車両の流体ヒータ
【解決手段】本発明は車両の流体ヒータに属する。本発明は、特に、少なくとも一つの熱交換器（８）と、少なくとも一つの電気的に作動する加熱部（９）と、加熱部（９）への電力供給を制御するための少なくとも一つの制御部とを備え、熱交換器（８）は、流体を加熱するための少なくとも一つの流体チャンネル（１５）を規定する少なくとも一つの熱的に伝導性のボディを備え、加熱部（９）は、熱交換器（８）の熱伝導性表面に取り付けられる、自動車のウォーターヒータに属する。本発明に従った車両の流体ヒータは、熱的に伝導性の金属片（３０）により、熱交換器（８）に熱的に接続される制御部を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両の流体ヒータについて言及し、特に自動車のウォーターヒータについて言及し、少なくとも一つの熱交換器と、少なくとも一つの電気的に作動する加熱部と、加熱部への電力供給を制御するための少なくとも一つの制御部とを備え、熱交換器は、流体を加熱するための少なくとも一つの流体チャンネルを規定する少なくとも一つの熱的に伝導性のボディを備え、加熱部は、熱交換器の熱伝導性表面に取り付けられる。
【背景技術】
【０００２】
先に言及した種類の自動車のウォーターヒータは、例えばＵＳ２００８／０１３８０５２Ａ１に開示されている。この米国特許公開公報は、蓄積された雪と霜を溶かすために自動車のフロントガラスの上へスプレーされることができる温水を生成することができる自動車のフロントガラスへのアプリケーションを有する自動車のウォーターヒータについて言及する。先行技術に従った自動車のウォーターヒータは、熱される水が流れ得る少なくとも１本の流体経路を定めるアルミニウム熱交換器からなる。熱交換器の熱伝導性表面は、電気的に作動する加熱部に与えられる。加熱部は、プレート電極に接続される層状に積層された加熱片を備えている。さらに、加熱部は電気−熱材料としてＰＴＣストーン（正温度特性を備えたセラミック抵抗部材）を用いる。
【０００３】
一旦電力が加熱部に印加されると、セラミックレジスタは加熱し、それらの熱を熱される水または他の流体が流れ得る熱伝導性熱交換器に移す。
【０００４】
このタイプの自動車のウォーターヒータは、６０℃から７０℃の間の予めプログラムされた目標温度の要求に応じて熱せられたスクリーン洗浄を供給するように設計されている。通常６０〜８０ｃｃのオーダーで、熱交換器によって定義されるフローチャンネルまたはフローパスは、特定の流体ボリュームを定める。そして、それは例えば車の点火に関して６０℃〜７０℃の目標温度に加熱される。一旦スクリーン洗浄液が目標温度に達すると、自動車のスクリーン洗浄クリーニング装置の洗浄液ポンプは、車のフロントガラスの上へスクリーン洗浄液の一連の熱いショットを出す。
【０００５】
通常、システムの起動後、熱交換器の目標温度の範囲内に比較的短い時間の範囲内で到達することが望ましい。抵抗発熱体には、通常、指定された熱的なパフォーマンスを成し遂げるだけの電気的ヒーティングパワーを発生させるために、高い電流が引かれる。
【０００６】
加熱部の熱損失と動作を制御するために、通常、例えば制御基板や回路基板といった電気的制御手段が必要である。通常、制御基板の上のいくつかの電気的コンポーネントは冷却が必要である。特に高性能半導体素子は、それら素子がかなりの量の熱損失を引き起こすという事実があることから、冷却が必要である。熱損失を分散するために、通常、ヒートシンクが必要とされる。そのようなヒートシンクは、通常、熱分散のために広い表面を有することから、そのようなヒートシンクは大きなスペースを必要とする。車両の流体ヒータが集積部として設計されるならば、これはとりわけ欠点となろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、シンプルであって安価でもある電気的制御のための効果的なクーリングを伴う車両の流体ヒータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的及び他の目的は、少なくとも一つの熱交換器と、少なくとも一つの電気的に作動する加熱部と、加熱部への電力供給を制御するための少なくとも一つの制御部とを備え、熱交換器は、流体を加熱するための少なくとも一つの流体チャンネルを規定する少なくとも一つの熱的に導電性のボディを備え、加熱部は、熱交換器の熱伝導性表面に取り付けられ、制御部は熱交換器に熱的に接続されることを特徴とする車両の流体ヒータ、特に自動車のウォーターヒータにより達成される。
【０００９】
簡潔に要約するに、本発明に従った車両の流体ヒータは、制御部のための熱分散手段と一緒に流体のための熱交換器を利用する。従って、付加的な冷却手段は必要とされない。さらに、加熱部の効率は高められ、より少ないエネルギーは、流体の予め定められた量を必要とする。
【００１０】
一つの有利な実施形態において、制御部はヒートシンクによって熱交換器に接続される。熱交換器はヒートシンクとしても機能するという事実に起因してヒートシンクはとても小さくシンプルである。
【００１１】
従って、ヒートシンクは熱的に伝導性の金属片の形をとっている。そのような金属片は、例えば銅或いはアルミニウム片として設計されてよい。
【００１２】
制御部は制御基板の上に配置されてよい。あるいは、制御部は熱交換器及び／又は加熱部に直接的に取り付けられてもよい。この場合において、制御部と熱交換器の間には、電気的に絶縁の材料による中間層が提供される。
【００１３】
本発明の一つの実施形態において、熱交換器、少なくとも一つの関連した加熱部と制御部は、共通の筺体により被包されてよい。
【００１４】
前記制御部は、スイッチング部、好ましくはトランジスタ、より好ましくはＭＯＳＦＥＴであり、前記ヒートシンクに熱的に伝導されていてよい。動作中の高性能トランジスタには、とても高い電流が引かれており、したがって、非常に速くそれ自体を加熱する。ＭＯＳＦＥＴは、やはり熱交換器の熱伝導性表面に付着されるヒートシンクに直接的に位置している。
【００１５】
本発明は、添付図面に関して例示の目的で以下に記述される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は自動車のスクリーン洗浄装置を示す。
【図２】図２は本発明に従った車両の流体ヒータの透視図を示す。
【図３】図３は閉じた状態の熱交換器の透視図を示す。
【図４ａ】図４ａはシーリングカバーなしの熱交換器の透視図を示す。
【図４ｂ】図４ｂは本発明の他の実施形態に従った熱交換器の透視図を示す。
【図５】図５は加熱部の透視図を示す。
【図６ａ】図６ａは左右方向の車両の流体ヒータの断面図を示す。
【図６ｂ】図６ｂは車両の流体ヒータの断面図を示す。
【図７】図７は図６の車両の流体ヒータの右手側の拡大断面図を示す。
【図８】図８は図６の車両の流体ヒータの左手側の拡大断面図を示す。
【図９ａ】図９ａは熱交換器に電気的制御の回路基板の接続を示している車両の流体ヒータのもう一つの拡大断面図を示す。
【図９ｂ】図９ｂは図４ｂに示す実施形態に従った車両の流体ヒータのもう一つの拡大断面図を示す。
【図１０】図１０は本発明に従った車両の流体ヒータの分解図を示す。
【図１１】図１１は制御アセンブリとの組合せで過熱要素の機能図を示す。
