JP2012512086A - 車両の流体ヒータのための加熱部 - Google Patents

Abstract

【解決手段】本発明は車両の流体ヒータ（３）の為の加熱部（９）に関する。車両の流体ヒータ（３）は、ヒーティングエレメントと、前記ヒーティングエレメント（２０）に接続されたパルス幅制御スイッチング部３２と、前記スイッチング部（３２）に接続され調整可能なパルス幅の制御信号（３３）を生成する制御部（３１）とを備える。前記スイッチング部との組み合わせで前記制御部（３１）が、前記加熱部（９）の温度を調整可能な目標温度に制限するように、前記制御部（３１）により生成される制御信号（３３）のパルス幅は前記ヒーティングエレメント（２０）の実温度により決定される。
【選択図】 図１１

Description

この出願は、ヒーティングエレメントと、パルス幅が制御されるスイッチング部と、制御部を備えた車両の流体ヒータのための加熱部について言及する。

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。この米国特許出願は、蓄積された雪や霜を溶かすために自動車のフロントガラスの上に噴射され得る温水を生成するための自動車のフロントガラスに適用される自動車のウォーターヒータについて言及している。先行技術に従った自動車のウォーターヒータは熱せられる水が流れ得る少なくとも一つの流体経路を定めるアルミニウム熱交換器を備えている。熱交換器の熱伝導性表面は、電気的に作動する加熱部に提供される。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）を利用する。

前述した種類の車両の流体ヒータは、通常は５０℃から７０℃である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一定量のスクリーン洗浄液を配水する。電力が加熱部に一旦供給されると、セラミックレジスタはヒートアップし、熱せられる水又は他の流体が流れ得る熱伝導性の熱交換器に熱を伝送する。スクリーン洗浄液が一旦、目標温度に到達すると、車のスクリーン洗浄クリーニング装置は、車のフロントガラスの上に熱せられたスクリーン洗浄液の一連のショットを分配する。

一般に、熱交換器の目標温度にシステムの起動後の比較的短い時間の中で到達することが望ましい。抵抗ヒーティングエレメントは、通常は、特定の熱的パフォーマンスを成し遂げるために電気的ヒーティングパワーを生成するために、高い電流を流す。

スクリーン洗浄液に含まれるミネラルやアルコールが煮沸して取り除かれることを避けるために、スクリーン洗浄液の目標温度は通常は５０℃から７０℃の間である。加熱部のパフォーマンスと熱浪費をコントロールするために、電子的制御手段が通常は必要とされる。

本発明の目的とするところは、比較的短い時間で所望とされる目標温度に到達し、更に加熱部を簡素で安価で可能な限り信頼性のあるものとして維持しつつ、目標温度へのスクリーン洗浄液の加熱を制限する、車両の流体ヒータのための加熱部を提供することである。

この及び他の目的は、ヒーティングエレメントと、ヒーティングエレメントに接続されたスイッチング部と、スイッチング部に接続され制御信号を生成する制御部とを備え、スイッチング部との組み合わせで制御部が、加熱部の温度を調整可能な目標温度に制限するように、制御部により生成される制御信号はヒーティングエレメントの実温度により決定される、車両の流体ヒータのための加熱部により成し遂げられる。

好ましい実施形態において、スイッチング部はパルス幅が制御される。この場合、制御部により生成される制御信号は、調整可能なパルス幅を有し、好ましくは長方形の形状である。

もう一つの方法として、電圧調整或いは比例−積分−微分（ＰＩＤ）ステップを用いることによって、スイッチング部は制御信号を介して制御部により制御される。

簡単に要約するに、ヒーティングエレメントの実温度にもよるだろうが、制御部は調整可能なパルス幅の制御信号を生成する。ヒーティングエレメントの実温度が調整可能な目標温度に到達した場合、制御部は制御信号のパルス幅を小さくする。補完する方法において、制御部は、ヒーティングエレメントの実温度が目標温度を下回ると、制御信号のパルス幅を大きくする。この制御信号はスイッチング部を制御する。制御信号のＯＮサイクルの間、それはパルス幅に等しいが、ヒーティングエレメントがヒートアップするように、スイッチング部はヒーティングエレメントに電力を供給する。制御信号のＯＦＦサイクルの間、スイッチング部によりヒートエレメントには電力は供給されない。前述したように、制御部は、ヒーティングエレメントの温度が上がった場合、制御信号のパルス幅を小さくする。このメカニズムを利用して、ヒーティングエレメントの実温度は調整可能な目標温度に制限される。

