專利名稱：具有過(guò)熱保護(hù)的流體加熱器控制設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及流體加熱器設(shè)備，具體地說(shuō)，涉及把一種加熱的洗滌流體提供到可清洗表面的流體加熱器設(shè)備，及更明確地說(shuō)，涉及一種用于車輛擋風(fēng)玻璃洗滌系統(tǒng)的加熱洗滌流體設(shè)備。
背景技術(shù)：
在各種各樣的用途中必須把流體的溫度迅速升高到較高的使用溫度。例如，希望能夠提供用在家庭、辦公室及營(yíng)地中；以及用于工業(yè)過(guò)程，的即用熱水。
在清洗用途中，已知熱流體比冷流體更好和更快地從表面除去污物和其它雜物。一種加熱流體用途是車輛洗滌流體系統(tǒng)，如擋風(fēng)玻璃洗滌系統(tǒng)以及應(yīng)用于攝像機(jī)鏡頭、外部燈和車燈玻璃、反射鏡等的車輛洗滌系統(tǒng)。車輛典型地設(shè)有至少一個(gè)并且通常為多個(gè)擋風(fēng)玻璃噴洗器，這些噴洗器用來(lái)清潔在擋風(fēng)玻璃或后窗玻璃中的視野。
典型地，毗鄰擋風(fēng)玻璃刮水器或作為其一部分提供一個(gè)噴嘴或噴射裝置以在擦拭操作之前和該操作期間把一種式樣的洗滌流體分配到擋風(fēng)玻璃上而改進(jìn)擦拭操作的效率，從而為駕駛員或車輛乘客提供清晰的視野。洗滌流體典型地存儲(chǔ)在發(fā)動(dòng)機(jī)腔室中的一個(gè)儲(chǔ)存罐中，并且當(dāng)由車輛駕駛員手動(dòng)致動(dòng)一個(gè)控制執(zhí)行器時(shí)通過(guò)噴射裝置抽吸。
由于已知溫?zé)峄蚣訜岬牧黧w比冷流體提供更好的清洗效率，所以也知道把加熱的洗滌流體提供給車窗噴射裝置。然而，對(duì)于洗滌流體能被加熱到的溫度有一個(gè)上限，以避免蒸發(fā)和能量浪費(fèi)。單元件加熱器限制適用于加熱工序的控制的可能，因?yàn)閱渭訜嵩蛘呤峭ɑ蛘呤菙唷?br> 因而，希望提供一種流體加熱器設(shè)備，該設(shè)備以具有最小能量和不把流體加熱到最大操作溫度以上的溫度以避免流體的蒸發(fā)的有效方式提供加熱流體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種用于控制來(lái)自流體加熱器設(shè)置的流體的排出溫度以防流體過(guò)熱的方法和設(shè)備。在一個(gè)方面，該方法包括以下步驟在一個(gè)外殼中提供流體；提供作為多個(gè)加熱元件的加熱裝置，用來(lái)把熱能傳給在外殼中的流體；控制裝置，用來(lái)彼此獨(dú)立地控制加熱元件中的至少兩個(gè)；在第一時(shí)間段內(nèi)啟動(dòng)加熱元件的至少一個(gè)，以迅速把熱能傳給流體；監(jiān)視流體的溫度；及在比預(yù)置最大排出流體溫度低的第一溫度下，保持最少數(shù)量的加熱元件在啟動(dòng)狀態(tài)下，以便較緩慢地把流體的溫度升高到預(yù)置最大排出溫度。
在另一個(gè)方面，該方法還包括以下步驟同時(shí)啟動(dòng)所有的加熱器元件，以把流體的溫度升高到第一溫度；和把加熱器元件的至少一個(gè)保持在啟動(dòng)狀態(tài)下，以把流體的溫度升到預(yù)置排出溫度。
在另一個(gè)方面，該方法還包括以下步驟啟動(dòng)加熱器元件的一些，以把流體的溫度升到第一溫度；和使加熱器元件的一些斷電并且啟動(dòng)另一個(gè)加熱元件，以把流體的溫度升到預(yù)置排出溫度。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明限定一種用來(lái)加熱流體的設(shè)備。在這個(gè)方面，該設(shè)備包括外殼，具有一條穿過(guò)其用來(lái)接收流體的流體流動(dòng)路徑；多個(gè)加熱器元件，熱聯(lián)接到外殼上，用來(lái)把熱能傳給外殼和在外殼中的流體；及控制裝置，用來(lái)控制多個(gè)加熱器元件，使加熱器元件的至少兩個(gè)被彼此獨(dú)立地控制；并且其中控制裝置包括裝置，后者用來(lái)至少啟動(dòng)加熱元件第一時(shí)間段以把熱能傳給流體，從而把在本體中的流體的溫度升到比預(yù)置最大排出流體溫度低的第一溫度；并且啟動(dòng)至少一個(gè)另外的加熱元件，以把在本體中的流體的溫度從第一溫度升到預(yù)置最大排出溫度。
