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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Heizvorrichtungen, und insbesondere auf eine Heizvorrichtung einschließlich eines Gehäuses, das einen Kanal für ein Heizmedium zwischen dem Gehäuse und einem Heizabschnitt einer Heizeinrichtung bildet.
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STAND DER TECHNIK
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Es ist bekannt, dass eine Heizvorrichtung dieser Bauart eine Heizeinrichtung mit einem Heizabschnitt aufweist, der Wärme durch Bestromung erzeugt; ein Gehäuse, das den Heizabschnitt enthält und einen Kanal für ein Heizmedium zwischen dem Gehäuse und dem Heizabschnitt bildet; eine Temperaturerfassungseinrichtung zum Erfassen der Temperatur des Heizmediums in dem Kanal; und eine Bestromungsunterbrechungseinrichtung zum Unterbrechen der Stromführung zu der Heizeinrichtung in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur des Heizmediums.
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Patentdruckschrift 1 offenbart eine Heizvorrichtung, die mit einem Thermostat oder einer thermischen Sicherung an der Außenseite des Gehäuses versehen ist, und zwar an einer Fläche, die mit der Heizseite des Heizabschnitts gemeinsam genutzt wird. Somit verhindert die Heizvorrichtung ein versehentliches Erwärmen des Kanals ohne Heizmedium, während eine Fehlfunktion der thermischen Sicherung verhindert wird. Patentdruckschrift 2 offenbart eine Heizvorrichtung, die mit einer thermischen Sicherung an dem stromführenden Anschluss versehen ist. Die von dem Heizabschnitt über den stromführenden Anschluss übertragene Wärme verursacht, dass die Heizvorrichtung die Stromführung zu der Heizeinrichtung ungeachtet des Pegels des Heizmediums in dem Kanal unterbricht, um so ein versehentliches Erwärmen eines leeren Kanals zu verhindern.
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Patentdruckschrift 3 offenbart eine Heizvorrichtung, die mit einer Konvexität an der Innenseite des Gehäuses versehen ist. Die Heizvorrichtung verhindert ein versehentliches Erwärmen des Kanals ohne Heizmedium, indem eine thermische Sicherung über die Konvexität des Gehäuses in einen Kontakt mit dem Heizabschnitt versetzt wird.
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FRÜHERER STAND DER TECHNIK
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PATENTDRUCKSCHRIFT
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- Patentdruckschrift 1: japanisches Patent JP 4561319
- Patentdruckschrift 2: japanisches Patent JP 4293091
- Patentdruckschrift 3: japanisches Patent JP 3395571
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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PROBLEME, DIE DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSEN SIND
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Leider kann eine Heizvorrichtung gemäß den jeweiligen Patentdruckschriften 1 bis 3 aufgrund einer Verschlechterung des Ansprechverhaltens der Bestromungsunterbrechungseinrichtung die Heizeinrichtung nicht schnell stoppen, da die Temperaturerfassungseinrichtung der Heizvorrichtung in einen Kontakt mit einem Nicht-Erwärmungsabschnitt der Heizeinrichtung platziert ist, der sich außerhalb des Gehäuses befindet, und die Stromführung zu der Heizeinrichtung wird auf der Grundlage einer Wärme unterbrochen, die über den Nicht-Erwärmungsabschnitt übertragen wird. Aus diesem Grund kann sich die Genauigkeit der Erfassung des versehentlichen Erwärmens eines leeren Kanals verringern, was zu einem Auftreten von Rauch oder Feuer führt.
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Die vorliegende Erfindung wurde auf der Grundlage der vorstehend geschilderten Umstände geschaffen, und es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Heizvorrichtung vorzusehen, die ein versehentliches Erwärmen eines leeren Kanals mit einer hohen Genauigkeit erfassen kann, indem die Temperatur des Heizmediums erfasst wird, die eine Bestromung mit einem ausgezeichneten Ansprechverhalten unterbrechen kann, und die das Auftreten von Rauch oder Feuer sicher verhindern kann, um so die Zuverlässigkeit der Heizvorrichtung zu verbessern.
