JP5815234B2 - 加熱要素を備えたフランジ - Google Patents

Description

本発明は、電流を導きまた前記電流の効果としての熱を散逸させるための少なくとも１つの抵抗ワイヤを含む加熱要素を備える、ある量の流体をタンク内に保持するためのフランジに関する。

出願人名義の特許文献１は、一体化された加熱要素を有する尿素タンク（urea tank）及びベースプレートを記載している。一体化された加熱要素は、少なくとも１つの可撓性加熱部を含む。好ましくは、可撓性部分は可撓性ヒータであり、すなわち、可撓性ヒータは、２枚の可撓性フィルムの間に挿入されるか又は可撓性フィルムに固定される少なくとも１つの抵抗トラックを含む。

可撓性部分は、様々な位置に配置することが可能であり、したがって、従来のヒータによっては到達できないであろうタンクの部分の加熱を可能にする。しかし、公知の加熱要素の到達距離は、可撓性部分によって損傷なしに耐えることができる変形範囲によって、また特に可撓性部分が本質的に平坦な２次元のシートであるという事実によってなお制限される。したがって、公知の可撓性ヒータは、曲げ又は丸めに耐え得るが、半球などの真に湾曲した表面を説明するために適しておらず、１つ又は複数の可撓性フィルムを構成する材料のかなりの圧縮又は張力を伴うであろう剪断力に耐えるためにも適していない。

国際公開第２００８／１３８９６０Ａ１号パンフレット

本発明の実施形態の目的は、実質的に任意の湾曲面を説明するための可撓性を提供することによって、公知の可撓性ヒータの制限を克服する加熱要素を提供することである。

この目的は、電流を導きまた前記電流の効果としての熱を散逸させるための少なくとも１つの抵抗ワイヤを含む加熱要素を備える、ある量の流体をタンク内に保持するためのフランジであって、前記加熱要素が案内手段をさらに含み、前記少なくとも１つの抵抗ワイヤが、加熱表面を形成するために、前記抵抗ワイヤの長さに沿った複数の別個の位置で前記案内手段によって案内され、前記加熱表面の第１の部分が前記フランジの内側に存在し、前記加熱表面の第２の部分が前記フランジの外側に存在するフランジによって達成される。

引用した従来技術の解決策と対照的に、本発明によるフランジの加熱要素に含まれる抵抗ワイヤは、ワイヤの全長を実質的に固定するように作用する１つ以上の可撓性シート又はフィルムによって案内されず、代わりに、ワイヤの長さに沿って複数の別個の位置において作用する別個の案内手段（discrete guiding means）によって案内される。

本発明の利点は、加熱表面の形状が、抵抗ワイヤが取り付けられる１つ又は複数の可撓性フィルムの存在によって限定されないことである。むしろ、加熱されるべき空間を通して抵抗ワイヤを案内することによって、任意に選択される表面を形成することが可能であり、これによって、抵抗ワイヤは案内手段によって適所に維持される。

本発明による加熱要素の一実施形態では、案内手段は可撓性網（flexible net）を含む。

この実施形態は、可撓性網を所望の加熱表面に従って最初に位置決めし、固定してもよく、また可撓性網を通して抵抗ワイヤを織ることによって描くことが望ましい表面に沿って抵抗ワイヤを案内してもよいという利点を有する。

本発明による加熱要素の他の実施形態では、案内手段はプラスチックバンドを含む。

この実施形態は、確実な固定を可能にするという利点、および加熱表面を適所に取り付けた後に、加熱表面の様々な部分の所望の可撓性に従って幾分剛性のバンドを使用し得るという利点を有する。

別の特定の実施形態では、プラスチックバンドに、前記少なくとも１つの抵抗ワイヤの一部を受容しかつ保持するようにされたクリップが設けられる。

クリップの利点は、抵抗ワイヤをクリップに配置し、取り除き、又は交換することが容易なことである。

本発明によるフランジの一実施形態では、少なくとも１つの抵抗ワイヤが電気絶縁材料で覆われる。

この実施形態の利点は、抵抗ワイヤの異なる部分をショートさせることなく、かつ組立体全体の電気的安全性を損なうことなく、導電性流体に浸漬しつつ加熱要素を使用し得ることである。

