專利名稱：具有凍結(jié)保護的流體加熱器的制作方法
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，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，及更具體地說，涉及一種用于車輛擋風玻璃洗滌系統(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、辦公室及營地中以及用于工業(yè)過程的即用熱水。
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。一種加熱流體的用途是車輛洗滌流體系統(tǒng)，如擋風玻璃洗滌系統(tǒng)以及應(yīng)用于攝像機鏡頭、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)有至少一個并且通常為多個擋風玻璃噴洗器，這些噴洗器用來清潔在擋風玻璃或后窗玻璃中的視野。
典型地，毗鄰擋風玻璃刮水器或作為其一部分提供一個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玻璃上而改進擦拭操作的效率，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在發(fā)動機腔室中的一個儲存罐中，并且當由車輛駕駛員手動致動一個控制執(zhí)行器時通過噴射裝置抽吸。
由于已知溫熱或加熱的流體比冷流體提供更好的清洗效率，所以知道把加熱的洗滌流體提供給車窗噴射裝置。各種洗滌流體加熱裝置已經(jīng)被開發(fā)，但都典型地利用一種熱交換器結(jié)構(gòu)，其中一個熱源布置在一個洗滌流體流過的本體中。在通過噴射噴嘴分配到車窗上之前，洗滌流體拾取在熱交換本體中的熱量，熱交換本體升高洗滌流體的溫度。
車輛洗滌裝置經(jīng)受寬范圍的溫度和流體類型。消費者僅把水用作車輛洗滌流體是可能的和相當普遍的。然而，在冰點以下的條件下，由于由水到固體狀態(tài)的相變引起的膨脹這可能導(dǎo)致對流體存儲裝置的損壞。引起的損壞可能導(dǎo)致泄漏、裂紋、材料的屈服、或流體加熱器的整體失效。
因而，希望提供一種流體加熱器設(shè)備，該設(shè)備提供加熱流體，該加熱流體具有流體凍結(jié)保護。也希望提供一種流體加熱器設(shè)備，該設(shè)備提供凍結(jié)保護，同時沒有在流體加熱器設(shè)備中采用的元件的數(shù)量的顯著增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種具有獨特凍結(jié)保護裝置的流體加熱器設(shè)備。當流體經(jīng)歷到固態(tài)或半固態(tài)的相變時，凍結(jié)保護裝置可逆地允許流體在流體加熱器中的膨脹，并且當流體經(jīng)歷回到液態(tài)的相時，可逆地到重疊流體流動通道的正常狀態(tài)。
在一個方面，加熱器設(shè)備包括導(dǎo)熱物質(zhì)；加熱裝置，熱聯(lián)接到導(dǎo)熱物質(zhì)上，用來把熱量傳給導(dǎo)熱物質(zhì)；及一條流體流動路徑，形成在導(dǎo)熱物質(zhì)中并在一個進口與一個出口之間。在流體流動路徑中的流體從導(dǎo)熱物質(zhì)吸收熱量。
在一個方面，加熱器設(shè)備還包括一個裝在一個外殼中的流體膨脹裝置，該外殼裝在上述導(dǎo)熱物質(zhì)上，當流體經(jīng)歷到固態(tài)的相變時，該流體膨脹裝置用來可逆地允許在流體流動路徑中的流體的膨脹。
在一個方面，流體膨脹裝置為一種可以由密封微孔泡沫塑料形成的可壓縮部件的形式。可壓縮部件布置在形成在外殼中的擴大內(nèi)部腔室中或者用板連接在導(dǎo)熱物質(zhì)中，并且重疊在熱物質(zhì)中的流體流動通道的端部。
在另一個方面，本發(fā)明是一種洗滌設(shè)備，該洗滌設(shè)備包括流體儲存罐，包括一種洗滌流體；泵，聯(lián)接到流體儲存罐上，用來從儲存罐抽吸流體；噴射噴嘴，流體聯(lián)接到泵上，用來把從儲存罐抽吸的流體排出到可清洗表面上；及加熱器設(shè)備，流體流動連通地布置在泵、儲存罐及噴嘴之間。
在這個方面，當流體經(jīng)歷到固態(tài)的相變時，裝在外殼中的流體膨脹裝置可逆地允許在流體流動路徑中的流體的膨脹。
流體膨脹裝置也可以設(shè)有流體流動孔徑，這些流體流動孔徑允許流過在熱物質(zhì)中的流體流動通道的一部分的流體流過流體膨脹裝置并且撞擊在導(dǎo)熱物質(zhì)上的外殼的內(nèi)表面。這使得能夠從安裝在一個外殼上的電路板上的高熱量產(chǎn)生電力開關(guān)元件除去熱量，以及允許流體更緊密地撞擊在外殼的一部分上，在外殼的該部分上安裝溫度傳感器，以提供流體加熱器設(shè)備的流體的更準確溫度測量。
