TW201334615A - 用於加熱元件、加熱器的冷卻與固定體及製造冷卻與固定體的方法 - Google Patents

用於加熱元件、加熱器的冷卻與固定體及製造冷卻與固定體的方法 Download PDF

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Abstract

本發明係關於冷卻與固定體，用於加熱元件(10)，尤指PTC加熱元件，冷卻與固定體具有加熱元件支撐體(11)，且該等加熱元件(10)被夾在加熱元件支撐體中。本發明特徵係為加熱元件支撐體(11)具有分佈於其周圍方向的複數固定區域(15)，且至少一加熱元件(10)設置於每一該等固定區域中，其中該等固定區域(15)形成於外部(13)與設置於外部(13)中的內部(14)間，及外部(13)至少具有一多邊形輪廓，該多邊形輪廓具有藉由側部(19b)而被接合的複數隅角(19a)，其中該等固定區域(15)設置於該多邊形輪廓的隅角(19a)中，且該多邊形輪廓的側部(19b)係彈性地變形以產生夾持力而作用在各該加熱元件(10)上。

Description

用於加熱元件、加熱器的冷卻與固定體及製造冷卻與固定體的方法
本發明係關於一種冷卻與固定體，其係用於加熱元件，尤指PTC加熱元件，一加熱器具有如此之冷卻與固定體以及一種製造如此之冷卻與固定體的方法。一種用於加熱元件的冷卻與固定體具有揭露在DE 10 2006 018 151 A1的申請專利範圍第1項之前言部分的特徵。
在控制櫃中，舉例來說，溫度的改變會導致冷凝水的形成，並連同灰塵與腐蝕性氣體而會造成腐蝕。由於漏電流或閃絡(flashover)使得故障的風險因而增加。加熱器或風扇式加熱器，尤指PTC半導體加熱器，其受到可靠性與耐久性方面之高度需求，因此為了位於該控制櫃中的組件之完善運作，該等加熱器被使用以一貫地確保最佳的氣候條件。
這樣的加熱器通常係安裝有電子加熱元件。一方面，這些加熱元件的固定體應能夠有好的熱傳遞，另一方面，有一貫地安全的固定。基於該等操作條件，頻繁與較大之溫度的改變可導致材料老化而造成材料疲勞，且因此降低固定加熱元件之固定力。因此使該熱傳遞惡化。若該固定功能完全喪失，則結果甚至可能造成設備的整體故障。
DE 196 04 218 A1描述具有一PTC元件之習知加熱器的例子，其中該PTC元件係固定在設置於中心的一矩形凹部中。一雙楔配置(double wedge arrangement)被提供於該凹部中，該雙楔配置可以藉由一調整螺絲而被移動以改變該雙楔配置的寬度。該PTC元件因此可以被卡於該凹部中。該雙楔配置係複雜的，且無法消除由於材料疲勞所造成的夾持力下降之問題。為了防止上述問題，該雙楔配置將必須藉由運用該螺絲來調整。
此習知裝置的改善係揭露於再度提及該申請人之一般的DE 2006 018 151 A1中。在此例中，該加熱元件係配置於一熱交換器的設置於中心之凹部，其中該凹部的內接觸面平坦地置於該加熱元件上。在安裝該加熱元件之後，將達成該固定力，以使該熱交換器之側壁係被向內彎曲，以減少該凹部的接觸面之間的間隙。因此，配置於該等接觸面之間的加熱元件係被穩固地夾持。緊固件係為穩固的一固定體，其傳遞持續高的一固定力，且因此無須重新調整，而自該加熱元件傳遞持續良好的熱傳遞至該熱交換器。然而，該等側壁的彎曲將導致該壁材的塑性變形，且因為頻繁的溫度變化，所以該壁材的塑性變形對於該固定條件來說不是最理想的。
