(57)【要約】本発明は、温度を測定する手段および／または過熱防止部材として作動する手段を備えるヒータ（１０）、特に自動車ヒータ（１０）に関する。本発明によれば、温度を測定する手段および／または過熱防止部材として作動する手段が、熱量測定原理に基づいて作動する流れセンサ（１２）を備える。本発明は、更に、熱量測定原理に基づいて作動する既知の流れセンサ（１２）の、温度センサとしての使用と、温度を測定および／または過熱防止を行う方法とに関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度を測定する手段および／または過熱防止部材として作動する手段を備えるヒータ（１０）、特に自動車ヒータ（１０）であって、温度を測定する手段および／または過熱防止部材として作動する手段が、熱量測定原理に基づいて作動する流れセンサ（１２）を有することを特徴とするヒータ（１０）。
【請求項２】
流れセンサ（１２）が、少なくとも一部を伝熱媒体（１４）によって取り囲まれるように配置される請求項１に記載のヒータ（１０）。
【請求項３】
流れセンサ（１２）が、加熱要素（１６）と温度測定手段（１８）とを有する請求項１または２に記載のヒータ。
【請求項４】
加熱要素（１６）および温度測定手段（１８）が、１個の部品（２０）または１つの部品グループによって形成され、この部品または部品グループは、加熱要素（１６）としておよび温度測定手段（１８）として交互に運転される前記の請求項のいずれかに記載のヒータ。
【請求項５】
加熱要素を介して所定のエネルギー供給が行われ、温度測定手段（１８）によって検出される後続の冷却を介してエネルギー排出が推定される請求項３または４に記載のヒータ。
【請求項６】
熱量測定原理に基づいて作動する流れセンサの、温度センサとしての使用。
【請求項７】
流れセンサ（１２）が過熱防止機能を有する請求項６に記載の熱量測定原理に基づいて作動する流れセンサ（１２）の使用。
【請求項８】
流れセンサ（１２）が温度を測定するように設けられる請求項６または７に記載の熱量測定原理に基づいて作動する流れセンサの使用。
【請求項９】
流れセンサ（１２）が加熱要素（１６）および温度測定手段（１８）を有することを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の熱量測定原理に基づいて作動する流れセンサの使用。
【請求項１０】
加熱要素（１６）および温度測定手段（１８）が１個の部品（２０）または１つの部品グループによって形成され、この部品または部品グループが加熱要素（１６）としておよび温度測定手段（１８）として交互に運転される請求項９に記載の熱量測定原理に基づいて作動する流れセンサの使用。
【請求項１１】
加熱要素（１６）を介して所定のエネルギー供給が行われ、温度測定手段（１８）によって検出される後続の冷却を介してエネルギー排出が推定される請求項９または１０に記載の熱量測定原理に基づいて作動する流れセンサの使用。
【請求項１２】
車両ヒータの温度を測定し及び／又は過熱防止を行う方法であって、熱量測定原理に基づいて作動する流れセンサ（１２）を使用して、少なくとも２つの時点で伝熱媒体の温度を測定する方法。
【請求項１３】
車両ヒータの温度を測定し及び／又は過熱防止を行う際に、時間情報および温度情報が既知の冷却関数と比較される請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
車両ヒータの温度を測定し及び／又は過熱防止を行う際に、時間情報および温度情報が既知の境界値と比較される請求項１２または１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度を測定するための手段および／または過熱防止部材として作動する手段を備えるヒータ、特に自動車ヒータに関する。本発明は更に、熱量測定原理に従って作動する流れセンサの新しい用途に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、補助ヒータおよび／または独立ヒータとしての働きをする自動車ヒータの場合、過熱防止によってシステムの安全性を確保しなければならない。これは特に、所望の場所で熱を放出できるようにするために、液状伝熱媒体が温められるヒータであるときに当てはまる。更に、ヒータの制御または調整のために、伝熱媒体の現在の温度を知ることが重要である。