制御部は、現在の洗浄液温度を決定するために、ＰＴＣヒーティングエレメントの熱−電気特性（温度を超える抵抗）の間の予め確立された関係を用いる。

好ましくは、電子的制御部は、コネクタ／レセプターシステムを介して、他の高いレベルの制御部に接続されている。

ヒーティングエレメントは、熱源として一つ又はそれ以上の正温度特性（PTC；Positive Temperature Coefficients）セラミックエレメントを用いてよい。ＰＴＣエレメントは、例えばＰＴＣエレメントはその目標温度を維持できるといったように、熱的に自動制御されるといった利点を有している。それ故に、ヒーティングエレメントとして使用されるＰＴＣエレメントは、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エレメントによる更なる利点は、ＰＴＣエレメントが目標温度に到達したときの電力消費を削減することができるということである。

好ましい実施形態において、ＰＴＣエレメントは、約１３５℃の目標温度を有している。自動車の適用において、ヒーティングエレメントの最大温度は安全のために１４０℃に制限される。約１３５℃の目標温度を有するＰＴＣエレメントを用いることによって、フェイルセーフ設計は、ＰＴＣ材料が本来持っている自動制御特性を用いることにより成し遂げられる。設定電圧及び環境パラメータの中で、ヒーティングが制御不能になったときでも、ＰＴＣは上昇の一途をたどる状態を与えることはない。それゆえに、熱発生源としてＰＴＣ材料を用いるヒーティングアプリケーションにおいて、サーモスタットやサーモヒューズのような熱しすぎを防止するための独立した安全装置は必要とされない。サーモスタットやサーモヒューズの使用を必要とする非自動制御の他の熱源は、それら安全装置は熱的な急騰状態を引き起こし機能しなくなることがあるので、たとえ動作パラメータが設計限界内にあっても、フェイルセーフを考慮できていない。設計と追加コストを複雑にする冗長性がしばしば必要とされる。

もう一つの好ましい実施形態において、スイッチング部は、電子スイッチ、より好ましくはトランジスタ、より好ましくはＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、そして更に好ましくは組み込みホール電流センサを備えたＭＯＳＦＥＴを備えている。ＭＯＳＦＥＴの利点は、電圧により、この場合、制御部により生成される制御信号の電圧により、直接的に制御できることにある。ホール効果センサは、磁気フィールドにおける変化に応じてその出力電圧を変えるトランスデューサである。コンダクタを通して運ばれる電気は流れによって異なる磁場を生じ、そして、ホールセンサは回路を中断することなく流れを判断するのに用いられることができる。それ故に、ホール電流センサが組み込まれたＭＯＳＦＥＴはコンダクタを通して流れる電流を測定でき、測定された電流に従ってその状態を変化させる。そのようにホール電流センサが組み込まれたＭＯＳＦＥＴは、スマートＭＯＳＦＥＴと言及される。

制御部は、電子コントローラ、好ましくはマイクロプロセッサを備えている。電子コントローラ或いはマクロプロセッサは、ヒーティングエレメントの実温度と調整可能な目標温度とを比較し、この比較の結果により制御信号を生成する。

ヒーティングエレメントの実温度は、ＰＴＣエレメントの抵抗はＰＴＣエレメントの実温度に直接的に比例するので、ヒーティングエレメントの抵抗を測定することにより決定される。制御部は、ＰＴＣエレメントの現在の抵抗が洗浄液の実温度にマッピングされる比較チャートによって、現在の洗浄液温度にマッピングされ得るＰＴＣエレメントの実温度を得る。ＰＴＣエレメントの抵抗は、ＰＴＣエレメントに周知の電圧を適用することにより、及びＰＴＣエレメントを通して流れる電流の結果を測定することにより、測定され得る。電圧が知られ、電流が測定されると、ＰＴＣエレメントの抵抗は計算され得る。この抵抗の測定は制御信号のＯＦＦサイクルの間に好ましくは実行され、そうでなければ結果は制御信号の電圧により歪められる。

