JPH01503794A

JPH01503794A - ディーゼル燃料用ヒータ

Info

Publication number: JPH01503794A
Application number: JP62505478A
Authority: JP
Inventors: ウォルティー，ロバート　ジェイ
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-08-22
Filing date: 1987-08-21
Publication date: 1989-12-21
Also published as: EP0318514A1; EP0318514A4; DE3750959T2; ATE116716T1; EP0318514B1; CA1273386A; WO1988001345A1; RU1806288C; US4818842A; DE3750959D1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】伝達する加熱手段とを含む流体を加熱するための熱交換器。

本発明はディーゼル燃料加熱装置に関し、特に伝熱容酷が署しく、伝熱係数が高く、かつ加熱装置に供給される動力を安全にアナログ制御する制御回路とを備えることを特徴とするコンパクトで、低コストで、かつ効率の＾い熱交換器に関する。

発明の背景ある用途においては、例えば炭化水素燃料や潤滑油のような特に熱に敏感な液体のような液体を急速に昇温できることが望ましい。例えば冷寒な気候で自動車エンジンを作動させる場合、燃料、特にディーゼル燃料を曇り点と称するある限界温度以上に加熱して、エンジンが作動しているとき該エンジンへ燃料フィルタを介して燃料が容易に汲み上げうるレベルまで該燃料の温度を上げうろことが極めて望ましい。曇り点以下のディーゼル燃料は通常、フィルタの小さい孔を通りえず、代りに、パラフィンが含まれている故にフィルタを詰らせエンジを停止させてしまう。

さらに、熱交換器の形態の電気燃料加熱Ｖｉ贋は、エンジンを作動させる前に燃料を予熱することにより冷寒な天候でディーゼルエンジンを始動させやすくするよう燃料を温めエンジンの始動時燃料噴射器へより温く、粘度が低く従って点火しやすい燃料を提供するようにできる。

特にトラック用エンジンやその他重量車両用エンジンのようなディーゼルエンジンは大気温が３２°［以下の場合始動しにくいので有名である。この問題に対して、ディーゼル燃料ヒータ即ち各種の平坦なプレートとチューブとからなる構成の熱交換器が提供されてきた。そのような電気式ディーゼル燃料ヒータの例が米国特許第４゜２０８．９９６号、同第４．３４９．００１号、および同第４，４７７．７１５号に示されている。燃料加熱組立体のその他の例としては米国特許第４．３７２，２７９号および同第４．０９１．２６５号を含む。

しかしながら、ディーゼル燃料用ヒータのための熱交換器の設計において、エンジンルームで利用しうるスペースが限定されているため該熱交換器の最大物理的サイズが限定されるという問題が発生する。この問題は次いで、ディーゼル燃料との接触に使用しうる表面積の大きさを限定し、かつ熱交換面自体の最大許容温度が制限されるという形でヒータに対して制限を加える。例えばディーゼル燃料のような炭化水素燃料系の燃焼性液体の場合、熱交換面の温度は安全運動上燃料の引火点以下のレベルに限定する必要のあることは明らかである。ディーゼル燃料に対しては、前記の上限は約１６０″Ｆである。

実際には、このために熱交換面あるいは壁の差温を１６Ｏ″以下温度値に制限する。目盛の使方の端においては、ディーゼル燃料の曇り点は３２°Ｆ程度でありうるので、これは熱交換器の壁と加熱されつつある燃料との間の最小差温が約１２８″Ｆに限定されることを意味する。

従って、エネルギは１２８°Ｆ以下の差温で燃料の本体に伝導される必要がある。

従来の平坦プレートあるいはチューブからなるタイプの熱交換器に対しては実用的なエネルギ密度はこのように表面積の１平方インチ当り約８ワツトまでの、即ちディーゼル燃料用ヒータとして用いる本当にコンパクトな熱交換器を構成する上で実用的でないレベルの燃料の熱抵抗により制限される。

熱交換器により伝達しうるｆｆ１ｉｌを規定する数学的表現はＱ＝ＵＡ　Ｔであって、Ｑは熱交換器から加熱すべき流体へ伝達される全エネルギで、Ａは流体と接触している表面積の物理的寸払で、Δ丁は熱交換器の表面と流体との間の温度差である。この式を分析すると、熱交換器の設計における目標は、伝達された全エネルギであるＱを適正化即ち最大化することであることが判る。

この目標達成の典型的な方法はａ）フィンや、流体と接触する複数の導管等の機械要素を追加することにより面積Ａを増加させるか、あるいは２）熱交換器を通して加熱される流体の乱流を促進することにより全体の伝熱係数Ｕを増大させようとすることである。典型的に、このことは熱交換器のステージを通過する過程の極めて早い時期に液体が乱流を起すような高速で液体を熱交換器を通して汲み上げることにより達成される。

