CN104520955B - 温度开关及流体加热装置 - Google Patents

Abstract

温度开关根据加热器的温度来进行切换。上述温度开关包括：双金属片，其在上述加热器的温度达到设定温度时发生变形；开关机构，其通过上述双金属片的变形而通断；以及收纳构件，其用于收纳上述双金属片和上述开关机构，并且能够与上述双金属片之间进行导热。上述加热器具有相邻的一对发热部。上述收纳构件具有以突出的方式形成且可插入到上述一对发热部之间的接触部。

Description

温度开关及流体加热装置

技术领域

本发明涉及温度开关、及使用该温度开关的流体加热装置。

背景技术

以往使用对加热器的温度进行检测并在加热器达到了设定温度时进行切换的温度开关。在使用温度开关的情况下，为了能够高效地自加热器传热，需要适当地确保温度开关与加热器之间的接触压力。

JP62－62935A中公开了一种将用于检测配管温度的感温构件安装在配管上时的安装构造。在该安装构造中，感温构件利用夹子状的安装零件安装在配管上。

发明内容

发明要解决的问题

但是，在JP62－62935A的安装构造中，需要提高夹子的刚性，以确保感温构件与配管之间的接触压力。如果使夹子的刚性提高，则可能会导致夹子的组装性降低或者在组装时夹子、感温构件发生变形。

本发明是鉴于上述问题点而完成的，目的在于提供一种能够容易地确保与加热器之间的接触压力的温度开关。

根据本发明的一个技术方案，提供一种温度开关，该温度开关根据加热器的温度来进行切换，该温度开关包括：双金属片，其在上述加热器的温度达到设定温度时发生变形；开关机构，其通过前述双金属片的变形而进行通断；以及收纳构件，其用于收纳前述双金属片和前述开关机构，并且能够与前述双金属片之间进行导热。前述加热器具有相邻的一对发热部。前述收纳构件具有以突出的方式形成并可插入到前述一对发热部之间的接触部。

附图说明

图1是应用了流体加热装置的电路的电路图，该流体加热装置采用了本发明实施方式的温度开关。

图2是本发明的第一实施方式的流体加热装置的剖视图。

图3是流体加热装置的加热器的立体图。

图4A是表示温度开关的断开状态的剖视图。

图4B是表示温度开关的通电状态的剖视图。

图5A是温度开关的收纳构件的主视图。

图5B是图5A的侧视图。

图6是表示用于保持加热器的保持构件与温度开关之间的位置关系的图。

图7是流体加热装置的加热器的变形例的立体图。

图8是本发明的第二实施方式的流体加热装置的温度开关的主视图。

图9是本发明的第三实施方式的流体加热装置的温度开关的收纳构件的剖视图。

图10是加热器和温度开关的分解立体图。

图11是温度开关和收纳构件的剖视立体图。

图12是表示温度开关与保持构件之间的接触状态的局部剖视图。

图13是本发明的第四实施方式的流体加热装置的保持构件的俯视图。

图14是温度开关的收纳构件的主视图。

图15是图14的侧视图。

图16是本发明的第五实施方式的流体加热装置的局部剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

第一实施方式

以下，参照图1至图7，对作为本发明的第一实施方式的温度开关的双金属片开关10、以及作为采用了双金属片开关10的流体加热装置的加热器装置100进行说明。

加热器装置100被应用于在HEV(Hybrid Electric Vehicle：混合动力车)、EV(Electric Vehicle：电动车)等上所搭载的车辆用空调装置(暖气装置)。

首先，参照图1，对采用了加热器装置100的电路1进行说明。

加热器装置100包括：加热器3，其利用自作为电源的直流电源2供给的电流而工作；以及箱体4，其供利用加热器3进行加热的流体、即冷媒流通。

电路1包括：直流电源2，其向加热器3供电；短路线路6，其在加热器3的温度达到了设定温度时，使位于供给线路5上的加热器3的上游与下游之间短路；以及保险丝7，其设于供给线路5的位于直流电源2与短路线路6之间的部分上。

