JP2006520300A - 凍結安全式液体加熱装置 - Google Patents

Abstract

熱伝導体に対して熱を伝えるために、熱伝導体の内部に熱源が設置されている。熱伝導体の中を通っている流路内の液体は、熱伝導体から熱を吸収している。液体膨張手段は、液体流路の開放端面を覆うようにはめ込まれている。ある形態では、液体膨張手段は、液体の、固相への変化に伴う力がかかると圧縮され、液体が液相に戻った時には原形に戻るような、圧縮性の材料でつくられている。別の形態では、液体膨張手段は、液体流路チャンネルの開放端面を覆う、堅いシール部材である。シール部材は、液体の通常作動圧力による膨張には耐えるが、液体の相変化に伴う膨張を収容するために、熱伝導体に固定されているプレート内の開放空間に向かって膨張するようになっている。

Description

本発明は、液体加熱装置に関する。特に、本発明は、加熱した洗浄液を清掃面に供給する液体加熱装置、詳しくは、車両のウインドシールド洗浄システム用の洗浄液加熱装置に関する。

液体の温度を、より高い使用温度まで急速に上げることは、さまざまな用途で必要となる。工業的用途だけではなく、例えば、家庭、オフィス、及びキャンプでも、即座に温水を入手できることが望まれている。

熱い液体は、冷たい液体に比べて、洗浄用として、はるかに良く、またはるかに早く、汚れや他の付着物を、表面から取り除くことができる。

加熱液の用途の一つとして、カメラレンズ、戸外のランプ類、及びミラー類などに使用されるものと同じように、ウインドシールド洗浄システムのような、車両用の洗浄液システムがある。車両は、少なくとも１つ、通常は、複数のウインドシールド洗浄装置を備えており、ウインドシールド及び後方窓の視野を鮮明にするために用いられている。

通常は、運転者、或いは乗客の視界を鮮明にし、払拭動作の効率を上げるために、払拭動作に先立って、或いはその動作中、ウインドシールドの面上に洗浄液を散布するノズル、或いは散布装置は、ウインドシールドワイパーの近く、またはウインドシールドワイパーの一部として設けられている。

洗浄液は、エンジンルーム内のリザーバーに蓄えられており、運転者がアクチュエータを手で起動させることにより、散布装置を通って送出されるようになっている。

暖められた液体、或いは加熱された液体は、冷たい液体に比べて、より良い洗浄効果を持っているので、車両の窓用散布装置に対して、加熱された洗浄液を使用することは周知のことである。

様々な洗浄液加熱装置が開発されて来たが、全て、洗浄液が流通する本体の中に、熱源が配置されている熱交換器方式が使われている。洗浄液は、ノズルを通して車両の窓に散布される前に、温度が上がっている熱交換器本体の中で、熱を吸収するようになっている。

車両用洗浄装置は、広い温度範囲の下で、また様々な種類の液体と共に使用されている。使用者は、洗浄液として、水だけを用いる可能性があり、それは珍しいことではない。

しかし、氷点下では、水が固相へ変化するのに伴う膨張により、液体を保有している装置が損なわれるという危険性がある。そのために現れる損傷には、液漏れ、破損、材料の降伏、または一般的な液体加熱装置の故障がある。

このような理由で、凍結安全式の液体加熱装置を提供することが望まれている。また、装置の構成部品数を、大幅に増加させない凍結安全式液体加熱装置が望まれている。

本発明は、独特な凍結安全手段を有する液体加熱装置に関する。凍結安全手段は、液体が、固相或いは半固相へ変化した時、液体加熱装置内で、液体の膨張を可逆的に許容し、液体が液相に戻った場合には、液体の流路全体が、可逆的に元の状態に戻るものである。

本発明の１つの形態では、加熱装置は、熱伝導体と、熱伝導体に熱を伝えるため、熱伝導体に取り付けられた加熱手段と、入口と出口の間で、熱伝導体の中に形成された液体流路から構成されている。

別の形態では、加熱装置は、液体が固相へ変化した時、液体流路内で液体の膨張を可逆的に許容する液体膨張手段を、熱伝導体が内蔵されている密閉容器内に有している。

別の形態では、液体膨張手段は、独立した気泡を有する発泡体でつくられている、圧縮性の部材であってもよい。圧縮性の部材は、熱伝導体に取り付けられた蓋、或いはプレートの中に形成された拡張空間に配置されており、熱伝導体内にある流路チャンネルの端部と重複している。

他の形態では、洗浄液が入っている液体リザーバーと、リザーバーに取り付けられて、リザーバーから液体を送出するためのポンプと、ポンプと組み合わせて、リザーバーから送出された液体を洗浄面上に吹き付けるノズルと、ポンプ、リザーバー、及びノズルの間の流路に配置されている加熱装置から構成されている。