熱交換器の効率についての表現は、例えば一定のΔ丁即ち１２８°「において１キロワツトというように伝熱された熱エネルギの所定単位に、必要な加熱された面積を関連づけることである。このように、１２８°ＦのΔＴにおいて燃料へＩｋｗのエネルギを伝達できる８ワット／平方インチのエネルギ密度を有する平坦なプレートからなる熱交換器は１２５平方インチの加熱面即ち１０００ワット／８ワット／平方インチ＝１２５平方インチを必要とする。

外側の加熱面の温度を一定にしながら（燃料側の）内面の温度を上げる熱交換器が開発された。これらの熱交換器は内側にフィンを備えたアルミニウムの押出し成形品を含む。そのような熱交換器は約３の係数で内面積を実用的に増加させ、そのため外側の加熱面が３侶のワット密度即ち約２４ワツト／平方インチで作用させ、その結果熱交換器の要する加熱面は単に４１．７平方インチ即ち１０００ワット／２４ワツト／平方インチ＝４１．７平方インチである。

２種類の方法の中の最初の方法においては、熱交換器の物理的寸法に実用上上限がある。エンジン、エンジンルームおよび車両の設計上、熱交換器に当てうるスペースに制限があり、そのため熱交換器の物理的全体寸法および表面ＭＡの大きさに実用上の上限があることは明白である。

第２の方法、即ち前述したように熱係数Ｕを上げる方法に関しては、乱流点が流体の入ってくる点に対して近く持って来れば来る程、かつ熱交換器の全体設計が熱交換器を通る乱流を促進し、かつその状態を保つという考えを指向すればする程、熱交換係数Ｕは大きくなる。しかしながら、この効果は、流体が例えば熱交換器の平坦な面のような面と接触する場合に介在する流体のある動的特性のために制限される。

ある面に沿った流体の流れは、たとえそれが乱流であろうとも、熱交換器の表面に隣接した流体の薄層が介在することが特徴である。流体は実閑には、前記表面にすぐ隣接して限定された厚さの流体のシート即ち薄層の形態で該表面に沿って流れる。前記薄層が流体系統における主要な熱抵抗を代表する。

薄層の介在による正味の作用は、熱交換器の効率を損うことである。薄層は常に介在し、たとえ高速であってもその排除は出来ない。熱交換器の適正な設計において、入口により近い乱流の最初の部分を運動させるときに想起することは、熱交換器への入口近傍の通常の薄層流のゾーンを短くし、薄層から、加熱すべき流体の先導縁即ち入口点により近い乱流までの変移ゾーンを動かすことである。乱流の領域においてさえ、薄層の流れの部分が依然として介在していることに注目すべきである。明らｉ　かなように、熱交換器の設計における第１の設計基準即ら目的は、出来るだけ小さく、コンパクトなユニットを設計することである。しかしながら、極めてコンパクト即ち極めて短い熱交換器を設計しようとすれば、全体ユニットが比較的小さいサイズで、かｐ長さが短いために薄層の流れ現象の作用即ち効果が誇張されてしまうことと相殺される。

小型でコンパクトな熱交換器がもたらす別の厄介な問題は、もし熱交換器の熱源が単純な平面状の加熱エレメントであるとすれば、全体の熱交換式における表面積の要素Ａも、使用されている平面状の加熱エレメントの面積に概ね制限されることである。例えば内側フィンのように表面を広げることにより面積係数を若干向上させることが可能ではあるが、液中におけるフィンの効率は低く、その結果伝熱された熱単位の割には重［相］は大きくなる。

特にディーゼルエンジン用の熱交換器の最緒目標は、全体の伝熱係数を最大にしながら熱交換器にわたる圧力低下即ち「損失水頭」を最小にすることである。このことは特にディーゼルの燃料系統には重要である。何故なら、利用しうる汲み上げ力が限定されている、即ち一次燃料ポンプが燃料フィルタのエンジン側にあるため燃料フィルタの燃料タンク側に１４ｐｓｉ（真空１気圧）が得られるだけだからである。通常、燃料フィルタエレメントに対して最も一般的であるが燃料配管、ヒータ、フィルタおよび取付具の組合わせに対して水銀柱１０インチの最大圧力が許容される。このように、従来の現在市販されている熱交換器によれば、流路を制限させ、従って＾速を発生させることによりディーゼル燃料ヒータで乱流を発生させることにより高度の圧力低下即ら「損失水頭」をもたらし、コンパクトで高出力のディーゼル燃料ヒータを構成するに十分に全体的な伝熱係数を増加させる方法として許容されないことが判る。本発明は正に前述した問題に対する解決法を提供する。