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MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
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Um die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, hat eine Heizvorrichtung der vorliegenden Erfindung eine Heizeinrichtung mit einem Heizabschnitt, der Wärme durch Bestromung erzeugt; ein Gehäuse, das den Heizabschnitt enthält und einen Kanal für ein Heizmedium zwischen dem Gehäuse und dem Heizabschnitt bildet; eine Temperaturerfassungseinrichtung zum Erfassen der Temperatur des Heizmediums in dem Kanal; und eine Bestromungsunterbrechungseinrichtung zum Unterbrechen der Stromführung zu der Heizeinrichtung in Abhängigkeit von der Temperatur des Heizmediums, die durch die Temperaturerfassungseinrichtung erfasst wird. Die Temperaturerfassungseinrichtung ist mit dem Heizabschnitt in Kontakt gebracht.
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Vorzugsweise soll die Temperaturerfassungseinrichtung mit dem Heizabschnitt in einen Flächenkontakt gelangen. Vorzugsweise soll die Temperaturerfassungseinrichtung mit dem Gehäuse über ein Dichtelement verbunden sein. Vorzugsweise soll eine Vielzahl der Dichtelemente vorgesehen sein.
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VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Heizvorrichtung mit hoher Zuverlässigkeit aufgrund der folgenden Gründe vorgesehen werden. Die Heizvorrichtung hat eine Temperaturerfassungseinrichtung zum Erfassen der Temperatur eines Heizmediums in einem Kanal für das Heizmedium und eine Bestromungsunterbrechungseinrichtung zum Unterbrechen der Stromführung zu einer Heizeinrichtung auf der Grundlage der Temperatur des Heizmediums, die durch die Temperaturerfassungseinrichtung erfasst wird. Die Heizvorrichtung kann ein versehentliches Erwärmen eines leeren Kanals mit hoher Genauigkeit erfassen, indem die Temperatur des Heizmediums erfasst wird, sie kann die Bestromung mit einem ausgezeichneten Ansprechverhalten unterbrechen und sie kann ein Auftreten von Rauch oder Feuer sicher verhindern, da die Temperaturerfassungseinrichtung mit einem Heizabschnitt der Heizeinrichtung in Kontakt gebracht wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt eine Längsschnittansicht einer Heizvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt eine Querschnittsansicht eines prinzipiellen Teils der Heizvorrichtung entlang einer Linie A-A in der 1.
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3 zeigt eine Querschnittsansicht eines prinzipiellen Teils einer Heizvorrichtung gemäß einer Abwandlung der vorliegenden Erfindung entlang der Linie A-A in der 1.
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4 zeigt eine Querschnittsansicht eines prinzipiellen Teils einer Heizvorrichtung gemäß einer anderen Abwandlung der vorliegenden Erfindung entlang der Linie A-A in der 1.
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AUSFÜHRUNGSFORM ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
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Eine Heizvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Wie dies in der 1 schematisch gezeigt ist, hat eine Heizvorrichtung 1 eine Heizeinrichtung 2 und eine Einfassung (Gehäuse) 4, die die Heizeinrichtung 2 enthält. Wie dies in der 2 schematisch gezeigt ist, ist die Heizeinrichtung 2 eine elektrothermische Heizeinrichtung, die Wärme durch Bestromung erzeugt. Die Heizeinrichtung 2 besteht aus einem zylindrischen Metallrohr 6 (Heizabschnitt), das mit einem Boden versehen ist. Ein Spulenheizdraht 8, wie zum Beispiel ein Nickelchromdraht, ist in dem Metallrohr 6 eingesetzt, und ein wärmebeständiges Isoliermaterial 10, wie zum Beispiel Magnesiumoxid, das eine starke elektrische Isoliereigenschaft und eine thermische Leitfähigkeit hat, ist in dem Metallrohr 6 mittels Druck gefüllt, um den Heizdraht 8 abzudichten.
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Ein Anschluss 12, der aus Silizium, Glas und dergleichen durch Vergießen geformt ist, ist an einer Endöffnung des Metallrohrs 6 vorgesehen. Ein Leitungsdraht 14, der mit dem Heizdraht 8 verbunden ist, ist durch den Anschluss 12 gezogen. Der Leitungsdraht 14 und eine externe Stromversorgung (nicht gezeigt), die mit dem Leitungsdraht 14 elektrisch verbunden ist, bilden eine Bestromungsschaltung (nicht gezeigt), um den Heizdraht 8 mit elektrischer Energie zu versorgen. Auch wenn in der 1 nur eine einzige Heizeinrichtung 2 gezeigt ist, können zwei oder mehrere Heizeinrichtungen 2 vorgesehen sein.