この形態では、液体が固相に変化した場合に、液体流路内の液体が膨張することを、可逆的に許容するために、液体膨張手段は、プレートに内蔵されている。

液体膨張手段は、熱伝導体内にある流路チャンネルを通って流れる液体の一部分が、液体膨張手段を通して流れ、プレートの内面に衝突するようになっている液体流路隙間を有しているのがよい。

これによって、加熱装置の流体温度をより正確に計測するように、温度センサーの取り付けられている密閉容器のより近い部分に、流体が衝突することを可能にすると同時に、片方のプレート上にある回路板に取り付けられている、大量の熱を発生する電力スイッチ部材から、熱を取り去ることも可能となる。

本発明の他の形態では、流体膨張手段は、熱伝導体の１つの面上にある流路チャンネルの全開放端を覆っている、特定の形状を有するシール部材としてつくられている。

各シール部材は、流路チャンネルを流れる液体の通常の作動圧が掛かっている場合には、膨張或いは動きに抵抗するのに充分な剛性を有している。しかし、液体が固相、或いは半固相に変化することによって、チャンネル内の液体が膨張する場合には、シールに充分な圧力を及ぼし、液体の相変化による膨張を収容するために、プレートに設けられた内部空隙に向かって、シールを膨張させるようになっている。

液体が液相に戻った場合には、シールは元の平面形状に戻ることになる。

本発明による液体加熱装置は、加熱装置内の液体が、半固相、或いは固相に遷移した場合の膨張を収容する、独特な凍結安全手段を有しているが、液体が液相に戻った場合には、熱伝導体内の液流チャンネルの開放端を覆っている元の形状、或いは元の位置に戻ることが可能である。

液体膨張手段は、小規模な改造によって、容易に、液体加熱装置の中に収容しうるようになっている。

図1は、本発明に従って製造された加熱装置、或いは加熱器モジュール10が使われている環境を示している。

本発明による加熱器モジュール10の主な用途は、車両用の窓洗浄システムと記されているが、この加熱器モジュール10は、加熱された液体を必要とする、他の用途にも使用することができる。これらには、車両用のミラー、カメラレンズ、或いはセンサーカバーの洗浄システムと同じように、車両のどんな窓も洗浄するシステム、すなわち、ウインドシールド、後方窓、或いは側面窓用の洗浄システムが含まれる。

通常、ウインドシールド、後方窓などの車両の窓12には、窓12の外表面に洗浄液16を散布する散水ノズル14のような、１個、或いは複数の液体送出装置が設けられている。

洗浄液16の放出は、窓12に備えられたウインドシールドワイパー18の作動と関連して行われる。

洗浄液16は、リザーバー或いはコンテナ20のような液体源から供給される。リザーバー20の中の液体は、リザーバー20の近く、或いはそれに取り付けられているポンプ22によって、ノズル14に送出される。

通常、車両のステアリング軸のレバースイッチに付いている開閉スイッチ24によって、車両のバッテリ26から電力が供給され、車両の運転者が、洗浄用ポンプの作動、或いは非作動を制御できるようになっている。

本発明によれば、リザーバー20からノズル14に送出された洗浄液は、周囲温度から、例えば65℃〜70℃のような、予め設定されている高い温度まで、加熱器モジュールによって加熱される。

加熱器モジュール10の加熱部材の作動を制御するために、適切な制御回路、或いは制御装置28が設けられている。制御装置28には、車両のバッテリ26から電力を供給されている。

後述するように、制御装置28は、車両の点火スイッチが“作動”状態にある時には、いつも、加熱器モジュール10の流路内にある液体を加熱するように、車両の点火スイッチ30からの“作動”信号によって起動される。

任意選択の開閉スイッチ25は、制御装置を電源と連結することなしに、加熱システム全体の動作をオン／オフするために、バッテリ26と制御装置28の間に連結されていてもよい。これによって、加熱システムを作動させるか、或いは非作動状態のままにしておくかは、ドライバーの選択によって行われることになる。

後述するように、開閉スイッチ25は、その時の温度、バッテリの低充電状態などの条件の下で、加熱器モジュール10に対する非動作信号を発する車体制御装置のような、外部の信号源から制御装置28に送られる、別の入力信号と置き換えてもよい。

図2〜図14は、本発明による加熱器モジュール10の、１つの形態を示している。

加熱器モジュール10には、高い熱伝導性を持つ、適切な材料で造られた熱交換体或いは熱伝導体40が含まれている。熱伝導体40は、ダイキャスト、モールドまたは鋳造でつくられるか、或いは機械加工されたアルミニウム製であるが、均質な、或いは不均質な、他の材料を使用してもよい。例えば、熱伝導体40を、アルミナの粒子、或いはセラミック材などで造っても差し支えない。

後で、詳細に説明する熱伝導体40は、入口42と出口44の間にある液体流路を含んでいる。入口42及び出口44は、それぞれ、図示しない導管、部材、或いはチューブの、シール付接続部を受け入れる継手46を備えている。入口42は、洗浄液リザーバー20から来るポンプ出力側に接続されている。出口44は、散水ノズル14に接続されている。