直流电源2是搭载于HEV或EV等上且也向驱动用马达(省略图示)供电的强电电池。直流电源2的输出电压为30V以上的强电，在本实施方式中为350V。自直流电源2输出的电流经由供给线路5被供给至加热器3。也可以代替直流电源2而将交流电源用作电源。

沿着供给线路5的电流的流动方向，短路线路6的一端6a连接于保险丝7的下游、加热器3的上游，短路线路6的另一端6b连接于加热器3的下游、直流电源2的上游。短路线路6是电阻非常小的导体，将与供给线路5连接的一端6a和另一端6b之间连接起来。

短路线路6具有：双金属片开关10，其在加热器3的温度达到了设定温度时将短路线路6切换为通电状态。短路线路6在加热器3的温度低于设定温度的状态下不短路。短路线路6通过加热器3的温度达到设定温度以使双金属片开关10切换为通电状态而变成短路状态。

保险丝7由于在短路线路6短路时瞬间流过的大电流而切断。由于短路线路6的电阻非常小，因此，当短路线路6短路时，保险丝7中流过的电流远远大于加热器3中流过的电流。保险丝7由于自直流电源2供给的电流而在用于供给该电流的线束(省略图示)的发热超过容许温度之前被切断。该容许温度设定为构成线束的部件不会损伤的温度。

如上所述，在电路1中设有安全装置，在加热器3的温度超过容许温度范围地上升了的情况下，该安全装置将自直流电源2向加热器3供给的电流切断。

接着，参照图2至图7，对加热器装置100的结构进行说明。

如图2所示，加热器装置100包括：加热器3；双金属片开关10，其根据加热器3的温度来进行切换；箱体4，其用于收纳加热器3，将供给至箱体4内部的流体利用加热器3加热并使其通过该箱体4；以及保持构件20，其用于将加热器3保持在箱体4的内部。

加热器3是通电而发热的护套加热器或PTC(Positive TemperatureCoefficient)加热器。从加热器3的成本考虑，理想的是护套加热器。加热器3被收纳在箱体4内，对车辆的暖气装置所使用的冷媒进行加热。

如图3所示，加热器3具有多个相互平行的发热部3a和形成在发热部3a的两端且用于供电的端子部3b。加热器3形成为将发热部3a以依次相邻的方式卷绕起来而成的绕线形状。加热器3只要具有相邻的发热部3a，就也未必是绕线形状。

发热部3a以截面呈环状的方式形成。在此，发热部3a的截面为圆形。发热部3a具有形成为直线状的直线部3c和作为将直线部3c的端部与相邻的另一直线部3c连结起来的连结部的曲线部3d。

如图2所示，箱体4包括：供给通路4a，其用于供给冷媒；及排出通路4b，其用于将利用加热器3加热后的冷媒排出。在箱体4中流通的冷媒为例如防冻液等冷却水。

如图2的剖视图所示，双金属片开关10以在其与保持构件20之间夹入加热器3的发热部3a的方式安装于箱体4。双金属片开关10自箱体4的外部插入到该箱体4的内部，并被螺栓紧固在箱体4的外部。双金属片开关10利用螺栓的紧固力而被按压在加热器3上。双金属片开关10根据加热器3的温度来进行切换。

如图4A和图4B所示，双金属片开关10包括：圆盘型的双金属片12，其在达到临界温度时会发生变形；销13，其借助双金属片12的变形而在轴线方向上移动；开关机构16，其利用双金属片12的变形而通断；以及壳体11，其作为用于收纳双金属片12和开关机构16的收纳构件。双金属片开关10通过双金属片12的变形而被切换至将电流的流通切断的断开状态和容许电流流通的通电状态。此外，在图4A和图4B中仅示出了壳体11的一部分，省略了用于覆盖开关机构16的盖部。

双金属片12被设定为当加热器3的温度达到了设定温度时达到临界温度。双金属片12在温度低于临界温度时，图4A所示那样变形为向上鼓出的状态，而在达到临界温度时则图4B所示那样变形为向下鼓出的状态。

