(57)【要約】  本発明は車両用流体加熱器(3)、特に自動車用温水ヒーターに関する。この車両用流体加熱器(3)は熱交換器(8)と電熱ヒーターユニット(9)を備え、熱交換器(8)は加熱対象流体の流路を画定する熱伝導性本体及び該熱伝導性本体の前端部と後端部をそれぞれ封止する一対の密封カバー(16a, 16b)を有し、少なくとも一方の密封カバー(16a)には本体内に流体流れを確立させる入口と出口が設けられ、ヒーターユニット(9)は熱伝導性本体の熱伝導面に接合されている。各密封カバー(16a, 16b)は圧力を受けて変形可能な材料からなると共に流体加熱器の外囲を形成するハウジングによって定位置に保持されている。
2012512376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの熱交換器（８）と少なくとも１つの電熱ヒーターユニット（９）とを備え、前記熱交換器（８）が加熱すべき流体のための流路（１５ａ〜１５ｄ）を画定する少なくとも１つの熱伝導性本体と該熱伝導性本体の前端部及び後端部をそれぞれ封止する一対の密封カバー（１６ａ、１６ｂ）とを有し、少なくとも一方の密封カバーには前記熱伝導性本体内に流体の流れを確立させる入口又は出口或いはそれらの両方が設けられている車両用流体加熱器（３）において、各密封カバー（１６ａ、１６ｂ）が流体加熱器の外囲を形成するハウジング（１１）によって定位置に保持されていることを特徴とする車両用流体加熱器。
【請求項２】
少なくとも一方の密封カバー（１６ａ、１６ｂ）が圧力を受けて変形可能な可撓性材料又は合成ゴム材からなることを特徴とする請求項１に記載の車両用流体加熱器。
【請求項３】
少なくとも１つの弾性裏当て部材（２８）によって少なくとも一方の密封カバー（１６ａ、１６ｂ）を少なくともその変形時に前記ハウジング（１１）に対して少なくとも部分的に支持していることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用流体加熱器。
【請求項４】
弾性裏当て部材（２８）が、弾性発泡体又は独立気泡発泡体からなることを特徴とする請求項３に記載の車両用流体加熱器。
【請求項５】
ハウジング（１１）が、１つの裏当て部材（２８）を受け入れる少なくとも１つのキャビティを備えていることを特徴とする請求項３又は４に記載の車両用流体加熱器。
【請求項６】
ハウジング（１１）が、互いにスナップ嵌合連結部（１２）によって連結される複数の部分からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両用流体加熱器。
【請求項７】
ハウジング（１１）が、少なくとも胴部本体（１１ａ）と該胴部本体（１１ａ）にスナップ嵌合連結部で連結される第１と第２の端部キャップ（１１ｂ、１１ｃ）とからなり、第１の端部キャップ（１１ｂ）が電気接続部を備え、第２の端部キャップ（１１ｃ）が流路連結部を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の車両用流体加熱器。
【請求項８】
各密封カバー（１６ａ、１６ｂ）が、前記熱交換器（８）の熱伝導性本体の内部に一連の順序の流体流れを確立させるために該本体内の流路の少なくとも２つの区間（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）の間の連通流路を形成していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の車両用流体加熱器。
【請求項９】
前記流体連結部が、一方の密封カバー（１６ａ）に設けられた流路開口（１７ａ、１７ｂ）内に延在して該流路開口に封着されたニップル（１３）の形態を有することを特徴とする請求項７又は８に記載の車両用流体加熱器。
【請求項１０】
各密封カバー（１６ａ、１６ｂ）が、前記熱交換器の熱伝導性本体内に一連の順序の流体流れを確立させるために該本体内の流路の少なくとも２つの区間（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）の間における流路の連通を阻止する封止部材又はシール溝（５３）を備え、該封止部材が各密封カバー（１６ａ、１６ｂ）の変形下においても前記ハウジング（１１）によって定位置に保持されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の車両用流体加熱器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、少なくとも１つの熱交換器と少なくとも１つの電熱ヒーターユニットとを備え、該熱交換器が加熱すべき流体のための少なくとも１つの流路を画定する少なくとも１つの熱伝導性本体及び該熱伝導性本体の前端部と後端部をそれぞれ封止する一対の密封カバーを有し、少なくとも一方の密封カバーには前記本体内に流体流れを確立させる入口及び／又は出口が設けられ、ヒーターユニットが熱伝導性本体の熱伝導面に接合されている形式の車両用流体加熱器、特別には自動車用温水ヒーターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冒頭に述べた形式の車両用流体加熱器は、例えば特許文献１（米国特許出願公開第２００８／０１３８０５２号明細書）に開示されている。