通常、車両は、複数のノズル、すなわち、２つのウインドシールドワイパー用に、それぞれ1個ずつ、後方窓用に1個のノズルを有しているので、次に述べるような、リザーバー20から送られる液の全てを加熱する、単一の加熱器モジュール10の説明は、それぞれのノズル14用として、各個に加熱器モジュールを備えた複式並列回路を含むものとする。

熱伝導体40は、第1のカバー50、及びそれに合う第2のカバー52から形成されている囲い、或いはハウジングの中に配置されている。第1のカバー50及び第2のカバー52は、合せエッジを有している。第1のカバー50は、主壁面54、及び周辺リップ60を有している。

細くなっている端部64は、第1のカバー内にあり、主壁面54の一部から管状に伸びている。細くなっている端部64は、結合された第1カバー50及び第2カバー52内に搭載されている加熱部材、並びに回路板に、電気信号と電力を供給するコネクタアセンブリ70を受け入れるためのカバーを形成している。

第2カバー52は、主壁面56、及びそこから突き出した周囲リップ62を有している。
周囲リップは、主壁面56の周囲全体を取り囲んでいる。

第1カバー50及び第２カバー52は、熱伝導体40、並びにコネクタアセンブリ70を配置した後、熱溶接、音波溶接、或いは振動溶接のような適切な方法で、しっかり互いに結合される。例えば、周囲溝76は、周囲リップ60の、少なくとも一部に突き出している。周囲溝76は、第2カバー52の周囲リップ62の周りにある突出部77を受けるようになっている。カバー50及びカバー52が溶着されることによって、突出部77と溝76は、しっかり、互いに結合されることになる。

第１カバー50及び第2カバー52には、熱伝導体40を位置決めし、固定するように、位置決め手段が用意されている。熱伝導体40の、止めネジを受ける2個のボス間に張り出したウエッブ83の上に、少なくとも1個、できれば１対の、周辺に沿った形のスロット79及び81が設けられていることが好ましい。

スロット79及び81は、第１カバー50及び第2カバー52のフランジ上に設けられた、出っ張り85及び87を受け入れている。カバー50及びカバー52が、音波溶接或いは振動溶接工程を受ける時、出っ張り85及び87は、互いに溶着される。

このようにして、カバー50及びカバー52自体が互いに結合される時点で、熱伝導体は、カバー50及びカバー52内に固定される。

図3に示すように、環状をなし、熱伝導体40と同じ周囲形状を有する、１対のシール部材71及び72が、熱伝導体40の面に対向して配置されている。
シール部材71及び72は、高い耐熱性、及び高い遮熱性を有する材料でつくられ、熱伝導体40の周囲をシールしている。

熱伝導体40と同じ形状を有する上部及び下部蓋、或いはプレート73及び74は、上部及び下部シール71並びに72と接触して配置され、上部及び下部プレート73及び74のボルト孔、及び熱伝導体40の周囲に設けられた孔を通して伸びるボルト75及びナットのような、適切な締め付け手段で固定されている。

プレート73及び74のしっかりした周辺エッジ、並びにそれと合わされる熱伝導体の周辺エッジは、シール71及び72を挟み、プレート73及び74、並びに熱伝導体40の接合部をシールしている。

プレート73及び74は、アルミニウムのような、良好な熱伝導性を有する材料でつくられている。

図6〜図11に示すように、熱伝導体40は、第1の主要面80、それと反対の第2主要面82、及び第1、第2の面に接続する、側面84、86、88、90からなる立方体形状を有している。

複数の孔92、94及び96は、熱伝導体40に形成されており、側面84から内側に伸びている。孔92、94及び96は、それぞれ1本ずつ、円筒形の加熱部材を受け入れるように作られている。

図13にその一部が示されているように、孔92、94及び96は、それぞれ、熱伝導体40によって完全に囲まれるように、熱伝導体40中央の中実部分を通っている。このことは、各孔92、94及び96に備えられる加熱部材からの熱を受け入れた後、熱伝導体40は、熱源として機能することを示している。

本発明において、加熱部材は、キャルロッド（calrod）で作られていてもよい。
別の材料を使用しても差し支えないが、キャルロッド構造の一例として、ステンレス鋼製のさやに入ったニクロム線式が挙げられる。

例として、少なくとも1個、好ましくは複数の、すなわち、2個、或いは3個若しくはそれ以上の、別個の加熱部材100、102及び103を、それぞれの孔92、94、及び96の中に配置してもよい。加熱部材100、102、或いは103のような、1個、若しくはそれ以上の加熱部材の機能については、加熱器モジュール10の作動の説明と共に、後述する。