在又一個(gè)方面，本發(fā)明是一種用來(lái)提供加熱流體以清洗車輛表面的設(shè)備。在這個(gè)方面，該設(shè)備包括外殼；穿過(guò)外殼延伸用來(lái)接收清洗流體的流體流動(dòng)路徑；多個(gè)加熱器元件，其熱聯(lián)接到外殼上，用來(lái)把熱能傳給外殼和在外殼中的流體；控制裝置，用來(lái)控制多個(gè)加熱器元件，使加熱器元件的至少兩個(gè)被彼此獨(dú)立地控制；并且其中控制裝置包括裝置，后者用來(lái)在第一時(shí)間段內(nèi)至少啟動(dòng)加熱元件以把熱能傳給流體，從而把在本體中的流體的溫度升到比預(yù)置最大排出流體溫度低的第一溫度；并且啟動(dòng)至少一個(gè)另外的加熱元件，以把在本體中的流體的溫度從第一溫度升到預(yù)置最大排出溫度。
在本發(fā)明的不同方面的任一個(gè)中，多個(gè)加熱器元件的一個(gè)或多個(gè)可以具有與其它加熱器元件不同的功率輸出或額定功率。這使例如較低功率輸出加熱元件能夠用作完成和保持加熱器元件，以減小對(duì)加熱器模塊的總功率要求。
本發(fā)明的方法和設(shè)備獨(dú)特地防止排出流體在預(yù)置最大溫度周圍過(guò)熱，這種過(guò)熱能導(dǎo)致加熱流體的不利蒸發(fā)以及電力的浪費(fèi)。多個(gè)可控制加熱器元件的使用使加熱器元件的其中一個(gè)能夠指定為“完成”加熱器元件，該“完成”加熱器元件更緩慢地把流體的溫度升高到預(yù)置排出溫度，或者在其它加熱器元件已經(jīng)斷開(kāi)之后被獨(dú)立地啟動(dòng)。


通過(guò)參照如下詳細(xì)描述和附圖，本發(fā)明的各種特征、優(yōu)點(diǎn)及其它用途將變得更明白，在附圖中圖1是在一種典型車窗洗滌流體輸送系統(tǒng)中使用的根據(jù)本發(fā)明的一種流體加熱器設(shè)備的方塊系統(tǒng)圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的一種加熱器模塊的立體圖；
圖3是在圖2中表示的加熱器模塊的分解立體圖；圖4是本發(fā)明的加熱器模塊的、從圖3的右側(cè)得到的立體圖；圖5是加熱器模塊熱物質(zhì)的頂部立體圖；圖6是在圖5中表示的加熱器模塊熱物質(zhì)的底部視圖；圖7是在圖4中表示的加熱器模塊的內(nèi)部的平面圖；圖8是在圖2-7中表示的加熱器模塊的縱向、剖視圖；圖9是在圖8中表示的加熱器模塊的一部分的放大、側(cè)剖視圖；圖10是曲線圖，描繪根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面啟動(dòng)加熱器元件的時(shí)間順序；及圖11是曲線圖，描繪根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面啟動(dòng)加熱器元件的時(shí)間順序。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參照?qǐng)D1，描繪有一種其中能便利地利用按照本發(fā)明的教導(dǎo)構(gòu)造的一種加熱器設(shè)備或模塊10的環(huán)境。盡管聯(lián)系車窗洗滌系統(tǒng)描述本發(fā)明的加熱器模塊10的如下使用，但將理解，本加熱器模塊可以用在需要加熱流體的其它用途中，如用來(lái)清洗任何車窗，即擋風(fēng)玻璃、后窗玻璃、或側(cè)窗，的任何清洗系統(tǒng)；以及用于諸如反射鏡、攝像機(jī)、透鏡、傳感器蓋等之類的其它車輛表面的清洗系統(tǒng)。
將理解，一種加熱器模塊的如下描述只是能夠便利地應(yīng)用本發(fā)明的流體加熱器控制溫度控制的一種加熱器設(shè)備的一個(gè)例子，這種加熱器模塊使用嵌在一個(gè)熱傳導(dǎo)物質(zhì)中的加熱器元件，一條流體流動(dòng)路徑穿過(guò)該熱傳導(dǎo)物質(zhì)延伸。例如，采用以與流體流直接或半直接接觸而安裝的加熱器元件的流體加熱器也能采用本發(fā)明的特征。
如傳統(tǒng)上那樣，車窗12，如擋風(fēng)玻璃、后窗玻璃或車窗等，具有一個(gè)或多個(gè)流體輸送裝置，如位于一個(gè)位置中把一種式樣的洗滌流體16分配或噴射到車窗12的外表面上的噴射噴嘴14。洗滌流體16的分配通常與在車窗12上的一個(gè)擋風(fēng)玻璃刮水器18的致動(dòng)相聯(lián)系。