発明の要約本発明は、ディーゼル燃料の加熱に用いる高出力の電気加熱エレメントをアナログ制御する新規で、安全で、かつ効果的な手段を提供する。

本発明はさらに、例えばディーゼル燃料のような温度に敏感な炭化水素液体を加熱するためのコンパクトで、高ワツト密度の装置を提供する。一実施例において、本発明は、チューブあるいはフィンを必要としない、簡単な内部改良によりＳ層即ち乱流ゾーンのいずれかと見做される薄層境界層の発生を制限させるが、いずれの形状の流体用伝熱面の熱交換能力を著しく向上させることのできる構造と方法とを含む。

前記改良により、例えばディーゼル燃料のように難加熱性で、かつ温度に敏感な炭化水素流体用の、極めてコンパクトかつ軽量の電気加熱流体熱交換器の実用的な構造を提供する。

本発明による熱交換器においては、加熱エレメントに送られる電力は、ハウジングと熱接触したチタン酸バリウムのＰＴＣサーミスタを介してハウジングの温度を検出し、金属酸化物の半導体パワートランジスタを貫流する電流を制御し、加熱されつつある流体あるいはパワートランジスタを損傷させる熱作用を安全に排除するアナログパワー制御回路により制御される。

本発明はまた、別の実施例において、ハウジングの内部で何ら付加的な材料を用いることなく長方形の中空ハウジングにおいて内側にフィンを付した導管を利用し、前記ハウジングには少なくとも１個、好ましくは２個の平面状の加熱エレメントが該ハウジングの２個の対向した最も幅広の外壁と伝達関係で面接触して位置している燃料加熱組立体を提供する。

一実施例において、薄層の境界層を制限することは、熱交換器の液体側の熱交換面に、熱交換容積の１５％以下を占める複数の非金属ファイバを接触させることにより達成される。現在好適の実施例においては、前記ファイバは複数の近接して隔置の点において熱交換器の内面と接触するように配列されており、前記面との接触点の間の距離はファイバの長さの２倍より小さい。使用されているファイバの長さは、断続的あるいは連続的としうるが、乱流の効率的な発生あるいは薄層領域における混合のためには、個々のファイバはその直径の５〜１０倍の間隔で相互に接触プベきである。

前述の物性を有する材料の現在好適の例としては、固体容積比率が典型的に１０％以下で、大きい相互接続の多孔を有し、直径に対する長さの比が約８で前記多孔を通して延びるファイバを有する材料である、網状ポリウレタンフォームあるいは網状メラミンフオームとして知られている。

一局面において、本発明はディーゼルエンジンの燃料系統への接続のための装具をそれぞれ備えた入口と出口と、および前記入口と出口とを連通する流体通路とを有する細長いハウジングを含む熱交換器を提供する。非金属ファイバの塊が前記通路内に配され、該通路を充てんする。前記ファイバ塊の全体密度は該通路の物理的な容積の１５％以下を占めるようなものである。また、加熱手段は前記ハウジングの壁を通して伝熱によりその内面に熱を伝達するためにハウジングの外面と物理的に接触させられる。

本発明は、切り換えられた低電流で比較的高パワーおとを含む要素のモジュール構造を特徴とする。また本発明は温度保護に対する冗長性と、トランジスタの故障の際の本質的に安全なヒータ作動とを特徴とする。液体冷却の熱溜めは何ら必要とされない。温度検出エレメント即ちＰＴＣサーミスタは振動を阻止するよう中空のハウジングとの面接触関係で取り付けられている。好適実施例においては、エッチされた燃料用平面状加熱エレメントが使用されていて、これは単位面積当りワイヤタイプの加熱エレメントの２倍の効率がある。本発明はさらに、本発明が従来以上の高パワー加熱性を達成できるように本発明の前記およびその他の局面は図面を参照することによりよく理解される。

第１図は本発明による熱交換器の斜視図で設計例を示す図、第２図はパンケーキ状に本発明による電気回路の改良を組み入れたロータの平面図、第３図は第２図の線３−３に沿って視た断面図、第４図は従来の燃料フィルタと関連して燃料加熱用途に用いられた、第２図および第３図に示すパンケーキ状ヒータの断面図、第５図は、パワートランジスタがアナログ切換えサイクルの間然過負荷とならないよう保護するための、本発明による回路の概略線図、第６Ａ図は本発明によるディーゼル燃料ヒータの別の実施例の平面図、第６Ｂ図は第６Ａ図に示すヒータの側面図、第６Ｃ図は線６Ｃ−６０に沿って視た、第６Ａ図に示すヒータの図、第７図はディーゼル燃料系統に接続された、第６図に示すディーゼル燃料ヒータの断面図、および第８図は本発明によるディーゼル燃料系統のブロック図／概路線図である。

