一个热源布置在导热物质壳体中，用于把热量传给物质。在穿过物质的流动路径中的流体从物质吸收热量。一个流体膨胀部件安装在流体流动路径的开放端上。流体膨胀部件一方面由可压缩材料形成以在到固态的流体相变的力下压缩，并且当流体经历到液态的逆相变时膨胀回名义形状。在另一个方面，流体膨胀部件是重叠流体流动通道的开放端的实心密封元件。该密封件在正常的流体工作压力下阻止膨胀，但膨胀到在固定到物质上的外壳中的开放内部腔室中，以容纳流体的相变膨胀。
1.一种用来加热流体的加热器设备，该加热器设备包括：导热物质；
加热装置，其热联接到导热物质上，用于把热量传给导热物质；
流体流动路径，其形成在所述导热物质中，并在一个进口与一个出口之间，所述流体流动路径以热传递关系联接到加热装置上，从而在流体流动路径中的流体从导热物质吸收热量，流体流动路径通到导热物质的外部；
壳体，其在一个内部空腔中装有导热物质；及流体膨胀装置，其联接到所述物质上，用于可逆地允许流体流动路径中的流体的相变膨胀。
2.根据权利要求1所述的加热器设备，还包括：控制装置，其连接到所述加热装置上，用于启动加热装置。
3.根据权利要求2所述的加热器设备，其中所述控制装置还包括：印刷电路板。
4.根据权利要求2所述的加热器设备，还包括：温度传感器装置，其联接到控制装置上，用于产生与导热物质的温度成比例的输出信号。
5.根据权利要求1所述的加热器设备，其中所述流体膨胀装置包括：可压缩部件，其安装在所述导热物质与安装在所述物质上的一个外壳之间。
6.根据权利要求5所述的加热器设备，其中：可压缩部件由密封微孔泡沫塑料形成。
7.根据权利要求1所述的加热器设备，其中所述流体膨胀装置包括：外壳，其具有限定一个空心内部腔室的加大部分，所述空心内部腔室覆盖所述导热物质中的流体流动路径的开放端；和可膨胀装置，其在流体流动路径的开放端上延伸，并且布置成在正常的流体流动压力下基本上与开放端通道上的导热物质相接触，以便在流体的相变膨胀期间膨胀到在外壳中的内部腔室中。
8.根据权利要求1所述的加热器设备，其中所述流体流动路径包括：第一流动路径部分，其延伸穿过所述导热物质的一个表面；和第二流动路径部分，其延伸穿过所述导热物质的一个与所述表面相对的表面，所述第一和第二流动路径部分布置成流体流动连通。
9.根据权利要求8所述的加热器设备，其中，所述第一和第二流动路径部分布置成基本上在所述导热物质的中心处流体流动连通。
10.根据权利要求1所述的加热器设备，其中所述加热装置包括：至少一个安装在所述物质中的加热器元件。
11.根据权利要求1所述的加热器设备，其中所述加热装置包括：多个安装在所述物质中的加热器元件。
12.根据权利要求11所述的加热器设备，还包括：控制器，用于控制所述加热器元件的每一个的启动。
13.根据权利要求1所述的加热器设备，其中：所述加热装置布置在所述导热物质中，并且由所述流体流动路径包围。
14.根据权利要求1所述的加热器设备，还包括：外壳，其固定到所述物质的一个表面上；和密封装置，用于把导热物质密封到外壳上。
15.根据权利要求14所述的加热器设备，其中所述密封装置包括：O形圈，其布置在所述外壳和所述导热物质的周缘部分之间。
16.根据权利要求14所述的加热器设备，其中所述密封装置包括：所述流体膨胀装置，所述流体膨胀装置具有布置在所述外壳与所述导热物质之间的一个周缘部，用于把所述导热物质密封到所述外壳上。
17.一种用来加热流体的加热器设备，该加热器设备包括：导热物质；
流体流动路径，其由延伸穿过导热物质的一个表面的第一流动路径部分以及延伸穿过导热物质的一个与所述表面相对的表面的第二流动路径部分形成，所述第一和第二流动路径部分布置成通过导热物质流体流动连通，所述流体流动路径由在导热物质中形成的开放端通道限定，所述通道的开放端从导热物质面向外；