代わりに、ヒーティングエレメントの実温度は、ヒーティングエレメントに直列に接続された比較レジスタに与えられる電圧の測定により決定される。比較レジスタがヒーティングエレメントに直列に接続されたとき、比較レジスタでの電圧降下はヒーティングエレメントの抵抗に直接的に比例する。適用される電圧がコンスタントであるので、比較レジスタでの電圧降下はヒーティングエレメントの抵抗が変わった場合にのみ変化する。比較レジスタでの測定された電圧降下は制御部に送られる。比較レジスタは著しい電力損失を避けるべく可能な限り小さいので、比較レジスタでの測定された電圧降下を増幅することは好都合かもしれない。もし比較レジスタが小さいならば、対応する電圧降下も小さい。それ故に制御部が強い信号を受信するように、特定のファクターにより測定された電圧降下を増幅することは好都合である。比較レジスタでの測定された電圧降下はＰＴＣエレメントの抵抗に直接的に比例するので、制御部は、比較レジスタでの電圧降下をＰＴＣエレメントの実温度にマッピングした比較テーブルを用いることによりＰＴＣエレメントの実温度を得る。

本発明の好ましい実施形態において、比較レジスタは１３ｍΩの抵抗を有している。しかしながら、レジスタの選択は増幅された電圧によって決まり、電力の著しい損失を防ぐために可能な限り小さくすべきである。比較レジスタに与えられる電圧の測定は、比較レジスタを通して流れる電流の測定に置き換えることができることは理解されている。この測定は、この場合、ＰＴＣエレメントと比較レジスタの直列接続に付加的な電圧は加えられないので、制御信号のＯＮサイクルの間に実行されることが好ましい。この電流測定は前述したようにスマートＭＯＳＦＥＴにより実行され得る。測定回路の簡素化の観点から、スマートＭＯＳＦＥＴの利用は好ましい。

本発明の好ましい実施形態において、制御部は、ヒーティングエレメントの温度が目標温度に到達した場合、制御信号のパルス幅を小さくする。

本発明のもう一つの好ましい実施形態において、制御信号は長方形のパルスからなる。

調整可能な目標温度は、スクリーン洗浄液からミネラルやアルコールが煮沸して抜け、効果的でないスクリーン洗浄液となるのを防ぐために、５０℃から７０℃の間である。

好ましくは、加熱部は付加的なサーマルセンサを備えていない。

本発明の更なる目的は、先に言及した加熱部を利用した車両の流体ヒータを提供することにある。この目的は、少なくとも一つの熱交換器と、少なくとも一つの電子的に作動する加熱部と、を備え、前記熱交換器は、流体が熱せされるための流体チャンネルを定める少なくとも一つの熱的に伝導性のあるボディと、熱的に伝導性のあるボディのフロント及びリアエンドをシーリングするシーリングカバーを備え、前述した必要性を満たすために、少なくとも一つの流体フローを確立するための吸水口及び又は排水口を有するカバーを備え、前記車両の流体ヒータの前記温度は、前述した加熱部により制御されることを特徴とする車両の流体ヒータ、好ましくは自動車のウォーターヒータにより成し遂げられる。

本発明の更なる目的は、加熱部の制御方法を提供することにある。

この目的は、加熱部を制御する、特に前述した加熱部を制御するための方法であって、
好ましくは比較レジスタでの電圧或いは電流測定によって、前記加熱部のヒーティングエレメントの抵抗を測定するステップと、
前記ヒーティングエレメントの測定された抵抗によって前記ヒーティングエレメントの実温度を決定するステップと、
調整可能な目標温度を有するヒーティングエレメントの実温度を比較するステップと、調整可能なパルス幅の制御信号を生成するステップと、生成された制御信号のパルス幅は、前記ヒーティングエレメントの実温度と前記調整可能な目標温度の間の違いに依存し、
前記ヒーティングエレメントに接続されたスイッチング部を制御する制御信号を利用するステップと、
を備えた方法により成し遂げられる。