【図１２】図１２はサンプリングレジスタの電圧を測定する測定回路の回路図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、洗浄液リザーバ１と、洗浄液ポンプ２と、車両の流体ヒータ３と、不図示の自動車のフロントガラスと関連するスクリーン洗浄ノズル４を備えた車両のためのフロントガラススクリーン洗浄装置の概略図を示す。通常のスクリーン洗浄動作の間、洗浄液は、電気的に作動するポンプ２により、洗浄液リザーバ１から車両のフロントガラスへと汲み出される。洗浄液は、ヘッドランプやリアランプ、或いは他のスクリーンに洗浄のために供給されることは理解されているところである。洗浄液は、車両の流体ヒータ３に吸水ポートを介して入り、排水ポート６を介して放出される。これは図１から見られるように、吸水ポート５はフレキシブルホース７により洗浄液ポンプ２に接続されている。同様に、排水ポート６は他のフレキシブルホース７により洗浄液ノズル４に接続されている。図１はスクリーン洗浄装置を例示したに過ぎず、簡略化されている。
【００１８】
洗浄液リザーバは、通常は、−４０℃から４０℃のオーダーとなり得る大気温度にて洗浄液を収容している。車両の流体ヒータ３は、詳細は後に後述するとして、６０から７０ｃｃの間の量の流体を収容してよい。車両の流体ヒータ３は、５０から７０℃の間の予めプログラムされた目標温度、より好ましくは洗浄液の全ての冬の混合液に通常見られるアルコールの気化温度を下回る温度の要求に応じてスクリーン洗浄液を熱するように設計されている。車両のイグニションを回転すると、車両の流体ヒータは目標温度となるように熱せられるように設計されている。これは、車両のキャビンにてＬＥＤにより視覚化される。ユーザが要求に応じて霜取りするか、霜取りモードを自動的に開始させるか、どちらかである。車両のキャビンの中の霜取りスイッチがすぐに押されると、ヒーターモジュールは、一般的に４から６ショット、熱せられたスクリーン洗浄液の一連の熱いショットを分配するために、順番に洗浄液ポンプ２に信号を送るワイパー制御装置に、信号を送る。ワイパーは、またこの時点では、クリーニングプロセスを助けるために、動作させられる。
【００１９】
車両の流体ヒータは、熱交換器８と、電気的に作動される加熱部９と、電気的な制御基板１０を備え、全ての部品は共通の筺体１１により被包されている。筺体１１は、本体１１ａ、第１エンドキャップ１１ｂ、及び第２エンドキャップ１１ｃと称される３つの部品を備えている。第１及び第２エンドキャップ１１ｂ、１１ｃはスナップ式コネクタ１２を介して本体１１ａに接続されている。
【００２０】
筺体は、熱可塑性材料で構成されてよく、例えば射出成形により作られてよい。
【００２１】
これは特に図２から取り出されることができるが、第２エンドキャップ１１ｃは一つが吸水ポート５と連絡し、他の一つが排水ポート６と連絡する管継手１３を備えている。第１エンドキャップ１１ａは、車両の流体ヒータ３の電気的な接続を確立するターミナルコネクタ１４を備えている。
【００２２】
これは、図３，４ａ及び４ｂより見られることができるように、車両の流体ヒータの中央部分は、熱交換器8の前後の端を閉めているシーリングカバー１６ａ及び１６ｂの助けによって順番に熱交換器8内に流入させている流体チャンネル１５を定めている押し出されたアルミニウム・プロフィールから成る熱交換器８である。
【００２３】
単純さのためのために読者と向き合っている図３に示される熱交換器８の前記サイドは、フロントエンドと称される更なる説明であるのに対して、熱交換器８の反対サイドはリアエンドとしてアドレスされる。シーリングカバー１６は、熱交換器のフロント及びリアエンドのためにシーリング機能を実現し、流体チャンネル１５の隣り合ったセクションをシーリングする。
【００２４】
これは図６ｂから取り出されることができるが、流体チャンネル１５ａは流体チャンネル１５ｂと比較してシーリングカバー１６ａによってシーリングされる熱交換器８のフロントエンドであるのに対して、熱交換器８のリアエンドではシーリングカバー１６ｂは流体チャンネル１５ａと流体チャンネル１５ｂの間の流体接続を確立する。さらに、熱交換器８のフロントエンドで、流体チャンネル１５ｃが流体チャンネル１５ｄと比較してシーリングされるのに対して、流体チャンネル１５ｂは流体チャンネル１５ｃと連絡する。
【００２５】
さらに、シーリングカバー１６ａは、吸水口１７ａと排水口１７ｂを備えている。
【００２６】
シーリングカバー１６ａ，１６ｂは、天然或いは人口のゴムのような伸縮自在で変形可能な材料からなり、これは前述したように、冷凍状態の洗浄液のボリュームチェンジを補償するために、仕切板或いは膜のように機能する。シーリングカバー１６ａ，ｂは、例えば以下に更に詳細に記述されるように、記述された実施形態では、熱交換器のフロント及びリアエンドの上へゆるくフィットされ、筺体１１により所定の位置に保たれる。
【００２７】
押し出しアルミニウムの外形により作られる熱交換器８の中の連続して延びる流体チャンネル１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄを定義するために、シーリングカバー１６ａ及び１６ｂは仕切板タイプのブリッジング部材５０ａ及び５０ｂを備え、シーリングカバー１６ａは流体チャンネル１５ｂ及び１５ｃに相互に接続される一つのブリッジング部材５０ａを備え、シーリングカバー１６ｂは２つのブリッジングメンバー５０ｂを備え、一つは流体チャンネル１５ａ及び１５ｂに接続され、他の一つは流体チャンネル１５ｃ及び１５ｄに接続されている。仕切板タイプのブリッジング部材５０ａ，５０ｂは、周辺を取り巻くシーリングリム５１により囲まれている。
【００２８】
切断面にて図６ｂからより詳細に見られることができるように、シーリングリム５１は排水溝５２と吸水溝５３を定める。排水溝５２がマウントされたときに本体１１ａの第１及び第２エンドキャップ１１ｂ及び１１ｃの位置決めウェブ５４を受けるのに対して、吸水溝５３は流体チャンネル１５ａ，１５ｂ，１５ｃ及び１５ｄの周辺の壁を密閉的に受ける。結果的には、ブリッジング部材５０ａ及び５０ｂは凍結した洗浄液が原因で収縮するだろう。シーリングリム５１はエンドキャップ１１ｂ，１１ｃの位置決めウェブ５４により定位置に正確に保たれる。このように、シーリングカバー１６ａ及び１６ｂのシーリング機能をはっきりと生じることなく、流体の拡大／収縮を許す。
【００２９】
前述したように、熱交換器８はアルミニウムのような熱的な伝導性材料から作られる。熱交換器８の側面において、加熱部９は与えられる。電気的に作動する加熱部９は熱回復可能なシリコン接着剤により熱交換器に付着される。それら加熱部９はラミネート構造を利用している。好ましい実施形態では、加熱部８は抵抗率の正温度係数（PTCR；positive temperature coefficient of resistivity）を備えたセラミックレジスタを利用するが、加熱部９は、熱電気特性を有する高分子抵抗材料からなるヒーティングストリップ、或いは熱−電気特性を有する、被包性あるいはそうでない、ヒーティングワイヤの形をとり得るものとして理解されている。
【００３０】
一つの好ましい実施形態において、加熱部（図５）は、セラミックエレメントを支持する薄板状のフレーム１９と、カソード接触板２１と、カソード接触板２１と関連して図示されているアノード接触板２２とを備える。
【００３１】
フレーム１９の中には、その機能は後に説明される隙間２３がある。
【００３２】
加熱部９は、一つまたはそれ以上の正温度係数セラミックレジスタヒーティングエレメント２０と、後ほどＰＴＣストーン２０として言及するが、ＰＴＣストーン２０に例えば１３Ｖの電気を伝導するためのカソード接触板２１とアノード接触板２２と、を備える。アノード接触板２２／アノードターミナルは熱交換器８に接触し、接触板部分はポジションフレーム１９により位置が固定されるＰＴＣストーン２０のアノードサイドをカバーする。カソードターミナル／接触板２１は、ＰＴＣストーン２０のカソードサイドに接するようになっており、それによって、全てのＰＴＣストーンは並列に接続される。