在本發(fā)明的另一個方面，一個流體膨脹裝置由密封元件提供，這些密封元件具有與在導(dǎo)熱物質(zhì)的一個表面上的流體流動通道的幾乎所有開放端重疊的實心形狀。每個密封元件具有足夠的剛性，以阻止在暴露于流過流體流動通道的流體的正常工作壓力時的膨脹或運動。然而，由到固態(tài)或半固態(tài)的流體的相變引起的在通道中流體的膨脹把足夠的壓力施加在密封件上，使密封件膨脹到在外殼中形成的相鄰開放內(nèi)部空腔中，以容納流體相變膨脹。當流體變相回液態(tài)時，密封件恢復(fù)其正常的大體平面形狀。
本發(fā)明的流體加熱器具有一種獨特的凍結(jié)保護裝置，該凍結(jié)保護裝置，在流體轉(zhuǎn)變到半固態(tài)或固態(tài)時，容納流體加熱器中的流體的相變膨脹，但在流體變相回液態(tài)時，能夠返回重疊在導(dǎo)熱物質(zhì)中的流體流動通道的開放端的正常形狀和位置。
該流體膨脹裝置借助于微小修改容易裝在流體加熱器設(shè)備中。


通過參照如下詳細描述和附圖，本發(fā)明的各種特征、優(yōu)點及其它用途將變得更明白，在附圖中圖1是在一種示例的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)備的方塊圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一個方面的一種加熱器模塊或流體加熱器設(shè)備的立體圖；圖3是在圖2中表示的加熱器模塊的分解立體圖；
圖4是在圖2中表示的組裝加熱器模塊的局部剖開立體圖，使電路板向上定向；圖5是在圖2中表示的加熱器模塊的局部剖開立體圖，使相反表面向上定向；圖6是本發(fā)明的在圖5中的方位中的加熱器模塊的立體圖，沒有蓋子和電路板；圖7是加熱器模塊的電路板側(cè)的立體圖，沒有蓋子；圖8是在圖7中表示的加熱器模塊的相反方位的立體圖；圖9是加熱器模塊熱物質(zhì)的頂部立體圖；圖10是在圖6-8中表示的加熱器模塊熱物質(zhì)的底部視圖；圖11是在圖6-8中表示的加熱器模塊的放大平面圖；圖12是大體沿在圖11中的線12-12得到的剖視圖；圖13是大體沿在圖11中的線13-13得到的剖視圖；圖14是表示成安裝在導(dǎo)熱的密封端一個表面上的凍結(jié)保護元件的平面圖；圖15是根據(jù)本發(fā)明的一個可選擇流體膨脹部件的加熱器模塊的另一個方面的側(cè)視圖；及圖16是大體與圖12類似的剖視圖，但表示本發(fā)明的另一個方面。
具體實施例方式
現(xiàn)在參照圖1，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，如用來清洗任何車窗，即擋風玻璃、后窗玻璃、或側(cè)窗，的任何清洗系統(tǒng)；以及用于反射鏡、攝像機、透鏡、傳感器蓋等的清洗系統(tǒng)。
如傳統(tǒng)上那樣，車窗12，如擋風玻璃、后窗玻璃或車窗等，具有一個或多個流體輸送裝置，如位于一個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上的一個擋風玻璃刮水器18的致動相聯(lián)系。
洗滌流體16從一個流體源供給，如從儲存罐或容器20供給。在儲存罐20中的流體借助于通常位于儲存罐20附近或連接到其上的一個泵22被抽吸到一個或多個噴嘴14。
如傳統(tǒng)上那樣，可安裝在車輛轉(zhuǎn)向柱主開關(guān)(stalk switch)上的一個通/斷開關(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)定溫度，僅舉例說明，如約65℃至約70℃。提供一個適當?shù)目刂齐娐坊蚩刂破?8，用來控制在加熱器模塊10中的加熱器元件的操作?？刂破?8也從車輛電池26供有電力。如以后描述的那樣，每當車輛點火處于“通”狀態(tài)下時，控制器28由來自車輛點火30的“通”信號啟動，從而加熱包含在加熱器模塊10中的流動路徑內(nèi)的流體。
一個可選擇的通/斷開關(guān)25可以連接在電池26與控制器28之間，從而通過斷開到控制器28的電力為整個加熱器系統(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或保持在待用狀態(tài)下。如以后描述的那樣，通/斷開關(guān)25也可以由從一個外部信號源，如車體控制器，到控制器28的一個單獨的輸入信號代替，以在某些情況下，如熱場合、低電池功率等，提供加熱器模塊10的選擇性斷電。
現(xiàn)在參照圖2-14，描繪根據(jù)本發(fā)明的加熱器模塊10的一個方面。
加熱器模塊10包括一個由適當?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、澆鑄或機加工的鋁形成，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，如以后更詳細描述的那樣，包括一條在一個進口42與一個出口44之間的流體流動路徑。進口和出口42和44每個分別接納一個接頭46，用來接收到未表示的一個流體流動導(dǎo)管、元件或管子的流體密封連接。進口42將連接成接收來自車窗洗滌流體儲存罐20的泵輸出；而出口44將連接到噴射噴嘴14上。