因此，本發明的目的係改善於一開始時提到之類型的一冷卻與固定體之功效，該功效為儘管頻繁的溫度變化，仍達成用於在該冷卻與固定體中的加熱元件或複數加熱元件之一安全固定體。本發明的目的亦說明一種具有如此的冷卻與固定體之加熱器，以及一種製造如此的冷卻與固定體之方法。
根據本發明，上述目的係藉由如申請專利範圍第1項之冷卻與固定體、如申請專利範圍第11項之加熱器以及如申請專利範圍第12項之方法 來達成。
本發明係基於說明一冷卻與固定體的概念，該冷卻與固定體係用於加熱元件，尤指電子加熱元件，尤指PTC加熱元件，該冷卻與固定體具有一加熱元件支撐體，其中該等加熱元件係被夾在該加熱元件支撐體中。該加熱元件支撐體具有分佈於其周圍方向的複數固定區域，且至少一加熱元件係設置於該等固定區域的每一者中。該等固定區域係形成於一外部與設置於該外部中的一內部(14)之間。該外部至少具有一多邊形輪廓，該多邊形輪廓具有藉由側部(19b)而被接合的複數隅角(19a)。該等固定區域係設置於該多邊形輪廓的隅角中。該多邊形輪廓的側部(19b)係彈性地變形以產生一夾持力(clamping force)而作用在相應的加熱元件上。
不同於習知藉由塑性變形來達成夾持該等加熱元件，根據本發明的多邊形輪廓之側部係為彈性地變形。此意指該變形發生在虎克直線(Hooke’s straight line)的範圍內，且該變形與在該多邊形輪廓中產生的應力成比例。由於低於該彈性限度的變形，使得夾持加熱元件在該加熱元件支撐體之固定區域中所具有的夾持力係為最佳化。相較於塑性變形，可以防止由於材料老化而發生的安裝固定。儘管溫度改變，固定加熱元件所具有的夾持力係維持恆定或至少基本上恆定。由於恆定的夾持力，而可以達成自該等加熱元件至該冷卻與固定體之材料的實質上恆定熱傳遞。該彈性變形導致擠壓該等加熱元件所具有的力係如同一彈簧力般作用。而不需要重新調整接觸力或夾持力。
如同一多邊形輪廓的外部之配置至少具有提升加熱性能的優點，且無需額外夾持元件而可能夾持該等加熱元件。除去該等夾持元件能使該冷卻與固定體為一簡潔設計。不同於先前技術，並不提供單一中心設置之一固 定區域，而是提供分佈於該外部之周圍方向的複數固定區域。因此，在該冷卻與固定體中的熱輸出(thermal output)係分散地更好，而使散熱有效率。該等加熱元件的組裝係藉由該內部與多邊之外部的結合而被簡化。如同一多邊輪廓的外部之配置具有另一優點，即可以被製造，例如藉由押出成型(extrusion)。
在一較佳具體實施例中，該多邊形輪廓的隅角形成適合該等加熱元件的形狀之夾持表面，尤指平坦的夾持表面，因而達成特別好的熱傳遞。平坦之夾持表面特別相當地合適使用以PTC電阻器的形式之平坦的加熱元件，其中該等PTC電阻器係直接接合至該外部與該內部，而導致熱傳遞的進一步改善。有可能是其他的夾持支撐體，尤指具有輪廓的夾持支撐體。
該外部的壁厚度在該多邊形輪廓的隅角之區域中係大於在該多邊形輪廓的側部之區域中。因此，實際上，散熱可以在該等隅角或該等夾持表面中達成。
該多邊形輪廓的側部較佳係配置成凹的、凸的或平的。此造成組裝該等加熱元件的各種可能，尤指用於引入該組裝力的各種可能。
該多邊形輪廓的側部之厚度可在周圍方向上變化，尤指朝向該等隅角減少。因此，在組裝期間所引入的力被改善，上述的引入發生在該等側部的中心區域，尤指每一側部的頂端。該力係沿著縱軸的方向被線性地引入。由於在該中心區域的壁厚度或側部厚度的最大化或者在該頂端的壁厚度或側部厚度之最大化，被引入的力被安全地傳遞至該側部的邊緣區域，以達成最大彈性變形。