加熱部の制御方法の好ましい実施形態では、ヒーティングエレメントの実温度は、ヒーティングエレメントの特定の抵抗、比較レジスタに投入される特定の電圧、或いは比較レジスタを介して流れる特定の電流、からヒーティングエレメントの実温度を指定する比較チャートにより決定される。

加熱部の制御方法の選択的な実施形態では、前記ヒーティングエレメントの実温度は、前記ヒーティングエレメントの測定された抵抗、前記比較レジスタに投入される測定された電圧、或いは前記比較レジスタを介して流れる測定された電流を用いて、前記ヒーティングエレメントの実温度を決定するアルゴリズムにより決定される。

ヒーティングエレメントの実温度は、電子的なコントローラ、好ましくはマイクロプロセッサにより、調整可能な目標温度と比較される。もし、この比較がヒーティングエレメントの実温度が調整可能な目標温度に到達したことを示したのならば、制御信号のパルス幅は制御部により小さくされる。

本発明のより好適な実施形態において、スイッチング部により分散される熱は熱交換器の外側表面に伝導される。

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１は自動車のスクリーン洗浄装置を示す。 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は閉じた状態の熱交換器の透視図を示す。 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は加熱部の透視図を示す。 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は車両の流体ヒータの断面図を示す。 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。

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。

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。
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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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（Ｔ_HE）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（Ｔ_HE）の増加で増加する。ＰＴＣストーン２０の実温度（Ｔ_HE）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（Ｔ_HE）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（Ｔ_HE）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。

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。

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。

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（Ｔ_HE）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（Ｔ_HE）とその時間の関係は、グラフ３に示される。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

ＭＯＳＦＥＴ２９又はスマートＭＯＳＦＥＴ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。

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。

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、ＡＬ_２Ｏ_３）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。

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。

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

Claims (22)