當車輛典型地具有幾個噴射噴嘴14時，通常一個用于兩個擋風玻璃刮水器的每一個，并且至少一個噴嘴14用于后窗玻璃或后窗刮水器，將理解，用來加熱從流體儲存罐20排出的所有流體的單個加熱器模塊10的如下描述將包括多條并聯(lián)路徑，每條路徑包含一個獨立的加熱器模塊，用來為每個不同噴嘴14加熱來自儲存罐20的流體。
熱交換物質(zhì)40布置在由一個第一蓋50和一個第二配對蓋52形成的外殼或殼體內(nèi)。第一和第二蓋50和52具有互補配對邊緣。第一蓋50具有一個主壁面54和一個環(huán)繞周緣唇狀物60。
一個頸縮端部64形成在第一蓋50中，并且形成來自主壁面54的一部分的管狀延伸部。頸縮部64形成一個用來接收一個連接器組件70的外殼，連接器組件70把電信號和電力提供給在接合的第一和第二蓋50和52中安裝的加熱元件并且提供給一個電路板，在以后詳細描述。
第二蓋52也具有一個主壁面56和從其突出的一個環(huán)繞周緣唇狀物62。周緣唇狀物62圍繞第二主壁面56的整個周緣。
在熱物質(zhì)40和連接器組件70通過適當手段，如通過加熱、聲波或振動焊接，已經(jīng)布置在第一和第二蓋50和52內(nèi)之后，第一和第二蓋50和52固定地接合在一起。舉例說明，一個周緣凹槽76至少部分地繞周緣唇狀物60的整個邊緣突出。凹槽76接納繞第二蓋52的周緣唇狀物62延伸的一個配對突起77。突起77和凹槽76通過焊接固定和密封地接合在一起，以把蓋50和52固定地接合在一起。
提供用來把熱物質(zhì)40定位和固定在第一和第二蓋50和52上的定位裝置。至少一個并且優(yōu)選地一對圓周間隔開的溝槽79和81形成在腹板83上，腹板83在容納在物質(zhì)40上的螺紋緊固件的兩個凸臺之間延伸。溝槽79和81容納突起85和87，突起85和87裝在第一和第二蓋50和52中的法蘭上，在與在物質(zhì)40中的溝槽79和81的位置互補的圓周間隔開的位置處。當蓋50和52經(jīng)受加熱、聲波或振動焊接過程時，突起85和87被焊接在一起。以這種方式，當蓋50和52本身被接合在一起時，熱物質(zhì)固定地定位在蓋50和52內(nèi)。
如圖3中所示，一對密封元件71和72布置在熱交換物質(zhì)40的相對表面上，每個密封元件具有環(huán)形，該環(huán)形的另一個邊緣基本與熱交換物質(zhì)40的周緣形狀相同。密封元件71和72由耐高溫、絕緣材料形成。密封元件71和72密封熱交換物質(zhì)40的周緣。
每個也具有與熱交換物質(zhì)40的形狀相互補的形狀的上部和下部外殼或板73和74，分別布置成與上部和下部密封元件71和72相接觸，并且通過適當?shù)木o固手段固定在其上，如通過螺母和穿過在上部和下部板73和74的每一個中的孔徑、和在熱交換物質(zhì)40中的周緣定位孔洞延伸的螺栓75。板73和74的實心周緣和熱交換物質(zhì)40的配對周緣把密封元件71和72夾在之間，以密封在板73和74與物質(zhì)40之間的接縫。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6-11中所示，熱交換物質(zhì)40具有一種實心立方形狀，該實心立方形狀由一個第一主表面80、一個第二相對主表面82、及互連第一和第二表面80和82的四個側(cè)壁84、86、88及90形成。
多個孔洞92、94及96形成在本體40中，并且從側(cè)壁84向內(nèi)突出。孔洞92、94及96每個適于接收一個大體圓柱形的加熱器元件。如圖11中局部所示，每個孔洞92、94及96穿過物質(zhì)40的實心中央部分延伸，從而完全由物質(zhì)40的實心材料包圍。這在從安裝在每個孔洞92、94及96中的加熱器元件接收熱量之后把物質(zhì)40限定為一個熱源。
在本發(fā)明中，加熱器元件可以由“熱棒(calrod)”形成。盡管可以使用不同的材料，但熱棒構(gòu)造的一個例子是在不銹鋼套內(nèi)的鎳鉻絲。
僅舉例說明，至少一個并且優(yōu)選地多個，即兩個或三個或更多個分立的加熱器元件100、102及103分別布置在孔洞92、94及96中。下面聯(lián)系加熱器模塊10操作的描述將描述一個或多個加熱器元件如加熱器元件100、102及103的作用。
如在圖4和7中看到的那樣，每個加熱器元件100、102及103的一個端部104、106及107分別穿過本體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每個分別具有從其延伸的分立終端108，并且通過釬焊、熔焊等接合到其上，以便連接到在一個印刷電路板150上安裝的配對插座或接觸彈簧上，印刷電路板150本身借助于緊固件，即螺釘、鉚釘、或粘合劑等安裝到板73的外表面上。在印刷電路板150中的導(dǎo)電圖案連接到用于接收終端108的插座或觸點上。連接器終端70的兩個釬焊到印刷電路板150上，以從車輛電力系統(tǒng)接收電力、接地和控制信號。