【００３３】
このデザインのために、熱交換器８はグランド（ＧＮＤ）に接続され、その結果、流体の中に蓄積される正電気はそらされてよい。
【００３４】
ＰＴＣストーン２０は、それらの総合温度に反比例する導電率を有する半導体である。従って、加熱部９が冷たい間、ＰＴＣストーン２０の導電率は高く、ＰＴＣストーン２０には高い電流が流れ、それによって多くの熱エネルギーを生成する。その一方、ＰＴＣストーン２０の温度が上がると、ＰＴＣストーン２０の導電率は劇的に落ち込み、その結果、少ない熱のみを生成する。その結果、ＰＴＣストーン２０が自己の目標温度を維持しているときから（熱的自己規制）、ヒーティングエレメントとしてＰＴＣストーン２０を用いている加熱部９は、サーモスタットやサーモヒューズによる保護を必要としない。ＰＴＣストーン２０は例えば６５℃或いは１３５℃の、異なる目標温度で利用することができる。
【００３５】
グラフ１は、ＰＴＣストーン２０の抵抗（Ｒ）対ＰＴＣストーン２０の実温度（ＴHE）を示す。前述したように、ＰＴＣストーン２０が冷たい場合には、その抵抗（Ｒ）は低い。高い電流がＰＴＣストーン２０に流れる結果、ＰＴＣストーン２０を熱する多くの熱エネルギーが生成される。グラフ１からわかるように、ＰＴＣストーン２０の抵抗（Ｒ）は、その実温度（ＴHE）の増加で増加する。ＰＴＣストーン２０の実温度（ＴHE）が最大温度に等しくなると、ＰＴＣストーン２０の抵抗（Ｒ）はＰＴＣストーン２０の実温度（ＴHE）の減少に従って減少し始める。高い電流がＰＴＣストーン２０に流れ、ＰＴＣストーン２０を再びヒートアップする結果、ＰＴＣストーン２０の抵抗（Ｒ）の減少を招く。同様に、グラフ２からわかるように、ＰＴＣストーン２０を流れる電流（Ｉ）はその実温度（ＴHE）の増加により減少する。それ故に、より少ない熱エネルギーが生成される。このメカニズムを用いて、ＰＴＣストーン２０は、その最大温度を特定の目標温度に制限する。
【００３６】
ヒーティングアプリケーションにおいて、一定の周囲条件の下、電流消費がＰＴＣストーン２０の熱消費レートと等しくなると、ＰＴＣストーン２０は平衡状態に到達する。
【００３７】
例えば、より多くの熱消費（冷却）は平衡状態のＰＴＣストーン２０のより高い電流消費を導くが、ＰＴＣストーン２０は、周辺条件の中でそれらの電流消費が平衡状態に到達するように採用する。
【００３８】
一旦、パワーがＰＴＣストーン２０に加えられると、それらは直ちにそれらの目標温度に到達するように試みる。開始時には温度は急激に上昇するが、ＰＴＣストーン２０の実温度（ＴHE）の増加に伴い、増加の割合はスローダウンする。ＰＴＣストーン２０の実温度（ＴHE）とその時間の関係は、グラフ３に示される。
【００３９】
一つの好ましい実施形態では、加熱部９は、スクリーン洗浄液を例えば６５℃といった目標温度に熱するように設計されている。これは、目標温度６５℃のＰＴＣストーン２０を用いることにより成し遂げられる。ＰＴＣストーン２０をそれらの目標温度に熱するためには、それ由来してスクリーン洗浄液をこの目標温度に熱するためには、長い時間が必要とされる。熱せられたスクリーン洗浄液は蓄積された雪や霜を除去するために、及び暖かい季節の間はクリーンング効果を向上させるために、用いられる。
【００４０】
他の実施形態に従い、１３５℃の目標温度のＰＴＣストーン２０はＰＴＣストーン２０を熱するのに必要とされる時間を短縮するのに用いられる。これは、ＰＴＣストーン２０は温度の増加率が高い範囲内で作動するので、ＰＴＣストーン２０を目標温度である６５℃に熱するのに必要な時間を短縮する。制御装置１０を備えたＰＴＣストーン２０の機能部は図１１に示される。
【００４１】
制御装置１０は、制御部３１とスイッチング部３２とを備える。第１のステップにおいて、ＰＴＣストーン２０の現在の抵抗が測定される。これは、後に説明されるように、ＰＴＣストーン２０の抵抗測定により、或いはサンプリングレジスタ３４の電圧／電流測定により成し遂げられる。制御部３１、好ましくはマイクロプロセッサは、この測定の結果を、比較チャート或いはアルゴリズムによってＰＴＣストーン２０の実温度にマッピングする。ＰＴＣストーン２０の実温度は、その後、調整可能な目標温度、この実施形態では６５℃、と比較される。次のステップにおいて、制御部３１は、調整可能なパルス幅の制御信号３３を生成する。制御信号３３のパルス幅は、ＰＴＣストーン２０の実温度によって決まる。制御信号３３は、ＰＴＣストーン２０への電気の伝導性を制御するスイッチング部３２を制御する。この実施形態では、スイッチング部３２はＭＯＳＦＥＴにより構成されている。制御信号３３のｏｎサイクルの間、スイッチング部３３はＰＴＣストーン２０に電力を供給する。その結果、ＰＴＣストーン２０は更に熱せられる。制御信号３３のｏｆｆサイクルの間、スイッチング部３２によりＰＴＣストーン２０に電力は供給されない。故に、ＰＴＣストーン２０は更に熱せられない。制御部３１は、ＰＴＣストーン２０の温度が上昇したとき、制御信号３３のｏｎサイクルを削減する。このメカニズムを用いて、ＰＴＣストーン２０の実温度は例えば６５℃に制限される。
【００４２】
グラフ４は、調整可能なパルス幅の模範的な制御信号３３を示す。見られるように、制御信号３３は、リタンギュラー（retangular）なインパルスからなる。初めに、ＰＴＣストーン２０の最初のヒーティングの間、制御信号３３はｏｆｆサイクルではなくｏｎサイクルのみからなる。ＰＴＣストーン２０が６５℃の調整可能な目標温度に到達すると、制御部３１は、ＰＴＣストーン２０のヒーティングを低くするために、制御信号３３のパルス幅を小さくする。結果的にＰＴＣストーン２０が６５℃の調整可能な温度を上回ると、制御部２０は、ＰＴＣストーン２０が更にヒートアップしないように、ｏｆｆサイクルのみからなる制御信号３３を生成する。ＰＴＣストーン２０の温度が６５℃を下回ると、制御部３１はＰＴＣストーン２０をヒートアップするために、制御信号３３のパルス幅を再び増加させる。
【００４３】
前述したように、第１ステップにおいて、ＰＴＣストーン２０の現在の抵抗は測定される。これは、この実施形態においては１３ｍΩ（図１２参照）の抵抗を有するサンプリングレジスタ３４での電圧測定によって成し遂げられる。このサンプリングレジスタ３４は、ＰＴＣストーン２０のシリーズに接続されている。ＰＴＣストーン２０とサンプリングレジスタ３４の直列接続への入力電圧が固定されると、サンプリングレジスタ３４での電圧降下は直接的にＰＴＣストーン２０の抵抗に比例する。サンプリングレジスタ３４での降下する電圧はオペアンプ３５により増幅される。当業者に知られるように、増幅率は抵抗３６，３７，３８により定義される。サンプリングレジスタ３５で降下した測定され増幅された電圧は制御部３１にパスされる。制御部３１は、サンプリングレジスタ３５で降下したこの増幅した電圧を、比較チャート或いはアルゴリズムを用いて、ＰＴＣストーン２０の実温度にマッピングする。
【００４４】
図６ａを参照して、筺体１１は熱交換コンパートメント２４と制御基板コンパートメント２５を有し、熱交換器８と同様に制御基板１０はハウジング１１により完全に被包されていることがわかる。ハウジング１１の熱交換コンパートメント２５は、熱交換器８にゆるくフィットされる収縮自在で変形可能なシーリングカバー１６ａ，１６ｂが、例えば洗浄液の中の霜取り物質の濃度が十分に高くないときに起こるかもしれない洗浄液の相変化の上で収縮するかもしれない、フロントキャビティ２６及びリアキャビティ２７を、それにより定義する。
【００４５】
シーリングカバー１６ａ，ｂの仕切板タイプの特性に起因して、最良の凍結保護は補償されることが理解されている。
【００４６】