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Die Einfassung 4 besteht aus einem oder mehreren Gusskörpern. Die Einfassung 4 enthält die Heizeinrichtung 2, indem sie die Umgebungen von beiden Enden des Metallrohrs 6 durch O-Ringe 16 luftdicht umschließt. Ein Zwischenraum wird zwischen einer Innenfläche 4a der Einfassung 4 und einem Außenumfang 6a des Metallrohrs 6 erzeugt. Der Zwischenraum dient als ein Kanal 18, in den ein Heizmedium als ein LLC (Kühlmittel, Frostschutz) wie zum Beispiel Ethylenglykol strömt. Ein Einlassrohr 20 und ein Auslassrohr 22 für das Heizmedium sind an geeigneten Positionen vorstehend an einer Außenfläche 4b der Einfassung 4 so vorgesehen, dass die beiden Rohre mit dem Kanal in Verbindung sind.
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Die Heizvorrichtung 1 mit einer derartigen schematischen Konfiguration, die zum Beispiel in einem Hybridfahrzeug, einem Elektrofahrzeug und dergleichen angebracht ist, wird zum Erwärmen eines Kühlmittels oder dergleichen verwendet, das durch einen Kühlkreislauf in einem Klimaanlagengerät für ein Fahrzeug zirkuliert, sie dient als eine Hilfsheizquelle zum Bereitstellen von Wärme, um einen Mangel von Abwärme von der Kraftmaschine im Falle eines Hybridfahrzeugs aufzufüllen, oder als eine alternative Wärmequelle zum Bereitstellen von Wärme anstelle der Kraftmaschine, die im Falle eines Elektrofahrzeugs nicht vorhanden ist.
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Zum Beispiel im Falle eines Hybridfahrzeugs strömt ein LLC, das in einem Kühlwasserkreislauf (nicht gezeigt) zum Kühlen einer Kraftmaschine zirkuliert, durch das Einlassrohr 20 in den Kanal 18, und die Heizeinrichtung 2 erwärmt das LLC. Die Wärme von dem LLC, das durch die Kraftmaschine und die Heizvorrichtung 1 erwärmt wurde, wird zum Erwärmen eines Kühlmittels verwendet, das durch einen Kühlkreislauf zirkuliert, der in einem Klimaanlagengerät für das Fahrzeug vorgesehen ist. Das erwärmte Kühlmittel wird zum Erwärmen und Kühlen der Luft in der Fahrzeugkabine verwendet. Das LLC, das zum Erwärmen des Kühlmittels genutzt wurde, wird aus dem Kanal 18 durch das Auslassrohr 22 ausgelassen und kehrt zu dem Kühlwasserkreislauf zurück. Dann wird das LLC zum Kühlen der Kraftmaschine erneut verwendet.
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Gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ist ein Durchgangsloch 24 in der Einfassung 4 in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung der Heizeinrichtung 2 gebohrt. Ein Temperatursensor 26 (Temperaturerfassungseinrichtung) zum Erfassen der Temperatur eines LLC, das durch den Kanal 18 strömt, ist in dem Durchgangsloch 24 eingesetzt. Der Temperatursensor 26 ist ein ungefähr zylindrisch geformter Thermistor. Eine ebene Endseite 30 eines Temperaturmessendes 28 des Temperatursensors 28 gelangt mit dem Außenumfang 6a des Metallrohrs 6 der Heizeinrichtung 2 in einen Linienkontakt. Dies ermöglicht dem Temperatursensor 26, nicht nur die Temperatur des LLC zu erfassen, sondern auch die Oberflächentemperastur des Metallrohrs 6, d. h. des Heizabschnitts der Heizeinrichtung 2.
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Zwei ringartige Nuten 32 sind an einer Seite 26a des Temperatursensors 26 ausgebildet. Ein O-Ring 34 (Dichtelement) ist in die jeweilige ringartige Nut 32 eingepasst. Der Temperatursensor 26 ist mit dem Durchgangsloch 24 durch den jeweiligen O-Ring 34 luftdicht verbunden und daran gesichert. Der Temperatursensor 26 ist mit einem Wechselrichter (nicht gezeigt) durch einen Leitungsdraht 38 elektrisch verbunden, der aus seinem äußeren Ende 36 herausgezogen ist. Der Wechselrichter steuert eine Bestromung (Bestromungsunterbrechungseinrichtung) durch Einschalten und Ausschalten der Stromführung zu der Heizeinrichtung 2 als Reaktion auf die Temperatur des LLC und/oder der Oberflächentemperatur des Metallrohrs 6, die durch den Temperatursensor 26 erfasst wird, und zwar durch die Stromversorgungseinheit und die Bestromungsschaltung, die vorstehend beschrieben sind.