如圖9和10中所示，導(dǎo)熱物質(zhì)40包括一條從進口42到出口44延伸的流體流動通道或路徑。流體流動路徑，舉例說明，是由一個第一流體流動路徑部分130和一個第二流體流動路徑或通道132形成的迷宮路徑，第一流體流動路徑部分130和第二流體流動路徑132在大體對中布置的孔洞134處連接。第一流體流動通道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)生通過第一流體通道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，第一流體流動通道130具有從進口42到孔洞134向內(nèi)指向的螺旋形狀，以使螺旋形第一流動通道130的相鄰部分之間的溫度差最小。
如圖10中所示，第二流體流動通道132具有基本相同的螺旋形狀。然而，穿過第二流體流動通道132的流體流動在從孔洞134到出口44的向外螺旋方向上。
因而，穿過第一和第二流動通道130和132的流體流從進口44開始，然后以螺旋向內(nèi)指向的方式通過第一流動通道130到中央通路或孔洞134繼續(xù)。在離開中央通路134進入第二流動通道132時，流體流在向外螺旋方向上通過第二流動通道132前進到出口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通道130和132充滿流體，當控制器28啟動加熱器元件100、102及103時，加熱器元件100、102及103將開始輻射熱量，該熱量立即升高熱交換本體40的整個周圍部分的溫度。來自本體40的熱量又輻射到位于第一和第二流動通道130和132中的流體并且由其吸收。
第一和第二流體流動通道130和132的直線和弧形部分在流過物質(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通道130和132中的流體的運動，使在流體中的所有分子與形成第一和第二流動通道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。這使流體的溫度在大約六十秒內(nèi)從在進口42處的環(huán)境溫度迅速升高到在出口44處的大約160°F-170°F。
在第一和第二流體流動通道130和132中的流體通過與物質(zhì)40的實際接觸從熱物質(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在預(yù)定溫度下保持熱物質(zhì)40的加熱，由此防止在流體中出現(xiàn)熾熱點。通常，當流體與加熱器元件100、102及103直接接觸時出現(xiàn)熾熱點。不與加熱器元件100、102及103實際接觸的流體繞過加熱器元件100、102及103并且不吸收熱量。通過加熱熱物質(zhì)40，實際熱接觸面積被增大，以及熱傳遞效率增大。這就需要較少的能量來加熱同樣體積的流體。
盡管在本體40中可以把單個加熱器元件100用作熱源，但發(fā)現(xiàn)多個加熱器元件最便利，僅舉例描述有兩個或三個加熱器元件，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玻璃12上時的一個第一命令時，啟動所有的多個加熱器元件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)到在流體流動通道130和132中的流體，以把流體的溫度升高到約65℃至約70℃的希望排出溫度。如果由車輛駕駛員供給來自通/斷開關(guān)24的立即和以后命令以把另外填充的流體供給到擋風玻璃12上，則多個加熱器元件100、102及103能由控制器28保持在啟動狀態(tài)下。
在流體分配操作完成時，和在車輛發(fā)動機正在運行、或者在發(fā)動機正在運行并且例如一個儀表板安裝開關(guān)被致動的同時在無流體分配的其它時段期間，控制器28能周期地啟動一個或多個加熱器元件，如加熱器元件100，以把在第一和第二流動通道130和132中的流體的溫度保持在升高溫度下，以便當由通/斷開關(guān)24啟動時立即排出到擋風玻璃12上。這使對車輛電池26的電力需求最小。
盡管控制器28能向加熱器元件100、102及103的每一個提供獨立的開關(guān)信號，以便在程序或邏輯控制下獨立地控制每個加熱器元件100、102及103，但一種可選擇的方法包括在到一個終端108的電力連接與連接到輔助加熱器元件102和103上的其它終端108的每一個之間安裝的雙金屬元件或開關(guān)。雙金屬元件能設(shè)置成在諸如50℃之類的預(yù)定溫度下斷開，由此使相關(guān)加熱器元件斷電。這使例如輔助加熱器元件102和103能夠保持斷電，直到開始高熱量需求。
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的部分，并向在熱物質(zhì)40中的加熱元件100、102及103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。