特定実施例の説明本発明の一実施例による熱交換器１０を第１図に示す。

ヒータは中空の細長いハウジング１２からなり、網状のポリウレタンフォーム１４の塊がハウジングの内部に位置し、非多孔性のアクリルフオームの塊１６を囲み、かつ支持している。本説明の後段でさらに詳しく説明するが、網状のフオームが介在することにより加熱すべき流体が流体入口１８から出口２０まで本ヒータを通るにつれて前記流体の薄層の流れを障害しかつ／または阻止する。

従来のヒータでは、ハウジング１２の壁は平坦なプレートのヒータ（図示せず）によって加熱され、そのためハウジングを通る燃料はハウジングの壁と接触するようになり、そのため伝熱が行われ温度を上げ、かつハウジングを通る流体を希望レベルまでＩＭｍさせる。通常の、かつこれまでの状況下においては、ハウジングを通る流体はハウジングの壁の内面に隣接した層が、ハウジングのより内部に位置した層における流体への効率的な伝達を阻止する障害として作用する流体薄層も介在することを特徴とする。ポリウレタンフォームのファイバを設けることにより熱交換器を貫流する流体に乱流をもたらし、かつ混合させることにより、薄層の発生を遅らせるか、あるいは阻止し、熱交換器の内壁と接触するようになる流体のωを大きく高めるという効果がある。従来の熱交換器のハウジングの内側において本発明にフオームあるいはファイバ状フオームを追加することにより熱交換器の効率を約倍に出来る。

また、加熱すべき流体と接触するようになる表面積を増加させるためにフィンが内部に設けられている熱交換器を含むその他の構成の熱交換器も本発明による熱交換器と制御回路と共に用いるのに適している。熱交換をさらに増すには前述の構成により達成される。前述のフィン付き構成を有する本発明の熱交換器に網状のフオームを設ける場合も、熱交換器の効率を概ね倍にできる。

チャンネルの中央に非多孔性アクリルフオームブロック１６を設けることにより、導管の断面をさらに小さくするという効果がある。ハウジングを通る流体に対する断面積を減少することにより流速が増加する。流速が速ければ速いほど、本ヒータの性能を向上させる乱流が得られる。熱交換器の機能の詳細は以下の通りである。

ハウジングの内側即ち液体側における熱交換器の表面に、熱交換器の容積の１５％以下を占める、任意あるいは均等に方向づけられている方向性のＨＨあるいは細長い形の複数の非金属と接触する。前記ファイバは複数の近接隔置の点においてヒータの内面と接触する。好適実施例において、面とファイバとの接触点の間の距離はファイバの長さの２倍以下である。使用されているファイバは連続あるいは非連続的でよく、ファイバとファイバとの接触点の間の長さはファイバの直径の５倍から１０倍に保たれる。

前述のように、前述の特性を有し現在好ましいとされている材料は網状ポリウレタンフォームとして知られている。前記材料は相互に接続されたファイバの塊が固体容積比率１０％以下のブロックを形成することを特徴とする。相互接続の大きい多孔が前記材料を貫通し、塊を構成するファイバの長さは直径に対する比が約８である。

改良された熱交換性能の他に、内部にファイバの塊を有する本発明の熱交換器は、ファイバの塊を使用していないものより少なくとも１／３よりコンパクトにできる。

本発明によるディーゼル燃料用の電気ヒータ２６の特定形状を第２図では平面図で、第３図では断面図で示す。

図示のように、ヒータはパンケーキ状の形をしており、ヒータの中心に配置されている、エッチされた平面状の加熱エレメント２２（第３図）を含む。前記エレメント２２は中央の開口２４からヒータの外側の円形の境界２８まで延びる複数の規則的に隔置されたスポーク即ちフィンガ状の形でヒータの周りを連続的に延びている。例えば網状のポリウレタンフォームのようなファイバあるいはファイバ状材料の塊２７で充てんされた一対の熱交′Ｍｋｖ２５がヒータエレメント２２を支えている。以下の説明から判るが従来の燃料フィルタの頂部にヒータを取り付けることができるようにする取付はロッドを受け入れるための開口２４が設けられている。加熱すべき燃料がヒータへ入れるようにする複数の入口開口３ｏがヒーた流体がヒータから、例えば燃料フィルタへ出るための出口として第２の複数の類似の開口３２が前記入口装置の位置とは偏位して設けられている。ヒータ２６の一方の側にはハウジングの拡大部３４が設けられ、ヒータユニット２６用の電源および制ｍ電子装置（図示せず）を収容する。第３図から判るように、加熱エレメント２２はハウジング３４へ延び、そこで電源並びに制御電子装置への電気接続がなされる。ヒータ２６を電源（図示せず）へ接続するために複数のコネクタ３６が設けられている。