开关机构16包括：固定触点14，其被固定在壳体11内；以及可动触点15，其被朝向固定触点14施力。固定触点14和可动触点15各自与端子17相连接。双金属片开关10经由该一对端子17而被设于短路线路6中(参照图1)。

如图4B所示，当双金属片12达到临界温度而变形为向下鼓出的状态时，可动触点15与固定触点14相接触而成为能够通电的状态。由此，双金属片开关10被切换至通电状态，从而使短路线路6成为短路状态。

双金属片12变形为向下鼓出的状态的临界温度例如设定为130℃。另一方面，双金属片12从向下鼓出的状态再次变形为向上鼓出状态的温度例如设定为－40℃。如上所述，双金属片12的独特之处(日文：ディファレンシャル₎被设定为，在双金属片12变形为向下鼓出的状态之后，在通常使用的环境温度范围内不会轻易地恢复为向上鼓出的状态。

壳体11包括：与双金属片12相面对的底面18和自底面18朝向外部突出地形成的接触部19。双金属片12以能够进行导热的方式被收纳在壳体11的内部。在本实施方式中，在双金属片12发生变形前的状态下，壳体11与双金属片12的边缘直接接触。此外，也可以例如由硅构成的导热片等热传递构件介于双金属片12与壳体11之间。

在双金属片12发生变形前的状态下，如图5A所示，底面18中的与双金属片12直接接触的部分(在按照上述方式设有热传递构件的情况下，是热传递构件与双金属片相接触的部分的附近)在双金属片开关10已安装于箱体4的状态下与加热器3的直线部3c分开。由此，能够防止底面18因与加热器3抵接而变形、进而该变形的影响波及到被收纳在壳体11内部的双金属片12。

接触部19被插入到加热器3的相邻的一对直线部3c之间。接触部19与加热器3的直线部3c相接触。接触部19以越靠近顶端越细的方式突出。接触部19形成为，以接触角θ自垂直于加热器3的中心轴线倾斜。

接触部19形成为，在双金属片开关10安装于箱体4的状态下，接触部19的位于相邻的一对直线部3c之间的部分的尺寸大于相邻的一对直线部3c之间的距离。由此，在将接触部19向加热器3插入时，相邻的一对直线部3c会被接触部19挤压而扩开。因而，当双金属片开关10安装于箱体4时，由于加热器3的弹簧力而在接触部19与直线部3c之间产生接触压力。

如图5B所示，接触部19沿着加热器3的直线部3c延伸设置。由此，接触部19形成有一对能够外切于加热器3的直线部3c的平面19a。因此，接触部19能够与直线部3c直线抵接。

也可以代替在接触部19上形成一对平面19a的构造，而在接触部19上形成一对能够与加热器3的直线部3c面接触的曲面。在形成了曲面的情况下，加热器3与双金属片开关10之间的接触面积增大，因此传热效率进一步提高。

如上所述，以可进行导热的方式收容双金属片12的壳体11具有以突出方式形成且可被插入到加热器3的相邻的一对直线部3c之间的接触部19。因而，仅通过将接触部19插入到一对直线部3c之间，就会由于加热器3的弹簧力而在接触部19与直线部3c之间产生接触压力。因而，能够容易地确保双金属片开关10与加热器3之间的接触压力。

而且，通过将接触部19形成为越靠近顶端越细的形状，能够吸收双金属片开关10、加热器3、及箱体4等的制造公差、组装公差。因而，无需严格控制各零件的尺寸公差，从而能够削减成本。

如图2所示，保持构件20通过螺栓紧固而固定于箱体4的内表面。保持构件20包括：保持部21，其用于保持卷绕而成的加热器3的内周；以及支承部22，其用于将保持部21的两端支承在箱体4的内表面。

保持部21以使加热器3位于与箱体4的内表面分开规定距离的位置的方式来保持直线部3c。因此，即使双金属片开关10安装于箱体4并将接触部19插入到加热器3中，加热器3也不会向与双金属片开关10分开的方向退避。