これは図７，８からわかるように、シーリングカバー１６ａ及び１６ｂは筺体１１により位置が保たれるように、シーリングカバー１６ａ及び１６ｂは筺体１１に対して接触する。
【００４７】
代替案として、シーリングカバー１６ａ，１６ｂは、接着剤或いは別の方法により熱交換器８に支持される。この場合、筺体を必要としない。
【００４８】
これは、図６ａ及び６ｂからわかるように、熱交換器のフロントエンドにてシーリングカバー１６ａが筺体１１の第２エンドキャップ１１ｃに対して接触するのに対して、後方を向くシーリングカバー１６ｂは熱交換コンパートメント２４の中の筺体の一部に対して接触する。フロントキャビティ２６及びリアキャビティ２７の中、フォーム支持部材２８は配置される。このフォーム支持部材２８は弾力のある閉じた個室の発砲体を作る。
【００４９】
また図６ａからもわかるように、第１エンドキャップは車両の流体ヒータの電気的接続のためのサーマルコネクタを備えている。
【００５０】
電力は制御基板１０の上に配置されたＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を介して供給される。さらに、制御基板において、参照符号により指定されていないマイクロコントローラが配置されている。
【００５１】
ＭＯＳＦＥＴ２９の利用は、半導体素子２０の電力制御のために利点があることは証明されている。
【００５２】
本発明に従い、処理の間にＭＯＳＦＥＴ２９により浪費される熱は熱交換器の外側の表面に導かれる。一つの実施形態では（図９ａ）、処理の間にＭＯＳＦＥＴ２９により浪費される熱はヒートシンクを介して熱交換器の外側の表面に導かれる。図９ａに従った実施形態のヒートシンクは弾力のある導電性の金属片３０として設計されている。金属片３０は、例えば銅あるいは他の熱的に伝導性のある材料により作られている。金属片３０は、熱交換器８の一つの側面１８に直接的に接着されている。この目的から、一つの加熱部９の一つのフレーム１９に隙間２３が提供されている。
【００５３】
図４ｂ及び９ｂに示される実施形態において、ＭＯＳＦＥＴ２９により浪費される熱が、熱交換器及び／又は加熱部に直接的に送られるように、及びその上、洗浄液を熱するのに利用されるように、ＭＯＳＦＥＴ２９は熱交換器８に直接的に取り付けられている。例えば、ＭＯＳＦＥＴ２９と熱交換器８との間の高い誘電値（例えば、ＡＬ２Ｏ３）をもつ中間層により、ＭＯＳＦＥＴ２９は、好ましくは、熱交換器８の導電性ボディと電気的に分離されている。ＭＯＳＦＥＴ２９は同様にＰＴＣに接続されてよい。回路基板１０への電気的接続は、ターミナルコネクタ５５により確立される。
【００５４】
グラフ１はＰＴＣストーンの抵抗対ＰＴＣストーンの実際の温度を表す。
グラフ２はＰＴＣストーンの中を流れている電流対定電圧のためのＰＴＣストーンの実際の温度を表す。
グラフ３はＰＣＴストーンに電圧が付与された場合の、ＰＴＣストーンの実際の温度対時間を表わす。
グラフ４は、典型的な長方形の形づくられた制御信号を表す。
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【符号の説明】
【００５５】
１ 洗浄液リザーバ
２ 洗浄液ポンプ
３ 車両の流体ヒータ
４ ノズル
５ 吸水ポート
６ 排水ポート
７ ホース
８ 熱交換器
９ 加熱部
１０ 制御基板
１１ 筺体
１１ａ 本体
１１ｂ 第１エンドキャップ
１１ｃ 第２エンドキャップ
１２ スナップ式コネクタ
１３ 管継手
１４ ターミナルコネクタ
１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ 流体チャンネル
１６ａ，１６ｂ シーリングカバー
１７ａ 吸水口
１７ｂ 排水口
１８ 側面
１９ フレーム
２０ セラミックエレメント
２１ カソード接触板
２２ アノード接触板
２３ 隙間
２４ 熱交換コンパートメント
２５ 制御基板コンパートメント
２６ フロントキャビティ
２７ リアキャビティ
２８ 支持部材
２９ ＭＯＳＦＥＴ
３０ 金属片
３１ 制御部
３２ スイッチング部
３３ 制御信号
３４ サンプリングレジスタ
３５ オペアンプ
３６，３７，３８ レジスタ
５０ａ，５０ｂ ブリッジング部材
５１ シーリングリム
５２ 排水溝
５３ 吸水溝
５４ 位置決めウェブ
５５ ターミナルコネクタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両の流体ヒータについて言及し、特に自動車のウォーターヒータについて言及し、少なくとも一つの熱交換器と、少なくとも一つの電気的に作動する加熱部と、加熱部への電力供給を制御するための少なくとも一つの制御部とを備え、熱交換器は、流体を加熱するための少なくとも一つの流体チャンネルを規定する少なくとも一つの熱的に伝導性のボディを備え、加熱部は、熱交換器の熱伝導性表面に取り付けられる。
【背景技術】
【０００２】
先に言及した種類の自動車のウォーターヒータは、例えばＵＳ２００８／０１３８０５２Ａ１に開示されている。この米国特許公開公報は、蓄積された雪と霜を溶かすために自動車のフロントガラスの上へスプレーされることができる温水を生成することができる自動車のフロントガラスへのアプリケーションを有する自動車のウォーターヒータについて言及する。先行技術に従った自動車のウォーターヒータは、熱される水が流れ得る少なくとも１本の流体経路を定めるアルミニウム熱交換器からなる。熱交換器の熱伝導性表面は、電気的に作動する加熱部に与えられる。加熱部は、プレート電極に接続される層状に積層された加熱片を備えている。さらに、加熱部は電気−熱材料としてＰＴＣストーン（正温度特性を備えたセラミック抵抗部材）を用いる。
【０００３】
一旦電力が加熱部に印加されると、セラミックレジスタは加熱し、それらの熱を熱される水または他の流体が流れ得る熱伝導性熱交換器に移す。
【０００４】
このタイプの自動車のウォーターヒータは、６０℃から７０℃の間の予めプログラムされた目標温度の要求に応じて熱せられたスクリーン洗浄を供給するように設計されている。通常６０〜８０ｃｃのオーダーで、熱交換器によって定義されるフローチャンネルまたはフローパスは、特定の流体ボリュームを定める。そして、それは例えば車の点火に関して６０℃〜７０℃の目標温度に加熱される。一旦スクリーン洗浄液が目標温度に達すると、自動車のスクリーン洗浄クリーニング装置の洗浄液ポンプは、車のフロントガラスの上へスクリーン洗浄液の一連の熱いショットを出す。
【０００５】
通常、システムの起動後、熱交換器の目標温度の範囲内に比較的短い時間の範囲内で到達することが望ましい。抵抗発熱体には、通常、指定された熱的なパフォーマンスを成し遂げるだけの電気的ヒーティングパワーを発生させるために、高い電流が引かれる。
【０００６】
加熱部の熱損失と動作を制御するために、通常、例えば制御基板や回路基板といった電気的制御手段が必要である。通常、制御基板の上のいくつかの電気的コンポーネントは冷却が必要である。特に高性能半導体素子は、それら素子がかなりの量の熱損失を引き起こすという事実があることから、冷却が必要である。熱損失を分散するために、通常、ヒートシンクが必要とされる。そのようなヒートシンクは、通常、熱分散のために広い表面を有することから、そのようなヒートシンクは大きなスペースを必要とする。車両の流体ヒータが集積部として設計されるならば、これはとりわけ欠点となろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、シンプルであって安価でもある電気的制御のための効果的なクーリングを伴う車両の流体ヒータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的及び他の目的は、少なくとも一つの熱交換器と、少なくとも一つの電気的に作動する加熱部と、加熱部への電力供給を制御するための少なくとも一つの制御部とを備え、熱交換器は、流体を加熱するための少なくとも一つの流体チャンネルを規定する少なくとも一つの熱的に導電性のボディを備え、加熱部は、熱交換器の熱伝導性表面に取り付けられ、制御部は熱交換器に熱的に接続されることを特徴とする車両の流体ヒータ、特に自動車のウォーターヒータにより達成される。