図4及び図7に示すように、それぞれの加熱部材100、102及び103の一端104、106及び107は、熱伝導体40の側面84から、外側に突き出している。

加熱部材100、102及び103の一端104、106及び107は、そこから伸びて、ハンダ付けなどによって固定された、個別の端子108を有している。端子は、固定手段、すなわち、ネジ、リベット、或いは接着などによって、プレート73の外表面に取り付けられている、プリント回路板150上に搭載されているはめ合いソケット、或いは接点スプリングに接続されている。プリント回路板150上の導線は、端子108を受けるソケット、或いは接点に接続されている。

車両の電気システムから、電力、接地、及び制御信号を受け入れるために、2個のコネクタアセンブリ70は、プリント回路板150にハンダ付けされている。

図9及び図10に示すように、熱伝導体40は、液流チャンネル、或いは入口42から出口44に伸びる流路を内蔵している。例えば、流路は、中央の孔134で連結されている、第1の流路部分130、及び第2の流路、或いは流路チャンネル132でつくられている、迷路状の通路である。

第1の流路部分130は、液体が熱伝導体40の壁面から吸収する熱の量を最大にするために、第1の流路130を通過する流れに層流と乱流を交互に発生させるように、直線部分と円弧部分を、交互に繰り返して形成される螺旋形状を有している。さらに、第1の流路130は、隣接する部分の温度差を最小とするために、入口42から孔134へと、内部に向かう螺旋形状を有している。

図10に示すように、第2の流路132は、同じ螺旋形状を有している。しかし、第2の流路132は、孔134から出口44に向かう、外向きの螺旋状である。

従って、第1の流路130及び第2の流路132を通る液体の流れは、入口44から出発し、中央通路或いは中央孔134に向かって、第1の流路130を内向き螺旋状に流れることになる。中央孔134から第2の流路132に入った流れは、出口44に向かって、外向きの螺旋状に進む。

図1に示すように、作動の際、加熱器モジュール10は、車両洗浄液経路の中で、ポンプ22と散水ノズル14の間に接続される。車両のバッテリ26、及び制御装置28から、熱伝導体40の中の加熱部材100、102及び103に電力を供給するように、外部コネクタは、コネクタアセンブリ70に接続されている。

熱伝導体40の中の、第1の流路130及び第2の流路132が、液体で満たされていると想定すると、制御装置28が加熱部材100、102及び103を起動させた場合、加熱部材100、102及び103は、熱を放散し始め、加熱部材を取り巻く熱伝導体40の温度をただちに上昇させる。熱伝導体40からの熱は、第1の流路130及び第2の流路132にある液体に向かって放散され、液体に吸収されることになる。

第1流路130及び第2流路132の直線部分と円弧部分は、熱伝導体40を通る液体の流れの中に、層流域と乱流域を交互に発生させ、それによって、第1流路130及び第2流路132中の液体に対し、流路を形成する熱伝導体に接触する液体の全ての分子に、できるだけ多くの熱を効率的に吸収させる動きを発生させるようになっている。

このことによって、液体の温度を、入口42における周囲温度から出口温度71℃〜77℃（160°F〜170°F）まで、約60秒で上昇させている。

第1流路130及び第2流路132内の液体は、熱伝導体40と物理的に接触することによって温度が上がり、それによって熱伝導体40から熱を取り去る、或いは熱を吸収している。

加熱部材100、102及び103は、熱伝導体40の熱を、予め設定されている温度になるように維持しており、それによって、液体中に過熱点が発生しないようになっている。

通常、過熱点は、液体が加熱部材100、102及び103と直接接触することによって発生する。加熱部材100、102及び103と直接接触しない液体は、加熱部材100、102及び103を素通りし、熱を吸収しない。熱伝導体40を加熱することによって、物理的な高温接触面積が増え、それに伴って熱伝達係数が増加する。したがって、同一容積の液体を加熱するためのエネルギが少なくて済むことになる。

熱伝導体40の熱源として、単独の加熱部材100を採用しても差し支えないが、2個、或いは、例として説明したように、3個の加熱部材100、102及び103を有する、複式加熱部材は、最も有利であることが判明している。

加熱した洗浄液をウインドシールドに散水する最初の命令を受けた時、制御装置28は、複数の加熱部材100、102及び103の全てを起動することができる。これによって、液体を所望の温度60℃〜70℃に上昇させるため、流路130及び132内の液体に伝達される熱が充分高くなるように、急速に熱伝導体40の温度を上げるための最大限の熱が発生することになる。

引き続いて、ウインドスクリーン12に洗浄液を供給するように、開閉スイッチからの命令が、運転者によって出された場合には、複式加熱部材100、102及び103は、制御装置28によって、そのまま作動状態を保つことができる。