この特許文献１は、自動車の風防窓や前照灯のスクリーン面を適用対象として、着氷した雪や霜を融解するために自動車の風防等スクリーン面上に噴霧できる温水を生成可能とした自動車用温水ヒーターに関するものである。この従来技術による自動車用温水ヒーターは、加熱すべき水が通流可能な流路を画定するアルミニウム製熱交換器を備えている。この熱交換器の外表面には複数箇所の伝熱面が設けられ、各伝熱面にはそれぞれ帯状電熱ヒーターユニットが装着される。これらのヒーターユニットは帯状電極板と帯状電熱ヒーターエレメントとの積層体からなり、ヒーターユニットの電熱ヒーターエレメントには、ＰＴＣストーン（正の温度係数をもつセラミック抵抗素子）が用いられている。熱交換器の内部には、水を通流可能な複数の流路が画定され、各流路の前端部と後端部はそれぞれ端部密封カバーで封止されている。
【０００３】
上述の従来技術の車両用流体加熱器は、或る一定量の加熱されたスクリーン面洗浄液を通常は６０℃〜７０℃の予め定められた設定温度で要求操作に応じて送給するように設計されている。この従来技術における熱交換器は、洗浄液の流路を画定する液体用容器として設計されている。通常、この熱交換器は、設定温度に達したら例えば自動車の風防スクリーン面に噴射されるスクリーン面洗浄液を６０〜７０ｃｃの容量で収容している。
【０００４】
このような車両用流体加熱器は風防窓や前照灯のスクリーン面に対する霜取りや洗浄のための洗浄液を加熱する以外の目的にも用いることができるのは勿論である。即ち、このような車両用流体加熱器を用いて、特に周囲温度が低温のときに潤滑オイルを予熱してその粘度を下げたり、或いはディーゼル燃料の凍結を解除したりすることもできる。
【０００５】
また、一般に車両用洗浄液噴射システムにおいては周囲温度が常温のときでも加熱された洗浄液を供給することにより洗浄効果を高めることができる。温水又は加熱洗浄液は冷温洗浄液よりも良好な洗浄効率を発揮することは一般によく知られていることである。
【０００６】
ところで、車両用のスクリーン面洗浄装置は、通常は幅広い温度範囲で外気に曝されるものである。しかも、スクリーン面の洗浄機能は、典型的には氷点下の条件下で利用される可能性が最も高い。通常、液相の洗浄液が固体へ相変化することを防ぐ目的で洗浄液には洗剤だけではなくアルコール等の凍結防止剤も含有されている。洗浄液の貯留タンク内に電熱ヒーターを配設することも知られている。
【０００７】
しかしながら、これらの対策を講じてもなお洗浄液の凍結を回避できないことが多い。この場合、氷の成長による膨張によって洗浄液供給系の全ての構成要素に恒久的な構造上の損傷が生じるく恐れがある。その結果として生じる損傷は、洗浄液の漏出、構造材料の破損や降伏、或いは全体的な機能不良を引き起こす可能性がある。
【０００８】
このような課題は、例えば、熱伝導性本体内の流路を介して洗浄液に熱を供給する流体加熱器を開示している特許文献２（米国特許第６８８９００５号明細書）で取り扱われている。この従来技術では、加熱源は熱伝導性本体に熱を与えるべく該本体の内部に配置されている。即ち、加熱源を内部に埋め込んだ熱伝導性本体の内部流路に流れる洗浄液は該本体から熱を吸収する。凍結による加熱器の損傷を防ぐため、流路容積拡張部材が熱伝導性本体内の流路の上端開口面を覆って取りつけられている。この流路容積拡張部材は、形状記憶特性を有する圧縮可能な発泡体によって形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０１３８０５２号明細書
【特許文献２】米国特許第６８８９００５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の主目的は、より優れた対凍結保護機能を有する車両用流体加熱器を提供することにある。本発明の更なる目的は、既に特許文献１で開示されている熱交換器の有利な設計を継承しつつ上記主目的を達成することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のこれらの目的並びにその他の目的は、少なくとも１つの熱交換器と少なくとも１つの電熱ヒーターユニットとを備え、該熱交換器が加熱すべき流体のための流路を画定する少なくとも１つの熱伝導性本体及び該熱伝導性本体の前端部と後端部をそれぞれ封止する一対の密封カバーを有し、少なくとも一方の密封カバーには前記本体内に流体流れを確立させる入口及び／又は出口が設けられ、ヒーターユニットが熱伝導性本体の熱伝導面に接合されている形式の車両用流体加熱器、特に自動車用温水ヒーターによって解決される。特に本発明による車両用流体加熱器は、各密封カバーが流体加熱器の外囲を形成するハウジングによって定位置に保持されていることを特徴とする。