【０００３】
従来技術の場合、過熱防止および温度測定のために、一般的に少なくとも２個のセンサが使用される。例えば、ＰＴＣ、バイメタルスイッチまたはヒューズリンクによって過熱防止を実現することが知られている。温度測定のために通常は、温度依存性の抵抗（ＮＴＣ）が使用される。更に、温度勾配の評価を付加的な安全基準として利用することが知られている。これに関し、異常な温度急上昇は機器故障またはシステム故障から生じると考えられる。
【０００４】
しかし、上記の公知の温度センサを、過熱防止部材としてまたは温度測定のために使用することは、若干の欠点を伴う。例えばバイメタルスイッチの信頼性は非常に高いが、機能、短絡または遮断に関するリード線の状態のソフトウェア診断を行うことができない。必要なリード線、固定要素、コネクタ等を含めて、バイメタルスイッチは比較的高価な要素である。更に、バイメタルスイッチと伝熱媒体との接触は機能に対して大きな影響を及ぼす。熱伝達部材の取付け確実性、腐食および堆積物に関する問題が生じるので、バイメタルスイッチの正しい作動形態にとって重要であるこの熱接触は、多くの場合、ヒータの寿命にわたっては確実には保証されない。
【０００５】
公知の解決策の場合、部品特有の切換え温度に達した後で初めて、臨界的な状態に対する応答が行われる。これは、過熱防止部材としてのＰＴＣまたはヒューズの使用についても当てはまる。更に、ヒューズリンクは作動によって破断され、交換しなければならないという欠点がある。温度勾配の評価は、この原理が特に、例えばシステム内に冷却水がないかまたは少なすぎるときに発生するいわゆる乾燥過熱の場合に役に立たないという欠点がある。このような故障は、この場合に存在する冷却媒体（例えば空気または水蒸気）が小さな熱容量および小さな熱伝導率のために、温度センサによる過熱の検出が遅れることに基づいており、この検出の遅れはヒータの損傷につながる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の根底をなす課題は、前述の問題が回避され、同時に熱量測定原理に従って作動するそれ自体公知の流れセンサの用途が拡大するように、冒頭に述べたヒータを改良することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、独立請求項の特徴によって解決される。
【０００８】
本発明の有利な実施形態および発展形態は従属請求項から明らかになる。
【０００９】
本発明によるヒータは、冒頭に述べた従来技術に基づいており、温度を測定するための手段および／または過熱防止部材として作動する手段が、熱量測定原理に従って作動する流れセンサを備える。この解決策は、熱量流れセンサとして一般的に使用される要素を、温度センサとして使用可能であり、過熱防止のための温度センサとしておよび温度測定のための温度センサとして使用可能であるという認識に基づく。これに関して特に、温度検出および過熱防止を実現するために、要素を１個だけ使用することができる。この要素は、好ましくは最大で４個、理想的には２個の接点を有し、これについては後で詳しく説明する。今まで過熱防止部材として使用された要素のための全体コストも省くことができる。本発明に従って使用され、熱量測定原理に従って作動する流れセンサの場合、限界温度の代わりにエネルギー排出を評価することができるので、限界温度に達するずっと前に臨界的な状態を検出することができる。それによって、システムの応答速度が著しく改善され、安全性が大幅に向上する。流れセンサが、臨界的な温度に達するずっと前に、少なすぎるエネルギー排出を検出するため、特に冒頭に述べた乾燥過熱の問題が、本発明による解決策によって確実に抑制される。このようにして、ヒータは損傷することなく数回の乾燥過熱を持ち堪えることができる。
【００１０】
