CN108394255A - 冷却剂加热器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种冷却剂加热器。更具体地说，本发明提供了这样一种冷却剂加热器，该冷却剂加热器能够通过将冷却剂加热器和水泵彼此集成而使安装空间和重量最小化并且能够提高冷却剂加热器和控制冷却剂输送器的控制器的冷却效率。

Description

冷却剂加热器
技术领域
如下公开涉及一种冷却剂加热器。更具体地说，如下公开涉及这样一种冷却剂加热器，该冷却剂加热器能够通过将冷却剂加热器和水泵彼此集成而使安装空间和重量最小化并且能够提高冷却剂加热器和控制冷却剂输送器的控制器的冷却效率。
背景技术
具有使用诸如汽油或柴油之类的能量源作为驱动源的发动机的车辆是当前最为普通类型的车辆，但是由于用于车辆的这种能量源具有各种问题(如环境污染问题以及油储量减少)，对于新能量源的需要逐渐增加。因而，当前实际上正在使用或正在研发电动车辆、混合动力汽车和燃料电池车辆。
然而，与具有使用油作为能量源的发动机的传统车辆不同，使用冷却剂的加热系统可能不适应于电动车辆、混合动力汽车和燃料电池车辆，或者难以将加热系统应用于电动车辆、混合动力汽车和燃料电池车辆。也就是说，具有使用油作为能量源的发动机作为驱动源的传统车辆在发动机中产生非常大量的热，包括用于冷却发动机的冷却剂循环系统，并且利用由冷却剂从发动机吸收的热用于车内加热。然而，由于诸如由发动机产生的热之类的大量热不是在电动车辆、混合动力汽车和燃料电池车辆中的驱动源中产生的，因此这种传统加热系统在电动车辆、混合动力汽车和燃料电池车辆中的使用受到限制。
因此，已经进行了各种研究，例如，给电动车辆、混合动力汽车和燃料电池车辆的空调系统增加热泵，从而使用该热泵作为热源，或者包括诸如电加热器之类的单独热源。在这些方案当中，由于电加热器可以更容易地加热冷却剂而对空调系统没有太大影响，现在广泛使用这种电加热器。
这里，电加热器的示例包括用于直接加热吹送到车辆内的空气的加热空气加热器以及用于加热冷却剂的加热冷却剂加热器(或冷却剂加热器)。
在这些当中，在燃料电池车辆中用来加热冷却剂的传统感应式冷却剂加热器被构造成使得将高频发生器30电连接至产生电力的燃料电池组10，高频发生器30以围绕由金属材料(该金属材料为磁性物质)形成的冷却剂流动管2的外表面缠绕的线圈的形式形成，通过在利用燃料电池组10的电力在感应线圈31中流过交流电流时变化的磁场而在冷却剂流动管2中产生涡流，冷却剂流动管2可以通过焦耳热而被加热，并且经过该冷却剂流动管2的冷却剂可以相应地被加热，如图1和图2所示。
然而，在传统的感应式冷却剂加热器中，当流入冷却剂加热器的入口的冷却剂与加热元件接触时产生气泡，因此，当气泡浮上来时，流入冷却剂的流动受到阻碍，由此增加了冷却剂的流动阻力并且降低了热交换效率。另外，由于难以对控制冷却剂加热器的控制器进行冷却，所以存在控制器无法有效冷却的缺点。另外，由于需要用于循环冷却剂的单独水泵，所以还存在冷却剂管线和总成结构增加并且结构变得复杂的缺点。
[现有技术文献]
[专利文献]
韩国专利公开说明书No.2011-0075118(2011年7月6日公开，名称为“THEEXHAUSTION APPARATUS OF SURPLUS ELECTRIC ENERGY FOR VEHICLE(用于车辆的剩余电能耗损设备)”)
发明内容
本发明的实施方式旨在提供一种冷却剂加热器。更具体地说，提供这样一种冷却剂加热器，该冷却剂加热器能够通过将冷却剂加热器和水泵彼此集成而使安装空间和重量最小化并且能够提高冷却剂加热器和控制冷却剂输送器的控制器的冷却效率。