而且，保持部21具有突起部23，在双金属片开关10安装于箱体4且接触部19被插入到加热器3中的情况下，该突起部23进行保持，使得加热器3的两端的直线部3c不会向外侧移动。此时，也可以通过钎焊等方法将加热器3两端的直线部3c固定于保持部21。由此，保持构件20能够将双金属片开关10的接触部19要插入的相邻的一对发热部3a中的一个发热部3a固定，并且能够保持另一个发热部3a使其能够与一个发热部3a分开。

因而，在双金属片开关10安装于箱体4且接触部19被插入到加热器3中的情况下，另一个发热部3a与固定在保持构件20上的一个发热部3a分开。由此，发热部3a的弹簧力以夹住接触部19的方式发挥作用，因此，在接触部19与发热部3a之间产生接触压力。

如图6所示，双金属片开关10配置为，在沿着直线部3c的方向上与保持构件20分开距离X。当将双金属片开关10向加热器3按压的力设为W，将加热器3的纵向弹性模量设为E，将加热器3的截面二次矩设为I_z，将双金属片开关10的接触部19预先向加热器3插入时的位移量设为z_p，将接触部19的接触角(参照图5A)设为θ时，该距离X能够通过公式(1)计算出来。

公式1

$X=\sqrt[3]{\frac{3{\mathrm{EI}}_z{z}_p\sin \mathrm{\θ}}{W}}...\left(1\right)$

而且，当将双金属片开关10的接触部19向加热器3插入的最大位移量设为z_max时，此时作用于双金属片开关10的最大反作用力W’能够通过公式(2)计算出来。

公式2

$W^{,}=\frac{3{\mathrm{EI}}_z{z}_{\max }\sin \mathrm{\θ}}{X^3}...\left(2\right)$

当将从保持构件20的端部至加热器3的直线部3c的端部之间的长度设为X_s时，距离X被设定为小于X_s。而且，接触角θ被设定为，使得双金属片开关10向箱体4安装时的强度大于反作用力W’。

通过按照上述方式进行设定，能够利用加热器3的弹性将双金属片开关10的接触部19与加热器3的直线部3c之间的接触压力保持为适当。而且，能够使自加热器3作用于双金属片开关10的反作用力的大小处于设计值的范围内。因而，能够提高双金属片开关10的传热响应性，并且能够防止过大的反作用力作用于双金属片开关10。

而且，在上述实施方式中，对使用了具有直线部3c的加热器3的情况进行了说明，但不限于此，也可以使用图7所示的、仅由曲线部103d形成而不具有直线部的加热器103。

采用以上的实施方式能够发挥以下所示的效果。

以可进行导热的方式收容双金属片12的壳体11具有以突出的方式形成且可插入到加热器3的相邻的一对直线部3c之间的接触部19。因而，仅通过将接触部19插入到一对直线部3c之间，就会利用加热器3的弹簧力而在接触部19与直线部3c之间产生接触压力。因而，能够容易地确保双金属片开关10与加热器3之间的接触压力。

而且，通过使接触部19形成为越靠近顶端越细，从而能够吸收双金属片开关10、加热器3、及箱体4等的制造公差、组装公差。因而，无需严格控制各构件的尺寸公差，从而能够削减成本。

此外，在上述第一实施方式中，双金属片开关10的接触部19以越靠近顶端越细的方式突出地形成。也可以代替该结构，以自底面18垂直突出的方式形成。

在该情况下，接触部19形成为，在双金属片开关10安装于箱体4的状态下，接触部19的平行地形成的一对平面19a之间的宽度大于加热器3上的相邻的一对直线部3c之间的距离。由此，在接触部19向加热器3插入时，相邻的一对直线部3c被接触部19挤压而扩开。因而，在以自底面18垂直地突出的方式形成接触部19的情况下，也会由于加热器3的弹簧力而在接触部19与直线部3c之间产生接触压力。