本発明によるヒータの好ましい実施形態では、流れセンサが、少なくとも一部を伝熱媒体によって取り囲まれるように配置されている。自動車ヒータに関連して、伝熱媒体は特に冷却水によって形成可能であり、この冷却水はヒータによって温められ、吸収した熱は後で少なくとも部分的に所望の場所で再び放出される。この場合、流れセンサは好ましくはヒータの熱交換器の辺りに設けられる。しかしながら、本発明によるヒータは、スペースを暖めるための空気を直接暖める空気ヒータであってもよい。この場合、流れセンサは、好ましくは空気流内に配置される。或いは、本発明による流れセンサの使用は、エネルギー流れが生じる所ならどこでも機能するので、流れセンサを固体媒体内に収納することもできる。
【００１１】
更に、流れセンサが加熱要素と温度測定手段とを備えると好ましい。この点に関し、加熱要素として特に加熱抵抗が用いられ、温度測定手段として温度依存性の測定抵抗が用いられる。加熱抵抗および測定抵抗はそれぞれ２本の線を介して別個に制御可能であり、この場合センサ要素は４個の接点を有する。或いは、中央タップが設けられるように加熱抵抗と測定抵抗とを連結することができ、この場合、センサは３個の接点を有する。
【００１２】
本発明によるヒータの特に好ましい実施形態では、加熱要素と温度測定手段とが１個の部品または１つの部品グループによって形成され、この部品または部品グループが加熱要素としておよび温度測定手段として交互に運転される。例えば、適切な１個の抵抗要素を、加熱抵抗としておよび温度依存性の測定抵抗として交互に使用することができ、センサは接点を２個だけ備えればよい。これにより、センサの価格が非常に低下する。１個だけの要素を備える解決策がきわめて経済的である場合でも、高められた安全性が要求されるシステムの場合、短絡、遮断、機能および妥当性の検査が好ましくは行われるのと同時に、少なくとも１個の他の余分なシステムを使用することが適切である。この場合、加熱手段と温度測定手段としての働きをする２個の抵抗要素を備える実施形態が適切である。両抵抗が温度依存性を有し、この温度依存性の特性が知られているとする。定常状態で、一方の抵抗の抵抗値を測定することによって周囲温度を推定することができ、そしてこの周囲温度から、第２の抵抗が有しているはずの抵抗値を決定することができる。実際値に対するこの目標値の偏差が許容し得る範囲の外側にある場合、センサが故障しており、ソフトウェアに適切な手段を講じるべきである。このような手段は例えば車両暖房システムの故障のインターロックである。両抵抗の定格値および場合によっては特性が異なっており、特性変化、すなわち特に寄生抵抗、ドリフティングおよび材料変化が、標準特性に関して測定値に異なるように作用する。検査は、周期的におよびセンサの通常の作動サイクル間で任意の回数繰り返されることが可能である。
【００１３】
加熱要素を介して所定のエネルギー供給を行うことができることと、温度測定手段によって検出され後続の冷却を介してエネルギー排出を推定することができることが好ましい。この点に関し、エネルギーを搬送する冷却媒体が少なくとも、暖房装置によって供給されるエネルギー量と同じエネルギー量を排出できなければならないと考えられる。どの位の速度で伝熱媒体が流れるか或いは伝熱媒体の熱容量がどのくらいの大きさであるかは全く重要ではない。システムのエネルギーバランスの程度を示し、更に冷却相の長さに依存して媒体温度を直接測定することができるか或いは補外法によって媒体温度を推定することができる冷却曲線の確かめられた変化だけが重要である。冒頭に述べた勾配評価との重要な違いは、本発明ではセンサの所定の電気的な加熱が行われことにあり、この加熱は所定のエネルギー供給を示し、従って後続の冷却によって所定のエネルギー排出を推定することができる。臨界的なエネルギーバランス（エネルギー排出が少なすぎる）は、過熱に対するシステムの保護のための重要な判断基準であり、臨界的な温度に達するずっと前に検出可能であり、安全対策を講じるために閾値として利用可能である。この点に関し、センサの熱慣性が小さいと、センサの応答速度に特に有利である。
【００１４】