【０００９】
簡潔に要約するに、本発明に従った車両の流体ヒータは、制御部のための熱分散手段と一緒に流体のための熱交換器を利用する。従って、付加的な冷却手段は必要とされない。さらに、加熱部の効率は高められ、より少ないエネルギーは、流体の予め定められた量を必要とする。
【００１０】
一つの有利な実施形態において、制御部はヒートシンクによって熱交換器に接続される。熱交換器はヒートシンクとしても機能するという事実に起因してヒートシンクはとても小さくシンプルである。
【００１１】
従って、ヒートシンクは熱的に伝導性の金属片の形をとっている。そのような金属片は、例えば銅或いはアルミニウム片として設計されてよい。
【００１２】
制御部は制御基板の上に配置されてよい。あるいは、制御部は熱交換器及び／又は加熱部に直接的に取り付けられてもよい。この場合において、制御部と熱交換器の間には、電気的に絶縁の材料による中間層が提供される。
【００１３】
本発明の一つの実施形態において、熱交換器、少なくとも一つの関連した加熱部と制御部は、共通の筺体により被包されてよい。
【００１４】
前記制御部は、スイッチング部、好ましくはトランジスタ、より好ましくはＭＯＳＦＥＴであり、前記ヒートシンクに熱的に伝導されていてよい。動作中の高性能トランジスタには、とても高い電流が引かれており、したがって、非常に速くそれ自体を加熱する。ＭＯＳＦＥＴは、やはり熱交換器の熱伝導性表面に付着されるヒートシンクに直接的に位置している。
【００１５】
本発明は、添付図面に関して例示の目的で以下に記述される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は自動車のスクリーン洗浄装置を示す。
【図２】図２は本発明に従った車両の流体ヒータの透視図を示す。
【図３】図３は閉じた状態の熱交換器の透視図を示す。
【図４ａ】図４ａはシーリングカバーなしの熱交換器の透視図を示す。
【図４ｂ】図４ｂは本発明の他の実施形態に従った熱交換器の透視図を示す。
【図５】図５は加熱部の透視図を示す。
【図６ａ】図６ａは左右方向の車両の流体ヒータの断面図を示す。
【図６ｂ】図６ｂは車両の流体ヒータの断面図を示す。
【図７】図７は図６の車両の流体ヒータの右手側の拡大断面図を示す。
【図８】図８は図６の車両の流体ヒータの左手側の拡大断面図を示す。
【図９ａ】図９ａは熱交換器に電気的制御の回路基板の接続を示している車両の流体ヒータのもう一つの拡大断面図を示す。
【図９ｂ】図９ｂは図４ｂに示す実施形態に従った車両の流体ヒータのもう一つの拡大断面図を示す。
【図１０】図１０は本発明に従った車両の流体ヒータの分解図を示す。
【図１１】図１１は制御アセンブリとの組合せで過熱要素の機能図を示す。
【図１２】図１２はサンプリングレジスタの電圧を測定する測定回路の回路図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、洗浄液リザーバ１と、洗浄液ポンプ２と、車両の流体ヒータ３と、不図示の自動車のフロントガラスと関連するスクリーン洗浄ノズル４を備えた車両のためのフロントガラススクリーン洗浄装置の概略図を示す。通常のスクリーン洗浄動作の間、洗浄液は、電気的に作動するポンプ２により、洗浄液リザーバ１から車両のフロントガラスへと汲み出される。洗浄液は、ヘッドランプやリアランプ、或いは他のスクリーンに洗浄のために供給されることは理解されているところである。洗浄液は、車両の流体ヒータ３に吸水ポートを介して入り、排水ポート６を介して放出される。これは図１から見られるように、吸水ポート５はフレキシブルホース７により洗浄液ポンプ２に接続されている。同様に、排水ポート６は他のフレキシブルホース７により洗浄液ノズル４に接続されている。図１はスクリーン洗浄装置を例示したに過ぎず、簡略化されている。
【００１８】
洗浄液リザーバは、通常は、−４０℃から４０℃のオーダーとなり得る大気温度にて洗浄液を収容している。車両の流体ヒータ３は、詳細は後に後述するとして、６０から７０ｃｃの間の量の流体を収容してよい。車両の流体ヒータ３は、５０から７０℃の間の予めプログラムされた目標温度、より好ましくは洗浄液の全ての冬の混合液に通常見られるアルコールの気化温度を下回る温度の要求に応じてスクリーン洗浄液を熱するように設計されている。車両のイグニションを回転すると、車両の流体ヒータは目標温度となるように熱せられるように設計されている。これは、車両のキャビンにてＬＥＤにより視覚化される。ユーザが要求に応じて霜取りするか、霜取りモードを自動的に開始させるか、どちらかである。車両のキャビンの中の霜取りスイッチがすぐに押されると、ヒーターモジュールは、一般的に４から６ショット、熱せられたスクリーン洗浄液の一連の熱いショットを分配するために、順番に洗浄液ポンプ２に信号を送るワイパー制御装置に、信号を送る。ワイパーは、またこの時点では、クリーニングプロセスを助けるために、動作させられる。
【００１９】
車両の流体ヒータは、熱交換器８と、電気的に作動される加熱部９と、電気的な制御基板１０を備え、全ての部品は共通の筺体１１により被包されている。筺体１１は、本体１１ａ、第１エンドキャップ１１ｂ、及び第２エンドキャップ１１ｃと称される３つの部品を備えている。第１及び第２エンドキャップ１１ｂ、１１ｃはスナップ式コネクタ１２を介して本体１１ａに接続されている。
【００２０】
筺体は、熱可塑性材料で構成されてよく、例えば射出成形により作られてよい。
【００２１】
これは特に図２から取り出されることができるが、第２エンドキャップ１１ｃは一つが吸水ポート５と連絡し、他の一つが排水ポート６と連絡する管継手１３を備えている。第１エンドキャップ１１ａは、車両の流体ヒータ３の電気的な接続を確立するターミナルコネクタ１４を備えている。
【００２２】
これは、図３，４ａ及び４ｂより見られることができるように、車両の流体ヒータの中央部分は、熱交換器8の前後の端を閉めているシーリングカバー１６ａ及び１６ｂの助けによって順番に熱交換器8内に流入させている流体チャンネル１５を定めている押し出されたアルミニウム・プロフィールから成る熱交換器８である。
【００２３】
単純さのためのために読者と向き合っている図３に示される熱交換器８の前記サイドは、フロントエンドと称される更なる説明であるのに対して、熱交換器８の反対サイドはリアエンドとしてアドレスされる。シーリングカバー１６は、熱交換器のフロント及びリアエンドのためにシーリング機能を実現し、流体チャンネル１５の隣り合ったセクションをシーリングする。
【００２４】
これは図６ｂから取り出されることができるが、流体チャンネル１５ａは流体チャンネル１５ｂと比較してシーリングカバー１６ａによってシーリングされる熱交換器８のフロントエンドであるのに対して、熱交換器８のリアエンドではシーリングカバー１６ｂは流体チャンネル１５ａと流体チャンネル１５ｂの間の流体接続を確立する。さらに、熱交換器８のフロントエンドで、流体チャンネル１５ｃが流体チャンネル１５ｄと比較してシーリングされるのに対して、流体チャンネル１５ｂは流体チャンネル１５ｃと連絡する。
【００２５】
さらに、シーリングカバー１６ａは、吸水口１７ａと排水口１７ｂを備えている。
【００２６】