多個孔洞158可選擇地穿過印刷電路板150形成。孔洞158改進在印刷電路板(PCB)150上的切換裝置與下面的第一板73之間的熱流動。
一個溫度傳感器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測量印刷電路板150的溫度，并且向控制器28提供一個與溫度成比例的信號，該信號由控制器28用來控制加熱元件100、102及103的通/斷循環(huán)。
為了進一步增強由MOSFET 156產(chǎn)生的熱量到第一板140的傳遞，一個高導(dǎo)熱墊或板161，下面稱作底墊161，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161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161隔離通過螺釘75到負地的泄漏電流，提供在MOSFET與熱物質(zhì)40之間的確實接觸，及通過把板73的溫度保持在較高溫度下穩(wěn)定通過相鄰蓋的熱損失，由此相對于熱物質(zhì)40創(chuàng)建一個較小的溫度差或梯度。
底墊161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。
已知在冰點以下溫度期間，基本由水形成的洗滌流體經(jīng)受凍結(jié)。凍結(jié)或半凍結(jié)的流體的膨脹引起作用在加熱器模塊10的周圍元件上的壓力，這可能導(dǎo)致泄漏或加熱器模塊10的完全損壞。
如圖3、5及11-14中所示，一個流體膨脹裝置160裝在加熱器模塊10中，用來當流體從液態(tài)到基本上固態(tài)變相時，可逆地允許在流體流動路徑中的流體的膨脹。流體膨脹裝置，在本發(fā)明的一個方面，處于由密封微孔泡沫塑料形成的、諸如大體平面部件之類的薄壓縮部件的形式。
能用來形成流體膨脹裝置的適當材料的一個例子是由Voltek，division of Sekisui America Corp.(Sekisui美洲公司Voltek分部)銷售的、作為產(chǎn)品號VOLARA型LM的閉孔聚烯烴泡沫。另一種可能的材料是來自Specialty Composites Division(特種成分部)CabotSafety Corp.(Cabot安全公司)，Indianapolis，Indiana 46254的商品名為C/3002或C-2301的聚氯乙烯有關(guān)泡沫塑料。
流體膨脹裝置160在物質(zhì)40中在正常的流體操作壓力下具有抗壓縮的足夠剛性。流體膨脹裝置或部件160布置在熱物質(zhì)30的兩側(cè)的密封元件71和72的每一個的內(nèi)邊緣上，并且具有面對和暴露于通過熱物質(zhì)40中的通道的開放端的流體的基本中心部分。流體膨脹部件160在加熱器模塊10中在正常的流體工作壓力下具有抗膨脹或壓縮的足夠剛性。然而，在由在通道中的流體的凍結(jié)和膨脹施加的顯著高的力下，部件160能夠如在圖12和13中以假想線表示的那樣壓縮，以提供用于膨脹的凍結(jié)或半凍結(jié)流體的空間。
流體膨脹部件160具有形狀記憶以便返回其正常大體平面形狀，完全填充在每個蓋71和73中在加大隆起中的內(nèi)部空腔162。
流體膨脹部件160通過把板73和74緊固到物質(zhì)上被壓縮，以稍微膨脹到物質(zhì)40中的通道中和膨脹成基本與熱物質(zhì)40的表面相接觸而封鎖在穿過熱物質(zhì)40的流體流動路徑中的每一條通道的開放端。
如圖14中所示，流體膨脹部件160具有便于其用在加熱器模塊10中的輔助特征。一對端部敞開的凹口164和166沿流體膨脹部件160的一個邊緣形成。凹口164和166重疊導(dǎo)熱物質(zhì)40的在下面的液體流動通道的一部分，以允許在流體流動通道中的少量流體流過貼著板73或74的內(nèi)表面的凹口164和166。大功耗電子切換裝置，如MOSFET156，布置成緊相對著在板73中的加大部。切換裝置156由水的流動冷卻，以便把切換裝置156保持在公稱工作溫度下。輔助孔徑168和170為了類似目的形成在熱膨脹部件160的中間部分中，以允許穿過在導(dǎo)熱物質(zhì)中的通道的流體流貼著相鄰板73的內(nèi)表面流動，以從切換裝置156除去熱量，切換裝置156位于電路板150上的緊上方處。
一個輔助的端部敞開的凹口172形成在熱膨脹部件160的另一個邊緣部分上。凹口172位于安裝在電路板150上的熱溫度傳感器159的位置的下方。穿過凹口172的流體流通過溫度傳感器159提供更準確的溫度測量，因為它更靠近流過在熱物質(zhì)40中的通道的流體。
在圖16中表示的流體膨脹裝置200的另一個方面，流體膨脹裝置200構(gòu)造成消除密封元件71和72。當對應(yīng)板73或74借助于緊固件75牢固地固定到熱物質(zhì)40上時，流體膨脹裝置或元件的周緣部202被壓縮?？蛇x擇的是，流體膨脹裝置200的周緣部202能用熱量和壓力壓縮到比流體膨脹裝置200的中心部分小的厚度。