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Wenn ein LLC in dem Kanal 18 vorhanden ist, wird die Temperatur des LLC innerhalb eines angemessenen Bereichs unter Verwendung des Temperatursensors 26 mit dieser Bestromungssteuerung gesteuert. Somit steigt die Temperatur der Heizeinrichtung 2 nicht anormal an. Wenn andererseits kein oder wenig LLC in dem Kanal 18 aufgrund einer fehlenden LLC-Zufuhr zu dem Kühlwasserkreislauf, eines Lecks des LLC aus dem Kühlwasserkreislauf oder anderer Gründe vorhanden ist, gibt es herkömmlicherweise kein oder wenig Heizmedium zum Übertragen von Wärme von der Heizeinrichtung 2. Falls dies auftritt, kann der Heizvorrichtung 1 ein versehentliches Erwärmen eines leeren Kanals unterlaufen, was zu einer Schwierigkeit führt, dass die Temperatur der Heizeinrichtung 2 selbst anormal ansteigt. Auch wenn ein derartiges versehentliches Erwärmen eines leeren Kanals auftritt, kann der Heizvorrichtung 1 mit dem Temperatursensor 26, der im Falle einer herkömmlichen Heizvorrichtung mit dem Metallrohr 6 außer Kontakt ist und nur die Temperatur des LLC erfassen kann, eine Verschlechterung des Ansprechverhaltens des Temperatursensors 26 aufgrund des Wärmeisoliereffekts der Luft unterlaufen, die den Temperatursensor 26 umgibt, was zu einer Verzögerung bei der Erfassung eines derartigen versehentlichen Erwärmens führt. Infolge dessen kann sich die Temperatur in dem Kanal 18 erhöhen, was das Auftreten von Rauch oder Feuer in der Heizvorrichtung 1 verursacht.
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Im Gegensatz dazu sieht das gegenwärtige Ausführungsbeispiel eine Bestromungssteuerung vor, indem der Vorteil einer Differenz der Wärmeübertragungseigenschaft zwischen dem LLC als ein Fluid und der Luft als ein Gas genutzt wird, d. h. die Temperatur des LLC wird dominant, wenn das LLC in dem Kanal 18 vorhanden ist, und die Temperatur der Heizeinrichtung 2 wird dominant, wenn kein oder wenig LLC in dem Kanal 18 vorhanden ist, da der Temperatursensor 26 in einen direkten Kontakt mit dem Außenumfang 6a des Metallrohrs 6 gebracht ist, d. h. dem Heizabschnitt der Heizeinrichtung 2, während der Temperatursensor 26 in dem Kanal 18 platziert ist, in dem das LLC strömt.
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Das gegenwärtige Ausführungsbeispiel, das vorstehend beschrieben ist, sieht eine normale Bestromungssteuerung ohne einen Stopp der Heizvorrichtung 1 zum Schutz vor, wenn ein LLC in dem Kanal 18 vorhanden ist, während das gegenwärtige Ausführungsbeispiel eine Fehlerverarbeitung zum sofortigen Stoppen der Heizvorrichtung 1 zum Schutz vorsieht, wenn kein oder wenig LLC in dem Kanal 18 vorhanden ist. Es ist somit möglich, die Heizvorrichtung 1 vorzusehen, die eine hohe Zuverlässigkeit erreicht, da sie ein versehentliches Erwärmen eines leeren Kanals mit hoher Genauigkeit sofort erfasst und das Auftreten von Rauch oder Feuer zuverlässig verhindert, während eine normale Bestromungssteuerung durch die Verwendung des Temperatursensors 26 durchgeführt wird.