在一个总体方面中，一种冷却剂加热器包括：加热器壳体(100)，所述加热器壳体(100)包括：包括第二空间部分(142)的第一加热器壳体(110)，其中所述第二空间部分(142)的一侧的一部分区域在所述加热器壳体(100)的长度方向上向内凹陷；和第二加热器壳体(120)，所述第二加热器壳体(120)在其宽度方向上联接至所述第一加热器壳体(110)，所述加热器壳体(100)具有通过所述第一加热器壳体(110)和所述第二加热器壳体(120)之间的联接而在所述加热器壳体(100)中形成的第一空间部分(141)；加热装置(200)，所述加热装置(200)插入地联接至所述第二空间部分(142)，其中所述第二空间部分(142)的一侧的外表面在水平方向上的宽度方向上敞开；加热器罩(300)，所述加热器罩(300)联接至所述第二空间部分(142)的外表面，从而使所述加热装置(200)容纳在所述第二空间部分(142)中；冷却剂输送器(400)，所述冷却剂输送器(400)联接并固定在所述第一空间部分(141)内并且通过压力输送冷却剂，所述第一空间部分(141)位于所述第一加热器壳体(110)的内侧中在长度方向上相邻于所述第二空间部分(142)的区域处；冷却剂输送器控制器(510)，所述冷却剂输送器控制器(510)布置在所述冷却剂输送器(400)的、所述第二加热器壳体(120)所在一侧的表面上，并且控制所述冷却剂输送器(400)；以及加热器控制器(520)，所述加热器控制器(520)布置在所述第一加热器壳体(110)的形成所述第二空间部分(142)的内侧表面上，并且控制在所述第一空间部分(141)中的所述加热装置(200)。
在所述冷却剂加热器(1)中，供冷却剂流入的入口管(151)可以形成在所述第一加热器壳体(100)处，供冷却剂排出的出口管(152)可以形成在所述加热器罩(300)处，并且连通孔(153)可以形成为贯穿所述第一加热器壳体(110)的形成所述第二空间部分(142)的所述表面的一部分区域。
在所述冷却剂加热器(1)中，所述入口管(151)可以形成在所述加热器壳体(100)的所述第一空间部分(141)所在区域的下侧，并且所述出口管(152)可以形成在所述加热器罩(300)的上侧区域中。
在所述冷却剂加热器(1)中，所述冷却剂可以通过所述入口管(151)流入所述第一空间部分(141)，通过所述冷却剂输送器(400)的操作以恒定流速穿过所述连通孔(153)以移动到所述第二空间部分(142)，从下侧方向到上侧方向经过所述加热装置(200)，然后排出到所述出口管(152)。
所述加热装置(200)可以包括联接至高度方向上的上表面和下表面的第一底座(210)和第二底座(220)。
在所述冷却剂加热器(1)中，在所述第二空间部分(142)的内圆周表面中可以形成有底座插入凹槽(160)，从而在水平方向上将所述第一底座(210)和所述第二底座(220)插入地固定至所述第二空间部分(142)。
在所述冷却剂加热器(1)中，所述第二加热器壳体(120)可以由金属材料形成，并且所述冷却剂输送器控制器的电气元件(511，512)可以与所述第二加热器壳体进行表面接触。
所述第二加热器壳体(120)可以对应于所述冷却剂输送器控制器(510)的在宽度方向上突出的所述电气元件(511，512)。
在所述冷却剂加热器(1)中，导热并绝缘的绝缘材料可以被施加到所述冷却剂输送器控制器(510)和所述第二加热器壳体(120)彼此表面接触的表面上。
所述第一加热器壳体(110)可以包括通过将所述第一空间部分(141)的固定所述冷却剂输送器(400)的区域向外突出而形成的冷却剂流动部分(111)。
所述冷却剂加热器(1)可以包括：凸缘部分(410)，所述凸缘部分(410)从所述冷却剂输送器(400)的第一加热器壳体(110)侧的端部的外圆周表面突出；和冷却剂输送器罩(420)，所述冷却剂输送器罩(420)插入到所述冷却剂输送器(400)的外圆周表面内并且联接至所述凸缘部分(410)，并且所述冷却剂输送器罩(420)和所述凸缘部分(410)可以被固定至所述冷却剂流动部分(111)的内侧边缘表面。
所述冷却剂加热器(1)可以进一步包括位于所述凸缘部分(410)和所述冷却剂流动部分(111)的所述内侧边缘表面之间的密封构件(600)。