散水動作が完了した時点で、また車両のエンジンが回転している状態、或いはエンジンが回転し、かつ、例えば、計器盤のスイッチが起動されている状態であるが、散水状態ではない期間中、制御装置28は、開閉スイッチ24が起動された時、即座に、ウインドシールドに散水できるように、第1の流路130及び第2の流路132内の液体温度を高温状態に保つために、加熱部材100のような、1個以上の加熱部材を、周期的に作動させることができる。これによって、車両のバッテリ26に対する電力要求量を最小にすることができる。

制御装置28は、加熱部材100、102及び103に対して、各加熱部材をプログラム制御、或いは論理制御するために、それぞれ別個の切替信号を用意することができるが、
他の選択肢の１つとして、１つの端子108と、補助加熱部材102及び103に接続されている各端子108の間の電力接続部に、バイメタル部材、或いはスイッチを設けることもある。

バイメタル部材は、例えば50℃のような、予め決められている温度でスイッチを開くように設定されており、それによって、関連する加熱部材を非作動とする。このことによって、高い温度の要求が発令されるまで、例えば、補助加熱部材102及び103を、非作動のままにしておくことができる。

制御装置28の一部として、また、加熱部材100、102及び103用の、12ボルトで50アンペアという大電流を流すために使われている、モスフェット（MOSFET）として知られている、大電流スイッチング素子を使用することは、次に説明されるが、他の大電流スイッチング装置を採用することもできる。プリント回路板150上の形態にかかわらず、モスフェット156を、幾つでも搭載することができる。

プリント回路板150を通して、複数の孔158が追加されている。孔158は、プリント回路板（PCB）上のスイッチング素子と、その下にある第１プレート73との間の、熱の流れを良くしている。

PTCのような温度センサー159は、通常、プリント回路板150上の孔158を覆って、或いはその近くに搭載されている。温度センサー159は、プリント回路板150の温度を測定し、温度に比例した信号を制御装置28に送信している。温度センサーからの信号は、加熱部材100、102及び103の開閉サイクルを制御するために、制御装置28で使われている。

モスフェット（ＭＯＳＦＥＴ）156で発生した熱を、さらに良く、第1プレートに伝達するために、今後、シルパッド161と呼ばれる高熱伝導パッドは、図12に示されているように、プリント回路板150と、第1プレート73との間に装入されている。シルパッド161は、通常、平面形状で、第1プレート73の、少なくともある部分を覆うように拡がる平面形状と寸法を有している。

シルパッド161は、ボルト75を通して、負の接地に流れる漂遊電流を遮断し、MOSFETと熱伝導体との間に、積極的な接触を与え、プレート73の温度を高く保つことによって、熱伝導体との温度差或いは温度勾配を下げ、それによって近くのカバーを通して逃げる熱損損失を安定化させている。

シルパッド161は、モスフェット156で発生した熱を、効率よくプレート73に引き入れ、それによって、プレート73の温度を高く保つように、プレート73よりも高い熱伝導率を持つことが好ましい。上昇したプレート73の温度は、熱伝導体40の側面からの熱で加熱される、シール71及び72周辺のプレート73の通常温度より高い。

氷点下の温度では、水を基本としてつくられている洗浄液は、凍結し易い。凍結或いは半凍結した液体は膨張し、それをとり巻いている加熱器モジュール10の部材に圧力を及ぼす原因となり、その結果、加熱器モジュールの液洩れ、或いは損傷に至る可能性がある。

図3〜図5、及び図11〜図14で示すように、液体が液相から固相へと変化した時に、流路内の液体の膨張を、可逆的に許容するために、液体膨張手段160は、加熱器モジュールの中に設けられている。本発明の一形態では、液体膨張手段は、独立気泡発泡材でつくられた平らな部材のような、薄い圧縮性部材の形状を有している。

液体膨張手段をつくるために使える適切な材料の一例は、セキスイアメリカコーポレーション（Sekisui America Corp.）の事業部であるVoltek社から、製品番号VOLARAタイプLMとして販売されている、独立気泡ポリオレフィン発泡材である。

他の材料としては、46254インディアナ州、インディアナポリスの、キャボットセイフティコーポレーション（Cabot Safety Corp.）の特殊複合材事業部から、商品名C/3002、或いはC-2301として販売されている、塩化ビニールアライド発泡材がある。

液体膨張手段160は、熱伝導体40内の液体作動圧力の下で、圧縮に耐えるように、充分な剛性を有している。

液体膨張手段或いは部材160は、熱伝導体40の両面にあるシール71及び72の各内部エッジ全周にわたって配置されており、中央部フェーシングを有し、熱伝導体40内のチャンネルの開放面を介して液体に接している。

液体膨張手段160は、加熱器モジュール10内の液体作動圧力の下で、膨張、或いは圧縮に耐えるために、充分な剛性を有している。しかし、チャンネル内の液体が凍結し、膨張することによって発生する大きな力がかかると、図12及び図13に二重描きしてあるように、液体膨張部材160は、凍結、或いは半凍結した液体が膨張できるように、圧縮される能力を有する。