參照在圖15中表示的流體膨脹裝置的另一個方面，流體膨脹裝置180由密封元件182和184形成，密封元件182和184在其整個表面區(qū)域上具有實心形狀。如此形成的密封元件182和184的至少一個形成有足夠的剛性，以當暴露于流過在熱物質(zhì)40中的開放端通道的流體的正常壓力時阻止膨脹。然而，密封元件182和184的任一個能夠膨脹到在板73的加大部分中形成的內(nèi)部空腔或腔室186中，以容納來自物質(zhì)40的膨脹的凍結(jié)或半凍結(jié)流體。當流體以后變相回液態(tài)時，密封元件182和184將恢復(fù)其原始形狀，其中如上述那樣，密封元件182和184的每一個布置成與通道的開放端相接觸，封鎖在流體流動路徑中的通道的開放端，以保持通過熱物質(zhì)40的流體的所希望的迷宮流動。
總之，這里已經(jīng)公開了一種具有獨特流體膨脹裝置的流體加熱器設(shè)備。當流體經(jīng)歷到固態(tài)或半固態(tài)的相變時，流體膨脹裝置容納流過流體加熱器的流體的膨脹。流體膨脹裝置具有變形記憶，在流體返回到液態(tài)之后，使流體膨脹裝置能夠恢復(fù)其正常形狀。
權(quán)利要求
1.一種用來加熱流體的加熱器設(shè)備，該加熱器設(shè)備包括導(dǎo)熱物質(zhì)；加熱裝置，其熱聯(lián)接到導(dǎo)熱物質(zhì)上，用于把熱量傳給導(dǎo)熱物質(zhì)；流體流動路徑，其形成在所述物質(zhì)中，并在一個進口與一個出口之間，所述流體流動路徑以熱傳遞關(guān)系聯(lián)接到加熱裝置上，從而在流體流動路徑中的流體從導(dǎo)熱物質(zhì)吸收熱量，流體流動路徑通到導(dǎo)熱物質(zhì)的外部；殼體，其在一個內(nèi)部空腔中裝有導(dǎo)熱物質(zhì)；及流體膨脹裝置，其聯(lián)接到所述物質(zhì)上，用于可逆地允許流體流動路徑中的流體的相變膨脹。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱器設(shè)備，還包括控制裝置，其連接到所述加熱裝置上，用于啟動加熱裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱器設(shè)備，其中所述控制裝置還包括印刷電路板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱器設(shè)備，其中所述控制裝置還包括溫度傳感器裝置，其聯(lián)接到控制裝置上，用于產(chǎn)生與導(dǎo)熱物質(zhì)的溫度成比例的輸出信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱器設(shè)備，其中所述流體膨脹裝置包括可壓縮部件，其安裝在所述導(dǎo)熱物質(zhì)與安裝在所述物質(zhì)上的一個外殼之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的加熱器設(shè)備，其中可壓縮部件由密封微孔泡沫塑料形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱器設(shè)備，其中所述流體膨脹裝置包括外殼，其具有限定一個空心內(nèi)部腔室的加大部分，所述空心內(nèi)部腔室重疊所述導(dǎo)熱物質(zhì)中的流體流動通道的開放端；和可膨脹裝置，其在流體流動通道的開放端上延伸，并且布置成在正常的流體流動壓力下基本上與開放端通道上的導(dǎo)熱物質(zhì)相接觸，以便在流體的相變膨脹期間膨脹到在外殼中的內(nèi)部腔室中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱器設(shè)備，其中所述流體流動路徑包括第一流動路徑部分，其延伸穿過所述導(dǎo)熱物質(zhì)的一個表面；和第二流動路徑部分，其延伸穿過所述導(dǎo)熱物質(zhì)的一個相對表面，所述第一和第二流動路徑部分布置成流體流動連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的加熱器設(shè)備，其中，所述第一和第二流動路徑部分布置成基本上在所述導(dǎo)熱物質(zhì)的中心處流體流動連通。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱器設(shè)備，其中所述加熱裝置包括至少一個安裝在所述物質(zhì)中的加熱器元件。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱器設(shè)備，其中所述加熱裝置包括多個安裝在所述物質(zhì)中的加熱器元件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的加熱器設(shè)備，還包括控制器，用于控制所述加熱器元件的每一個的啟動。