本発明によるフランジの好ましい実施形態では、少なくとも１つの抵抗ワイヤは、尿素に対し耐性がある材料で覆われる。

この実施形態の利点は、車両の排出物低減システムに使用される商業的に入手可能な水性溶液又はギ酸溶液などのある容積の尿素溶液に浸漬しつつ、加熱要素を使用し得ることである。この実施形態は、自動車の尿素溶液タンクの一部を尿素溶液の氷点より上の温度に加熱するために使用することが可能である。

一実施形態では、フランジの加熱要素を制御する電子回路は、二次加熱ゾーンの電流を変更するようにされた自動制御手段を含む。

別の特定の実施形態では、制御手段はスイッチを含む。

他の別の特定の実施形態では、制御手段は、正の温度係数を有する抵抗器を前記フランジの内側に含み、抵抗器は、前記加熱表面の前記第２の部分と共に並列電気回路を形成する。

この特定の実施形態の利点は、フランジが加熱するときに、徐々に弱い熱がフランジの内側で散逸させられ、それにより、消費された電力をフランジの外側の領域に再分配することである。

本発明によるフランジの好ましい実施形態では、加熱表面の第２の部分は実質的にクリノリン（crinoline）形状である。

本発明によるフランジの他の実施形態では、前記加熱表面の第２の部分は複数の花弁状部分を含む。

一実施形態では、本発明によるフランジは、前記加熱表面を締結するための締結手段を含む。

本発明の他の形態によれば、上述のようなフランジを含むタンクが設けられる。

好ましい実施形態では、フランジは前記タンクの底部に実質的に配置される。

本発明の実施形態による装置及び／又は方法のいくつかの実施形態について、一例としてのみ、また添付図を参照して次に説明する。

従来技術による可撓性ヒータを含む尿素フランジの図面である。 本発明による加熱要素を含むフランジの実施形態の図面である。 本発明による加熱要素を含むフランジの他の実施形態の図面である。 本発明によるフランジのさらに他の実施形態の概略上面図である。 本発明によるフランジの実施形態の断面図である。 本発明によるフランジの加熱回路の概略図である。

図１は、従来技術による尿素タンク及び可撓性加熱手段２を有するフランジ１を示している。排出物低減システムで使用されるような尿素溶液を保持するためのタンクなどの車両の液体タンク内の凍結を回避するために加熱要素２が使用される場合、貯蔵及び／又は噴射システムの能動的付属部１０が、フランジ１内に有利に位置決めされる。能動的付属部１０は、ポンプ、レベルゲージ、温度センサ、品質センサ、圧力センサ、圧力調整器、又は同様の計器を含んでもよい。フランジ１は、ベースプレート又は取付けプレート、及び任意の形状の周縁部を含む。能動的付属部１０をフランジ内に配置することによって、液性を保証する十分に高い温度にフランジの内容物が到達すると、能動的付属部に、意図する車両の流体を供給することができる。例えば、タンクが共融水（eutectic water）／尿素溶液を貯蔵するために意図される場合、フランジの内容物は、−１１℃、すなわち、このような溶液の溶融温度に加熱される必要がある。

図２は、本発明によるフランジの一実施形態を示している。図２に示したフランジ１０１は、尿素溶液タンクなどの車両の液体タンクに存在する溶液の部分を加熱するためのフランジでもよい。フランジ１０１は、電流に反応して熱を発生する少なくとも１つの抵抗ワイヤ１０２を含む可撓性加熱要素を備える。抵抗ワイヤ１０２は銅・ニッケル合金又はステンレス鋼から有利に形成することが可能である。