【００１２】
上記ハウジング自体に断熱特性を持たせ、以てハウジング自体で既に対凍結保護機能が達成されるすようにすることができる。また、このような設計を採用することにより、ハウジングによって定位置に保持されるダイアフラム型密封カバーを採用することが可能となる。
【００１３】
本発明の好適な一実施形態によれば、少なくとも一方の密封カバーが圧力を受けて変形可能な可撓性材料又は合成ゴム材からなっている。この密封カバーは、洗浄液の相変化が起きたときにはそれによって熱伝導性本体内の流路と流体容器（熱交換器）外部との間に封止が起きないように設計される。氷が形成されると洗浄液の体積が８〜１０％増加することは周知である。本発明による係る設計においては、密封カバーとしてダイアフラム又は隔膜構造を利用することが可能である。
【００１４】
これに関連して、熱交換器の主に金属材料からなる熱伝導性本体の前端部と後端部の双方を密封カバーによって閉鎖することが特に有利である。凍結温度下の状態になると、金属製の熱伝導性本体は熱伝導率が高いため洗浄液の相変化は先ず該本体の中心部から始まることが予測できる。凍結が熱伝導性本体の内部から前端部及び後端部へ向かって進んでも、前端部及び後端部の各密封カバーは外方へ向かってアーチ状に湾曲変形可能である。
【００１５】
本発明による車両用流体加熱器の別の好適な実施形態においては、少なくとも一方の密封カバーをその変形時に前記ハウジングに対して少なくとも部分的に支持する少なくとも１つの弾性裏当て部材が設けられている。この裏当て部材は、通常の作動条件下においては付加的な支持部として、但し密封カバーの反復的撓曲時においては該カバーのダイアフラム又は隔膜構造の疲労を防止する部材として利用することができる。このような弾性裏当て部材は、弾性発泡体、特に独立気泡の発泡体（フォーム）で構成することができる。
【００１６】
熱交換器の外囲を形成するハウジングは、１つの裏当て部材を受け入れる少なくとも１つのキャビティを備えていることが好ましい。この場合、可撓性の密封カバーは凍結条件下においてハウジングの前記キャビティ内で撓曲変形できるように設計される。このキャビティの内部は、前述のように密封カバーのダイアフラム又は隔膜構造の疲労を防ぐために独立気泡の弾性発泡体からなる裏当て部材で満たされていることが好ましい。
【００１７】
本発明の別の好適な一実施形態によれば、ハウジングが互いにスナップ嵌合連結部によって連結される複数の部分からなっている。
【００１８】
ハウジングは、少なくとも胴部本体と該胴部本体にスナップ嵌合連結部で連結される第１と第２の端部キャップとからなるものとすることができ、この場合、第１の端部キャップには電気接続部を、第２の端部キャップには流路連結部を装備することができる。ハウジングの胴部本体には、熱交換器を受け入れる区画と、電気回路ユニットの基板を収納するための別の区画とを設けることができる。
【００１９】
本発明の好適な実施形態によれば、各密封カバーが前記熱交換器の熱伝導性本体内に一連の順序の流体流れを確立させるために該本体内の流路の少なくとも２つの区間の間の連通流路を形成している。この場合、区間同士の密封機能を果たすのは熱伝導性本体内の区間仕切壁と密封カバー内面の嵌合溝であるが、これらの間の密封構造は、密封カバーが氷点下の条件下で変形している間は密封が解除されることになる。
【００２０】
本発明の更に有利な実施形態によれば、ハウジングの第２の端部キャップの流体連結部が熱交換器の一方の密封カバーに設けられた流路開口内に延在して該流路開口に封着されたニップルの形態を有している。
【００２１】
本発明の更に有利な実施形態によれば、各密封カバーが前記熱交換器の熱伝導性本体内に一連の順序の流体流れを確立させるために該本体内の流路の少なくとも２つの区間の間における流路の連通を阻止する封止部材又はシール溝を備え、該封止部材が各密封カバーの変形下においても前記ハウジングによって定位置に保持されている。
【００２２】
本発明を例示のための添付図面を参照して詳述すれば以下の通りである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】自動車用スクリーン面洗浄装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】本発明による車両用流体加熱器の外観を示す斜視図である。
【図３】密封状態にある熱交換器の斜視図である。
【図４ａ】密封カバーを外した状態の熱交換器の斜視図である。
【図４ｂ】本発明の別の実施形態による熱交換器の斜視図である。
【図５】ヒーターユニットの斜視図である。
【図６ａ】本発明による車両用流体加熱器の縦断面図である。
【図６ｂ】同じく車両用流体加熱器の横断面図である。