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Da jeder O-Ring 34 in die jeweilige ringartige Nut 32 eingepasst ist, die an der Seite 26a des Temperatursensors 26 ausgebildet ist, ist der Temperatursensor 26 mit dem Durchgangsloch 24 durch den jeweiligen O-Ring 34 luftdicht verbunden und daran gesichert. Sogenannte duale Dichtungen sorgen für eine Verhinderung des Leckens des LLC aus der Einfassung 4. Dies verhindert ein Auftreten eines versehentlichen Erwärmens seines leeren Kanals, was durch eine Verringerung der Menge des LLC in dem Kanal 18 verursacht wird, was zu einer höheren Zuverlässigkeit der Heizvorrichtung 1 führt. Auch wenn nur ein einziger O-Ring 34 an dem Temperatursensor 26 angebracht ist, kann das Lecken des LLC aus der Einfassung 4 verhindert werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel der Heizvorrichtung 1 beschränkt, sondern sie kann in vielfältigen Abwandlungen ausgeführt werden. Zum Beispiel gelangt das Temperaturmessende 28 mit dem Außenumfang 6a des Metallrohrs 6 in einen Linienkontakt, da die Endseite 30 des Temperaturmessendes 28 des Temperatursensors 26 bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel eben ist. Es ist jedoch vorzuziehen, dass der Kontaktbereich zwischen dem Temperatursensor 26 und dem Metallrohr 6 größer ist, um so den Wärmeübertragungsbereich zwischen dem Temperatursensor 26 und dem Metallrohr 6 zu vergrößern.
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Insbesondere unter Bezugnahme auf die 3 ist eine ebene Fläche 40 an einem Teil des Außenumfangs 6a des Metallrohrs 6 ausgebildet, und die Endseite 30 des Temperaturmessendes 28 ist mit der ebenen Fläche 40 in Kontakt gebracht. Da der Temperatursensor 26 in einen Flächenkontakt mit dem Metallrohr 6 platziert ist, wird der Wärmeübertragungsbereich zwischen dem Temperatursensor 26 und dem Metallrohr 6 größer. Dies bringt eine weitere Verbesserung des Ansprechverhaltens der Bestromungsunterbrechungseinrichtung mit sich und sorgt für die Erfassung eines versehentlichen Erwärmens eines leeren Kanals mit einer höheren Genauigkeit.
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Unter Bezugnahme auf die 4 kann alternativ eine konkav gekrümmte Fläche 42 mit einem Radius, der ungefähr gleich dem Krümmungsradius des Außenumfangs 6a des Metallrohrs 6 ist, an der Endseite 30 des Temperaturmessendes 28 des Temperatursensors 26 ausgebildet sein, und der Außenumfang 6a des Metallrohrs 6 kann mit der konkav gekrümmten Fläche 42 in Kontakt gebracht sein, so dass der Temperatursensor 26 mit dem Metallrohr 6 in einen Flächenkontakt platziert ist. Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist ein einziger O-Ring 34 in jeder der beiden ringartigen Nuten 32 an der Seite 26a des Temperatursensors 26 eingepasst. Somit sind zwei O-Ringe 34 vorgesehen. Jedoch ist die Anzahl der O-Ringe 34 nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Nichtsdestotrotz erzeugt das Vorsehen von zumindest zwei O-Ringen 34 nicht nur die Wirkung der vorstehend beschriebenen dualen Dichtungen, sondern auch einen Ausrichtungseffekt, bei dem der Temperatursensor 26 abgehalten wird, seine Ausrichtung im Durchgangsloch 24 zu verlieren. Folglich können das Ansprechverhalten der Bestromungsunterbrechungseinrichtung und die Genauigkeit bei der Erfassung des versehentlichen Erwärmens eines leeren Kanals zuverlässig verbessert werden.
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Auch wenn der Temperatursensor 26 als eine Temperaturerfassungseinrichtung dient und der Wechselrichter zum Steuern der Bestromung als eine Bestromungsunterbrechungseinrichtung bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel dient, kann eine thermische Sicherung oder dergleichen, in der sowohl die Temperasturerfassungseinrichtung als auch die Bestromungsunterbrechungseinrichtung eingebaut sind, mit dem Metallrohr 6 in einen Kontakt gebracht werden. Die Heizvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf den Gebrauch in einem Fahrzeugklimaanlagengerät eines Hybridfahrzeugs oder eines Elektrofahrzeugs beschränkt, sondern sie kann als eine Wärmequelle für andere Zwecke verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Heizvorrichtung
- 2
- Heizeinrichtung
- 4
- Einfassung (Gehäuse)
- 6
- Metallrohr (Heizabschnitt)
- 18
- Kanal
- 26
- Temperatursensor (Temperaturerfassungseinrichtung)
- 34
- O-Ring (Dichtelement)