第２図および第３図に示すヒータ即ち熱交換２１ｉ２６の典型的な設置例が第４図の断面図に示されている。図示のように、ヒータ５６が従来の燃料フィルタ３８の頂部に取り付けられ、フィルタを取り付けたキャップ４０が設けられ、ヒータ５６を燃料フィルタ３８とキャップ４０との間で固定する。入口から出口までヒータ並びに燃料フィルタを通る燃料の通路が第４図で示す矢印で辿っている。

第４図に示すように、一方の側へ延びるＩＩＪｔ１１回路ハウジング５４を備えたパンケーキ状の加熱エレメント５２は熱交換器５６の中心に位置している。室即ち空洞４２が加熱エレメント２２の上方に位置し、かつ類似の室即ち空洞４４が加熱エレメントの下方に位置している。前記空洞の各々には本発明の改良設計によりフオーム状ファイバ４６が充てんされている。ヒータのハウジングの上下面における入口および出口開口６０．６２も同様に矢印で示し燃料が本組立体を通るその流路を辿る際加熱すべき燃料を前記入口および出口開口を通過させる。

本ユニットを燃料フィルタに対してシールし、漏れを阻止するガスケット４８が設けられている。

本発明用の制御回路を第５図に示す。これは、低い「オン状態」抵抗を有することによって、負荷を駆動するときパワトランジスタに発生するパワーが全体のパワーの小部分である、酸化金属の半導体（ＭＯＳ）パワトランジスタのような典型的なパワートランジスタである。

また、パワートランジスタは許容しうるパワー散逸限度および駆動電圧と電流との間の所定の関係を有する特性がある。

駆動電圧とパワートランジスタにわたる電圧との関係は典型的には比較的フラットなものであるため、この関係は、一旦供給電圧の値と「オン状態」の電流と抵抗とがセットされると抵抗対駆動電圧との対応する関係に変換しうる。

「オン状態」においては、電流は供給電圧と負荷抵抗とにより規定される。このように、いずれかの所定の供給電圧と負荷抵抗とに対して、パワー発生曲線が構成でき、各種の駆動電圧における抵抗を計算できる。

アナログ的に電流を制限していく過程において、パワートランジスタは、トランジスタの最大許容パワ一定格を上廻りうる「パワーピーク」を鮭験する。このパワーピークは、トランジスタの抵抗が負荷の抵抗と等しいときに発生する。従来の方法における前述のような変則的な回路の挙動に対処するには、極端に高い電流と５０℃でパワー散逸定格を有するパワートランジスタを利用することが必要である。そのようなトランジスタが利用できるとしても、それらは異常に高価であって、そのようなトランジスタを殆んどの高電流低電圧での用途において実用的でないようにしてしまう。

従って、本発明は２種類の「安全な」領域、即ち高電流低抵抗領域および低電流高抵抗領域の一方においてパワーのアナログ制御を可能とする回路を提供する。

この回路は、トランジスタの抵抗が負荷の抵抗に近づき、他方の安全な作動領域に迅速にシフトすることによって小さく、非損傷性の熱過渡状態が感じられると「パワーピーク」の立上りを検出する。この回路は低コストで低パワー散逸トランジスタと連結した中純なアナログ制御回路を用いてデジタル制御装胃あるいはバイメタルサーモスタットに係わる無線周波数のノイズ放出問題は何ら無くして低コストでコンパクトな負荷のパワー制御を可能とする。本発明による前記側ｔｉ！ｌ［０］路を第５図に示す。　１０Ｒよ（Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒａ　）低温（即ち室温、２５℃）においては、Ｒ２よＲ３ユＲ４そしてＲ１：Ｒ８の比はＶＧをシフトした量である。

Ｒ３およびＲ４の値を調整することにより電圧分割器Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７により基準電圧を発生させたコンパレータＣおよびＣ２は電圧「ウィンドウ」を探索し、該「ウィンドウ」はＶＧの低下値を検出し、ｐｔｘ（トランジスタで発生したパワー）が重要となるプリセットレベルにおいて、制御フリップフロップの状態を変え、出力増幅器を「オン」にする。