本発明の他の態様は、熱量測定原理に従って作動する流れセンサを温度センサとして使用することに関する。このような流れセンサは、周囲温度を超えて加熱されるセンサ要素から、センサ要素を取り巻く媒体によってエネルギーを取り出すことに基づく。この点に関し、センサ要素は冷却され、しかも媒体の流れが強ければ強いほどあるいは熱伝導率および比熱容量が大きければ大きいほど、強く冷却される。センサの冷却曲線または加熱曲線は、通常は漸近ｅ関数に従う。このような流れセンサを温度センサとして使用すると、リード線の短絡または遮断をいつでも診断することができるので、きわめて有利である。要素を加熱し、前後で抵抗を測定することにより、要素の正しい機能を順番に検査することができる。
【００１５】
無傷のセンサ要素については、抵抗値の変化が前提となる。抵抗が変化しないと、故障していると考えられる。本発明による使用の場合、熱量測定原理に従って作動する流れセンサの従来の使用と異なり、特に十分なエネルギー排出だけが検出されるので、媒体特性を知っている必要はない。
【００１６】
冷却および／または加熱が役割を果たす所はどこでも、システムの調和のとれたエネルギーバランスが、臨界的な状態に対する保護のための前提であり、その場所のどこでも、熱量測定原理に基づいて作動する流れセンサを、本発明に従って、温度センサとして、すなわち過熱防止部材および／または温度を測定するセンサとして使用することができる。この点に関し、使用は液状媒体に制限されない。この原理は、エネルギーの流れが発生している場所ならどこでも、すなわち気体および固体の媒体内でも機能する。そのために、媒体の動きは必要ない（例えば過剰のエネルギーを排出するために、熱伝導率が良好であるとき）。測定要素の加熱はセンサ技術における重要な革新として見なされ、評価可能な固有のエネルギーバランスを有するシステムがセンサから作られる。センサと保護すべきシステムは互いに適切に調和する。
【００１７】
流れセンサが過熱防止機能を有すると、きわめて有利であると考えられる。従来の過熱防止部材として使用される温度センサの場合、例えば表面または接触面の石灰化および／または付着物形成によってもたらされる熱伝導作用の低下により、切換え閾値が高い温度の方へシフトして、システムには一層強く負荷がかかる。これと異なり、本発明に従って流れセンサを過熱防止部材として使用する場合、熱伝導率ひいてはエネルギー排出の経時変化による低下は、勾配を平らにする、すなわち、応答ポイントのシフトは、低い温度の方へ切換え閾値をシフトさせることになり、臨界的な状態が早期に認識される。
【００１８】
更に、本発明に従って、流れセンサが温度を測定するために設けられる。この点に関し、１個の流れセンサが過熱防止部材としておよび温度測定のために使用されると、この場合、通常これらの目的のために使用される２個の要素の代わりに１個の要素しか必要としないので、きわめて有利である。温度は、直接測定可能であり、或いは補外法によって決定可能である。
【００１９】
本発明による使用にとって、流れセンサが加熱要素および温度測定手段を備えていると好ましい。これに関連して、繰り返しを避けるために、本発明によるヒータに関連する説明が参照される。
【００２０】
加熱要素および温度測定手段が１個の部品または１つの部品グループによって形成され、この部品または部品グループが加熱要素としておよび温度測定手段として交互に運転される場合についても同じことが当てはまる。
【００２１】
更に、本発明による使用に関連して、加熱要素を介して所定のエネルギー供給が行われ、温度測定手段を介して検出される、後続の冷却を介し、エネルギー排出が推定されることが好ましい。これに関しても、本発明によるヒータの関連する説明が参照される。
【００２２】
本発明は更に、車両ヒータの温度を測定し及び／又は過熱防止を行うための方法に関し、熱量測定原理に基づいて作動する流れセンサを使用し、少なくとも２つの時点で伝熱媒体の温度が測定される。
【００２３】
これに関連して、車両ヒータの温度を測定し及び／又は過熱防止を行う際に、時間情報と温度情報が既知の冷却関数と比較される。この点に関し、センサ本体の冷却曲線は実質的に、
Ｔ＝ｆ（ｔ）＝ａ×ｅ-bt＋ｃ
による漸近ｅ関数に従う。ここで、
Ｔは温度、ｔは時間を示し、