在所述冷却剂加热器(1)中，所述第一加热器壳体(110)可以由金属材料形成，并且所述加热器控制器(520)的电气元件可以与所述第一加热器壳体(110)的形成所述第二空间部分(142)的内侧表面进行表面接触。
附图说明
图1和图2是示出传统冷却剂加热器的示意图和剖视图。
图3是示出根据本发明的一个示例性实施方式的冷却剂加热器的立体图。
图4和图5是示出根据本发明的一个示例性实施方式的冷却剂加热器的分解立体图。
图6是示出根据本发明的一个示例性实施方式的冷却剂加热器的正剖视图。
图7是示出根据本发明的一个示例性实施方式的冷却剂加热器的平面图。
图8是沿着图7的方向AA’截取的剖视图。
[主要元件的详细描述]
1：冷却剂加热器
100：加热器壳体
110：第一加热器壳体 111：冷却剂流动部分
120：第二加热器壳体
141：第一空间部分 142：第二空间部分
151：入口管 152：出口管
153：连通孔
160：底座插入凹槽
200：加热装置
210：第一底座 220：第二底座
300：加热器罩
400：冷却剂输送器
410：凸缘部分 420：冷却剂输送器罩
510：冷却剂输送器控制器
520：加热器控制器
511、512、521：电气元件
600：密封构件
具体实施方式
下面，将参照附图详细描述如上所述的根据本发明的一个示例性实施方式的冷却剂加热器。
本发明涉及一种冷却剂加热器1，该冷却剂加热器1能够通过将冷却剂加热器1和水泵彼此集成而使安装空间和重量最小化，并且能够提高冷却剂加热器1和用于控制冷却剂输送器400的控制器的冷却作用。
图3至图5图示了根据本发明的一个示例性实施方式的冷却剂加热器1的立体图和分解立体图。
如图3至图5所示，根据本发明的一个示例性实施方式的冷却剂加热器1总体上包括加热器壳体100、加热装置200、加热器罩300、冷却剂输送器400、冷却剂输送器控制器510和加热器控制器520。
首先，加热器壳体100包括：第一加热器壳体110，第一加热器壳体110包括第二空间部分142，其中该第二空间部分142的一侧的一部分区域在加热器壳体100的长度方向上向内凹陷；和第二加热器壳体120，第二加热器壳体120在其宽度方向上联接至第一加热器壳体110，并且该加热器壳体具有通过第一加热器壳体110和第二加热器壳体120之间的联接而在加热器壳体100中形成的第一空间部分141。
第一空间部分141是容纳冷却剂输送器400的空间，而第二空间部分142是容纳加热装置200并且以其外表面敞开的状态形成的空间。
也就是说，加热装置200插入地联接至第二空间部分142，其中该第二空间部分142的一侧的外表面在水平方向上敞开。
加热装置200可以示例性地包括感应线圈201和加热元件202，加热元件202由感应线圈201感应加热。
这里，作为由感应线圈201感应加热的部分的加热元件202由磁性物质的圆筒状金属形成，并且通过交流电流流过其中时产生的涡流而被加热。
感应线圈201可以以线圈弹簧的形式形成，该线圈弹簧在圆周方向上围绕加热元件202的外圆周表面缠绕多次，并且与加热元件202的外圆周表面紧密接触，从线圈的卷绕部分延伸的延伸线路电连接至下面将要描述的加热器控制器520。
在这种情况下，加热元件还可以设置于感应线圈的上侧或下侧，并且不限于上述形式，而是可以进行各种修改。
另外，加热装置200包括联接至高度方向上的上表面和下表面的第一底座210和第二底座220。
也就是说，第一底座210和第二底座220联接并固定至感应线圈以及加热元件的两个端部，并且底座插入凹槽160可以形成在第二空间部分142的内圆周表面中，从而在水平方向上将第一底座210和第二底座220插入地固定至第二空间部分142。
因此，通过将形成在高度方向上的两个端部处的第一底座210和第二底座220插入到底座插入凹槽160中，然后在水平方向上推动第一底座210和第二底座220，将加热装置200联接至第二空间部分142。