この作用によりＲ１にわたる電圧低下を増大させ、瞬時にＶＧを新しい低位レベルまで低下させ、そこで■　が電圧をＲ８で割ることにより観察点ｐｔｘがらｏｔ安全レベルまで低下する。この点においては、■ｔｏｔは依然としてＲ２の作用によりアナログ的に１ｉｌｌｔｌａされている。

Ｒ２の温度が十分低下したとすれば、コンパレータＣ２はフリップ７０ツブをセットし、出力増幅器を「オフ」にし、ＶＧをＲ８を通る電流を除去することによりセットされる完全に「オン」のレベルまで戻す。この回路は、たとえ各々の負荷抵抗Ｒ４が同じでないとしても１個以上のトランジスタを同時にｆｌｉＩｌｌＤしうることに注目すべきである。このように、作動時この回路は温度の上屏時および降下時の双方においてトランジスタが高パワー散逸領域へ入らないようにする。

第６Ａ図、第６Ｂ図および第６Ｃ図は本発明によるディーゼル燃料ヒータの別の実施例の断面図である。

第１図に関して説明したものと同様の熱交換器１００がディーゼル燃料供給系統へ接続するよう端部装具１゜１および１０２により装着されている。熱交換器１００の外側で、かつ熱交換器と良好な熱接触関係で１個以上の回路盤１０３および１０４が取り付けられており、該回路盤の各々は熱交換器１００の接触面積の３０％以上を網羅する１個以上のしや絞合状にエッチした加熱エレメント１０５を含む。各回路盤１０３，１０４は成形されたアルミプレート１０６とねじ１０７とにより熱交換器の外面に保持されている。ねじ１０７は熱交換器１゜Ｏの壁へ入り込まず、そのため漏れの可能性はなく、特殊なシール手段も必要でない。

エッチされたじゃ絞合状の加熱エレメント１０５の各々を通しての逆流は、第５図に示すアナログ回路装Ｍ１０９を介して金属酸化物の半導体（ｍｏ　ｓ　）のパワートランジスタ１０８により制御される。温度検出エレメント１１０（第５図のＲ２）即ちチタン酸バリウムの正の温度係数（ＰＴＣ）サーミスタは、熱交換器１００との良好な熱接触を保証するいずれか適当な機械的手段（図示せず）により熱交換器１ｏＯに、かつ熱交換器１００を介する熱コミュテーションによりトランジスタ１０８、ヒータ１０３と１０４並びに熱交換器の内部で加熱すべき燃料に取り付けられる。

ＰＴＣサーミスタ１１０は、１０°Ｆの温度変化にわたってマグニチュード約２オーダの抵抗での極めて忠速な異常上昇を示すタイプのものであって、その異常は本発明の場合１４０’Ｆ−１５０°Ｆに集中している。ＰＴＣサーミスタ１１０（Ｒ２，）は第５図に示すように制御回路１０９に接続されている。

υＪｍ回路１０９は正の電圧がコネクタ１１１に供給されると使用可能とされる。この正の電圧は車両における操作者が作動するスイッチ、あるいは車両搭載のエンジン制御コンピュータにより発生し、１００ミリアンペア以下の電流範囲にある。コネクタ１１２は第５図に示す車両の正の電）ｌ！Ｖｂｔに直接接続され、一方コネクタ１１３は第５図の車両の接地Ｑｖに接続されている。コネクタ１１２と１１３とは事実上その電力の全てを、例えば１４ボルトの電圧で５００ワツトを発生させる加熱装置へ提供し、コネクタ１１２と１１３とは約３５アンベヤの電流を運び、一方コネクタ１１１は単に０．１アンペアの電流を運ぶ。熱交換器１００の物理的寸法は、熱が熱交換器の一方の側のみでなく両側に供給されたとき最小とされ、そのため第２の回路盤１０４が回路盤１０３とは反対側の熱交換器１００の外面に適用される。電力はコネクタ電線１１２および１１３からジャンパ線１１４．１１５を介して回路ｑＡ１０４に供給される。第５図に示すゲート電圧ＶＧは１１７で制御回路１０９の出力側に接続されているジャンパ１１１１６を介して回路盤１０４上のＭＯＳパワートランジスタへ供給される。制御回路１０９を含む回路盤１０３が１個のみあればよいが、いずれの必要なワットのディーゼル燃料ヒータを構成するに必要であれば必要なだけ回路盤１０４を同様に並列に接続すればよい。