シーリングカバー１６ａ，１６ｂは、天然或いは人口のゴムのような伸縮自在で変形可能な材料からなり、これは前述したように、冷凍状態の洗浄液のボリュームチェンジを補償するために、仕切板或いは膜のように機能する。シーリングカバー１６ａ，ｂは、例えば以下に更に詳細に記述されるように、記述された実施形態では、熱交換器のフロント及びリアエンドの上へゆるくフィットされ、筺体１１により所定の位置に保たれる。
【００２７】
押し出しアルミニウムの外形により作られる熱交換器８の中の連続して延びる流体チャンネル１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄを定義するために、シーリングカバー１６ａ及び１６ｂは仕切板タイプのブリッジング部材５０ａ及び５０ｂを備え、シーリングカバー１６ａは流体チャンネル１５ｂ及び１５ｃに相互に接続される一つのブリッジング部材５０ａを備え、シーリングカバー１６ｂは２つのブリッジングメンバー５０ｂを備え、一つは流体チャンネル１５ａ及び１５ｂに接続され、他の一つは流体チャンネル１５ｃ及び１５ｄに接続されている。仕切板タイプのブリッジング部材５０ａ，５０ｂは、周辺を取り巻くシーリングリム５１により囲まれている。
【００２８】
切断面にて図６ｂからより詳細に見られることができるように、シーリングリム５１は排水溝５２と吸水溝５３を定める。排水溝５２がマウントされたときに本体１１ａの第１及び第２エンドキャップ１１ｂ及び１１ｃの位置決めウェブ５４を受けるのに対して、吸水溝５３は流体チャンネル１５ａ，１５ｂ，１５ｃ及び１５ｄの周辺の壁を密閉的に受ける。結果的には、ブリッジング部材５０ａ及び５０ｂは凍結した洗浄液が原因で収縮するだろう。シーリングリム５１はエンドキャップ１１ｂ，１１ｃの位置決めウェブ５４により定位置に正確に保たれる。このように、シーリングカバー１６ａ及び１６ｂのシーリング機能をはっきりと生じることなく、流体の拡大／収縮を許す。
【００２９】
前述したように、熱交換器８はアルミニウムのような熱的な伝導性材料から作られる。熱交換器８の側面において、加熱部９は与えられる。電気的に作動する加熱部９は熱回復可能なシリコン接着剤により熱交換器に付着される。それら加熱部９はラミネート構造を利用している。好ましい実施形態では、加熱部８は抵抗率の正温度係数（PTCR；positive temperature coefficient of resistivity）を備えたセラミックレジスタを利用するが、加熱部９は、熱電気特性を有する高分子抵抗材料からなるヒーティングストリップ、或いは熱−電気特性を有する、被包性あるいはそうでない、ヒーティングワイヤの形をとり得るものとして理解されている。
【００３０】
一つの好ましい実施形態において、加熱部（図５）は、セラミックエレメントを支持する薄板状のフレーム１９と、カソード接触板２１と、カソード接触板２１と関連して図示されているアノード接触板２２とを備える。
【００３１】
フレーム１９の中には、その機能は後に説明される隙間２３がある。
【００３２】
加熱部９は、一つまたはそれ以上の正温度係数セラミックレジスタヒーティングエレメント２０と、後ほどＰＴＣストーン２０として言及するが、ＰＴＣストーン２０に例えば１３Ｖの電気を伝導するためのカソード接触板２１とアノード接触板２２と、を備える。アノード接触板２２／アノードターミナルは熱交換器８に接触し、接触板部分はポジションフレーム１９により位置が固定されるＰＴＣストーン２０のアノードサイドをカバーする。カソードターミナル／接触板２１は、ＰＴＣストーン２０のカソードサイドに接するようになっており、それによって、全てのＰＴＣストーンは並列に接続される。
【００３３】
このデザインのために、熱交換器８はグランド（ＧＮＤ）に接続され、その結果、流体の中に蓄積される正電気はそらされてよい。
【００３４】
ＰＴＣストーン２０は、それらの総合温度に反比例する導電率を有する半導体である。従って、加熱部９が冷たい間、ＰＴＣストーン２０の導電率は高く、ＰＴＣストーン２０には高い電流が流れ、それによって多くの熱エネルギーを生成する。その一方、ＰＴＣストーン２０の温度が上がると、ＰＴＣストーン２０の導電率は劇的に落ち込み、その結果、少ない熱のみを生成する。その結果、ＰＴＣストーン２０が自己の目標温度を維持しているときから（熱的自己規制）、ヒーティングエレメントとしてＰＴＣストーン２０を用いている加熱部９は、サーモスタットやサーモヒューズによる保護を必要としない。ＰＴＣストーン２０は例えば６５℃或いは１３５℃の、異なる目標温度で利用することができる。
【００３５】
グラフ１は、ＰＴＣストーン２０の抵抗（Ｒ）対ＰＴＣストーン２０の実温度（ＴHE）を示す。前述したように、ＰＴＣストーン２０が冷たい場合には、その抵抗（Ｒ）は低い。高い電流がＰＴＣストーン２０に流れる結果、ＰＴＣストーン２０を熱する多くの熱エネルギーが生成される。グラフ１からわかるように、ＰＴＣストーン２０の抵抗（Ｒ）は、その実温度（ＴHE）の増加で増加する。ＰＴＣストーン２０の実温度（ＴHE）が最大温度に等しくなると、ＰＴＣストーン２０の抵抗（Ｒ）はＰＴＣストーン２０の実温度（ＴHE）の減少に従って減少し始める。高い電流がＰＴＣストーン２０に流れ、ＰＴＣストーン２０を再びヒートアップする結果、ＰＴＣストーン２０の抵抗（Ｒ）の減少を招く。同様に、グラフ２からわかるように、ＰＴＣストーン２０を流れる電流（Ｉ）はその実温度（ＴHE）の増加により減少する。それ故に、より少ない熱エネルギーが生成される。このメカニズムを用いて、ＰＴＣストーン２０は、その最大温度を特定の目標温度に制限する。
【００３６】
ヒーティングアプリケーションにおいて、一定の周囲条件の下、電流消費がＰＴＣストーン２０の熱消費レートと等しくなると、ＰＴＣストーン２０は平衡状態に到達する。
【００３７】
例えば、より多くの熱消費（冷却）は平衡状態のＰＴＣストーン２０のより高い電流消費を導くが、ＰＴＣストーン２０は、周辺条件の中でそれらの電流消費が平衡状態に到達するように採用する。
【００３８】
一旦、パワーがＰＴＣストーン２０に加えられると、それらは直ちにそれらの目標温度に到達するように試みる。開始時には温度は急激に上昇するが、ＰＴＣストーン２０の実温度（ＴHE）の増加に伴い、増加の割合はスローダウンする。ＰＴＣストーン２０の実温度（ＴHE）とその時間の関係は、グラフ３に示される。
【００３９】
一つの好ましい実施形態では、加熱部９は、スクリーン洗浄液を例えば６５℃といった目標温度に熱するように設計されている。これは、目標温度６５℃のＰＴＣストーン２０を用いることにより成し遂げられる。ＰＴＣストーン２０をそれらの目標温度に熱するためには、それ由来してスクリーン洗浄液をこの目標温度に熱するためには、長い時間が必要とされる。熱せられたスクリーン洗浄液は蓄積された雪や霜を除去するために、及び暖かい季節の間はクリーンング効果を向上させるために、用いられる。
【００４０】
他の実施形態に従い、１３５℃の目標温度のＰＴＣストーン２０はＰＴＣストーン２０を熱するのに必要とされる時間を短縮するのに用いられる。これは、ＰＴＣストーン２０は温度の増加率が高い範囲内で作動するので、ＰＴＣストーン２０を目標温度である６５℃に熱するのに必要な時間を短縮する。制御装置１０を備えたＰＴＣストーン２０の機能部は図１１に示される。
【００４１】