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱器設(shè)備，其中所述加熱裝置布置在所述導(dǎo)熱物質(zhì)中，并且基本上由所述流體流動路徑包圍。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱器設(shè)備，還包括外殼，其固定到所述物質(zhì)的一個表面上；和密封裝置，用于把導(dǎo)熱物質(zhì)流體地密封到外殼上。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的加熱器設(shè)備，其中所述密封裝置包括O形圈，其布置在所述外殼和所述導(dǎo)熱物質(zhì)的周緣部分之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的加熱器設(shè)備，其中所述密封裝置包括流體膨脹裝置，其具有布置在所述外殼與所述導(dǎo)熱物質(zhì)之間的一個周緣部，用于把所述導(dǎo)熱物質(zhì)流體地密封到所述外殼上。
17.一種用來加熱流體的加熱器設(shè)備，該加熱器設(shè)備包括導(dǎo)熱物質(zhì)；流體流動路徑，其由延伸穿過導(dǎo)熱物質(zhì)的一個表面的第一流動路徑部分以及延伸穿過導(dǎo)熱物質(zhì)的一個相對表面的第二流動路徑部分形成，所述第一和第二流動路徑部分布置成通過導(dǎo)熱物質(zhì)流體流動連通，所述流體流動路徑由在導(dǎo)熱物質(zhì)中形成的開放端通道限定，所述通道的開放端從導(dǎo)熱物質(zhì)面向外；至少一個加熱元件，其熱安裝在所述導(dǎo)熱物質(zhì)中并且基本上由所述物質(zhì)接觸，所述加熱裝置把熱量傳給導(dǎo)熱物質(zhì)，從而在第一和第二流動路徑部分中的流體從導(dǎo)熱物質(zhì)吸收熱量；控制裝置，其包括連接到至少一個加熱元件上的電源開關(guān)裝置，用來啟動至少一個加熱元件；殼體，其在一個內(nèi)部空腔中裝有導(dǎo)熱物質(zhì)；及流體膨脹裝置，其安裝在所述物質(zhì)上，用來可逆地允許當流體處于至少基本固態(tài)時在流體流動路徑中的流體的相變膨脹。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的加熱器設(shè)備，還包括外殼，其固定到所述物質(zhì)上，用來封閉在所述物質(zhì)中的流體流動通道；和密封裝置，其安裝在導(dǎo)熱物質(zhì)中的流體流動路徑的一部分上，從而把導(dǎo)熱物質(zhì)流體地密封到殼體上。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的加熱器設(shè)備，其中控制裝置還包括印刷電路板。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的加熱器設(shè)備，其中控制裝置還包括溫度傳感器裝置，其聯(lián)接到控制裝置上，用來產(chǎn)生與導(dǎo)熱物質(zhì)的溫度成比例的輸出信號。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的加熱器設(shè)備，其中流體膨脹裝置包括可壓縮部件。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的加熱器設(shè)備，其中可壓縮部件由密封微孔泡沫塑料形成。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的加熱器設(shè)備，其中流體膨脹裝置包括外殼，其具有限定一個空心內(nèi)部腔室的加大部分，所述空心內(nèi)部腔室重疊導(dǎo)熱物質(zhì)中的流體流動通道的開放端；和可膨脹裝置，其在流體流動通道的開放端上延伸，并且布置成在正常的流體流動壓力下基本上與開放端通道上的導(dǎo)熱物質(zhì)相接觸，以便在流體的相變膨脹期間膨脹到在外殼中的內(nèi)部腔室中。
24.根據(jù)權(quán)利要求17所述的加熱器設(shè)備，其中流體流動路徑包括第一流動路徑部分，其延伸穿過導(dǎo)熱物質(zhì)的一個表面；和第二流動路徑部分，其延伸穿過導(dǎo)熱物質(zhì)的一個相對表面，所述第一和第二流動路徑部分布置成流體流動連通。
25.根據(jù)權(quán)利要求17所述的加熱器設(shè)備，其中，所述第一和第二流動路徑部分布置成基本上在導(dǎo)熱物質(zhì)的中心處流體流動連通。
26.根據(jù)權(quán)利要求17所述的加熱器設(shè)備，其中所述加熱裝置包括多個安裝在所述物質(zhì)中加熱器元件。
27.根據(jù)權(quán)利要求18所述的加熱器設(shè)備，其中所述密封裝置包括O形圈，其布置在所述外殼和所述導(dǎo)熱物質(zhì)的周緣部分之間。
