū)域中，如車輛發(fā)動機的區(qū)域） 被相應地設計，以便根本不能加熱或者相比介質線的其余部分可較弱加熱。介質線的此其 余部分和可能設置在其端部的其他線連接器可被設計成能承受更強的變暖效應，雖然這里 也可以通過改變加熱元件的排列或結構，例如通過用不同的螺距配置加熱元件，在可加熱 介質線的縱向方向引入不同的輸入熱量方面的差異。
[0012] 特別有利的是，提供沿可加熱介質線的縱向方向并在其整個長度上的不連續(xù)的卷 繞，加熱元件的節(jié)距在可加熱部分內連續(xù)。在這種情況下，不連續(xù)的卷繞意味著在同一線圈 中具有的可變節(jié)距。這使得能夠提供在可加熱介質線的縱向長度上各部分不同的熱輸入。 要施加均勻熱輸入的各部分可以在卷繞了加熱元件的線圈中設置連續(xù)節(jié)距。
[0013] 可以提供這樣不連續(xù)的線圈，S卩加熱元件布置的幾何方差，以便在可加熱介質線 的縱向長度上創(chuàng)造差異化的熱輸入。提供不連續(xù)卷繞使得能夠產(chǎn)生高度獨立的卷繞，其精 確地適應各安裝現(xiàn)場的要求。同時，也可以例如通過改變可加熱介質線在其縱向長度上的 直徑來改變加熱元件可以撲滅（putout)的加熱功率。另外，也可以設計出具有PTC效應 的加熱元件，使得該元件能夠被環(huán)境溫度加熱至不同程度，其結果是也有可能向預制可加 熱介質線引入不同級別的熱量。PTC代表通常電阻器的正溫度系數(shù)，換句話說，在特定的溫 度或小溫度范圍內的電阻降低和增高。PTC電阻器是在較低溫度下比在高溫下傳導電流更 好的導電材料。其電阻隨溫度升高而增大。這種電阻器因此具有正溫度系數(shù)?？杉訜峤橘| 線的配備有具有PTC電阻的加熱元件的區(qū)域是可加熱介質線的熱區(qū)，也就是說，位于車輛 發(fā)動機附近或車輛中在噴射裝置的計量點的方向上靠近排氣系統(tǒng)的區(qū)域。特別是靠近車輛 燃料箱的區(qū)域可以被描述為冷區(qū)，在其中相應地更高的功率耦合或更大的熱輸入被提供以 在介質在該方向上流動時對其加熱。在可加熱介質線的熱或較暖區(qū)域或熱區(qū)，現(xiàn)有輻射熱 已經(jīng)足夠使介質在流過可加熱介質線時變暖，也就是說，尤其在車輛外部環(huán)境溫度低時解 凍介質。
[0014] 可以提供至少一個護套系統(tǒng)，圍繞所述預制可加熱介質線，使空氣在可加熱介質 線的外部與護套系統(tǒng)的內部之間循環(huán)，以在可加熱介質線的至少一個可加熱或溫熱部分與 至少一個相對較冷的部分之間進行熱交換。不需要加熱元件在熱區(qū)中加熱，因為已在可加 熱介質線的熱區(qū)中變暖的空氣能夠在可加熱介質線的絕緣護套系統(tǒng)內循環(huán)并到達可加熱 介質線的較冷部分，從而確保不僅熱區(qū)中流動的介質，而且可加熱介質線的相鄰部分中的 介質可以被加熱，因此，可以減少加熱元件輸入的熱量。它可能足以放置一個不太強大的加 熱元件。流經(jīng)介質線和線連接器的介質的強大的附加變暖在某一部分中也可能沒有必要， 其雖然