該內部具有對應該多邊形輪廓的隅角數量之固定表面數量，該等固定表面係用於該等加熱元件。該等夾持表面的結合，結果係用於該等加熱 元件的一支撐物，該等加熱元件係在兩側上皆為平坦，因此確保牢固的一機械式固定裝置與在加熱元件與裝置之間良好的一熱連接。
該內部較佳地具有一多邊形輪廓，該多邊形輪廓係具有藉由側部而被接合的複數隅角，其中該等固定表面對應該等隅角。
在一較佳具體實施例中，該等固定表面係僅藉由該多邊形輪廓的側部來徑向地向內支撐。因此，該內部的形狀與該等固定表面的位置係由於該等側部的彈性而為可變的。該內部本身係可移動的。為了擴大介於該內部與該外部之間的組裝間隙，該等固定表面可以藉由作用在該多邊形輪廓的側部之適當方向的一組裝力而可被徑向地向內移動。在向外凸狀彎曲的側部之例子中，該組裝力或延展力由內向外作用。該等側部係被擠壓向外，且徑向地向內拉該等固定表面。在向外凹狀彎曲的側部之例子中，該組裝力或延展力由外向內作用。該等側部係被擠壓向內，且徑向地向內拉該等固定表面。
另外，該等固定表面係藉由桿體來支撐，其中該等桿體之每一者沿著徑向方向向內延伸。與上面提到的具體實施例相比，該內部的一相對堅固的形狀因而達成。在組裝期間，該等固定表面的位置係相對地穩固。此外，該等桿體擴大該等表面，以有效的散熱與改善該內部的穩定性。
在一特別較佳的具體實施例中，該等加熱元件包括PTC電阻器，其係設置於該等固定區域中，且直接接合至該外部與該內部，尤指電性接合與熱接合。該等PTC電阻器直接連接至該外部與該內部而改善該等加熱元件與該冷卻與固定體之間的熱傳遞。另外，有可能以本身已知之PTC匣(PTC cartridge)的形式來設置加熱元件在該等固定區域中。具有絕緣金屬薄片與單獨電極的一具體實施例，係可想到用於保護等級2的應用。
在另一較佳的具體實施例中，至少三個加熱元間係環繞分佈在該外部的周圍，尤指對稱地分佈。加熱元件的數量導致一靜態定義系統(statically defined system)，其除此之外為自定中心。較多數量的加熱元件係有可能的。
可以提供設置於該徑向方向的複數層之加熱元件以提升加熱性能，其中至少一中間部係設置於該外部與該內部之間。一方面，該等固定區域係配置在該內部與該中間部之間，且另一方面係配置在該中間部與該外部之間。配置在該內部與該中間部的固定區域形成加熱元件的一第一內層。配置在該中間部與該外部的固定區域容納加熱元件之一第二層，其中該等加熱元件係徑向地進一步向外設置。加熱層的數量可以藉由進一步的中間層之設置而相對地增加。三層、四層或更多層係可想到的，其中該等個別加熱層的中間部之每一者係相應地構成。
在本發明的範圍內，具有根據本發明的一冷卻與固定體之一加熱器係同時被揭露與主張範圍。該冷卻與固定體的一軸向端係接合至一風扇，以此種方式使得空氣可以縱向流過該冷卻與固定體，上述之空氣係冷卻該加熱元件且傳遞熱至所需的位置，例如在一控制櫃中。由於內部與外部的設置與該風扇的結合，可能確保在操作中該內部相較於該外部較熱，且在操作期間，由於該內部的熱膨脹，該夾持力同時增加。
該冷卻與固定體可以被設置於隔絕外殼(insulated housing)內。此具體實施例特別適用於該PTC電阻器係直接接合至該外部及/或該內部的例子中。
在本發明的範圍內，進一步揭露一種製造根據本發明之冷卻與固定體的方法，且該外部的直徑擴大而用於緊密配合。為了擴大直徑，該外部 被加熱及/或被以一組裝力碰撞，其中該組裝力係分別徑向地向內或向外作用在多邊形輪廓的側部上。該等多邊側部係由於該組裝力而彈性變形。該等個別元件，即該內部、該等加熱元件與在剖面中擴大的外部接著被組裝，以此種方式使得該等加熱元件係被設置於該等相應的固定區域中。此後，該外部被冷卻及/或減輕壓力，使得其收縮配合至該等加熱元件上，並以相同的接觸力固定所有該等加熱元件。在根據本發明之方法的範圍內，該外部的組裝可以僅藉由熱收縮配合的方法、僅藉由夾持元件之機械的彈性變形的方法或藉由該直徑之熱擴大與機械擴大之結合的方法之任一者而達成。