抵抗ワイヤは、部分的にフランジの内側にまた部分的にその外側に位置する加熱表面を画定するために、ワイヤの長さに沿った複数の別個の位置において作用する案内手段１０３によって案内される。このようにして、フランジ１０１の内側の物質は、液性を保証する温度に加熱することが可能であり、したがって、フランジ１０１の内側に配置し得る任意の能動的付属部に対する液体物質の十分な利用可能性を保証し、一方、フランジ１０１を直接囲む物質は、必要な場合にフランジ１０１の内側に存在する量を補充するためにすでに予熱されている。

この実施形態では、案内手段１０３はプラスチックバンドである。プラスチック又は金属製の網を含む他の案内手段が可能である。金属製の網は、自己支持式であり、熱を導くことができる利点を有する。導電性ワイヤ１０２は、それ自体金属製の網の形態でもよい。

この実施形態では、案内手段１０３は、得られる加熱表面の第２の部分が実質的にクリノリン形状であるように適用される。この形状、又は実質的に円形対称を有する他の形状のため、抵抗ワイヤ１０２は、螺旋状の経路に沿って曲げられるか、あるいは多数の長さの抵抗ワイヤ１０２が実質的に同心円で配列される。

同様の方法で、他の形状を形成してもよい。このように形成された表面は、平面及び巻かれた平面の変形形態に限定されず、複数の軸に沿った湾曲を示してもよい。したがって、例えば、球形表面が可能である。

加熱表面は、締結手段１０４によってフランジ１０１に取り付けられ、使用中に加熱表面が適所に留まることを保証する。

図３は、本発明によるフランジの代替実施形態を示している。同様の要素を指すために同様の参照番号を使用し、図３は、可撓性加熱要素を備えたフランジ１０１を示している。可撓性加熱要素は、加熱表面を形成するために案内手段１０３によって案内される抵抗ワイヤ１０２を含む。加熱表面は、締結手段１０４によってフランジ１０１に取り付けられる。

この実施形態では、案内手段１０３は、得られる加熱表面の第２の部分が、前記フランジ１０１の頂部に固定された多数の花弁状部分として実質的に成形されるように適用される。

図４は、本発明によるフランジのさらに別の実施形態の概略上面図である。フランジ１０１は、抵抗ワイヤ１０２から成る多数の花弁状部分によって囲まれ、花弁状部分の各々は、フランジ１０１を直接囲む領域のセクタを加熱する。案内手段１０３を実質的に花弁状部分の外縁に設けることによって、明確に画定された加熱表面がこれらの縁部に獲得され、一方、花弁状部分の軸方向移動は制限されない。これによって、この実施形態によるフランジをより大きなタンク内に取り付けることが容易になる。

図５は、本発明によるフランジの実施形態の断面図である。フランジ１０１の外周に沿った抵抗ワイヤ１０２及びフランジ１０１の内側の抵抗ワイヤ１０２の両方が示され、この場合、フランジ１０１の底部領域に大量の熱を集中させるように、抵抗ワイヤは成形される。

図６は、本発明による加熱要素の異なる部分の有利な電気的な相互接続を示した概略図である。電力源Ｐは、当業者に公知の任意の適切な電流源でもよい。抵抗器Ｒ１は、フランジ１０１の内側に存在する、すなわち、上述のような加熱表面の第１の部分に含まれる第１の長さの抵抗ワイヤ１０２を示している。抵抗器Ｒ３は、第２の長さの抵抗ワイヤ１０２を示しており、この抵抗ワイヤは、フランジ１０１の外側に存在し、すなわち、フランジ１０１に（流体の内側又は外側に）又は加熱要素を制御する電子回路に一体化された加熱表面の第２の部分に含まれる。要素Ｒ２は、加熱表面の第１の部分と第２の部分との間の電力の配分を制御するための要素である。