【図７】図６ａの車両用流体加熱器の右側部分の拡大断面図である。
【図８】図６ａの車両用流体加熱器の左側部分の拡大断面図である。
【図９ａ】同じく車両用流体加熱器の電気制御用回路基板と熱交換器との接続部を示す拡大断面図である。
【図９ｂ】図４ｂに示した実施形態による車両用流体加熱器の同様の接続部を示す拡大断面図である。
【図１０】本発明による車両用流体加熱器の分解斜視図である。
【図１１】制御装置と組み合わされた電熱ヒーターの機能接続ブロック図である。
【図１２】サンプリング抵抗器による電圧測定用の測定回路の回路図である。
【図１３ａ】グラフ１はＰＴＣストーンの抵抗値と該ＰＴＣストーンの実際の温度との関係を示す線図である。
【図１３ｂ】グラフ２は定電圧印加時におけるＰＴＣストーンの通過電流値と該ＰＴＣストーンの実際の温度との関係を示す線図である。
【図１３ｃ】グラフ３はＰＴＣストーンに電圧を印加したときのＰＴＣストーンの実際の温度と経過時間との関係を示す線図である。
【図１３ｄ】グラフ４は矩形波制御信号の電圧波形の一例を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、車両用風防窓スクリーン面洗浄装置の主要構成を示す概略の説明図であり、この洗浄装置は、洗浄液タンク１、洗浄液電動ポンプ２、車両用流体加熱器３、及び図示しない自動車の風防窓に付設されたスクリーン面洗浄ノズル４からなる。通常のスクリーン面洗浄動作時には、洗浄液は洗浄液タンク１から電動ポンプ２によって車両の風防窓へ向かって導出される。洗浄液は、これ以外にも、ヘッドランプ、リアランプ、或いはその他の洗浄対象のスクリーン面にも送給可能であることは述べるまでもない。洗浄液は加熱器３のモジュールに対してその入口ポート５を通して送り込まれ、加熱器からは出口ポート６を通して送り出される。図１から判るように、入口ポート５は電動ポンプ２にフレキシブルホース７で接続されている。同様に、出口ポート６も別のフレキシブルホース７で洗浄ノズル４に接続されている。図１において、風防窓スクリーン面洗浄装置は単なる例示の目的で極めて簡略化されて示されている。
【００２５】
洗浄液タンクは、通常は−４０〜４０℃程度に想定される周囲温度の洗浄液を収容している。この車両用流体加熱器３は、後述するように６０〜７０ｃｃの範囲内の容量で洗浄液を収容可能である。車両用流体加熱器３は、５０〜７０℃の範囲内で予め定められた設定温度、好ましくは殆どの冬期用混合洗浄液で一般的に知られているアルコールの気化温度よりも低い温度に加熱されたスクリーン面洗浄液を要求操作に応じて送給するように設計されている。車両を始動させると、車両用流体加熱器は自身の設定温度にまで洗浄液を加熱するように設計されている。これは、車両の運転キャビン内にて発光ダイオード（ＬＥＤ）表示器により視覚表示される。利用者のために、随意操作による霜取り、或いは自動霜取りモードによる自動的な霜取りのいずれでも霜取りを開始することが可能とされている。例えば、車両運転キャビン内の霜取りスイッチが瞬間的に押されると、加熱器のモジュールがワイパー制御ユニットに信号を送り、これを受けてワイパー制御ユニットが洗浄液電動ポンプ２に信号を送ってポンプを作動させ、加熱された洗浄液が、数回、一般に４〜６回のショットに分けて洗浄ノズルから噴射される。このとき同時に、洗浄プロセスを補うようにワイパーが作動される。
【００２６】
この車両用流体加熱器は、熱交換器８と、電熱ヒーターユニット９と、制御回路ユニット１０とを備え、これら全ての部品は共通の１つのハウジング１１内に収容されてモジュール化されている。ハウジング１１は、３つの部分、即ち、胴部本体１１ａと、第１の端部キャップ１１ｂと、第２の端部キャップ１１ｃとからなっている。第１と第２の端部キャップ１１ｂ、１１ｃは、それぞれ胴部本体１１ａに対し、スナップ嵌合連結部１２によって連結されている。
【００２７】
このハウジングは、熱可塑樹脂性材料で例えば射出成形により製作可能である。
【００２８】
特に図２から判るように、第２の端部キャップ１１ｃは二つのニップル１３を備えており、これらニップルは、一方が入口ポート５、他方が出口ポート６を構成する。第１の端部キャップ１１ｂには、車両側と加熱器３との電気接続を確立させる端子コネクタ１４が設けられている。
【００２９】
図３と図４ａ及び図４ｂから判るように、この車両用流体加熱器の中枢部分は熱交換器８であり、この熱交換器は、その胴部がアルミニウムの押出形材からなる熱伝導性本体によって構成され、この熱伝導性本体の内部には、該本体の前端部と後端部を封止状に閉鎖する２つの密封カバー１６ａと１６ｂと共に洗浄液を一連の順序の流れとして熱交換器内に流すための複数の流路１５ａ〜１５ｄが区画形成されている。
【００３０】