第一底座210和第二底座220联接并固定至加热装置200的两个端部，并且可以形成为使得除了联接至感应线圈和加热元件的区域之外的剩余区域敞开，从而不会中断流入加热装置200的冷却剂流。
接下来，将加热器罩300联接至第二空间部分142。加热器罩300联接至第二空间部分142的外表面。加热器罩300是在加热装置200容纳在第二空间部分142中之后覆盖第二空间部分142的罩。
布置在供冷却剂流入的流动路径上并且用来通过压力输送冷却剂的冷却剂输送器400联接并固定至第一空间部分141的预定位置。
举例来说，冷却剂输送器400可以是水泵。
冷却剂输送器控制器510布置在冷却剂输送器400的、第二加热器壳体120所在一侧的表面上，控制冷却剂输送器400的操作。冷却剂输送器控制器510可以包括电气元件(诸如多个开关元件511和电容器512)，并且由于在冷却剂输送器400的操作期间产生热而需要对这些开关元件511和电容器512进行冷却。
因此，在根据本发明的示例性实施方式的冷却剂加热器1中，第二加热器壳体120由金属材料形成，并且冷却剂输送器控制器510的电气元件511和512与第二加热器壳体120表面接触，从而第二加热器壳体120用作散热器，并且可以在不增加单独构造的情况下对冷却剂输送器控制器510进行冷却。
在这种情况下，第二加热器壳体120可以向外突出，以对应于冷却剂输送器控制器510的在宽度方向上突出的元件，即开关元件或电容器。
另外，在第二加热器壳体120的、与冷却剂输送器控制器510表面接触的表面上进一步形成有多个肋，由此改善加热性能。
另外，在冷却剂加热器1中，在冷却剂输送器控制器510和第二加热器壳体120彼此表面接触的表面上施加能够很好地传递热并且能够热轧的绝缘材料。绝缘材料也可以是热油脂或热垫，并且可以修改成其它材料。
同时，如图6和图7所示，在冷却剂加热器1中，供冷却剂流入的入口管151可以形成在加热器壳体100处，供排出冷却剂的出口管152可以形成在加热器罩300处，并且连通孔153可以形成为贯穿第一加热器壳体110的形成第二空间部分142的表面的一部分区域。
这里，在冷却剂加热器1中，入口管151可以形成在加热器壳体100的第一空间部分141所在的区域的下侧，而出口管152可以形成在加热器罩300的上侧区域中。
这里，在与加热元件进行热交换的同时在上方向上流动的冷却剂在加热装置200的上部处产生大量气泡，这是因为温度在出口管152(出口管152处于加热装置200的上侧)的前端处最高。因此，根据本发明，尽管产生气泡，但是由于这些气泡可以通过出口管152顺利地排出，并且冷却剂的流动方向和气泡的排出方向在加热元件附近处都在相同的上方向上，由此可以防止气泡回流，减少冷却剂的流动阻力，并提高热交换效率。
因此，冷却剂加热器1被构造成使得通过形成在第一加热器壳体110的第一空间部分141的下侧的入口管151流入冷却剂加热器1的冷却剂通过冷却剂输送器400在第一空间部分141中旋转，在具有恒定流动速度的同时经过连通孔153，流入第二空间部分142，与加热装置200的加热元件接触，向上流动，然后通过形成在加热器罩300的上侧的出口管152排出。
另外，在冷却剂加热器1中，流入第二空间部分142的冷却剂穿过加热装置200并从下方向向上方向流动，供冷却剂可以从下方向向上方向流动的间隙空间也可以形成在加热装置200的外部区域中。
这是为了在第一加热器壳体110由金属材料形成时通过与第二空间部分142中流动的冷却剂进行热传导来进行冷却，并且加热器控制器520的电气元件与第一加热器壳体110的形成第二空间部分142的内侧表面进行表面接触。
加热器控制器520布置在第一加热器壳体110的形成第二空间部分142的内侧表面上并且控制位于第一空间部分141中的加热装置200，并且包括作为多个开关元件的电气元件521，其中由于开关元件的加热温度为高于90℃(该温度为冷却剂的最大温度)的125℃，因此可以通过与冷却剂进行热交换而对开关元件进行冷却。