洗滌流體16從一個(gè)流體源供給，如從儲(chǔ)存罐或容器20供給。在儲(chǔ)存罐20中的流體借助于通常位于儲(chǔ)存罐20附近或連接到其上的一個(gè)泵20被抽吸到噴嘴14。
如傳統(tǒng)上那樣，可安裝在車輛轉(zhuǎn)向柱主開(kāi)關(guān)(stalk switch)上的一個(gè)通/斷開(kāi)關(guān)24從車輛電池26供有電力，并且使車輛駕駛員能夠控制洗滌泵22的通或斷操作。
根據(jù)本發(fā)明，從儲(chǔ)存罐20抽吸到噴射噴嘴14的洗滌流體由加熱器模塊10從環(huán)境溫度加熱到預(yù)定的較高溫度，僅舉例說(shuō)明，如65℃至約70℃。提供一個(gè)適當(dāng)?shù)目刂齐娐坊蚩刂破?8，用來(lái)控制在加熱器模塊10中加熱器元件的操作?？刂破?8也從車輛電池26供有電力。如以后描述的那樣，每當(dāng)車輛點(diǎn)火處于“通”狀態(tài)下時(shí)，控制器28由來(lái)自車輛點(diǎn)火30的“通”信號(hào)啟動(dòng)，從而加熱包含在加熱器模塊10中的流動(dòng)路徑內(nèi)的流體。
一個(gè)可選擇的通/斷開(kāi)關(guān)25可以連接在電池26與控制器28之間，以便通過(guò)斷開(kāi)到控制器28的電力為整個(gè)加熱器系統(tǒng)提供通和斷操作。這使加熱器系統(tǒng)能夠按照車輛駕駛員的選擇被啟動(dòng)或保持在待用狀態(tài)下。如以后描述的那樣，通/斷開(kāi)關(guān)25也可以由從一個(gè)外部信號(hào)源，如車體控制器，到控制器28的一個(gè)單獨(dú)的輸入信號(hào)代替，以在某些情況下，如熱場(chǎng)合、低電池功率等，提供加熱器模塊10的選擇性斷電。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2-9，描繪根據(jù)本發(fā)明的加熱器模塊10的一個(gè)方面。
加熱器模塊10包括一個(gè)由適當(dāng)?shù)母邔?dǎo)熱材料形成的熱交換物質(zhì)或本體40。盡管物質(zhì)40描述成由壓鑄、模壓、或機(jī)加工的鋁形成，但也可以采用均質(zhì)或非均質(zhì)的其它材料。例如，物質(zhì)40能由氧化鋁顆粒、陶瓷材料等形成。
物質(zhì)40，如以后更詳細(xì)描述的那樣，包括在一個(gè)進(jìn)口42與一個(gè)出口44之間的流體流動(dòng)路徑。進(jìn)口和出口42和44分別接納一個(gè)接頭46和一個(gè)外套管48，接頭46和外套管48接合在一起，以便接納未表示的流體流動(dòng)導(dǎo)管、元件或管子的流體密封連接。進(jìn)口42將連接成接收來(lái)自車窗洗滌流體儲(chǔ)存罐20的泵輸出；而出口44將連接到噴射噴嘴14上。
當(dāng)車輛典型地具有幾個(gè)噴射噴嘴14時(shí)，通常一個(gè)用于兩個(gè)擋風(fēng)玻璃刮水器的每一個(gè)，并且至少一個(gè)噴嘴14用于后窗玻璃或后窗刮水器，將理解，用來(lái)加熱從流體儲(chǔ)存罐20排出的所有流體的單個(gè)加熱器模塊10的如下描述將包括多條并聯(lián)路徑，每條路徑包含一個(gè)獨(dú)立的加熱器模塊，用來(lái)為每個(gè)不同噴嘴14加熱來(lái)自儲(chǔ)存罐20的流體。
熱交換物質(zhì)40布置在由一個(gè)第一蓋50和一個(gè)配對(duì)的第二蓋52形成的隔熱外殼內(nèi)。第一和第二蓋50和52具有分別帶有一個(gè)主壁面54和56并分別帶有一個(gè)環(huán)繞周緣唇狀物60和62的互補(bǔ)形狀。
一個(gè)頸縮端部64和66形成在第一和第二蓋50和52的每一個(gè)中，并且形成從相應(yīng)主壁54和56的一端以及從周緣邊緣唇狀物60和62延伸的延伸部。頸縮部64和66當(dāng)接合在一起時(shí)形成一個(gè)用來(lái)接收一個(gè)連接器組件70的端空腔，連接器組件70把導(dǎo)電體連接到安裝在接合的第一和第二蓋50和52中的加熱元件上。
在連接器組件70通過(guò)適當(dāng)手段，如通過(guò)熱砧鉚接或從熱交換物質(zhì)40的相對(duì)主表面向外突出的突起76，已經(jīng)布置在第一和第二蓋50和52的延伸部64和66中之后，第一和第二蓋50和52及熱交換物質(zhì)40固定地接合在一起。突起76嚙合在第一和第二殼體部分50和52的主表面60和62中的孔徑，并且熱焊接在一起，以便以一種固定連接把第一和第二殼體部分50和52接合在一起。