制御装置１０は、制御部３１とスイッチング部３２とを備える。第１のステップにおいて、ＰＴＣストーン２０の現在の抵抗が測定される。これは、後に説明されるように、ＰＴＣストーン２０の抵抗測定により、或いはサンプリングレジスタ３４の電圧／電流測定により成し遂げられる。制御部３１、好ましくはマイクロプロセッサは、この測定の結果を、比較チャート或いはアルゴリズムによってＰＴＣストーン２０の実温度にマッピングする。ＰＴＣストーン２０の実温度は、その後、調整可能な目標温度、この実施形態では６５℃、と比較される。次のステップにおいて、制御部３１は、調整可能なパルス幅の制御信号３３を生成する。制御信号３３のパルス幅は、ＰＴＣストーン２０の実温度によって決まる。制御信号３３は、ＰＴＣストーン２０への電気の伝導性を制御するスイッチング部３２を制御する。この実施形態では、スイッチング部３２はＭＯＳＦＥＴにより構成されている。制御信号３３のｏｎサイクルの間、スイッチング部３３はＰＴＣストーン２０に電力を供給する。その結果、ＰＴＣストーン２０は更に熱せられる。制御信号３３のｏｆｆサイクルの間、スイッチング部３２によりＰＴＣストーン２０に電力は供給されない。故に、ＰＴＣストーン２０は更に熱せられない。制御部３１は、ＰＴＣストーン２０の温度が上昇したとき、制御信号３３のｏｎサイクルを削減する。このメカニズムを用いて、ＰＴＣストーン２０の実温度は例えば６５℃に制限される。
【００４２】
グラフ４は、調整可能なパルス幅の模範的な制御信号３３を示す。見られるように、制御信号３３は、リタンギュラー（retangular）なインパルスからなる。初めに、ＰＴＣストーン２０の最初のヒーティングの間、制御信号３３はｏｆｆサイクルではなくｏｎサイクルのみからなる。ＰＴＣストーン２０が６５℃の調整可能な目標温度に到達すると、制御部３１は、ＰＴＣストーン２０のヒーティングを低くするために、制御信号３３のパルス幅を小さくする。結果的にＰＴＣストーン２０が６５℃の調整可能な温度を上回ると、制御部２０は、ＰＴＣストーン２０が更にヒートアップしないように、ｏｆｆサイクルのみからなる制御信号３３を生成する。ＰＴＣストーン２０の温度が６５℃を下回ると、制御部３１はＰＴＣストーン２０をヒートアップするために、制御信号３３のパルス幅を再び増加させる。
【００４３】
前述したように、第１ステップにおいて、ＰＴＣストーン２０の現在の抵抗は測定される。これは、この実施形態においては１３ｍΩ（図１２参照）の抵抗を有するサンプリングレジスタ３４での電圧測定によって成し遂げられる。このサンプリングレジスタ３４は、ＰＴＣストーン２０のシリーズに接続されている。ＰＴＣストーン２０とサンプリングレジスタ３４の直列接続への入力電圧が固定されると、サンプリングレジスタ３４での電圧降下は直接的にＰＴＣストーン２０の抵抗に比例する。サンプリングレジスタ３４での降下する電圧はオペアンプ３５により増幅される。当業者に知られるように、増幅率は抵抗３６，３７，３８により定義される。サンプリングレジスタ３５で降下した測定され増幅された電圧は制御部３１にパスされる。制御部３１は、サンプリングレジスタ３５で降下したこの増幅した電圧を、比較チャート或いはアルゴリズムを用いて、ＰＴＣストーン２０の実温度にマッピングする。
【００４４】
図６ａを参照して、筺体１１は熱交換コンパートメント２４と制御基板コンパートメント２５を有し、熱交換器８と同様に制御基板１０はハウジング１１により完全に被包されていることがわかる。ハウジング１１の熱交換コンパートメント２５は、熱交換器８にゆるくフィットされる収縮自在で変形可能なシーリングカバー１６ａ，１６ｂが、例えば洗浄液の中の霜取り物質の濃度が十分に高くないときに起こるかもしれない洗浄液の相変化の上で収縮するかもしれない、フロントキャビティ２６及びリアキャビティ２７を、それにより定義する。
【００４５】
シーリングカバー１６ａ，ｂの仕切板タイプの特性に起因して、最良の凍結保護は補償されることが理解されている。
【００４６】
これは図７，８からわかるように、シーリングカバー１６ａ及び１６ｂは筺体１１により位置が保たれるように、シーリングカバー１６ａ及び１６ｂは筺体１１に対して接触する。
【００４７】
代替案として、シーリングカバー１６ａ，１６ｂは、接着剤或いは別の方法により熱交換器８に支持される。この場合、筺体を必要としない。
【００４８】
これは、図６ａ及び６ｂからわかるように、熱交換器のフロントエンドにてシーリングカバー１６ａが筺体１１の第２エンドキャップ１１ｃに対して接触するのに対して、後方を向くシーリングカバー１６ｂは熱交換コンパートメント２４の中の筺体の一部に対して接触する。フロントキャビティ２６及びリアキャビティ２７の中、フォーム支持部材２８は配置される。このフォーム支持部材２８は弾力のある閉じた個室の発砲体を作る。
【００４９】
また図６ａからもわかるように、第１エンドキャップは車両の流体ヒータの電気的接続のためのサーマルコネクタを備えている。
【００５０】
電力は制御基板１０の上に配置されたＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を介して供給される。さらに、制御基板において、参照符号により指定されていないマイクロコントローラが配置されている。
【００５１】
ＭＯＳＦＥＴ２９の利用は、半導体素子２０の電力制御のために利点があることは証明されている。
【００５２】
本発明に従い、処理の間にＭＯＳＦＥＴ２９により浪費される熱は熱交換器の外側の表面に導かれる。一つの実施形態では（図９ａ）、処理の間にＭＯＳＦＥＴ２９により浪費される熱はヒートシンクを介して熱交換器の外側の表面に導かれる。図９ａに従った実施形態のヒートシンクは弾力のある導電性の金属片３０として設計されている。金属片３０は、例えば銅あるいは他の熱的に伝導性のある材料により作られている。金属片３０は、熱交換器８の一つの側面１８に直接的に接着されている。この目的から、一つの加熱部９の一つのフレーム１９に隙間２３が提供されている。
【００５３】
図４ｂ及び９ｂに示される実施形態において、ＭＯＳＦＥＴ２９により浪費される熱が、熱交換器及び／又は加熱部に直接的に送られるように、及びその上、洗浄液を熱するのに利用されるように、ＭＯＳＦＥＴ２９は熱交換器８に直接的に取り付けられている。例えば、ＭＯＳＦＥＴ２９と熱交換器８との間の高い誘電値（例えば、ＡＬ２Ｏ３）をもつ中間層により、ＭＯＳＦＥＴ２９は、好ましくは、熱交換器８の導電性ボディと電気的に分離されている。ＭＯＳＦＥＴ２９は同様にＰＴＣに接続されてよい。回路基板１０への電気的接続は、ターミナルコネクタ５５により確立される。
【００５４】
グラフ１はＰＴＣストーンの抵抗対ＰＴＣストーンの実際の温度を表す。
グラフ２はＰＴＣストーンの中を流れている電流対定電圧のためのＰＴＣストーンの実際の温度を表す。
グラフ３はＰＣＴストーンに電圧が付与された場合の、ＰＴＣストーンの実際の温度対時間を表わす。
グラフ４は、典型的な長方形の形づくられた制御信号を表す。
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【符号の説明】
【００５５】
１ 洗浄液リザーバ
２ 洗浄液ポンプ
３ 車両の流体ヒータ
４ ノズル
５ 吸水ポート
６ 排水ポート
７ ホース
８ 熱交換器
９ 加熱部
１０ 制御基板
１１ 筺体
１１ａ 本体
１１ｂ 第１エンドキャップ
１１ｃ 第２エンドキャップ
１２ スナップ式コネクタ
１３ 管継手
１４ ターミナルコネクタ
１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ 流体チャンネル
１６ａ，１６ｂ シーリングカバー
１７ａ 吸水口
１７ｂ 排水口
１８ 側面
１９ フレーム
２０ セラミックエレメント
２１ カソード接触板
２２ アノード接触板
２３ 隙間
２４ 熱交換コンパートメント
２５ 制御基板コンパートメント
２６ フロントキャビティ
２７ リアキャビティ
２８ 支持部材
２９ ＭＯＳＦＥＴ
３０ 金属片
３１ 制御部
３２ スイッチング部
３３ 制御信号
３４ サンプリングレジスタ