ａは漸近線（ａ＋ｃ）からの出発点の間隔、すなわち初期温度を示し、
ｂは伝熱媒体の物質特性である熱伝導率と比熱の組み合わせと伝熱媒体の流速の程度あるいはエネルギー排出の程度を示し、
ｃは漸近曲線の位置、すなわち最終温度を示す。
【００２４】
勿論、温度を測定し及び／又は過熱防止を行う際に、時間情報および温度情報を既知の境界値と比較することも有効である。これにより、反復によってのみ可能であり、従って面倒である、冷却関数の係数ａ，ｂ，ｃの決定を回避することができる。加熱相中の温度上昇が評価される。この加熱相は、時間と供給される加熱エネルギーによって定められる。境界値関数は、周囲温度に関連する許容温度上昇に依存し、方程式として又は表として保管され、その都度、具体的な構造的使用ケースが考慮される。決定された温度上昇と境界値との比較は、臨界的な状態であるか否かの判断に供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
関連する図に基づいて本発明を例示的に説明する。
【００２６】
図１は、自動車ヒータの簡略化した概略ブロック図である。
【００２７】
図２は、センサ本体の２つの代表的な冷却曲線を示すグラフである。
【００２８】
図３は、４個の接点を備え、熱量測定原理に従って作動する流れセンサを示す図である。
【００２９】
図４は、３個の接点を備え、熱量測定原理に従って作動する流れセンサを示す図である。
【００３０】
図５は、２個の接点を備え、熱量測定原理に従って作動する流れセンサを示す図である。
【００３１】
図６は、加熱相と冷却相とを交互にするセンサ要素の代表的な温度挙動を示す図である。
【００３２】
図１に略示される自動車ヒータ１０は特に、補助の車両ヒータおよび／または独立の車両ヒータである。ヒータ１０は熱交換器２４を通って流れる伝熱媒体１４を加熱することができるバーナー２２を備える。この点に関し、熱交換器２４は流入部２６と流出部２８とを備える。ヒータ１０の運転全体を制御または調整するように、制御装置３０が設けられている。
【００３３】
このようなヒータの場合、技術水準では一般的に、少なくとも２個の温度センサが設けられる。例えばＰＴＣ、バイメタルスイッチまたはヒューズリンクの形をした過熱防止部材と、実際に温度を測定するための温度依存性の抵抗（ＮＴＣ）とが設けられる。
【００３４】
この２個の温度センサの代わりに、図１の図示では、熱量測定原理に基づいて作動する１個の流れセンサ１２が設けられており、この流れセンサは過熱防止部材としておよび実際の温度を測定する部材としての働きをする。原理的には他の解決策も可能であるが、流れセンサ１２はたった２本の接続線３２を介して制御装置３０に接続される。
【００３５】
このような流れセンサは、元々、熱伝導率や比熱容量のような媒体特性が既知である場合には媒体の流れ速度を測定する働きをするか、またはその逆に、流れ速度が知られている場合には実際の物質特性を推定する働きをする。
【００３６】
そのために、センサ要素は加熱抵抗を用いて周囲温度を超えて加熱される。それに続く冷却相の間に実施される測定から生じる曲線経過は、流れ速度または物質特性を推定するために評価される。従来の意味での流れセンサの使用は、媒体特性や媒体速度のどちらか一方を知っていることを前提とする。これらは、例えばヒータの場合、実際には異なるように配分される凍結防止用添加剤および腐食防止用添加剤および／または異なるポンプ出力および流れ抵抗により、既知のものとして考えることができない。
【００３７】
従って、本発明では、エネルギーを搬送する伝熱媒体１４は、ヒータによって供給されるエネルギーと少なくとも同じエネルギーを排出できなければならないと考えられる。この点に関し、媒体１４がどのような速度で流れるか又はその熱容量がどのような大きさであるかは全く重要ではない。システムのエネルギーバランスの程度を示し、更に冷却相の長さに応じて媒体温度を直接測定することができるかまたは補外法によって媒体温度を推定することができるような確認された曲線経過だけが重要である。上述のように、従来の勾配評価との重要な違いは、所定のエネルギー供給を示し、従って後続の冷却によって所定のエネルギー排出を推定することができるセンサの所定の電気加熱が行われることにある。図２は流れセンサ１２のセンサ本体の２つの代表的な冷却曲線を示しており、時間（秒）に対して温度（℃）が記入されている。図示した２つの曲線は漸近ｅ関数