如圖3中所示，一對(duì)密封元件71和72布置在熱交換物質(zhì)40的相對(duì)表面上，每個(gè)密封元件具有基本與熱交換物質(zhì)40的周緣形狀相同的周緣形狀。密封元件71和72由耐高溫、絕緣材料形成。密封元件71和72密封穿過(guò)熱交換物質(zhì)40的流動(dòng)路徑的敞開(kāi)端，如以后描述的那樣。
每個(gè)也具有與熱交換物質(zhì)40的形狀相互補(bǔ)的形狀的上部和下部板73和74，分別布置成與上部和下部密封元件71和72相接觸，并且通過(guò)適當(dāng)?shù)木o固手段固定在其上，如通過(guò)螺母和穿過(guò)在上部和下部板73和74、上部和下部密封元件71和72及熱交換物質(zhì)40的每一個(gè)中的孔徑延伸的螺栓75。上部和下部板73和74由諸如鋁之類的良好導(dǎo)熱材料形成。
如在圖4-7中詳細(xì)表示的那樣，熱交換物質(zhì)40具有一種實(shí)心立方形狀，該實(shí)心立方形狀由一個(gè)第一主表面80、一個(gè)第二相對(duì)主表面82、及互連第一和第二表面80和82的四個(gè)側(cè)壁84、86、88及90形成。
多個(gè)孔洞92、94、96及98形成在本體40中，并且從側(cè)壁84向內(nèi)突出。孔洞92、94、96及98每個(gè)適于接收一個(gè)大體圓柱形的加熱器元件。如圖4中局部所示，每個(gè)孔洞，如孔洞96和98，穿過(guò)物質(zhì)40的實(shí)心中央部分延伸，從而完全由物質(zhì)40的實(shí)心材料包圍。如下所述在啟動(dòng)加熱器元件而接收熱量之后把物質(zhì)40限定為一個(gè)熱源。
在圖4-7中表示的本發(fā)明的方面，加熱器元件由“熱棒(calrod)”形成。盡管可以使用不同的材料，但熱棒構(gòu)造的一個(gè)例子是在不銹鋼套內(nèi)的鎳鉻絲。
僅舉例說(shuō)明，至少一個(gè)并且優(yōu)選地多個(gè)—即兩個(gè)或三個(gè)或更多個(gè)分立的加熱器元件100、102及103，在圖4中僅表示加熱器元件100、102—布置在孔洞96、94及98中。下面聯(lián)系加熱器模塊10的描述將描述一個(gè)或多個(gè)加熱器元件，如加熱器元件100和102的作用。
如在圖4和7中看到的那樣，每個(gè)加熱器元件，元件100、102及103，的一個(gè)端部104、106及107分別穿過(guò)本體40的側(cè)壁84向外突出。加熱器元件100、102及103的端部104、106及107分別接合從一個(gè)印刷電路板150延伸的分立終端108，印刷電路板150借助于緊固件、粘合劑等安裝到上部板73的外表面上。在印刷電路板中的導(dǎo)電圖案將連接器終端70與終端108相連，以從車輛電力系統(tǒng)接收電力。
電路板150由諸如螺釘之類的適當(dāng)緊固件固定地安裝。其中一個(gè)終端108用作接地引線，因?yàn)橐粋€(gè)端部布置成與每個(gè)加熱器元件或熱棒100、102及103的外部不銹鋼套相接觸。終端108的另一個(gè)是用于熱棒100的電力引線。這個(gè)終端108通過(guò)與在柵格組件110中的加熱器元件100的端部104相接觸向熱棒100提供電力。
緊固件75把形成控制器28的一部分的印刷電路板150固定到熱交換本體40上，典型地在第一板140上方。
其它兩個(gè)終端108向其它兩個(gè)加熱器元件102和103提供電力連接。一個(gè)未表示的開(kāi)關(guān)可以插入在終端108與其它兩個(gè)終端108之間，以便當(dāng)向電力終端供電時(shí)選擇性地向其它兩個(gè)終端108提供電力。這個(gè)開(kāi)關(guān)可以是雙金屬開(kāi)關(guān)，例如它在諸如50℃之類的預(yù)定溫度下斷開(kāi)，如以后描述的那樣。可選擇的是，一個(gè)由控制器28的電路板150上的電路控制的開(kāi)關(guān)選擇性地把來(lái)自電力終端108的電力連接到其它終端108上。這為控制器28提供如下能力例如在低車輛電池功率、熱場(chǎng)合等出現(xiàn)期間，從車體控制器接收到適當(dāng)?shù)耐獠枯斎胄盘?hào)，使加熱器模塊10斷電。