因此，根据本发明的一个示例性实施方式的冷却剂加热器1可以有效地冷却用于控制冷却剂输送器400的冷却剂输送器控制器510以及加热器控制器520，而无需增加单独的热交换器。
同时，如图3所示，第一加热器壳体110包括通过将第一空间部分141的固定冷却剂输送器400的区域向外突出而形成的冷却剂流动部分111。
冷却剂流动部分111是通过入口管151吸入第一空间部分141内的冷却剂流动的空间，并且还是连通孔153所在的区域。
如图5所示，冷却剂加热器1进一步包括从冷却剂输送器400的第一加热器壳体110侧的端部的外圆周表面突出的凸缘部分410以及插入到冷却剂输送器400的外圆周表面并联接至凸缘部分410的冷却剂输送器罩420，其中冷却剂输送器罩420和凸缘部分410固定至形成有冷却剂流动部分111的区域的第一加热器壳体110的内侧。
在这种情况下，冷却剂加热器1可以进一步包括位于凸缘部分410和冷却剂流动部分111的内侧表面之间的密封构件600。
更详细地说，冷却剂输送器罩420将形成在冷却剂输送器400上的凸缘部分410固定至第一加热器壳体110的冷却剂流动部分111的内侧以将冷却剂输送器400的位置固定，并压缩设置在凸缘部分410和冷却剂流动部分111之间的密封构件600，并且将输送器400的后部空间与冷却剂流动部分111的空间彼此分离开。
因而，在冷却剂流动部分111中流动的冷却剂具有这样的路径，其中在冷却剂流动部分111中流动的冷却剂不流入冷却剂输送器400的后部中，而是经由第二空间部分142通过出口管152全部排出。
将大体描述根据本发明的一个示例性实施方式的冷却剂加热器1的操作。
首先，利用压力通过入口管151输送的冷却剂穿过连通孔153流过第一空间部分141的冷却剂流动部分111，并流入第二空间部分142内。
接下来，冷却剂通过在第二空间部分142的加热装置200中在上方向上的流动操作与加热元件进行热交换而被加热，对加热器控制器520的与第二空间部分142的外壁表面接触的开关元件进行冷却，并且最终通过出口管152排出。
在该操作期间，冷却剂输送器控制器510的电气元件(即开关元件或电容器)通过与第二加热器壳体120表面接触而被冷却。
因此，在根据本发明的示例性实施方式的冷却剂加热器1中，由于用于循环冷却剂的水泵与冷却剂加热器1集成，因此可以使包括水泵和冷却剂加热器1的安装空间和重量最小化，并且由于水泵壳体和托架与加热器的外壳集成，可以降低制造成本。
另外，根据本发明的示例性实施方式的冷却剂加热器1可以有效地冷却用于控制冷却剂输送器400的冷却剂输送器控制器510以及用于控制加热装置200的加热器控制器520。
在根据本发明的示例性实施方式的冷却剂加热器中，由于用于循环冷却剂的水泵与冷却剂加热器彼此集成，因此可以使包括水泵和冷却剂的安装空间和重量最小化，并且由于水泵壳体和托架与加热器的外壳集成，可以降低制造成本。
另外，根据本发明的示例性实施方式的冷却剂加热器可以有效地冷却用于控制冷却剂输送器的冷却剂输送器控制器以及用于控制加热装置的加热器控制器。
更详细地说，根据本发明，位于冷却剂输送器控制器所在一侧的第二加热器壳体由导热材料制成以用作散热器，由此无需增加单独构造就可以对冷却剂输送器控制器进行冷却，并且加热器控制器的电气元件与由导热材料制成的第一加热器壳体表面接触，由此通过与第二空间部分中流动的冷却剂进行的热传导对加热器控制器进行冷却。
另外，根据本发明，由于流入与冷却剂输送器相邻的加热器壳体的冷却剂被冷却剂输送器的叶轮吸入，立即流入第二空间部分中而没有压力下降，经过加热装置，然后排出，所以可以以高流速供应冷却剂，并且与加热装置的热交换也是有利的。
另外，根据本发明，由于冷却剂流入加热装置的下侧，向上流动，然后排出，因此可以防止气泡回流，降低冷却剂流动阻力，并提高冷却效率。
本发明不限于以上提到的示例性实施方式，而是可以以各种方式实施，并且在不脱离在权利要求中要求保护的本发明的精神的情况下可以由本发明所属领域的技术人员进行各种修改。