液体膨張部材160は、それぞれのプレート73及び74の張り出しによって形成されている内部空間162を満たす、通常の平面形に戻るような形状記憶性を有する。

液体膨張部材160は、プレート73及び74上で、熱伝導体40に締め付けられることによって圧縮され、熱伝導体40のチャンネル内に、少しはみ出すように熱伝導体の表面と接触し、液体が流れるチャンネルの開放面を閉鎖している。

図14に示すように、液体膨張部材160は、加熱器モジュール10内で、それを使い易くするような付加機能を有している。

液体膨張部材160のエッジに沿って、開放端を持った１対の隙間164及び166がつくられている。隙間164及び166は、その下にある熱伝導体40の流路チャンネルの一つと一致しており、流路チャンネルの液体の一部が、隙間164及び166を通して、プレート73或いは74の内壁に接触して流れるようになっている。

モスフェット156のような、大電力用電子スイッチ装置は、プレート73の張り出し部分に面して取り付けられている。モスフェット 156は、通常の作動温度に保たれるように液体の流れによって冷却されている。

追加の隙間168及び170は、回路板150上にあるスイッチ装置、モスフェット156から熱を取り去るために、熱伝導体チャンネル内を流れる液体が、プレートの内面に沿って流れるように、液体膨張部材160の中間部分に設置されている。

追加の開口隙間172は、熱膨張部材160の他のエッジ部分に設けられている。隙間172は、回路板150に搭載されている温度センサー159の下に位置している。センサーが熱伝導体のチャンネルを通る液体に近づくので、隙間172を通る液体の流れによって、温度センサー159による温度測定は、より正確なものとなる。

図16に示す別の液体膨張手段200では、シール71及び72が取り去られた形となっている。液体膨張手段或いは部材の周辺エッジ部分202は、対応するプレート73及び74が熱伝導体に固定される時に、ボルト75によって圧縮される。
液体膨張手段200の周辺エッジ部分202は、熱、及び圧力を受けて、液体膨張手段200の中央部分に比べて薄い状態にまで圧縮される。

図15に示す別の液体膨張手段の形態では、液体膨張手段180は、シールの全表面に亘って、切れ目のない形をしたシール182及び184から形成されている。このように作られたシール182及び184のうち、少なくとも片方は、熱伝導体40の開放端を備えたチャンネルを流れる流体の通常圧力を受けた時、膨張に耐える充分な剛性を有している。

しかし、シール部材182及び184のどちらも、凍結した或いは半凍結した、熱伝導体内の液体の膨張を受け入れるため、プレート73の張り出し部分でつくられている内部空間、或いは内部屋に向かって膨張する能力を有している。

液体が液相に戻った場合には、シール部材182及び184は、元の形に戻り、それぞれがチャンネルに接触してチャンネルの開放端を閉鎖し、熱伝導体の中で、所期の迷路に沿った流れを形成することになる。

まとめれば、液体が固相或いは半固相に変化した時、加熱装置を通して流れる液体の膨張を受け入れる、独特な液体膨張手段を有している液体加熱装置が示されている。
液体膨張手段は、液体が液相に戻った後には、元の形に戻る能力を備えている形状記憶性を有する。

なお、添付の図面を参照することによって、本発明の様々な機能、優位点、及び別の用途は、よく理解されると思う。

典型的な、車両用窓洗浄液放出システムに使用されている、本発明による液体加熱装置のブロック線図である。 本発明の一例による加熱器モジュール、或いは液体加熱装置の全体図である。 図2に示す加熱器モジュールの分解図である。 図2に示す加熱器モジュールアセンブリの、回路板上方から見た部分断面図である。 図2に示す加熱器モジュールアセンブリの反対面を、上方から見た部分断面図である。 本発明の加熱器モジュールを、カバー及び回路板を取り去った状態で、図5の方向から見た図である。 カバーを取り去った状態の、加熱器モジュールの回路板側の図である。 図7に示す加熱器モジュールを、反対方向から見た図である。 加熱器モジュールの熱伝導体を上方から見た図である。 図6〜図8に示す加熱器モジュール熱発生体の底面正面図である。 図6〜図8に示す加熱器モジュールの平面図である。 図11の線12-12に沿った断面図である。 図11の線13-13に沿った断面図である。 熱伝導体の片方の表面のシール端を覆って取り付けられている、凍結安全部材の平面図である。 本発明による液体膨張部材を有する加熱器モジュールの、他の例を示す側面図である。 図12に類似した断面図であるが、本発明の他の例を示している図である。