28.根據(jù)權(quán)利要求18所述的加熱器設(shè)備，其中所述密封裝置包括流體膨脹裝置，其具有布置在外殼與導(dǎo)熱物質(zhì)之間的一個周緣部，用來把導(dǎo)熱物質(zhì)流體地密封到外殼上。
29.一種車窗洗滌設(shè)備，包括流體源，用于供給洗滌流體；流體排出裝置，其流體地聯(lián)接到流體源上，用于從儲存罐排出流體；加熱器裝置，其流體流動連通地布置在流體源與流體排出裝置之間；控制器，其聯(lián)接到加熱器裝置上，用于把電力供給到加熱器裝置；所述加熱器設(shè)備包括導(dǎo)熱物質(zhì)，其具有一個進口和一個出口；流體流動路徑，其形成在所述物質(zhì)中，并在所述進口與所述出口之間，所述流體流動路徑基本包圍加熱裝置，從而在流體流動路徑中的流體從導(dǎo)熱物質(zhì)吸收熱量；控制裝置，其連接到加熱裝置上，用于啟動加熱裝置；流體流動路徑通到導(dǎo)熱物質(zhì)的外部；殼體，其在一個內(nèi)部空腔中裝有導(dǎo)熱物質(zhì)；及流體膨脹裝置，其裝在殼體中，用來可逆地允許當流體處于至少基本固態(tài)下時在流體流動路徑中的流體的膨脹。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的加熱器設(shè)備，其中控制裝置還包括溫度傳感器裝置，其聯(lián)接到控制裝置上，用于產(chǎn)生與導(dǎo)熱物質(zhì)的溫度成比例的輸出信號。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的加熱器設(shè)備，還包括外殼，其固定到所述物質(zhì)上；和密封裝置，其用來把導(dǎo)熱物質(zhì)流體地密封到外殼上。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的加熱器設(shè)備，其中控制裝置還包括印刷電路板。
33.根據(jù)權(quán)利要求29所述的加熱器設(shè)備，其中控制裝置還包括溫度傳感器裝置，其聯(lián)接到控制裝置上，用于產(chǎn)生與導(dǎo)熱物質(zhì)的溫度成比例的輸出信號。
34.根據(jù)權(quán)利要求29所述的加熱器設(shè)備，其中所述流體膨脹裝置包括可壓縮部件。
35.根據(jù)權(quán)利要求29所述的加熱器設(shè)備，其中所述可壓縮部件由密封微孔泡沫塑料形成。
36.根據(jù)權(quán)利要求29所述的加熱器設(shè)備，其中所述流體膨脹裝置包括外殼，其具有限定一個空心內(nèi)部腔室的加大部分，所述空心內(nèi)部腔室重疊導(dǎo)熱物質(zhì)中的流體流動通道的開放端；和可膨脹裝置，其在流體流動通道的開放端上延伸，并且布置成在正常的流體流動壓力下基本上與開放端通道上的導(dǎo)熱物質(zhì)相接觸，以便在流體的相變膨脹期間膨脹到在外殼中的內(nèi)部腔室中。
37.根據(jù)權(quán)利要求29所述的加熱器設(shè)備，其中所述流體流動路徑包括第一流動路徑部分，其延伸穿過導(dǎo)熱物質(zhì)的一個表面；和第二流動路徑部分，其延伸穿過導(dǎo)熱物質(zhì)的一個相對表面，所述第一和第二流動路徑部分布置成流體流動連通。
38.根據(jù)權(quán)利要求29所述的加熱器設(shè)備，其中，所述第一和第二流動路徑部分布置成基本上在導(dǎo)熱物質(zhì)的中心處流體流動連通。
39.根據(jù)權(quán)利要求29所述的加熱器設(shè)備，其中所述加熱裝置包括多個安裝在所述物質(zhì)中的加熱器元件。
40.根據(jù)權(quán)利要求31所述的加熱器設(shè)備，其中所述密封裝置包括O形圈，其布置在所述外殼和所述導(dǎo)熱物質(zhì)的周緣部分之間。
41.根據(jù)權(quán)利要求31所述的加熱器設(shè)備，其中所述密封裝置包括流體膨脹裝置，其具有布置在所述外殼與所述導(dǎo)熱物質(zhì)之間的一個周緣部，用于把所述導(dǎo)熱物質(zhì)流體地密封到所述外殼上。
全文摘要
一個熱源布置在導(dǎo)熱物質(zhì)殼體中，用于把熱量傳給物質(zhì)。在穿過物質(zhì)的流動路徑中的流體從物質(zhì)吸收熱量。一個流體膨脹部件安裝在流體流動路徑的開放端上。流體膨脹部件一方面由可壓縮材料形成以在到固態(tài)的流體相變的力下壓縮，并且當流體經(jīng)歷到液態(tài)的逆相變時膨脹回名義形狀。在另一個方面，流體膨脹部件是重疊流體流動通道的開放端的實心密封元件。該密封件在正常的流體工作壓力下阻止膨脹，但膨脹到在固定到物質(zhì)上的外殼中的開放內(nèi)部腔室中，以容納流體的相變膨脹。
文檔編號B60S1/46GK1754073SQ200480005016
公開日2006年3月29日 申請日期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 申請人:瓦萊奧電氣系統(tǒng)公司