至少一个加热元件，其传热地安装在所述导热物质中并且与所述导热物质接触，所述加热装置把热量传给导热物质，从而在第一和第二流动路径部分中的流体从导热物质吸收热量；
控制装置，其包括连接到至少一个加热元件上的电源开关装置，用来启动至少一个加热元件；
壳体，其在一个内部空腔中装有导热物质；及流体膨胀装置，其安装在所述导热物质上，用来可逆地允许当流体处于至少基本固态时在流体流动路径中的流体的相变膨胀。
18.根据权利要求17所述的加热器设备，还包括：外壳，其固定到所述导热物质上，用来封闭在所述导热物质中的流体流动通道；和密封装置，其安装在导热物质中的流体流动路径的一部分上，从而把导热物质密封到壳体上。
19.根据权利要求17所述的加热器设备，其中控制装置还包括：印刷电路板。
20.根据权利要求17所述的加热器设备，其中控制装置还包括：温度传感器装置，其联接到控制装置上，用来产生与导热物质的温度成比例的输出信号。
21.根据权利要求17所述的加热器设备，其中流体膨胀装置包括：可压缩部件。
22.根据权利要求21所述的加热器设备，其中：可压缩部件由密封微孔泡沫塑料形成。
23.根据权利要求17所述的加热器设备，其中流体膨胀装置包括：外壳，其具有限定一个空心内部腔室的加大部分，所述空心内部腔室覆盖导热物质中的流体流动路径的开放端；和可膨胀装置，其在流体流动路径的开放端上延伸，并且布置成在正常的流体流动压力下基本上与开放端通道上的导热物质相接触，以便在流体的相变膨胀期间膨胀到在外壳中的内部腔室中。
24.根据权利要求17所述的加热器设备，其中，所述第一和第二流动路径部分布置成基本上在导热物质的中心处流体流动连通。
25.根据权利要求17所述的加热器设备，其中所述加热装置包括：多个安装在所述物质中加热器元件。
26.根据权利要求18所述的加热器设备，其中所述密封装置包括：O形圈，其布置在所述外壳和所述导热物质的周缘部分之间。
27.根据权利要求18所述的加热器设备，其中所述密封装置包括：流体膨胀装置，其具有布置在外壳与导热物质之间的一个周缘部，用来把导热物质密封到外壳上。
流体排出装置，其流体地联接到流体源上，用于从储存罐排出流体；
加热器装置，其流体流动连通地布置在流体源与流体排出装置之间；
控制器，其联接到加热器装置上，用于把电力供给到加热器装置；
流体流动路径，其形成在所述物质中，并在所述进口与所述出口之间，所述流体流动路径基本包围加热装置，从而在流体流动路径中的流体从导热物质吸收热量；
控制装置，其连接到加热装置上，用于启动加热装置；流体流动路径通到导热物质的外部；
壳体，其在一个内部空腔中装有导热物质；及流体膨胀装置，其装在壳体中，用来可逆地允许当流体处于至少基本固态下时在流体流动路径中的流体的膨胀。
29.根据权利要求28所述的加热器设备，其中控制装置还包括：温度传感器装置，其联接到控制装置上，用于产生与导热物质的温度成比例的输出信号。
30.根据权利要求28所述的加热器设备，还包括：外壳，其固定到所述导热物质上；和
31.根据权利要求28所述的加热器设备，其中控制装置还包括：印刷电路板。
32.根据权利要求28所述的加热器设备，其中所述流体膨胀装置包括：可压缩部件。
33.根据权利要求28所述的加热器设备，其中：所述可压缩部件由密封微孔泡沫塑料形成。
34.根据权利要求28所述的加热器设备，其中所述流体膨胀装置包括：外壳，其具有限定一个空心内部腔室的加大部分，所述空心内部腔室覆盖导热物质中的流体流动路径的开放端；和可膨胀装置，其在流体流动路径的开放端上延伸，并且布置成在正常的流体流动压力下基本上与开放端通道上的导热物质相接触，以便在流体的相变膨胀期间膨胀到在外壳中的内部腔室中。