図３において斜め左下方の手前に向いている端面部を熱交換器８の熱伝導性本体の前端部と呼び、斜め右上方の奥に向いている端面部を熱交換器８の熱伝導性本体の後端部と呼ぶ。各密封カバー１６ａ、１６ｂは、熱伝導性本体の前端部及び後端部における封止機能と、流路１５の各隣接区画を相互に封止する機能とを果たしている。
【００３１】
図６ｂから判るように、流路１５ａは熱交換器８の熱伝導性本体前端部において密封カバー１６ａによって隣の流路１５ｂに対して封止されているが、熱交換器８の熱伝導性本体後端部においては、密封カバー１６ｂが流路１５ａと隣の流路１５ｂとの連通部を形成する一方で、流路１５ｂを隣の流路１５ｃに対して封止している。また、熱交換器８の熱伝導性本体前端部において、密封カバー１６ａは流路１５ｂと隣の流路１５ｃとの連通部を形成する一方で、流路１５ｃを隣の流路１５ｄに対して封止している。更に熱交換器８の熱伝導性本体後端部において、密封カバー１６ｂが流路１５ｃと隣の流路１５ｄとの連通部を形成している。
【００３２】
更に、密封カバー１６ａは入口開口１７ａと出口開口１７ｂとを備えている。
【００３３】
密封カバー１６ａと１６ｂは、天然又は合成ゴム等、圧力を受けて弾性変形可能な材料からなると共に一種のダイアフラム又は隔膜として機能し、前述のように凍結状態における洗浄液の体積変化を補償する。これらの密封カバー１６ａと１６ｂは、本実施形態においては、熱交換器の熱伝導性本体前端部と後端部に被さって緩く嵌合すると共に、以下により述べるようにハウジング１１により定位置に保持されている。
【００３４】
熱交換器８のアルミニウム押出形材で製作した熱伝導性本体内部に一連の順序で延在する流路１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄを形成するため、密封カバー１６ａ、１６ｂはダイアフラム形式の橋絡部５０ａ、５０ｂを備えている。この場合、前端部側の密封カバー１６ａは流路１５ｂと１５ｃとの相互の連通部を形成する１つの橋絡部５０ａを備えているのに対し、後端部側の密封カバー１６ｂは２つの橋絡部５０ｂ、５０ｂを備え、これら橋絡部５０ｂ、５０ｂの一方が流路１５ａと１５ｂとの相互の連通部を、また他方が流路１５ｃと１５ｅとの相互の連通部を形成している。各ダイアフラム橋絡部５０ａ、５０ｂの外周縁は、それぞれ対応する密封カバーに一体形成された全周封止リム５１で一体に囲まれている。
【００３５】
図６ｂの横断面図に詳細を示したように、各密封カバーの封止リム５１には外側全周溝５２と内側全周溝５３が形成されている。内側全周溝５３は熱伝導性本体側の各流路１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの周縁壁端部を封止状態で受け入れ、一方、外側全周溝５２は組立状態においてハウジング胴部本体１１ａに装着された第１の端部キャップ１１ｂと第２の端部キャップ１１ｃの各位置決めウェブ５４を受け入れている。橋絡部５０ａ、５０ｂが内部洗浄液の凍結による膨張で撓曲しても、密封リム５１自体は端部キャップ１１ｂ、１１ｃ側の位置決めウェブ５４によって適正な定位置に保持され、従って密封カバー１６ａ、１６ｂの封止機能に有意な影響を及ぼすことなく内部洗浄液の膨張／収縮を許容可能である。
【００３６】
前述のように、熱交換器８はアルミニウム材等の熱伝導性材料からなる本体によって胴部が構成されている。熱交換器８の本体両面には、それぞれ電熱ヒーターユニット９が装着されている。これらのヒーターユニット９は、熱を伝えるように熱硬化性シリコン系接着剤によって熱交換器本体の上面と底面の両面にそれぞれ接着されている。各ヒーターユニット９はそれぞれ積層構造のものである。好適な実施形態では、これらのヒーターユニット９は正の抵抗温度係数（ＰＴＣＲ）をもつセラミック抵抗素子で構成されるが、これ以外にも、通電発熱特性を有するポリマー抵抗材料を用いた帯状ヒーターや、通電発熱特性を有する被覆又は裸電熱ワイヤーの形態のものをヒーターユニット９として用いることができる。
【００３７】
好適な実施形態におけるヒーターユニットは、図５に示すように、複数のセラミック抵抗素子２０を表裏から挟んで保持した金属積層フレーム１９と、該フレームの表面金属層に接合された陰極接触板２１と、フレームの裏面金属層に接合されて陰極接触板２１に対して絶縁された陽極接触板２２とを備えている。
【００３８】
フレーム１９には内側に切り込まれた空隙部２３が設けられているが、この空隙部の機能については後述する。
【００３９】
さて、ヒーターユニット９は、ヒーターエレメントとして１つ以上の正の抵抗温度係数をもつセラミック抵抗素子２０（以下、ＰＴＣストーンと称する）と、例えば定格電圧１３ＶでＰＴＣストーン２０に電力を導く陰極接触板２１及び陽極接触板２２とを備えている。陽極接触板２２は陽極端子であって熱交換器８の本体に直接接触し、従って陽極接触板はフレーム１９で定位置に保持された各ＰＴＣストーン２０の陽極側表面に対しては該フレーム裏面の陽極側金属層を介して導通している。また、陰極接触板２１は陰極端子であって各ＰＴＣストーン２０の陰極側表面に接触しているフレーム表面の陰極側金属層に接合されており、従って全てのＰＴＣストーン２０は両端子間に並列接続されている。