如圖4-7中所示，導(dǎo)熱物質(zhì)40包括一條從進(jìn)口42到出口44延伸的流體流動(dòng)通道或路徑。流體流動(dòng)路徑具有由一個(gè)第一流體流動(dòng)路徑部分130和一個(gè)第二流體流動(dòng)路徑或通道132形成的迷宮路徑，第一流體流動(dòng)路徑部分130和第二流體流動(dòng)路徑132在大體對(duì)中布置的孔洞134處連接。第一流體流動(dòng)通道130具有由交替的直線和弧形段形成的大體螺旋形狀，這些直線和弧形段交替產(chǎn)生通過(guò)第一流體流動(dòng)通道130的流體的層流和湍流，以使流體從物質(zhì)40的相鄰壁的熱量吸收最大。而且，第一流體流動(dòng)通道130具有從進(jìn)口42到孔洞134的向內(nèi)指向的螺旋形狀，以使螺旋形第一流體流動(dòng)通道130的相鄰部分之間的溫度差最小。
如圖6中所示，第二流體流動(dòng)通道132具有基本相同的螺旋形狀。然而，穿過(guò)第二流體流動(dòng)通道132的流體流動(dòng)在從孔洞134到出口44的向外螺旋方向上。如以上描述的那樣，密封元件71和72密封地封閉第一和第二流體流動(dòng)通道130和132的敞開(kāi)端。
因而，穿過(guò)第一和第二流動(dòng)通道130和132的流體流從進(jìn)口44開(kāi)始，然后以螺旋向內(nèi)指向的方式通過(guò)第一流動(dòng)通道130到中央通路或孔洞134。在離開(kāi)中央通路134進(jìn)入第二流動(dòng)通道132時(shí)，流體流在向外螺旋方向上通過(guò)第二流動(dòng)通道132前進(jìn)到出口44。
在操作中，加熱器模塊40將互連在車輛洗滌流體流動(dòng)管線中，在泵22與噴射噴嘴14之間，如圖1中所示。外部連接器然后連接到連接器殼體70上，以從車輛電池26和控制器28向在熱交換本體40中的加熱器元件100、102及103提供電力。
假定在本體40中的第一和第二流體流動(dòng)通道130和132充滿流體，當(dāng)控制器28根據(jù)下面描述的控制序列啟動(dòng)加熱器元件100、102及103時(shí)，加熱器元件100、102及103將開(kāi)始輻射熱量，該熱量立即升高熱交換本體40的整個(gè)周圍部分的溫度。來(lái)自本體40的熱量又輻射到位于第一和第二流動(dòng)通道130和132中的流體并且由其吸收。
第一和第二流體流動(dòng)通道130和132的直線和弧形部分在流過(guò)物質(zhì)40的流體中創(chuàng)建交替的湍流和層流區(qū)，這引起在第一和第二流動(dòng)通道130和132中的流體的運(yùn)動(dòng)，使在流體中的所有分子與形成第一和第二流動(dòng)通道130和132的本體40的壁相接觸，以便有可能高效地吸收最大量的熱量。這使流體的溫度在例如大約六十秒內(nèi)從在進(jìn)口42處的環(huán)境溫度迅速升高到在出口44處的大約65℃-70℃。
在第一和第二流體流動(dòng)通道130和132中的流體通過(guò)與物質(zhì)40的實(shí)際接觸從熱物質(zhì)40帶走或吸收熱量，由此升高流體溫度。加熱器元件100、102及103將熱物質(zhì)40的熱保持在預(yù)定溫度下，由此防止在流體中出現(xiàn)熾熱點(diǎn)。通常，當(dāng)流體與加熱器元件100、102及103直接接觸時(shí)出現(xiàn)熾熱點(diǎn)。不與加熱器元件100、102及103實(shí)際接觸的流體繞過(guò)加熱器元件100、102及103，并且不會(huì)吸收熱量。通過(guò)加熱熱物質(zhì)40，實(shí)際熱接觸面積被增大，以及熱傳遞效率增大。這需要較少的能量來(lái)加熱相同體積的流體。
盡管在本體40中可以把單個(gè)加熱器元件100用作熱源，但能采用兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或甚至更多個(gè)加熱器元件。僅舉例描述三個(gè)加熱器元件100、102及103?？刂破?8能在接收到把加熱的洗滌流體分配到擋風(fēng)玻璃12上時(shí)的一個(gè)第一命令時(shí)，啟動(dòng)所有的多個(gè)加熱器元件100、102及103。這產(chǎn)生到本體40的最大量的熱量以立即和迅速地把本體40的溫度升高到高得足以把足夠的熱量傳導(dǎo)到在流體流動(dòng)通道130和132中的流體，以把流體的溫度升高到65℃-70℃的希望排出溫度。如果由車輛駕駛員供給來(lái)自通/斷開(kāi)關(guān)24的立即和以后命令以把另外填充的流體供給到擋風(fēng)玻璃12上，則多個(gè)加熱器元件100、102及103能由控制器28保持在啟動(dòng)狀態(tài)下。