10‧‧‧加熱元件
10a‧‧‧PTC電阻器
10b‧‧‧PTC匣
11‧‧‧加熱元件支撐體
12‧‧‧接觸面
13‧‧‧外部
14‧‧‧內部
15‧‧‧固定區域
16‧‧‧夾持表面
17‧‧‧固定表面
18‧‧‧夾持部
19‧‧‧隅角
19a‧‧‧隅角
19b‧‧‧側部
19a’‧‧‧隅角
19b’‧‧‧側部
20‧‧‧桿體
21‧‧‧腳部
22‧‧‧內圓柱體
23‧‧‧中間部
24‧‧‧軸向端
25‧‧‧風扇
26‧‧‧配合裝置
27‧‧‧外殼
L‧‧‧箭頭
M‧‧‧箭頭
R‧‧‧半徑
S‧‧‧線段
本發明係基於具體實施例並參照相關之示意圖以揭露更詳細的進一步特點。如下顯示：
第1圖為根據依照本發明具有單一之一周圍層的加熱元件之一具體實施例的一冷卻與固定體之立體圖。
第2圖為根據第1圖的冷卻與固定體之前視圖。
第3圖為根據依據本發明具有二周圍層的加熱元件之更一具體實施例的一冷卻與固定體之立體圖。
第4圖為根據第3圖的冷卻與固定體之前視圖。
第5圖為根據第3圖的冷卻與固定體之立體圖，且該冷卻與固定體的軸向端係接合至一風扇，且該冷卻與固定體的加熱元件之內層具有一配合裝置(mating aid)。
第6圖為根據另一具體實施例的一冷卻與固定體之立體圖，其中該加熱元件係配置成為PTC匣(PTC cartridge)。
第7圖為根據第6圖的冷卻與固定體之前視圖。
第8圖為根據第6圖之具有一配合裝置的冷卻與固定體之立體圖。
第9圖為根據第8圖的冷卻與固定體之部分示意圖。
第10圖為被一加熱器的隔絕外殼所圍繞之根據第6圖的冷卻與固定體之立體圖。
第11圖為一冷卻與固定體的外部之立體圖，該冷卻與固定體之多邊側部具有延著周圍方向改變的一壁厚度。
第12圖為具有凹面之一多邊形輪廓的一內部之立體圖。
第13圖為具有凸面之一多邊形輪廓的一內部之立體圖。
為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：
通常根據本發明，該最佳運動裝置包括一導軌及一導軌托架以滑動方式安裝於其上。該導軌包括一長形導軌托架，一支柱，及一穩定支撐構件。請參考第1圖與第2圖，運動裝置10包括一導軌12及一導軌托架14。導軌12包括一長形導軌構件16，其一端連接至一支柱20。穩定支撐構件17最好系安裝至導軌12，以限制運動裝置10之橫向移動。
本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧加熱元件
10a‧‧‧PTC電阻器
11‧‧‧加熱元件支撐體
12‧‧‧接觸面
13‧‧‧外部
14‧‧‧內部
15‧‧‧固定區域
16‧‧‧夾持表面
17‧‧‧固定表面
18‧‧‧夾持部
19a‧‧‧隅角
19b‧‧‧側部
19a’‧‧‧隅角
19b’‧‧‧側部
20‧‧‧桿體
21‧‧‧腳部
22‧‧‧內圓柱體

Claims (12)