35.根据权利要求28所述的加热器设备，其中所述流体流动路径包括：第一流动路径部分，其延伸穿过导热物质的一个表面；和第二流动路径部分，其延伸穿过导热物质的一个与所述表面相对的表面，所述第一和第二流动路径部分布置成流体流动连通。
36.根据权利要求28所述的加热器设备，其中，所述第一和第二流动路径部分布置成基本上在导热物质的中心处流体流动连通。
37.根据权利要求28所述的加热器设备，其中所述加热装置包括：多个安装在所述导热物质中的加热器元件。
38.根据权利要求30所述的加热器设备，其中所述密封装置包括：O形圈，其布置在所述外壳和所述导热物质的周缘部分之间。
39.根据权利要求30所述的加热器设备，其中所述密封装置包括：所述流体膨胀装置，所述流体膨胀装置具有布置在所述外壳与所述导热物质之间的一个周缘部，用于把所述导热物质密封到所述外壳上。
具有冻结保护的流体加热器
技术领域
[0001] 本发明一般地涉及流体加热器设备，具体地说，涉及把一种加热的洗涤流体提供到可清洗表面的流体加热器设备，及更具体地说，涉及一种用于车辆挡风玻璃洗涤系统的加热洗涤流体设备。
背景技术
[0002] 在各种各样的用途中必须把流体的温度迅速升高到较高的使用温度。例如，希望能够提供用在家庭、办公室及营地中以及用于工业过程的即用热水。
[0003] 在清洗用途中，已知热流体比冷流体更好和更快地从表面除去污物和其它杂物。一种加热流体的用途是车辆洗涤流体系统，如挡风玻璃洗涤系统以及应用于摄像机镜头、外部灯和车灯玻璃、反射镜等的车辆洗涤系统。车辆典型地设有至少一个并且通常为多个挡风玻璃喷洗器，这些喷洗器用来清洁在挡风玻璃或后窗玻璃中的视野。
[0004] 典型地，毗邻挡风玻璃刮水器或作为其一部分提供一个喷嘴或喷射装置以在擦拭操作之前和该操作期间把一种式样的洗涤流体分配到挡风玻璃上而改进擦拭操作的效率，从而为驾驶员或车辆乘客提供清晰的视野。洗涤流体典型地存储在发动机腔室中的一个储存罐中，并且当由车辆驾驶员手动致动一个控制执行器时通过喷射装置抽吸。
[0005] 由于已知温热或加热的流体比冷流体提供更好的清洗效率，所以知道把加热的洗涤流体提供给车窗喷射装置。各种洗涤流体加热装置已经被开发，但都典型地利用一种热交换器结构，其中一个热源布置在一个洗涤流体流过的本体中。在通过喷射喷嘴分配到车窗上之前，洗涤流体拾取在热交换本体中的热量，热交换本体升高洗涤流体的温度。
[0006] 车辆洗涤装置经受宽范围的温度和流体类型。消费者仅把水用作车辆洗涤流体是可能的和相当普遍的。然而，在冰点以下的条件下，由于由水到固体状态的相变引起的膨胀这可能导致对流体存储装置的损坏。引起的损坏可能导致泄漏、裂纹、材料的屈服、或流体加热器的整体失效。
[0007] 因而，希望提供一种流体加热器设备，该设备提供加热流体，该加热流体具有流体冻结保护。也希望提供一种流体加热器设备，该设备提供冻结保护，同时没有在流体加热器设备中采用的元件的数量的显著增加。
发明内容
[0008] 本发明是一种具有独特冻结保护装置的流体加热器设备。当流体经历到固态或半固态的相变时，冻结保护装置可逆地允许流体在流体加热器中的膨胀，并且当流体经历回到液态的相时，可逆地到重叠流体流动通道的正常状态。
[0009] 在一个方面，加热器设备包括：导热物质；加热装置，热联接到导热物质上，用来把热量传给导热物质；及一条流体流动路径，形成在导热物质中并在一个进口与一个出口之间。在流体流动路径中的流体从导热物质吸收热量。