如圖10中所示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，控制器28執(zhí)行一個(gè)控制程序，該控制程序提供加熱器元件100、102及103的任意個(gè)或全部的獨(dú)立控制。在本發(fā)明的這個(gè)方面，加熱器元件之一，如加熱器元件103，被指定為“完成”加熱器元件。當(dāng)把最大量的熱量傳給熱物質(zhì)40時(shí)，控制器28能啟動(dòng)全部三個(gè)加熱器元件100、102及103。控制器28監(jiān)視探測(cè)熱物質(zhì)的溫度或流過(guò)熱物質(zhì)40的流體的溫度的溫度傳感器的輸出，并且在比僅舉例說(shuō)明的近似70℃的預(yù)置最大預(yù)置排出溫度低的第一溫度下，使兩個(gè)加熱器元件100和102斷電。然而，第三加熱器元件103保持在啟動(dòng)或“通”狀態(tài)下，以便把熱物質(zhì)40的或在熱物質(zhì)40中的流體的溫度更緩慢地升高到約70℃的預(yù)置排出溫度“T完成”?？刂破?8可以如由標(biāo)有T保持的時(shí)間段表示的那樣使“完成”加熱器元件103周期地通和斷，以把流體的溫度保持在預(yù)置排出溫度下。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，如圖11中所示，可以由兩個(gè)加熱器元件100和102把最大熱量傳給熱物質(zhì)40。第三加熱器元件103仍然被指定為“完成”加熱器元件，并且當(dāng)熱物質(zhì)40的溫度達(dá)到比約70℃的預(yù)置排出流體溫度稍小的第一溫度時(shí)，由控制器28接通或啟動(dòng)。在這時(shí)，控制器28把“完成”加熱器元件103啟動(dòng)一個(gè)把在熱物質(zhì)40中的流體的溫度升高到預(yù)置排出溫度所必需的時(shí)間段。加熱器元件103可以如由標(biāo)為T保持的交替時(shí)間段表示的那樣循環(huán)地通或斷，以把溫度保持在預(yù)置排出溫度下。
更多的多個(gè)加熱器元件的一個(gè)被啟動(dòng)以便把最大熱量施加給熱物質(zhì)40并且加熱器元件的至少一個(gè)用作完成或保持加熱器元件的以上描述，是各種加熱器元件的功能的一般描述，而與它們的具體功率輸出無(wú)關(guān)。例如，在本例子中的所有三個(gè)加熱器100、102及103能具有相同的功率輸出，如300瓦特。
在本發(fā)明中也有可能提供具有不同功率輸出的多個(gè)加熱器元件。例如，在上述三個(gè)加熱器元件中的兩個(gè)加熱器元件100、102能具有同樣高的功率輸出，如300瓦特。用作完成或保持加熱器元件的第三加熱器元件103能具有較低功率輸出，如100瓦特。當(dāng)只有完成加熱器元件103被啟動(dòng)由此把熱物質(zhì)40的溫度緩慢地升到最終工作溫度時(shí)，這允許以較慢的速率供給對(duì)熱物質(zhì)40的熱量施加。加熱器元件103的較低功率輸出也足以把熱物質(zhì)40保持在希望的工作溫度下，因?yàn)楸３纸o定溫度比把熱物質(zhì)40從低溫升到較高工作溫度需要得功率小。
將理解，加熱器元件的不同功率輸出適用于操作完成加熱器元件的任一個(gè)以上例子中。
在具有不同數(shù)量加熱器元件的加熱器元件構(gòu)造中，完成加熱器元件能設(shè)有與用來(lái)迅速增大熱物質(zhì)40的溫度的加熱器元件不同的功率輸出。因而，有可能在本發(fā)明中采用單個(gè)加熱器元件100，具有高功率輸出，如300瓦特，用于對(duì)熱物質(zhì)40的快速熱量施加；和其余的兩個(gè)加熱器元件102和103，具有較低功率輸出，僅舉例說(shuō)明如100瓦特，用作完成和保持加熱器元件。
在具有四個(gè)或多個(gè)加熱器元件的加熱器模塊中，加熱器元件的不同組合能用在上述兩個(gè)例子中，作為快速熱量施加加熱器元件和/或完成和保持加熱器元件。通過(guò)具有按不同功率輸出額定值劃分的不同加熱器元件，能提供另外的靈活性。