第７図はディーゼル燃料系に接続された、第６図に記載のディーゼル燃料ヒータ１５０の断面図であって、燃料は燃料供給ホース１５１がら装具１５２を介してディーゼル燃料ヒータ１５０を貫流する。該ヒータは高ワツト密度の加熱エレメントを含み、該ヒータを通過する燃料にこの５ワット熱密度を伝達し、一方ヒータ１５０の本体の温度１６０下以下に保っている。ヒータ１５０により温められた燃料は出口装具１５３を通るが、該装具はヒータ１５０の唯一の支持具である。前記燃料はディーゼル燃料フィルタの取付具１５４へ入り、そこでディーゼル燃料フィルタカートリッジ１５５へ分配される。

一旦カートリッジ１５５へ入った燃料は、ヒータ１５０により曇り点以上に温められたエレメント１５６の典型的には５ミクロンの直径の多孔を詰らせることなくフィルタエレメント１５６を通る。フィルタエレメント１５６を通過した燃料はカートリッジ１５５の中央に集められ、ねじ付きの装具１５７を介してフィルタ取付具１５４へ戻り、最終的に出口装具１５８を介してディーゼルエンジンまで流れる。

第８図は本発明の電気的および熱的関係を概略的に示すものである。

入口１７５から出口１７６まで燃料通路１６０を質流する燃料は、熱的に接触する要素を囲んでいる点線で示す熱交換器本体１７７から熱を誘引する。ヒータ装置の作動状態に応じて、ＭＯＳパワートランジスタ１７８および／または加熱エレメントＲ，，１７９は８ワット密度で、即ちそれぞれの表面積の平方インチ当り１０ワット以上のワット密度で熱を発生しうる。このように発生した熱は、熱発生装置へのインタフェースと、熱交換器１７７のハウジングの熱抵抗との和からなる熱抵抗を介して燃料に伝達される。（１７５から１７６へ通路を貫流する燃料の境膜係数については別途対応する。）これらの熱抵抗は熱交換器１７７の内面とそれぞれＭＯＳパワートランジスター７８、Ｒ，ヒーター７９およびＰＴＣセンサー８３との間の熱抵抗に対してＴＲ１、ＴＲおよびＴＲ３（第８図においてはそれぞれ１８０゜１８１および１８２で示す）により示されている。これらの３個の熱抵抗は全て共通の熱抵抗ＴＲ４，１８４を介して通路１６０中の燃料に共通に接続される。

本発明の目的は熱交換器のハウジング１７７の物理的寸法を出来る限り小さくするためにＴＲ４を出来るだけ小さくすることであるが、ＭＯＳトランジスター７８およびヒータエレメント１７９　（Ｒ，）の適正な作動並びに温度の制御に対して、それぞれの領域に正常化された場合に関連の熱抵抗の間に以下の熱関係が成立することが必須である。

ＴＲ１−ＴＲ２＝ＴＲ３＜＜＜ＴＲ４かつパワー発生要素１７８、および１７９に隣接する全ての領域において前述の式から以下のように同じになる必要がある。このように、要素１７８，１７９および１８３は相互に熱的に連通しているので、ハウジング１７７の温度が安全に制御され、従ってＰＴＣ１８３（Ｒ２）は制御回路１８５を介してヒータエレメント１７９（Ｒ，）ｅ、［ＦＭＯＳパワートランジスタ１７８で発生した熱を制御して、従来技術において示されているように熱交ｍ器のハウジング並びにその中に含まれた燃料の少なくとも若干の部分が引火点を十分上廻った温度に保つ危険で好ましくない状態をもたらせる原因となる燃料の温度に基づいて電力を制御するのでなく、好ましくは１４０″Ｆ−１５０”Ｆの一定の温度にハウジング１７７を保つようにする。

交換器１７７を通る燃料の速度と共に変わり、がっＱがハウジング１７７と燃料との間の６丁に比例するのでヒータの作動が１ｂｌＪＩＥｌできる。従って以下の関係が適用される。即ちＱＴＲ４はｆΔＴＲ４ＸＴＲ４の値〕に比例する。

前記の式から、また、ハウジング１７７が例えば１５０″Ｆの上限に保たれているので、ΔＴＲ４は燃料の温度と１５０″Ｆとの間の差に比例するといえる。従って、もし熱流速ＱＴＲが、ヒータエレメント１７９（Ｒ，）とトランジスタ１７８とにおいて発生した組み合わせ電力からの電力入力より小さくなるとすれば、熱均衡に達するまでＰＴＣ１３が回路１８５をして電力を低減させるまでハウジング１７７の温度は上昇する。このように、ＰＴ０１８３は燃料の温度を直接検出することなく電力を調節する。