Claims (13)

1.一种冷却剂加热器，所述冷却剂加热器包括：
加热器壳体，所述加热器壳体包括：包括第二空间部分的第一加热器壳体；和第二加热器壳体，所述第二加热器壳体联接至所述第一加热器壳体，所述加热器壳体具有通过所述第一加热器壳体和所述第二加热器壳体之间的联接而在所述加热器壳体中形成的第一空间部分；
加热装置，所述加热装置插入地联接至所述第二空间部分；
加热器罩，所述加热器罩联接至所述第二空间部分的外表面，从而使所述加热装置容纳在所述第二空间部分中；
冷却剂输送器，所述冷却剂输送器联接并固定到所述第一空间部分内并且通过压力输送冷却剂，所述第一空间部分位于所述第一加热器壳体的内侧中相邻于所述第二空间部分的区域处；
冷却剂输送器控制器，所述冷却剂输送器控制器布置在所述冷却剂输送器的、所述第二加热器壳体所在一侧的表面上，并且控制所述冷却剂输送器；以及
加热器控制器，所述加热器控制器布置在所述第一加热器壳体的形成所述第二空间部分的内侧表面上，并且控制在所述第一空间部分中的所述加热装置。
2.根据权利要求1所述的冷却剂加热器，其中，在所述冷却剂加热器中，供冷却剂流入的入口管形成在所述第一加热器壳体处；
供冷却剂排出的出口管形成在所述加热器罩处；并且
连通孔形成为贯穿所述第一加热器壳体的形成所述第二空间部分的所述表面的一部分区域。
3.根据权利要求2所述的冷却剂加热器，其中，在所述冷却剂加热器中，所述入口管形成在所述加热器壳体的所述第一空间部分所在区域的下侧；并且
所述出口管形成在所述加热器罩的上侧区域中。
4.根据权利要求3所述的冷却剂加热器，其中，在所述冷却剂加热器中，所述冷却剂通过所述入口管流入所述第一空间部分，通过所述冷却剂输送器的操作以恒定流速穿过所述连通孔以移动到所述第二空间部分，从下侧方向到上侧方向穿过所述加热装置，然后排出到所述出口管。
5.根据权利要求1所述的冷却剂加热器，其中，所述加热装置包括联接至高度方向上的上表面和下表面的第一底座和第二底座。
6.根据权利要求5所述的冷却剂加热器，其中，在所述冷却剂加热器中，在所述第二空间部分的内圆周表面中形成有底座插入凹槽，从而在水平方向上将所述第一底座和所述第二底座插入地固定至所述第二空间部分。
7.根据权利要求1所述的冷却剂加热器，其中，在所述冷却剂加热器中，所述第二加热器壳体由金属材料形成；并且
所述冷却剂输送器控制器的电气元件与所述第二加热器壳体进行表面接触。
8.根据权利要求7所述的冷却剂加热器，其中，所述第二加热器壳体对应于所述冷却剂输送器控制器的在宽度方向上突出的所述电气元件。
9.根据权利要求8所述的冷却剂加热器，其中，在所述冷却剂加热器中，导热并绝缘的绝缘材料被施加到所述冷却剂输送器控制器和所述第二加热器壳体彼此表面接触的表面上。
10.根据权利要求1所述的冷却剂加热器，其中，所述第一加热器壳体包括通过将所述第一空间部分的固定所述冷却剂输送器的区域向外突出而形成的冷却剂流动部分。
11.根据权利要求10所述的冷却剂加热器，其中，所述冷却剂加热器包括：凸缘部分，所述凸缘部分从所述冷却剂输送器的第一加热器壳体侧的端部的外圆周表面突出；和冷却剂输送器罩，所述冷却剂输送器罩插入到所述冷却剂输送器的外圆周表面内并且联接至所述凸缘部分；并且
所述冷却剂输送器罩和所述凸缘部分被固定至所述冷却剂流动部分的内侧边缘表面。
12.根据权利要求11所述的冷却剂加热器，其中，所述冷却剂加热器进一步包括位于所述凸缘部分和所述冷却剂流动部分的所述内侧边缘表面之间的密封构件。
13.根据权利要求1所述的冷却剂加热器，其中，在所述冷却剂加热器中，所述第一加热器壳体由金属材料形成；并且
所述加热器控制器的电气元件与所述第一加热器壳体的形成所述第二空间部分的内侧表面进行表面接触。
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