第二实施方式

接着，参照图8，对本发明的第二实施方式进行说明。在以下所示的各实施方式中，对与上述第一实施方式同样的结构标注相同的附图标记，并适当省略重复的说明。

在第一实施方式的双金属片开关10中，在壳体11上形成有一个接触部19，但在第二实施方式的双金属片开关110中，在壳体111上形成一对接触部119。双金属片开关110的内部构造与双金属片开关10相同，因此在此省略说明。

一对接触部119设置为彼此分开规定距离。一对接触部119均以沿着直线部3c的方式平行地延伸设置。一对接触部119与依次相邻的第一直线部3c至第四直线部3c相接触。

具体地讲，一个接触部119插入到第一直线部3c与第二直线部3c之间，另一个接触部119插入到第三直线部3c与第四直线部3c之间。此时，利用保持构件(省略图示)将接触部119所接触的一对直线部3c中的任一直线部3c固定，并且，保持另一个直线部3c使其能够与一个直线部3c分开。

因而，在该情况下，也与上述第一实施方式同样地，仅将接触部119插入到一对直线部3c之间，就会由于加热器3的弹簧力而在接触部119与直线部3c之间产生接触压力。因而，能够容易地确保双金属片开关110与加热器3之间的接触压力。

而且，与上述第一实施方式的双金属片开关10相比，双金属片开关110与加热器3接触的接触面积为第一实施方式中的接触面积的二倍。因而，能够进一步提高双金属片开关110的传热响应性。

此外，双金属片开关110形成有一对接触部119，但不限于此，也可以形成三个以上的接触部119。

第三实施方式

接着，参照图9至图12对本发明的第三实施方式进行说明。

第三实施方式的双金属片开关10除了接触部191的结构与第一实施方式的情况不同之外，其他结构与第一实施方式的双金属片开关10相同。如图9所示，本实施方式的双金属片开关10的接触部191以很小的坡度形成，以使与加热器3接触时的接触角θ减小。例如在通过冲压成型来形成接触部191的情况下，坡度的大小设为与脱模时所需的坡度大小相同。

而且，如图10和图11所示，本实施方式的保持构件20a为将相邻的一对直线部3c夹入而形成的板状构件(夹子状构件)。

在本实施方式中，如图10和图11所示，在将双金属片开关10的接触部191插入到一对直线部3c之间的状态下，保持构件20a将一对直线部3夹入。由此，在接触部191与直线部3c之间产生接触压力。此外，图11示出了加热器3的顶点与双金属片开关10的底面18之间为非接触的状态，但也可以如图12所示，使加热器3的顶点与双金属片开关10的底面18相接触。

第四实施方式

接着，参照图13至图15对本发明的第四实施方式进行说明。

第四实施方式的保持构件20b除了如图13所示形成有卡定孔21b之外，其他结构与第三实施方式的保持构件20a相同。如图14和图15所示，该卡定孔21b用于卡定后述的双金属片开关10的接触部192的顶端部192a。此外，在本实施方式中，为了容易将顶端部192a插入卡定孔21b，还在保持构件20a上形成有切口部22b。

而且，本实施方式的双金属片开关10除了接触部192的结构与第三实施方式不同之外，其他结构与第三实施方式的双金属片开关10相同。在本实施方式的双金属片开关10中，如图14所示，与加热器3不接触的顶端部192a的宽度L2宽于加热器3的一对直线部3c之间的距离L1。而且，接触部192以顶端部192a穿过卡定孔21b的状态被保持。

此外，在本实施方式的双金属片开关10中，与加热器3相接触的部位与第三实施方式同样地以很小的坡度形成，以使得与加热器3相接触时的接触角θ减小。

在本实施方式中，能够通过顶端部192a与卡定孔21b之间的卡合来抑制保持构件20b脱离加热器3。

第五实施方式

接着，参照图16，对本发明的第五实施方式进行说明。

在第五实施方式的双金属片开关10中，接触部193形成为一对能够与加热器3的直线部3c面接触的曲面。在本实施方式的双金属片开关10中，不仅是接触部193与加热器3相接触，底面18也与加热器3相接触。而且，在本实施方式中，通过钎焊而将加热器3与接触部193固定起来。