[0010] 在一个方面，加热器设备还包括一个装在一个外壳中的流体膨胀装置，该外壳装在上述导热物质上，当流体经历到固态的相变时，该流体膨胀装置用来可逆地允许在流体流动路径中的流体的膨胀。
[0011] 在一个方面，流体膨胀装置为一种可以由密封微孔泡沫塑料形成的可压缩部件的形式。可压缩部件布置在形成在外壳中的扩大内部腔室中或者用板连接在导热物质中，并且重叠在热物质中的流体流动通道的端部。
[0012] 在另一个方面，本发明是一种洗涤设备，该洗涤设备包括：流体储存罐，包括一种洗涤流体；泵，联接到流体储存罐上，用来从储存罐抽吸流体；喷射喷嘴，流体联接到泵上，用来把从储存罐抽吸的流体排出到可清洗表面上；及加热器设备，流体流动连通地布置在泵、储存罐及喷嘴之间。
[0013] 在这个方面，当流体经历到固态的相变时，装在外壳中的流体膨胀装置可逆地允许在流体流动路径中的流体的膨胀。
[0014] 流体膨胀装置也可以设有流体流动孔径，这些流体流动孔径允许流过在热物质中的流体流动通道的一部分的流体流过流体膨胀装置并且撞击在导热物质上的外壳的内表面。这使得能够从安装在一个外壳上的电路板上的高热量产生电力开关元件除去热量，以及允许流体更紧密地撞击在外壳的一部分上，在外壳的该部分上安装温度传感器，以提供流体加热器设备的流体的更准确温度测量。
[0015] 在本发明的另一个方面，一个流体膨胀装置由密封元件提供，这些密封元件具有与在导热物质的一个表面上的流体流动通道的几乎所有开放端重叠的实心形状。每个密封元件具有足够的刚性，以阻止在暴露于流过流体流动通道的流体的正常工作压力时的膨胀或运动。然而，由到固态或半固态的流体的相变引起的在通道中流体的膨胀把足够的压力施加在密封件上，使密封件膨胀到在外壳中形成的相邻开放内部空腔中，以容纳流体相变膨胀。当流体变相回液态时，密封件恢复其正常的大体平面形状。
[0016] 本发明的流体加热器具有一种独特的冻结保护装置，该冻结保护装置，在流体转变到半固态或固态时，容纳流体加热器中的流体的相变膨胀，但在流体变相回液态时，能够返回重叠在导热物质中的流体流动通道的开放端的正常形状和位置。
[0017] 该流体膨胀装置借助于微小修改容易装在流体加热器设备中。
附图说明
[0018] 通过参照如下详细描述和附图，本发明的各种特征、优点及其它用途将变得更明白，在附图中：
[0019] 图1是在一种示例的车窗洗涤流体输送系统中使用的根据本发明的一种流体加热器设备的方块图；
[0020] 图2是根据本发明一个方面的一种加热器模块或流体加热器设备的立体图；
[0021] 图3是在图2中表示的加热器模块的分解立体图；
[0022] 图4是在图2中表示的组装加热器模块的局部剖开立体图，使电路板向上定向；
[0023] 图5是在图2中表示的加热器模块的局部剖开立体图，使相反表面向上定向；
[0024] 图6是本发明的在图5中的方位中的加热器模块的立体图，没有盖子和电路板；
[0025] 图7是加热器模块的电路板侧的立体图，没有盖子；
[0026] 图8是在图7中表示的加热器模块的相反方位的立体图；
[0027] 图9是加热器模块热物质的顶部立体图；
[0028] 图10是在图6-8中表示的加热器模块热物质的底部视图；
[0029] 图11是在图6-8中表示的加热器模块的放大平面图；
[0030] 图12是大体沿在图11中的线12-12得到的剖视图；
[0031] 图13是大体沿在图11中的线13-13得到的剖视图；
[0032] 图14是表示成安装在导热的密封端一个表面上的冻结保护元件的平面图；
[0033] 图15是根据本发明的一个可选择流体膨胀部件的加热器模块的另一个方面的侧视图；及
[0034] 图16是大体与图12类似的剖视图，但表示本发明的另一个方面。
具体实施方式