【００４０】
以上のような構造の熱交換器８は、内部に収容される洗浄液中に静電荷が蓄積されないように、特にその熱伝導性胴部本体が車両側のアース（ＧＮＤ）に接地接続される。
【００４１】
ここで用いているＰＴＣストーン２０は、自身の温度上昇に対して導電性が反比例する特性を有する半導体である。このため、ヒーターユニット９が低温時にはＰＴＣストーン２０の導電率は高く、ＰＴＣストーン２０には比較的大きな電流が流れるので発生される熱エネルギーは大きい。他方、ＰＴＣストーン２０の温度が上昇すると、それに応じてＰＴＣストーン２０の導電率が低下し、発生される熱エネルギーが低下する。このように、ＰＴＣストーン２０はそれ自体で素子に固有の動作温度を維持する特性（温度自己調整特性）を示し、従って、ヒーターユニット９のヒーターエレメントとしてＰＴＣストーン２０を用いることにより、サーモスタットやサーモヒューズ等による過熱保護手段を付設する必要がなくなる利点がある。ＰＴＣストーン２０は、例えば６５℃、或いは１３５℃など、種々の異なる定格温度の製品が市場から入手可能である。
【００４２】
図１３ａのグラフ１は、ＰＴＣストーン２０の抵抗値Ｒ（Ω）と該ＰＴＣストーン２０の実際の温度ＴHE（℃）との関係を示している。前述のように、ＰＴＣスト０−ン２０が低温の状態ではその抵抗値Ｒは小さい。その結果、ＰＴＣストーン２０には大電流が流れ、それによって大量に生成される熱エネルギーがＰＴＣストーン２０を熱することになる。グラフ１から判るように、ＰＴＣストーン２０の抵抗値Ｒは、その実際の温度ＴHEの上昇に伴って増加する。ＰＴＣストーン２０の実際温度ＴHEが素子に固有の定格動作温度範囲の最大値に達すると抵抗値が最大となり、通過電流の低下により発熱温度が低下するので、ＰＴＣストーン２０の抵抗値ＲはＰＴＣストーン２０の温度低下に応じて低下する。これによりＰＴＣストーン２０の通過電流が増加し始め、この電流の増加により再びＰＴＣストーン２０が熱せられ、その結果、ＰＴＣストーン２０の抵抗値Ｒが増加する。このような自律的な温度調整機能により、静特性としてのＰＴＣストーン２０の通過電流Ｉ（Ａ）は、図１３ｂのグラフ２に示したように、実際の温度ＴHEの上昇に伴って緩やかに低下するので、生成される熱エネルギーも低下する。このような自律的メカニズムにより、ＰＴＣストーン２０はその最高発熱温度を素子に固有の最高動作温度に対して制限する自律機能を有している。
【００４３】
ヒーターとして利用する場合、ＰＴＣストーン２０は或る一定の使用環境条件下において電力消費量がＰＴＣストーン２０の熱放散量と等しくなるような平衡状態に到達させることが可能である。
【００４４】
ＰＴＣストーン２０は、使用環境条件に応じて平衡状態に達する電力消費量に自ら適応し、例えば熱放散が増加すると（即ち、冷却）、平衡状態にあるＰＴＣストーン２０の通過電流が増加する。ひとたびＰＴＣストーン２０に電力が供給されると、ＰＴＣストーンは直ちに自身の固有の最高動作温度に達しようとする。最初は温度が急上昇するが、ＰＴＣストーン２０の実際温度ＴHEの上昇に伴って上昇率は緩やかになる。このＰＴＣストーン２０の実際温度ＴHE（℃）と通電時間（秒）との関係を図１３ｃのグラフ３に示す。
【００４５】
好適な実施形態においては、ヒーターユニット９はスクリーン面洗浄液を例えば６５℃の設定温度まで加熱するように設計されている。これは、定格温度６５℃のＰＴＣストーン２０を用いることによって達成可能である。但し、この場合は、ＰＴＣストーン２０をその定格温度まで加熱してスクリーン面洗浄液を同じ目標温度に加熱するのに比較的長い時間を要する。加熱されたスクリーン面洗浄液は、スクリーン面の着雪／着霜を除去したり、或いは温暖な季節においても洗浄効果を高める目的で用いられる。
【００４６】
また別の実施形態においては、目標温度１３５℃のＰＴＣストーン２０を用いて該ＰＴＣストーン２０の加熱に要する時間を短縮している。この場合、ＰＴＣストーン２０は温度上昇率が高い範囲内で動作するので、ＰＴＣストーン２０を目標温度６５℃まで加熱するに要する時間を短縮することができる。ＰＴＣストーン２０と制御回路ユニット１０との機能接続ブロック図を図１１に示す。
【００４７】