符号の説明

10 加熱器モジュール
12 車両の窓
14 散水ノズル
16 洗浄液
18 ウインドシールドワイパー
20 リザーバー
24、25 開閉スイッチ
26 バッテリ
28 制御装置
30 イグニッションスイッチ
40 熱伝導体
42 入口
44 出口
46 継手
50 第1カバー
52 第２カバー
54、56 主壁面
60、62 周辺リップ
64 細くなっている端部
70 コネクタアセンブリ
71、72シール部材
73、74 プレート
75 ボルト
76 周囲溝
77 突出部
79 スロット
80 第1主要面
81 スロット
82 第2主要面
83 ウェッブ
84、86、88、90 側面
92、94、96 孔
100、102、103 加熱部材
104、106、107 加熱部材の一端
108 端子
130 第1の流路部分
132 第2の流路部分
134 中央の孔
150 プリント回路板
156 モスフェット（ＭＯＳＦＥＴ）
158 孔
159 温度センサー
160 液体膨張手段
161 シルパッド
162 内部空間
164、166 隙間
168、170 追加の隙間
172 開口隙間
180 液体膨張手段
182、184 シール
200 液体膨張手段
202 周辺エッジ部分

Claims (40)

1. 液体を加熱する加熱装置であって、
   熱伝導体と、
   熱伝導体に熱を与えるように、熱伝導体に連結されている加熱手段と、
   熱伝導体の入口及び出口の間に形成され、熱伝導体から熱を吸収するように、熱伝導体に連結され、かつ熱伝導体の外に向かって開放されている液体流路と、
   内部の空間に熱伝導体を収容するハウジングと、
   熱伝導体に連結され、液体流路内の液体の相変化に伴う膨張を、可逆的に許容する液体膨張手段とを備える液体加熱装置。
2. 加熱手段を起動するために、加熱手段に連結された制御手段を備えている、請求項1記載の加熱装置。
3. 制御手段は、プリント配線回路板から成っている、請求項1記載の加熱装置。
4. 制御手段は、熱伝導体の温度に比例した出力信号を発生させるため、制御手段に連結される温度センサーを備えている、請求項1記載の加熱装置。
5. 液体膨張手段は、熱伝導体と熱伝導体に取り付けられたプレートの間に設けられている圧縮性の部材である、請求項1記載の加熱装置。
6. 圧縮性部材は、独立気泡発泡材からなる、請求項5記載の加熱装置。
7. 液体膨張手段は、熱伝導体の流路チャンネルの開放面を覆う、中空の内室を形づくる張り出し部分を備えているプレートと、流路チャンネルの開放面を覆って設けられ、通常の流体圧力の下では、流路チャンネルの開放面の全面で熱伝導体に接触するように配置され、かつ液体の相変化に伴う膨張中は、プレートに設けられている内室に向かって膨張することができる膨張手段とから成る、請求項1記載の加熱装置。
8. 液体流路は、熱伝導体の一面を横断して伸びる第1の流路部分と、それと反対側の面を横断して伸びる第2の流路部分から成り、第1及び第2の流路は、連通されている、請求項1記載の加熱装置。
9. 第1及び第2の流路は、熱伝導体の中央で連通するように配置されている、請求項8記載の加熱装置。
10. 加熱手段は、熱伝導体に取り付けられている、少なくとも1個の加熱部材から成る、請求項1記載の加熱手段。
11. 加熱手段は、熱伝導体に取り付けられている、複数の加熱部材から成る、請求項1記載の加熱手段。
12. それぞれの加熱部材の起動を制御するための制御装置を備える、請求項11記載の加熱装置。
13. 加熱手段は、熱伝導体の中に配置され、液体流路によって取り囲まれている、請求項1記載の加熱装置。
14. 熱伝導体の表面に固定されているプレートと、熱伝導体とプレートとを液封するシール部材を備えている、請求項1記載の加熱装置。
15. シール部材は、プレートと熱伝導体の周辺部の間に配置されているO−リングから成る、請求項14記載の加熱装置。
16. シール部材は、プレートに対して熱伝導体を液封するために、熱伝導体とプレートの間に配置されている、周辺エッジ部を有する液体膨張手段から成る、請求項14記載の加熱装置。
17. 液体を加熱する加熱装置であって、
    熱伝導体と、
    熱伝導体の一面を横断して伸びている第1の流路部分、及びそれと反対側の面を横断して伸びている第2の流路部分から成り、第1及び第2の流路は、熱伝導体を通して連通されており、かつ熱伝導体に形成され、熱伝導体から外方向に向かう開放面を備えた流路チャンネルで形づくられている流路と、
    熱伝導体の中に取り付けられ、熱伝導体と接触しており、かつ第1及び第2の流路内の液体が、熱伝導体から熱を吸収できるように、熱伝導体に熱を与える、少なくとも1個の加熱手段と、
    少なくとも1個の加熱手段を起動させるために、少なくとも1個の加熱手段に取り付けられている電力スイッチ手段を備えた制御装置と、
    内部空間に熱伝導体を収容しているハウジングと、
    少なくとも液体が固体状態である時、流路内の液体の相変化に伴う膨張を、可逆的に許容するために、熱伝導体に設けられた液体膨張手段から成る加熱装置。