Ｔ＝ｆ（ｔ）＝ａ×ｅ-bt＋ｃ
に従い、
ａは、漸近線（ａ＋ｃ）からの出発点の間隔、すなわち初期温度を示し、
ｂは、伝熱媒体の物質特性である熱伝導率と比熱容量との組み合わせと伝熱媒体の流速の程度あるいはエネルギー排出の程度を示し、
ｃは、漸近曲線の位置、すなわち最終温度を示す。
【００３８】
図２に示した曲線Ｉ，ＩＩについて、ａ＝１０Ｋ、ｃ＝８０℃そしてｂ＝０．５（曲線１）またはｂ＝１．３（曲線２）が当てはまる。図２から判るように、エネルギー排出の程度としての量ｂは、減衰曲線の経過に対して大きな影響を及ぼす。
【００３９】
図３は流れセンサ１２の一実施の形態を示しており、この場合、別個に制御される加熱抵抗の形をした加熱要素１６と、別個に制御される温度に依存する測定抵抗の形をした温度測定手段１８が設けられている。加熱要素１６と温度測定手段１８とは交互に運転され、４個の接点が必要である。これに関連しておよび類似の関連において、用語“交互に”は、所定の時間の間に加熱が行われ、他の時間の間に測定が行われることを意味し、加熱に直接続いて測定することあるいは測定に直接続いて加熱することは必要とされない。
【００４０】
図４は、流れセンサ１２の一実施の形態を示し、加熱抵抗の形をした加熱要素１６と、温度に依存する測定抵抗の形をした温度測定手段１８とが直列に接続配置され、中央タップが設けられている。加熱要素１６および温度測定手段１８は交互に運転され、３個の接点が必要である。
【００４１】
図５は、流れセンサ１２のとりわけ好ましい実施の形態を示し、加熱要素１６と温度測定手段１８とは一緒に使用される部品２０によって形成されており、この部品は図示の場合、適切な抵抗要素からなっている。抵抗要素２０は、加熱抵抗としておよび温度依存性測定抵抗として交互に使用され、接点を２個しか必要としない。
【００４２】
図３〜５において、測定電圧はＵＭによって、加熱電圧はＵＨによって示してある。図６は、（例えば図５の温度センサ１２の）センサ本体温度の代表的な挙動を示しており、この挙動は、加熱と温度測定を交互に行うときに生じる。時間（秒）に対して温度（℃）がプロットされ、測定相はＭで示され、加熱相はＨで示される。
【００４３】
上記の記述、図面および特許請求の範囲に開示した本発明の特徴は、単独でも任意の組み合わせでも本発明の実施にとって重要である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】自動車ヒータの簡略化した概略ブロック図である。
【図２】センサ本体の２つの代表的な冷却曲線を示すグラフである。
【図３】４個の接点を備え、熱量測定原理に従って作動する流れセンサを示す図である。
【図４】３個の接点を備え、熱量測定原理に従って作動する流れセンサを示す図である。
【図５】２個の接点を備え、熱量測定原理に従って作動する流れセンサを示す図である。
【図６】加熱相と冷却相とを交互にするセンサ要素の代表的な温度挙動を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  ヒータ
１０  自動車ヒータ
１２  流れセンサ
１４  伝熱媒体
１６  加熱要素
１８  温度測定手段
２０  部品
２２  バーナー
２４  熱交換器
２６  流入部
２８  流出部
３０  制御装置
３２  接続線
【図１】
2008516247.tif 000003
【図２】
2008516247.tif 000004
【図３】
2008516247.tif 000005
【図４】
2008516247.tif 000006
【図５】
2008516247.tif 000007
【図６】
2008516247.tif 000008
【国際調査報告】
2008516247.tif 000009
2008516247.tif 000010
2008516247.tif 000011
2008516247.tif 000012