  1. 一種冷卻與固定體，其係用於加熱元件，尤指PTC加熱元件，該冷卻與固定體具有一加熱元件支撐體(11)，且該等加熱元件(10)係被夾在該加熱元件支撐體中，其中該冷卻與固定體的特徵在於：該加熱元件支撐體(11)具有分佈於其周圍方向的複數固定區域(15)，且至少一加熱元件(10)係設置於該等固定區域的每一者中，其中- 該等固定區域(15)係形成於一外部(13)與設置於該外部(13)中的一內部(14)之間，以及- 該外部(13)至少具有一多邊形輪廓，該多邊形輪廓具有藉由側部(19b)而被接合的複數隅角(19a)，其中該等固定區域(15)係設置於該多邊形輪廓的隅角(19a)中，且該多邊形輪廓的側部(19b)係彈性地變形以產生一夾持力(clamping force)而作用在各該加熱元件(10)上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之冷卻與固定體，其中該多邊形輪廓的隅角(19a)形成適合該等加熱元件(10)的形狀之夾持表面(16)，尤指平坦的夾持表面。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之冷卻與固定體，其中該外部(13)的壁厚度在該多邊形輪廓的隅角(19a)之區域中係大於在該多邊形輪廓的側部(19b)之區域中。
  4. 如前述申請專利範圍任一項所述之冷卻與固定體，其中該多邊形輪廓的側部(19b)係配置成為凹的、凸的或平的。
  5. 如前述申請專利範圍任一項所述之冷卻與固定體，其中該多邊形輪廓的側部(19b)之厚度在該周圍方向上變化，尤指朝著該等隅角(19a)減少。
  6. 如前述申請專利範圍任一項所述之冷卻與固定體，其中該內部(14)具有對應該多邊形輪廓的隅角(19b)數量之固定表面(17)數量，該等固定表面(17)係用於該等加熱元件(10)。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之冷卻與固定體，其中該內部(14)具有藉由側部(19b’)而被接合的複數隅角(19a’)所形成之一多邊形輪廓，其中該等固定表面(17)對應該等隅角(19a’)。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之冷卻與固定體，其中該等固定表面(17)係僅藉由該多邊形輪廓的側部(19b’)來徑向地向內支撐，或是該等固定表面(17)係藉由桿體(20)來支撐，其中該等桿體(20)之每一者在徑向方向上向內延伸。
  9. 如前述申請專利範圍任一項所述之冷卻與固定體，其中至少三個加熱元件(10)係環繞分佈在周圍。
  10. 如前述申請專利範圍任一項所述之冷卻與固定體，其中提供設置於徑向方向的複數層之加熱元件(10)，其中至少一中間部(23)係設置於該外部(13)與該內部(14)之間，其中內層的固定區域(15)係配置於該內部(14)與該中間部(23)之間，且外層的固定區域(15)係配置於該中間部(23)與該外部(13)之間。
  11. 一種具有如前述申請專利範圍任一項所述之冷卻與固定體的加熱器，其中該支撐體之一軸向端(24)係接合至一風扇(25)，以此種方式使得空氣可以縱向流過該冷卻與固定體。
  12. 一種製造如申請專利範圍第1項所述之冷卻與固定體的方法，且該冷卻與固定體之外部(13)的直徑係擴大而用於緊密配合，其中- 該外部(13)被加熱及/或被以一組裝力碰撞，且彈性地變形，其中該組裝力係分別徑向地向內或向外作用在該多邊形輪廓的側部(19b)上； - 接著，該內部(14)、該等加熱元件(10)與該外部(13)係被組裝，以此種方式使得該等加熱元件(10)在組裝之後被設置於該等固定區域(15)中；以及- 接著，該外部(13)係被冷卻及/或減輕壓力。
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