18. 熱伝導体の流路チャンネルの開放面を閉じるために、熱伝導体に固定されているプレートと、ハウジングに対して、熱伝導体を液封するために、熱伝導体に設けられた流路
    部分を覆って取り付けられているシール手段とを備えてなる、請求項17記載の加熱装置。
19. 制御手段は、プリント配線回路板から成る、請求項17記載の加熱装置。
20. 制御手段は、熱伝導体の温度に比例した出力信号を発生させるため、制御手段に連結されている温度センサーを備えている、請求項1記載の加熱装置。
21. 液体膨張手段は、圧縮性部材から成る、請求項17記載の加熱装置。
22. 圧縮性部材は、独立気泡発泡材でつくられている、請求項21記載の加熱装置。
23. 流体膨張手段は、熱伝導体の流路チャンネルの開放面を覆う、中空の内室を形づくる張り出し部分を備えているプレートと、流路チャンネルの開放面を覆って設置され、通常の流体圧力の下では、流路チャンネルの開放面の全面で熱伝導体に接触するように配置され、かつ液体の相変化に伴う膨張中は、プレートに設けられている内室に向かって膨張することができる膨張手段から成る、請求項17記載の加熱装置。
24. 液体流路は、熱伝導体の一面を横断して伸びている第1の流路部分と、それと反対側の面を横断して伸びている第2の流路部分から成り、第1及び第2の流路は連通されている、請求項17記載の加熱装置。
25. 第1及び第2の流路は、熱伝導体の中央で連通されるように配置されている、請求項17記載の加熱装置。
26. 加熱手段は、熱伝導体に取り付けられている、複数の加熱部材から成る、請求項17記載の加熱手段。
27. シール部材は、プレートと熱伝導体の周辺部の間に配置されているO−リングから成る、請求項18記載の加熱装置。
28. シール部材は、プレートに対して熱伝導体を液封するために、熱伝導体とプレートの間に配置されている、周辺エッジ部を有する液体膨張手段から成る、請求項18記載の加熱装置。
29. 車両用の窓洗浄装置であって、
    洗浄液を供給する液体源と、
    リザーバーから液体を送出するために、液体源に連結されている液体送出装置と
    液体源と液体送出装置との間の液流経路内に配置されている加熱手段と、
    加熱手段に電力を供給するために、加熱手段に連結されている制御装置と、
    加熱装置から成り、かつ、加熱装置は、次のものを含んでいる車両用の窓洗浄装置。
    ― 入口及び出口を備えている熱伝導体
    ― 熱伝導体の入口及び出口の間に形成されている液体流路であって、流路内の液体が、熱伝導体から熱を吸収するように、加熱手段を取り巻いている液体流路
    ― 加熱手段を起動させるために、加熱手段に連結されている制御手段
    ― 熱伝導体の外側に向かって開放されている液体流路
    ― 内部の空間に熱伝導体を収容しているハウジング
    ― 少なくとも液体が固相にある時、流路内の液体の膨張を、可逆的に許容するために、ハウジング内に収容されている液体膨張手段。
30. 制御手段は、熱伝導体の温度に比例した出力信号を発生させるため、制御手段に連結されている温度センサーを備えている、請求項29記載の加熱装置。
31. 熱伝導体に固定されているプレートと、プレートに対して熱伝導体を液封するシール部材から成る、請求項29記載の加熱装置。
32. 制御手段は、プリント配線回路板から成る、請求項29記載の加熱装置。
33. 液体膨張手段は、圧縮性部材から成る、請求項29記載の加熱装置。
34. 圧縮性部材は、独立気泡発泡材でつくられている、請求項29記載の加熱装置。
35. 液体膨張手段は、熱伝導体の流路チャンネルの開放面を覆う、中空の内室を形づくる張り出し部分を備えているプレートと、流路チャンネルの開放面を覆って設置され、通常の流体圧力の下では、流路チャンネルの開放面の全面で熱伝導体に接触するように配置され、かつ液体の相変化に伴う膨張中は、プレートに設けられている内室に向かって膨張することができる膨張手段とから成る、請求項29記載の加熱装置。
36. 液体流路は、熱伝導体の一面を横断して伸びている第1の流路部分と、それと反対側の面を横断して伸びている第2の流路部分から成り、第1及び第2の流路は連通されている、請求項29記載の加熱装置。
37. 第1及び第2の流路は、熱伝導体の中央で連通されるように配置されている、請求項29記載の加熱装置。
38. 加熱手段は、熱伝導体に取り付けられている、複数の加熱部材から成る、請求項29記載の加熱手段。
39. シール部材は、プレートと熱伝導体の周辺部の間に配置されているO−リングから成る、請求項31記載の加熱装置。
40. シール部材は、プレートに対して熱伝導体を液封するために、熱伝導体とプレートの間に配置されている、周辺エッジ部を有する液体膨張手段から成る、請求項31記載の加熱装置。

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