制御回路ユニット１０は制御装置３１とスイッチングユニット３２と備えている。先ず最初の段階においてＰＴＣストーン２０の実際の抵抗値が測定される。これは、ＰＴＣストーン２０の抵抗測定で行われるが、後に詳述するように、具体的にはサンプリング抵抗器３４における電圧／電流測定によって果たすことができる。制御装置３１は好ましくはマイクロプロセッサからなり、その内部メモリーに予め記憶された比較テーブル又はアルゴリズムにより測定結果をＰＴＣストーン２０の実際の温度にマッピングする。その後、ＰＴＣストーン２０の実際の温度が調節可能な目標温度と比較され、この目標温度は、本実施形態では６５℃である。次の段階では、制御装置３１がパルス幅変調による可変パルス幅の制御信号３３を生成する。制御信号３３のパルス幅のデューティ比は、ＰＴＣストーン２０の実際の温度に依存して無段階に変調制御される。制御信号３３は、ＰＴＣストーン２０への導電度を制御するスイッチングユニット３２を制御する。本実施形態において、スイッチングユニット３２はＭＯＳＦＥＴ２９によって構成されている。制御信号３３がＯＮの期間中はスイッチングユニット３２がＰＴＣストーン２０に電力を供給し、ＰＴＣストーン２０が更に加熱されるようにする。制御信号３３がＯＦＦの期間中は、スイッチングユニット３２によりいかなる電力もＰＴＣストーン２０に供給されず、従ってＰＴＣストーン２０が更に加熱されることはない。このようにして、制御装置３１はＰＴＣストーン２０の温度が上昇し過ぎた場合に制御信号３３のＯＮ期間を短かくする。このメカニズムを用いてＰＴＣストーン２０の実際の温度が例えば６５℃に制限される。
【００４８】
図１３ｄのグラフ４は、パルス幅のデューティ比が可変制御されている制御信号３３の一例を示す。グラフ４から判るように、制御信号３３は一連の矩形波インパルスからなっている。最初のＰＴＣストーン２０の初期加熱時では制御信号３３はパルス幅のデューティ比が無限大でＯＮ期間が連続する一定信号であり、ＯＦＦ期間は存在しない。ＰＴＣストーン２０が調節可能な目標温度の６５℃に達すると、制御装置３１は制御信号３３のパルス幅のデューティ比を小さくしてＰＴＣストーン２０の加熱を弱める。ＰＴＣストーン２０が目標温度の６５℃を超えた場合には、制御装置２０はパルス幅のデューティ比が零で連続するＯＦＦ期間のみによって構成される制御信号３３を生成し、ＰＴＣストーン２０が更に熱せられることがないようにする。ＰＴＣストーン２０の温度が６５℃未満に低下すると、制御装置３１は再び制御信号３３のパルス幅のデューティ比を大きくしてＰＴＣストーン２０を加熱する。
【００４９】
前述のように、最初の段階においてＰＴＣストーン２０の実際の抵抗値が測定される。これは、本実施形態では１３ｍΩの抵抗値を有するサンプリング抵抗器３４における電圧測定により果たされる（図１２参照）。このサンプリング抵抗器３４はＰＴＣストーン２０と直列に接続されている。ＰＴＣストーン２０とサンプリング抵抗器３４との直列回路の両端に印加される入力電圧を固定すると、サンプリング抵抗器３４における電圧降下はＰＴＣストーン２０の抵抗値に直接比例する。サンプリング抵抗器３４の両端に現れる電圧降下が演算増幅器３５に入力される。当業者には周知のように、演算増幅器３５の増幅率はバイアス抵抗器３６、３７、３８により設定可能である。測定されたサンプリング抵抗器３４における電圧降下は演算増幅器３５で増幅されて制御装置３１に入力される。制御装置３１は、この増幅されたサンプリング抵抗器３５における電圧降下を予め内部メモリーに格納されている比較テーブルやアルゴリズムによりＰＴＣストーン２０の実際の温度にマッピングする。
【００５０】
図６ａに示すように、ハウジング１１は熱交換区画２４と制御ユニット区画２５を備えており、制御回路ユニット１０だけでなく熱交換器８もハウジング１１の内部に完全に封止状態で収容されている。この場合、熱交換区画２４はハウジング１１の内部に前端側キャビティ２６と後端側キャビティ２７を画定しており、これらのキャビティの内部では、熱交換器８に緩く嵌合している弾性変形可能な密封カバー１６ａ、１６ｂが、例えば洗浄液中の凍結防止剤濃度が不足する場合に生じうる洗浄液の相変化に際して撓曲できるようになっている。
【００５１】
この場合、密封カバー１６ａ、１６ｂのダイアフラム機能によって凍結時の洗浄液体積の膨張に対する最適な防護機能が保証されることに注目すべきである。
【００５２】
図７と図８に示すように、密封カバー１６ａと１６ｂの各外端面周縁部はハウジング１１に当接し、それにより密封カバー１６ａと１６ｂがハウジング１１によって適正位置に保持されるようになっている。
【００５３】
これに代えて、密封カバー１６ａ、１６ｂを接着剤その他で熱交換器８に固着することもできるが、その場合はハウジングを設ける必要がなくなる。
【００５４】
図６ａと図６ｂから判るように、ハウジングの後端側に向いている密封カバー１６ｂの外端面周縁部は熱交換区画２４内のハウジング構造に当接し、これに対して熱交換器の前端部における密封カバー１６ａの外端面周縁部はハウジング１１の第２の端部キャップ１１ｃに当接している。前端側キャビティ２６と後端側キャビティ２７の内部には、それぞれ弾性裏当て部材２８が充填配置されている。この弾性裏当て部材２８は、弾性発泡体、好ましくは独立気泡発泡体からなる。
【００５５】
同様に図６ａから判るように、ハウジング後端側の第１の端部キャップ１１ｂは車両用流体加熱器３の電気接続用の端子コネクタ１４を備えている。
【００５６】