而且，本实施方式的保持构件20c除了其与加热器3相接触的接触面形成为沿着加热器3的外形的曲面之外，其他结构与第一实施方式的保持构件20相同。

在本实施方式中，利用上述结构而使加热器3与双金属片开关10之间的接触面积增大。而且，利用钎焊所使用的焊料还能够填补加热器3与双金属片开关10之间的细小间隙，因此能够进一步提高导热性。特别地，在本实施方式中，是将接触部193插入一对直线部3c之间并在直线部3c和插入部193这两者之间产生接触压力之后的状态下进行钎焊，因此，上述效果显著。

以上对本发明的实施方式进行了说明，但上述实施方式只不过示出了本发明的应用例的一部分，而并不是将本发明的保护范围限定为上述实施方式的具体结构的主旨。

本申请基于2012年8月9日向日本国特许厅提出日本特愿2012－177474、及2013年7月2日向日本国特许厅提出的日本特愿2013－138869主张优先权，并通过参照而将上述申请的所有内容引入在本说明书中。

Claims (11)

1.一种温度开关，其根据加热器的温度来进行切换，其中，

该温度开关包括：

双金属片，其在所述加热器的温度达到设定温度时发生变形；

开关机构，其通过所述双金属片的变形而通断；以及

收纳构件，其用于收纳所述双金属片和所述开关机构，并且能够与所述双金属片之间进行导热；

所述加热器具有相邻的一对发热部，

所述收纳构件具有接触部，该接触部以突出的方式形成且可插入到所述一对发热部之间，

所述接触部形成得比所述一对发热部之间的距离大，所述接触部挤压所述一对发热部而使该一对发热部扩开，从而所述接触部被插入于所述一对发热部之间。

2.根据权利要求1所述的温度开关，其中，

所述接触部自所述收纳构件的与所述双金属片相面对的底面突出。

3.根据权利要求1或2所述的温度开关，其中，

所述一对发热部以彼此平行的方式延伸设置，

所述接触部沿着所述发热部延伸设置。

4.根据权利要求1或2所述的温度开关，其中，

所述发热部以截面呈环状的方式形成，

所述接触部具有能够外切于所述发热部的平面、或能够与所述发热部面接触的曲面。

5.根据权利要求2所述的温度开关，其中，

所述收纳构件的底面中的、与所述双金属片直接接触的部分或借助热传递构件与所述双金属片热接触的部分与所述加热器分开。

6.权利要求1或2所述的温度开关，其中，

所述接触部以越靠近顶端越细的方式突出。

7.一种流体加热装置，其特征在于，该流体加热装置具有：

权利要求1所述的温度开关；

所述加热器；

箱体，其用于收纳所述加热器，利用所述加热器对供给至该箱体内部的流体进行加热并使该流体通过该箱体；以及

保持构件，其将所述加热器保持在所述箱体的内部，

所述温度开关以将所述加热器的所述发热部夹在所述温度开关与所述保持构件之间的方式安装于所述箱体。

8.根据权利要求7所述的流体加热装置，其中，

所述温度开关在沿着所述发热部的方向上与所述保持构件分开地配置。

9.根据权利要求7或8所述的流体加热装置，其中，

所述加热器形成为将所述发热部以相邻的方式卷绕起来而成的绕线形状，

所述保持构件对卷绕而成的所述加热器的内周进行保持。

10.根据权利要求7或8的流体加热装置，其中，

所述保持构件将所述接触部要插入到相邻的所述一对发热部之间的所述一对发热部中的一个发热部固定，并且以能够使另一个发热部与所述一个发热部分开的方式对所述另一个发热部进行保持。

11.根据权利要求7或8的流体加热装置，其中，

所述发热部具有形成为直线状的直线部和将所述直线部的端部与相邻的另一个所述直线部连结的连结部；

所述接触部与所述直线部相接触，

所述保持构件保持所述直线部。