３５ オペアンプ
３６，３７，３８ レジスタ
５０ａ，５０ｂ ブリッジング部材
５１ シーリングリム
５２ 排水溝
５３ 吸水溝
５４ 位置決めウェブ
５５ ターミナルコネクタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの熱交換器（８）と、
少なくとも一つの電気的に作動する加熱部（９）と、
前記加熱部への電力供給を制御するための少なくとも一つの制御部と、
を備え、
前記熱交換器（８）は、前記流体を加熱するための少なくとも一つの流体チャンネル（１５）を規定する少なくとも一つの熱的に導電性のボディを備え、
前記加熱部（９）は、前記熱交換器（８）の熱伝導性表面に取り付けられる、車両の流体ヒータ、特に自動車のウォーターヒータにおいて、
前記制御部は前記熱交換器（８）に熱的に接続されることを特徴とする車両の流体ヒータ。
【請求項２】
前記制御部はヒートシンクによって前記熱交換器（８）に接続されることを特徴とする請求項１に従った車両の流体ヒータ。
【請求項３】
前記ヒートシンクは熱的に伝導性の金属片（３０）の形をとっていることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに従った車両の流体ヒータ。
【請求項４】
前記制御部は前記熱交換器（８）に取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに従った車両の流体ヒータ。
【請求項５】
前記制御部は加熱部（９）に取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに従った車両の流体ヒータ。
【請求項６】
制御部は制御基板（１０）の上に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに従った車両の流体ヒータ。
【請求項７】
少なくとも一つの関連した加熱部（９）と制御部は、共通の筺体により被包されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに従った車両の流体ヒータ。
【請求項８】
前記制御部は、スイッチング部、好ましくはトランジスタ、より好ましくはＭＯＳＦＥＴであり、前記ヒートシンクに熱的に伝導されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに従った車両の流体ヒータ。
【請求項９】
前記金属片は前記熱交換器（８）の熱伝導性表面に付着されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに従った車両の流体ヒータ。
【請求項１】
少なくとも一つの熱交換器（８）と、
少なくとも一つの電気的に作動する加熱部（９）と、
前記加熱部への電力供給を制御するための少なくとも一つの制御部と、
を備え、
前記熱交換器（８）は、前記流体を加熱するための少なくとも一つの流体チャンネル（１５）を規定する少なくとも一つの熱的に導電性のボディを備え、
前記加熱部（９）は、前記熱交換器（８）の熱伝導性表面に取り付けられる、車両の流体ヒータ、特に自動車のウォーターヒータにおいて、
前記制御部は前記熱交換器（８）に熱的に接続されることを特徴とする車両の流体ヒータ。
【請求項２】
前記制御部はヒートシンクによって前記熱交換器（８）に接続されることを特徴とする請求項１に従った車両の流体ヒータ。
【請求項３】
前記ヒートシンクは熱的に伝導性の金属片（３０）の形をとっていることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに従った車両の流体ヒータ。
【請求項４】
前記制御部は前記熱交換器（８）に取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに従った車両の流体ヒータ。
【請求項５】
前記制御部は加熱部（９）に取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに従った車両の流体ヒータ。
【請求項６】
制御部は制御基板（１０）の上に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに従った車両の流体ヒータ。
【請求項７】
少なくとも一つの関連した加熱部（９）と制御部は、共通の筺体により被包されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに従った車両の流体ヒータ。
【請求項８】
前記制御部は、スイッチング部、好ましくはトランジスタ、より好ましくはＭＯＳＦＥＴであり、前記ヒートシンクに熱的に伝導されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに従った車両の流体ヒータ。
【請求項９】
前記金属片は前記熱交換器（８）の熱伝導性表面に付着されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに従った車両の流体ヒータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図５】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図７】
【図８】
【図９ａ】
【図９ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図５】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図７】
【図８】
【図９ａ】
【図９ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公表番号】特表２０１２−５１２０８５（Ｐ２０１２−５１２０８５Ａ）
【公表日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４１０９９（Ｐ２０１１−５４１０９９）
【出願日】平成２０年１２月１９日（２００８．１２．１９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００８／０１０９２０
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０６９３５５
【国際公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【出願人】（５１１０５９３６８）コーテックス テクストロン シーブイエス リミテッド (3)
【出願人】（５１１１４５８３４）ディービーケー オメガ エレクトロニック テクノロジー（グアンジョウ）エルティーディー (2)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１９日（２００８．１２．１９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００８／０１０９２０
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０６９３５５
【国際公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【出願人】（５１１０５９３６８）コーテックス テクストロン シーブイエス リミテッド (3)
【出願人】（５１１１４５８３４）ディービーケー オメガ エレクトロニック テクノロジー（グアンジョウ）エルティーディー (2)
【Ｆターム（参考）】
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