使比所有多個(gè)加熱器元件100、102、及103少的加熱器用作可獨(dú)立控制的“完成”加熱器元件這一優(yōu)點(diǎn)，使得控制器28能夠防止溫度超出界限，溫度超出界限導(dǎo)致流體的蒸發(fā)和電力的浪費(fèi)?！巴瓿伞奔訜崞髟梢允怯脕?lái)在排出循環(huán)之間把在熱物質(zhì)中的流體的溫度保持在預(yù)置排出溫度下的唯一加熱器元件，由此減小電力需求，這是因?yàn)樵跍囟缺３諸保持循環(huán)期間，不是所有加熱器元件都需要接“通”或“斷”開(kāi)。
盡管如下描述使用稱作MOSFET的大安培值的切換裝置作為控制器28的一部分，并向在熱物質(zhì)40中的加熱元件104、106及107提供必要的大電流，典型地在12伏特下為50安培，但也可以采用其它的大安培值切換裝置。任何數(shù)量的MOSFET 156能以任何構(gòu)造安裝在印刷電路板150上。
多個(gè)孔洞158可選擇地穿過(guò)印刷電路板150形成?？锥?58改進(jìn)在印刷電路板(PCB)150上的切換裝置與下面的第一板73之間的熱流動(dòng)。
一個(gè)溫度傳感器159，如PTC，安裝在印刷電路板150上，典型地在孔洞158上方或與其相鄰。溫度傳感器159測(cè)量印刷電路板150的溫度，并且向控制器28提供一個(gè)與溫度成比例的信號(hào)，該信號(hào)由控制器28用來(lái)控制加熱元件104、106及107的通/斷循環(huán)。
為了進(jìn)一步增強(qiáng)由MOSFET 156產(chǎn)生的熱量到第一板140的傳遞，一個(gè)高導(dǎo)熱墊或板160，下面稱作底墊160，被相接觸地插入在印刷電路板150與第一板23之間，如圖3、8及9中所示。底墊160典型地具有在第一板73的至少一部分上延伸的平面形狀和尺寸。墊160隔離通過(guò)螺釘75到負(fù)地的泄漏電流，提供在MOSFET與熱物質(zhì)40之間的確實(shí)接觸，及通過(guò)把板73的溫度保持在較高溫度下穩(wěn)定通過(guò)相鄰蓋的熱損失，由此相對(duì)于熱物質(zhì)40創(chuàng)建一個(gè)較小的溫度差或梯度。
如圖9中所示，一個(gè)突起從熱物質(zhì)40延伸。
底墊160優(yōu)選地具有比板73的導(dǎo)熱率高的導(dǎo)熱率，以便高效地把由MOSFET 156產(chǎn)生的熱量抽取到板73，由此把板73的溫度保持在升高溫度下。板73的這種升高溫度比由從密封元件71和72周圍的熱物質(zhì)40側(cè)逃逸的熱量引起的板73的正常溫度高。
突起164和熱介質(zhì)40嚙合板73中的孔徑，如圖8和9中所示。底墊160的一部分如圖9中所示在其中一個(gè)突起164上延伸，并且可以布置成與突起164接觸或?qū)?zhǔn)，以提供從熱物質(zhì)40到底墊160的直接熱交換路徑。
總之，已經(jīng)公開(kāi)了一種流體加熱器設(shè)備，該設(shè)備借助于最小的功率需求和沒(méi)有溫度超出界限地把流體加熱和保持到一個(gè)希望的排出溫度。
權(quán)利要求
1.一種加熱流體的方法，包括以下步驟在一個(gè)外殼中提供流體；提供多個(gè)加熱元件，用于把熱能傳給流體；控制裝置，用于彼此獨(dú)立地控制所述加熱元件的至少兩個(gè)；在第一時(shí)間段內(nèi)啟動(dòng)所述加熱元件的至少一個(gè)，以把熱能傳給流體；監(jiān)視流體的溫度；以及在比預(yù)置最大排出流體溫度低的第一溫度下，使所述至少一個(gè)加熱元件斷電并且設(shè)置加熱元件的至少一個(gè)在啟動(dòng)狀態(tài)下，以把流體的溫度升到預(yù)置最大排出溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟啟動(dòng)所有的加熱器元件，以把流體的溫度升高到第一溫度；和把加熱器元件的至少一個(gè)保持在啟動(dòng)狀態(tài)下，以把流體的溫度從第一溫度升到預(yù)置排出溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟使多個(gè)加熱器元件的至少一個(gè)具有與其它加熱器元件不同的功率輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述使至少一個(gè)加熱器元件具有不同功率輸出的步驟還包括以下步驟使所述至少一個(gè)加熱器元件具有比其它加熱器元件低的功率輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟啟動(dòng)某些加熱器元件，以把流體的溫度升到第一溫度；使所述某些加熱器元件斷電并且啟動(dòng)另一個(gè)加熱元件，以把流體的溫度從第一溫度升到預(yù)置排出溫度。