[0035] 现在参照图1，描绘有一种其中能便利地利用按照本发明的教导构造的一种加热器设备或模块10的环境。尽管联系车窗洗涤系统描述本发明的加热器模块10的如下使用，但将理解，本加热器模块可以用在需要加热流体的其它用途中，如用来清洗任何车窗，即挡风玻璃、后窗玻璃、或侧窗，的任何清洗系统；以及用于反射镜、摄像机、透镜、传感器盖等的清洗系统。
[0036] 如传统上那样，车窗12，如挡风玻璃、后窗玻璃或车窗等，具有一个或多个流体输送装置，如位于一个位置中把一种式样的洗涤流体16分配或喷射到车窗12的外表面上的喷射喷嘴14。洗涤流体16的分配通常与在车窗12上的一个挡风玻璃刮水器18的致动相联系。
[0037] 洗涤流体16从一个流体源供给，如从储存罐或容器20供给。在储存罐20中的流体借助于通常位于储存罐20附近或连接到其上的一个泵22被抽吸到一个或多个喷嘴14。
[0038] 如传统上那样，可安装在车辆转向柱主开关(stalk switch)上的一个通/断开关24从车辆电池26供有电力，并且使车辆驾驶员能够控制洗涤泵22的通或断操作。
[0039] 根据本发明，从储存罐20抽吸到喷射喷嘴14的洗涤流体由加热器模块10从环境温度加热到预定温度，仅举例说明，如约65℃至约70℃。提供一个适当的控制电路或控制器28，用来控制在加热器模块10中的加热器元件的操作。控制器28也从车辆电池26供有电力。如以后描述的那样，每当车辆点火处于“通”状态下时，控制器28由来自车辆点火30的“通”信号启动，从而加热包含在加热器模块10中的流动路径内的流体。
[0040] 一个可选择的通/断开关25可以连接在电池26与控制器28之间，从而通过断开到控制器28的电力为整个加热器系统提供通和断操作。这使加热器系统能够按照车辆驾驶员的选择被启动或保持在待用状态下。如以后描述的那样，通/断开关25也可以由从一个外部信号源，如车体控制器，到控制器28的一个单独的输入信号代替，以在某些情况下，如热场合、低电池功率等，提供加热器模块10的选择性断电。
[0041] 现在参照图2-14，描绘根据本发明的加热器模块10的一个方面。
[0042] 加热器模块10包括一个由适当的高导热材料形成的热交换物质或本体40。尽管物质40描述成由压铸、模压、浇铸或机加工的铝形成，但也可以采用均质或非均质的其它材料。例如，物质40能由氧化铝颗粒、陶瓷材料等形成。
[0043] 物质40，如以后更详细描述的那样，包括一条在一个进口42与一个出口44之间的流体流动路径。进口和出口42和44每个分别接纳一个接头46，用来接收到未表示的一个流体流动导管、元件或管子的流体密封连接。进口42将连接成接收来自车窗洗涤流体储存罐20的泵输出；而出口44将连接到喷射喷嘴14上。
[0044] 当车辆典型地具有几个喷射喷嘴14时，通常一个用于两个挡风玻璃刮水器的每一个，并且至少一个喷嘴14用于后窗玻璃或后窗刮水器，将理解，用来加热从流体储存罐20排出的所有流体的单个加热器模块10的如下描述将包括多条并联路径，每条路径包含一个独立的加热器模块，用来为每个不同喷嘴14加热来自储存罐20的流体。
[0045] 热交换物质40布置在由一个第一盖50和一个第二配对盖52形成的外壳或壳体内。第一和第二盖50和52具有互补配对边缘。第一盖50具有一个主壁面54和一个环绕周缘唇状物60。
[0046] 一个颈缩端部64形成在第一盖50中，并且形成来自主壁面54的一部分的管状延伸部。颈缩部64形成一个用来接收一个连接器组件70的外壳，连接器组件70把电信号和电力提供给在接合的第一和第二盖50和52中安装的加热元件并且提供给一个电路板，在以后详细描述。