電熱ヒーターユニットへの電力の供給は、制御回路ユニット１０の基板上にスイッチングユニット３２のスイッチング素子として配置されたＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）２９を介して行われる。この制御回路ユニット１０の基板上には、制御装置３１のマイクロプロセッサを含むマイクロコントローラ（図示しない）も配置されている。
【００５７】
ＭＯＳＦＥＴ２９を使用することにより、セラミック抵抗素子（ＰＴＣストーン）２０の電力制御を低損失で効率よく行えることが確認されている。
【００５８】
本発明によれば、動作中にＭＯＳＦＥＴ２９から放出される熱は熱交換器８の外面に伝導される。一つの好適な実施形態（図９ａ）においては、ＭＯＳＦＥＴ２９から動作中に放出される熱がヒートシンクを介して熱交換器８の外面に伝導される。図９ａに示す実施形態におけるヒートシンクは、熱伝導性の良好な弾性金属ストリップ３０として設計されている。この金属ストリップ３０は、例えば銅又はその他の熱伝導性材料により製作することができる。金属ストリップ３０は熱交換器８の側面１８に直接的に接合されており、この金属ストリップの接合のための経路を確保するために電熱ヒーターユニット９の積層金属フレーム１９には内側に切り込まれた空隙部２３が設けられている。
【００５９】
一方、図４ｂと図９ｂに示した別の実施形態においては、ＭＯＳＦＥＴ２９が熱交換器８に直接的に装着されており、ＭＯＳＦＥＴ２９から放出される熱が熱交換器及び／又は電熱ヒーターユニットに直接伝導されて洗浄液の加熱に利用されるようになっている。この場合、ＭＯＳＦＥＴ２９は熱交換器８の熱伝導性胴部本体１１ａ上で電気的に絶縁しておくことが望ましく、例えばＭＯＳＦＥＴ２９と熱交換器８との間に高い誘電率の中間層（例えばAl2O3）を介装することが好ましい。ＭＯＳＦＥＴ２９はＰＴＣストーンに接合してもよい。制御回路ユニット１０とＭＯＳＦＥＴ２９との電気的接続は端子コネクタ５５によって確立することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１              洗浄液タンク
２              洗浄液電動ポンプ
３              車両用流体加熱器
４              洗浄ノズル
５              入口ポート
６              出口ポート
７              フレキシブルホース
８              熱交換器
９              電熱ヒーターユニット
１０            制御回路ユニット
１１            ハウジング
１１ａ          熱伝導性本体
１１ｂ          第１の端部キャップ
１１ｃ          第２の端部キャップ
１２            スナップ嵌合連結部
１３            ニップル
１４            端子コネクタ
１５ａ〜１５ｄ  流路
１６ａ、１６ｂ  密封カバー
１７ａ          入口開口
１７ｂ          出口開口
１８            側面
１９            積層フレーム
２０            セラミック抵抗素子
２１            陰極接触板
２２            陽極接触板
２３            空隙部
２４            熱交換区画
２５            制御ユニット区画
２６            前端側キャビティ
２７            後端側キャビティ
２８            弾性裏当て部材
２９            ＭＯＳＦＥＴ
３０            金属ストリップ
３１            制御装置
３２            スイッチングユニット
３３            制御信号
３４            サンプリング抵抗器
３５            演算増幅器
３６            抵抗器
３７            抵抗器
３８            抵抗器
５０ａ、５０ｂ  橋絡部
５１            全周封止リム
５２            外側全周溝
５３            内側全周溝
５４            位置決めウェブ
５５            端子コネクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１３ｃ】
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【図１３ｄ】
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【国際調査報告】
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