6.一種用于加熱流體的設(shè)備，包括用于在一外殼中提供流體的裝置；多個(gè)加熱元件，用于把熱能傳給流體；用于彼此獨(dú)立地控制加熱元件的至少兩個(gè)的裝置；用于把加熱元件的至少一個(gè)啟動(dòng)第一時(shí)間段以把熱能傳給流體的裝置；用于監(jiān)視流體的溫度的裝置；以及裝置，其響應(yīng)于溫度監(jiān)視裝置在比預(yù)置最大排出流體溫度低的第一溫度下，用于使所述至少一個(gè)加熱元件斷電并且設(shè)置加熱元件的至少另一個(gè)在啟動(dòng)狀態(tài)下，以把流體的溫度升高到預(yù)置最大排出溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，還包括加熱元件的至少一個(gè)具有與其它加熱元件不同的功率輸出。
8.一種用于加熱流體的設(shè)備，包括外殼，其具有一條穿過(guò)其中用來(lái)接收流體的流體流動(dòng)路徑；多個(gè)加熱器元件，其熱聯(lián)接到外殼上，用于把熱能傳給外殼和在外殼中的流體；以及控制裝置，用于控制多個(gè)加熱器元件，使加熱器元件的至少兩個(gè)被彼此獨(dú)立地控制；并且其中控制裝置包括裝置，后者用于至少啟動(dòng)加熱元件第一時(shí)間段以把熱能傳給流體，從而把在本體中的流體的溫度升到比預(yù)置最大排出流體溫度低的第一溫度；并且啟動(dòng)至少一個(gè)另外的加熱元件，以把在本體中的流體的溫度從第一溫度升到預(yù)置最大排出溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，控制裝置還包括用來(lái)使被啟動(dòng)以把流體的溫度升到第一溫度的所有加熱元件斷電的裝置；和用來(lái)啟動(dòng)至少一個(gè)加熱元件以把流體的溫度從第一溫度升到第一預(yù)置最大排出溫度的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中加熱器元件的至少一個(gè)具有與其它加熱元件不同的功率輸出。
11.一種用來(lái)清洗車輛表面的流體加熱器設(shè)備，包括外殼；穿過(guò)外殼延伸用來(lái)接收清洗流體的流體流動(dòng)路徑；多個(gè)加熱器元件，其熱聯(lián)接到外殼上，用于把熱能傳給外殼和在外殼中的流體；控制裝置，用于控制多個(gè)加熱器元件，使加熱器元件的至少兩個(gè)被彼此獨(dú)立地控制；并且其中控制裝置包括裝置，后者用于至少啟動(dòng)加熱元件第一時(shí)間段以把熱能傳給流體，從而把在本體中的流體的溫度升到比一個(gè)預(yù)置最大排出流體溫度低的第一溫度；并且啟動(dòng)至少一個(gè)另外的加熱元件，以把在本體中的流體的溫度從第一溫度升到所述預(yù)置最大排出溫度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的流體加熱器設(shè)備，還包括加熱器元件的至少一個(gè)具有與其它加熱器元件不同的功率輸出。
全文摘要
一種流體加熱器設(shè)備具有防止溫度超出界限的流體排出溫度控制件。多個(gè)加熱器元件被采用，并且加熱器元件的至少一些是可獨(dú)立控制的。加熱器元件的至少一個(gè)被用作“完成”加熱器元件，使其它加熱元件斷電，以使“完成”加熱器元件能夠更緩慢地把在本體中的流體的溫度從通過(guò)啟動(dòng)所有或大多數(shù)加熱器元件達(dá)到的第一溫度升到預(yù)定排出溫度。多個(gè)加熱器元件的其中一個(gè)可以具有與其它加熱器元件不同的功率輸出。
文檔編號(hào)F24H1/10GK1754072SQ200480005014
公開(kāi)日2006年3月29日 申請(qǐng)日期2004年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月28日
發(fā)明者K-H·屈布勒, D·G·哈里斯 申請(qǐng)人:瓦萊奧電氣系統(tǒng)公司