ｆ’４−β・補正書の翻訳文提出書　（賭法第１８鵬の７期組

Claims

【特許請求の範囲】

１．伝熱性材料で作られた細長い中空のハウジングであつて、その細長いハウジングの一端に流体用入口と、反対側の端部に流体用出口を有し、前記中空のハウジングと、入口と出口とが加熱すべきディーゼル燃料がそこを貫流する通路を形成しているハウジングと、前記ハウジングの内側に位置し、前記通路を横方向に延ひるフイン手段であつて、前記ハウジングの内部と一体で、かつ前記ハウジングと同じ材料から作られ、前記のハウジングの細長い方向に延びているフイン手段と、前記ハウジングの外側と伝熱面接触関係にある少なくとも１個の平面状の加熱手段と、前記平面状の加熱手段での電流を制御する第１の回路手段と、前記の電流制御手段の作動を制御するために前記電流制御手段と電気回路関係にあるアナログ回路手段と、前記アナログ回路手段と電気回路関係で接続された前記ハウジングの外側と面接触している温度検出手段と、および前記電流制御回路を熱負荷から保護するために前記アナログ回路手段と電気回路関係にある第２の回路手段とを含む、デイーゼル燃料用ヒータ。
２．請求の範囲第２項に記載のヒータにおいて、複数の非金属フアイバが前記ハウジングの内部の通路内に位置しており、前記フアイバの少なくとも一部が前記ハウジングの内面とフイン手段とに接触しているヒータ。
３．請求の範囲第３項に記載のヒータにおいて、前記複数のフアイバの密度が前記通路の内部の物理的容積の１５％以下を占めるようなものであるヒータ。
４．請求の範囲第４項に記載のヒータにおいて、第１の平面状の加熱手段が前記ハウジングの第１の外面と物理的に接触して伝熱により前記面を介してハウジングの内部の通路へ熱を伝達するよう配置され、第２の平面状の加熱手段が前記ハウジングの第２の外面と物理的に接触して前記ハウジングの面を介して伝熱により内側の通路へ熱を伝達するよう配置されているヒータ。
５．請求の範囲第５項に記載のヒータにおいて、前記の平面状の加熱エレメントの各々が前記ハウジングの外面を横切って繰り返しパターンで延びているヒータ電線を含むヒータ。
６．請求の範囲第２項に記載のヒータにおいて、前記ハウジングを通る通路においてフアイバの内側に配置された非多孔性材料のブロツクを含むヒータ。
７．請求の範囲第７項に記載のヒータにおいて、該ヒータ内の電流を制御する回路手段が一対の酸化金属の半導体パワートランジスタを含むヒータ。
８．請求の範囲第８項に記載のヒータにおいて、温度検出手段が正の温度係数サーミスタであるヒータ。
９．請求の範囲第９項に記載のヒータにむいて、正の温度係数サーミスタがチタン酸バリウムから作られているヒータ。
１０．請求の範囲第１０項に記載のディーゼルヒータにおいて、アナログ回路手段がパワートランジスタの作動を制御し、かつ前記トランジスタの作動を高電流低抵抗領域あるいは低電流高抵抗領域のいずれかに制限するディーゼルヒータ。
１１．請求の範囲第１１項に記載のディーゼル燃料ヒータにおいて、該ヒータが燃料フィルタのすぐ上流で燃料供給配管に接続されているディーゼル燃料ヒータ。
１２．請求の範囲第１２項に記載のヒータにおいて、前記回路の作動がディーゼルエンジンの制御パネルに位置したスイッチ手段により手動で制御されるヒータ。
１３．請求の範囲第１２項に記載のヒータにむいて、該ヒータがコンピュータで制御されるヒータ。
１４．請求の範囲第１４項に記載のディーゼル燃料ヒータにおいて、該ヒータがパンケーキ状の形状であつて、燃料フィルタの頂部に着座しているディーゼル燃料ヒータ。
１５．請求の範囲第１５項に記載のディーゼル燃料ヒータにおいて、アナログ回路手段が一対のコンパレータと、制御フリツプフロツプと、および出力増幅器とを含むディーゼル燃料ヒータ。
１６．細長い中空のハウジングであつて、その一端に流体用入口を反対側の端部に流体用出口とを有し、前記中空のハウジングの入口と出口とが加熱すべき流体用の通路を形成するハウジングと、前記通路内に位置し該通路が形成する空間を占める複数の非金属フアイバであつて、該フアイバの少なくとも一部が前記ハウジングの内面と接触し、前記複数のフアイバの密度が前記通路の物理的容積の１５％以下を占めるようなものであるフアイバと、および前記ハウジングの外面と物理的に接触して伝熱により前記ハウジングの壁を介して該ハウジングの内面へ熱を伝達する加熱手段とを含む流体を加熱するための熱交換器。