一実施形態では、要素Ｒ２は、スイッチ、又はスイッチとして作用するように協働する任意の適切な組み合わせの構成要素でもよく、このスイッチ又は組み合わせは、閉じられたときに抵抗器Ｒ３をショートさせ、そうして加熱表面の第２の部分による加熱を防止する。この実施形態の利点は、加熱要素を２つの段階に、すなわち、スイッチＲ２を閉じて、加熱された又は液状の物質の利用可能性に依存するシステムの迅速な始動を可能にするためにフランジ１０１の内側のみが加熱される第１の段階に、及びスイッチＲ２が開いて、フランジ１０１の外側の周縁領域も加熱される第２の段階に配置し得ることである。

一実施形態では、要素Ｒ２は、フランジの内側に配置された正の温度係数を有する抵抗器でもよい。要素Ｒ２は、上述のような加熱表面の第２の部分に含まれてもよい。この実施形態の利点は、上述の段階が自動的にかつ徐々に行われることである。フランジ１０１の内部が加熱すると、要素Ｒ２の抵抗が増大し、そうして抵抗器Ｒ３を通る利用可能な電流の割合が増大される。要素Ｒ２の加熱は、スイッチの段階的な開に対応する。

本発明によるフランジは、車両の液体タンクなどのタンクの内側に取り付けることが有利である。最適な操作のために、フランジは、底部に、又は大量の流体が重力により当然存在するであろう少なくともタンクの低い位置に配置されることが好ましい。可撓性加熱要素の第２の部分は、フランジに向かう予熱流体の供給が保証されるようにフランジの周りに分散されることが有利である。

加熱表面の触手又は抵抗ワイヤの長さは、タンクの空隙又は境界外の領域に延在して、これらの位置における凍結物質の長期の存在を回避することが可能である。

加熱表面の触手又は抵抗ワイヤの長さは、同様に、タンク内へのまたタンクからの流体移送システムの部分であるパイプ及び導管の内側又はそれらの周りに延在して、凍結物質によるこれらのパイプ及び導管の遮断を回避することが可能である。

一実施形態では、加熱表面は、好ましくは傘のように折り畳み可能であるようにされる。この実施形態は、折り畳まれた形態のタンクに加熱要素を挿入して、タンクの内側に加熱要素を展開することによって、加熱要素をタンクにすでに存在しているフランジと組み合わせることが可能であるという利点を有する。

Ｒ２が正の温度係数（ＰＴＣ）を有する抵抗器である図６の回路の使用は、上述のヒータ以外の種類のヒータにも有利である。一般化した方法で、抵抗器Ｒ１は、フランジの内側に又はポンプなどの目的上重要な付属部に存在する第１の加熱要素を示し、抵抗器Ｒ３は、フランジの外側に存在する第２の加熱要素を示している。

このように、第１の抵抗要素Ｒ１を備える、ある量の流体をタンク内に保持するためのフランジと、前記タンクの第１の部分を加熱するための第２の抵抗要素Ｒ２と、前記タンクの第２の部分を加熱するための第３の抵抗要素Ｒ３とが有利に設けられ、この場合、前記第２の抵抗要素Ｒ２は正の温度係数を有し、前記第２の抵抗要素Ｒ２及び前記第３の抵抗要素Ｒ３は、並列回路を形成し、前記第１の抵抗要素Ｒ１は、前記並列回路と直列に接続される。

ここに提示した回路のさらなる利点は、ＰＴＣ要素が他の加熱要素と直列回路に配置された場合に当てはまるように、単純に遮断する代わりに、抵抗器Ｒ１とＲ３の選択によって決定された速度で、ＰＴＣ要素が非常に高い抵抗値に到達したときにヒータが動作し続けることである。

一実施形態では、第３の抵抗要素Ｒ３は、フランジの外側に位置決めされ、第２の抵抗要素Ｒ２及び第１の抵抗要素Ｒ１は、フランジの内側に位置決めされる。特定の実施形態では、第２の抵抗要素Ｒ２は、タンクの付属部に位置決めされる。別の特定の実施形態では、付属部はポンプである。