1. ヒーティングエレメント（２０）と、
   前記ヒーティングエレメントに接続されるスイッチング部（３２）と、
   前記スイッチング部（３２）に接続され、制御信号（３３）を生成する制御部３１と、を備え、
   前記スイッチング部（３２）との組み合わせで前記制御部（３１）がヒーティングエレメントの温度を調整可能な目標温度に制限するように、前記制御部（３１）により生成される制御信号（３３）は前記ヒーティングエレメントの実温度によって決まる、
   車両の流体ヒータの加熱部（９）。
2. 前記スイッチング部はパルス幅制御による、請求項１に従った加熱部（９）。
3. 前記制御部により生成される制御信号は調整可能なパルス幅を有する、請求項２に従った加熱部（９）。
4. 前記スイッチング部は、電圧規制或いは比例−積分−微分ステップによって、制御信号を介して制御部により制御される、請求項１に従った加熱部（９）。
5. 前記ヒーティングエレメント２０は、熱源として一つ又はそれ以上の正温度特性（ＰＴＣ）セラミックエレメント（２０）を用いる、請求項１乃至４のいずれかに従った加熱部（９）。
6. 前記ＰＴＣエレメント（２０）は約１３５℃の目標温度を有している、請求項５に従った加熱部（９）。
7. 前記スイッチング部（３２）は、電子スイッチ、好ましくはトランジスタ、より好ましくはＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、そして更に好ましくは組み込みホール電流センサを備えたＭＯＳＦＥＴを備えている、請求項１乃至６のいずれかに従った加熱部（９）。
8. 前記制御部（３１）は電子コントローラ、好ましくはマイクロプロセッサを備えている、請求項１乃至７のいずれかに従った加熱部（９）。
9. 前記ヒーティングエレメント（２０）の実温度は、好ましくは前記制御信号（３３）のｏｆｆサイクルの間の、前記ヒーティングエレメント（２０）の抵抗の測定により、決定される、請求項２乃至８のいずれかに従った加熱部（９）。
10. 前記ヒーティングエレメント（２０）の実温度は、一組のヒーティングエレメント（２０）に接続された比較レジスタ（３４）にて与えられる電圧の測定により決定される、請求項２乃至８のいずれかに従った加熱部（９）。
11. 前記制御部（３１）は、前記ヒーティングエレメント（２０）の温度が目標温度に到達した場合に、前記制御信号（３３）のパルス幅を小さくする、請求項２，３，５乃至１０のいずれかに従った加熱部（９）。
12. 前記制御信号（３３）は長方形のパルスからなる、請求項２，３，５乃至１１のいずれかに従った加熱部（９）。
13. 前記調整可能な目標温度は５０℃から７０℃の間である、請求項１乃至１２のいずれかに従った加熱部（９）。
14. 前記ヒーティングエレメント（２０）の実温度は、好ましくはホール電流センサによって、前記ＰＴＣストーン（２０）を流れる電流の測定により決定される、請求項２乃至８のいずれかに従った加熱部（９）。
15. 少なくとも一つの熱交換器（８）と、少なくとも一つの電子的に作動する加熱部（９）と、を備え、前記熱交換器（８）は、流体が熱せされるための流体チャンネル（１５）を定める少なくとも一つの熱的に伝導性のあるボディと、熱的に伝導性のあるボディのフロント及びリアエンドをシーリングするシーリングカバー（１６ａ，１６ｂ）を備え、少なくとも一つの流体フローを確立するための吸水口及び又は排水口を有するカバーを備え、前記加熱部（９）は前記熱的に伝導性のあるボディの熱を伝導する表面に接続された、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、
    前記車両の流体ヒータ（３）の前記温度は、請求項１乃至１４のいずれかに従った加熱部（９）により制御されることを特徴とする車両の流体ヒータ。
16. 加熱部（９）を制御する、特に請求項１乃至１３のいずれかに従った車両の加熱部を制御するための方法であって、
    好ましくは比較レジスタ（３４）での電圧或いは電流測定によって、前記加熱部（９）のヒーティングエレメント（２０）の抵抗を測定するステップと、
    前記ヒーティングエレメント（２０）の測定された抵抗によって前記ヒーティングエレメント（２０）の実温度を決定するステップと、
    調整可能な目標温度を有するヒーティングエレメント（２０）の実温度を比較するステップと、
    調整可能なパルス幅の制御信号（３３）を生成するステップと、生成された制御信号（３３）のパルス幅は、前記ヒーティングエレメント（２０）の実温度と前記調整可能な目標温度の間の違いに依存し、
    前記ヒーティングエレメント（２０）に接続されたスイッチング部（３２）を制御する制御信号（３３）を利用するステップと、
    を備えた方法。
17. 前記ヒーティングエレメント（２０）の実温度は、前記ヒーティングエレメント（２０）の特定の抵抗、前記比較レジスタ（３４）に投入される特定の電圧、或いは前記比較レジスタ（３４）を介して流れる特定の電流、から前記ヒーティングエレメント（２０）の実温度を指定する比較チャートにより決定される、請求項１６に従った加熱部（９）の制御方法。
18. 前記ヒーティングエレメント（２０）の実温度は、前記ヒーティングエレメント（２０）の測定された抵抗、前記比較レジスタ（３４）に投入される測定された電圧、或いは前記比較レジスタ（３４）を介して流れる測定された電流を用いて、前記ヒーティングエレメント（２０）の実温度を決定するアルゴリズムにより決定される、請求項１６に従った加熱部（９）の制御方法。
19. 前記ヒーティングエレメント（２０）の実温度は、電子的なコントローラ、好ましくはマイクロプロセッサにより、調整可能な目標温度と比較される、請求項１６乃至１８のいずれかに従った加熱部（９）の制御方法。
20. 前記ヒーティングエレメント（２０）の実温度が調整可能な目標温度に到達した場合、前記制御信号（３３）のパルス幅は小さくされる、請求項１６乃至１９のいずれかに従った加熱部（９）の制御方法。
21. 前記スイッチング部（３２）により分散される熱は、前記熱交換器（８）の外側表面に導かれる、請求項１６乃至２０のいずれかに従った加熱部（９）の制御方法。
22. 前記ヒーティングエレメント（２０）の実温度が調整可能な目標温度に到達した場合、前記制御信号のパルス幅は小さくされる、請求項１６乃至２１のいずれかに従った加熱部（９）の制御方法。