例示的な実施形態では、Ｒ１は、実質的に１Ωの抵抗器であり、Ｒ３は、実質的に３Ωの抵抗器であり、またＲ２は、初期の低温において１Ωの抵抗及び引き続く動作温度で３Ωの抵抗を有する実質的にＰＴＣ要素である。図示したように１２Ｖの電圧源を回路に適用することにより、フランジは、最初にＲ１から４７．０Ｗの電力を、Ｒ２から２６．４Ｗの電力を、又は合計７３．４Ｗを受け取る。動作温度に達すると、フランジは、Ｒ１から２３．０Ｗを、Ｒ２から１７．３Ｗを、又は合計４０．３Ｗのみを受け取る。タンクの残部は、最初にＲ３から８．８Ｗの電力を受け取り、この電力は、Ｒ２が動作温度に達したときに１７．３Ｗに増大する。

したがって、図６の回路は、本出願の主な発明と組み合わせられるかどうかと関係なく、２部分の加熱システムのある部分に優先順位を付ける問題に対する本発明の解決策を提供する。

ある模範的な実施形態を参照して、本発明について上に説明してきた。これらの実施形態は、例示目的のために意図され、本発明を限定せず、本発明の範囲は添付した特許請求の範囲によって決定される。

１ フランジ
２ 可撓性加熱手段
１０ 能動的付属部
１０１ フランジ
１０２ 抵抗ワイヤ
１０３ 案内手段
１０４ 締結手段
Ｐ 電力源
Ｒ１ 第１の抵抗要素
Ｒ２ 第２の抵抗要素
Ｒ３ 第３の抵抗要素

Claims (15)

1. 電流を導きまた前記電流の効果としての熱を散逸させるための少なくとも１つの抵抗ワイヤ（１０２）を含む加熱要素を備える、ある量の流体をタンク内に保持するためのフランジ（１０１）において、
   前記加熱要素が案内手段（１０３）をさらに含み、
   前記少なくとも１つの抵抗ワイヤ（１０２）が、加熱表面を形成するために、前記抵抗ワイヤの長さに沿った複数の別個の位置で前記案内手段（１０３）によって案内され、
   前記加熱表面の第１の部分が前記フランジ（１０１）の内側にあり、前記加熱表面の第２の部分が前記フランジ（１０１）の外側にあることを特徴とするフランジ（１０１）。
2. 前記案内手段（１０３）が可撓性網を含むことを特徴とする請求項１に記載のフランジ。
3. 前記案内手段（１０３）がプラスチックバンドを含むことを特徴とする請求項１に記載のフランジ。
4. 前記プラスチックバンドに、前記少なくとも１つの抵抗ワイヤ（１０２）の一部を受容しかつ保持するようにされたクリップが設けられることを特徴とする請求項３に記載のフランジ。
5. 前記少なくとも１つの抵抗ワイヤ（１０２）が電気絶縁材料で覆われることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のフランジ。
6. 前記少なくとも１つの抵抗ワイヤ（１０２）が、尿素に対して耐性がある材料で覆われることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のフランジ。
7. 前記案内手段が、尿素に対して耐性がある材料から製造されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のフランジ。
8. 前記加熱表面の前記第２の部分に電流を選択的に供給するようにされた制御手段をさらに含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のフランジ。
9. 前記制御手段がスイッチを含むことを特徴とする請求項８に記載のフランジ。
10. 前記制御手段が、正の温度係数を有する抵抗器を前記フランジの内側に含み、
    前記抵抗器が、前記加熱表面の前記第２の部分と共に並列電気回路を形成することを特徴とする請求項８に記載のフランジ。
11. 前記加熱表面の前記第２の部分が実質的にクリノリン形状であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のフランジ。
12. 前記加熱表面の前記第２の部分が複数の花弁状部分を含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のフランジ。
13. 前記加熱表面を締結するための締結手段を含むことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のフランジ。
14. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載のフランジを含むことを特徴とする車両液体タンク。
15. 前記フランジが前記車両液体タンクの底部に実質的に配置されることを特徴とする請求項１４に記載の車両液体タンク。

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