[0047] 第二盖52也具有一个主壁面56和从其突出的一个环绕周缘唇状物62。周缘唇状物62围绕第二主壁面56的整个周缘。
[0048] 在热物质40和连接器组件70通过适当手段，如通过加热、声波或振动焊接，已经布置在第一和第二盖50和52内之后，第一和第二盖50和52固定地接合在一起。举例说明，一个周缘凹槽76至少部分地绕周缘唇状物60的整个边缘突出。凹槽76接纳绕第二盖52的周缘唇状物62延伸的一个配对突起77。突起77和凹槽76通过焊接固定和密封地接合在一起，以把盖50和52固定地接合在一起。
[0049] 提供用来把热物质40定位和固定在第一和第二盖50和52上的定位装置。至少一个并且优选地一对圆周间隔开的沟槽79和81形成在腹板83上，腹板83在容纳在物质40上的螺纹紧固件的两个凸台之间延伸。沟槽79和81容纳突起85和87，突起85和87装在第一和第二盖50和52中的法兰上，在与在物质40中的沟槽79和81的位置互补的圆周间隔开的位置处。当盖50和52经受加热、声波或振动焊接过程时，突起85和87被焊接在一起。以这种方式，当盖50和52本身被接合在一起时，热物质固定地定位在盖50和52内。
[0050] 如图3中所示，一对密封元件71和72布置在热交换物质40的相对表面上，每个密封元件具有环形，该环形的另一个边缘基本与热交换物质40的周缘形状相同。密封元件71和72由耐高温、绝缘材料形成。密封元件71和72密封热交换物质40的周缘。
[0051] 每个也具有与热交换物质40的形状相互补的形状的上部和下部外壳或板73和74，分别布置成与上部和下部密封元件71和72相接触，并且通过适当的紧固手段固定在其上，如通过螺母和穿过在上部和下部板73和74的每一个中的孔径、和在热交换物质40中的周缘定位孔洞延伸的螺栓75。板73和74的实心周缘和热交换物质40的配对周缘把密封元件71和72夹在之间，以密封在板73和74与物质40之间的接缝。上部和下部板73和74由诸如铝之类的良好导热材料形成。
[0052] 如在图6-11中所示，热交换物质40具有一种实心立方形状，该实心立方形状由一个第一主表面80、一个第二相对主表面82、及互连第一和第二表面80和82的四个侧壁84、86、88及90形成。
[0053] 多个孔洞92、94及96形成在本体40中，并且从侧壁84向内突出。孔洞92、94及96每个适于接收一个大体圆柱形的加热器元件。如图11中局部所示，每个孔洞92、94及
96穿过物质40的实心中央部分延伸，从而完全由物质40的实心材料包围。这在从安装在每个孔洞92、94及96中的加热器元件接收热量之后把物质40限定为一个热源。
[0054] 在本发明中，加热器元件可以由“热棒(calrod)”形成。尽管可以使用不同的材料，但热棒构造的一个例子是在不锈钢套内的镍铬丝。
[0055] 仅举例说明，至少一个并且优选地多个，即两个或三个或更多个分立的加热器元件100、102及103分别布置在孔洞92、94及96中。下面联系加热器模块10操作的描述将描述一个或多个加热器元件如加热器元件100、102及103的作用。
[0056] 如在图4和7中看到的那样，每个加热器元件100、102及103的一个端部104、106及107分别穿过本体40的侧壁84向外突出。加热器元件100、102及103的端部104、106及107每个分别具有从其延伸的分立终端108，并且通过钎焊、熔焊等接合到其上，以便连接到在一个印刷电路板150上安装的配对插座或接触弹簧上，印刷电路板150本身借助于紧固件，即螺钉、铆钉、或粘合剂等安装到板73的外表面上。在印刷电路板150中的导电图案连接到用于接收终端108的插座或触点上。连接器终端70的两个钎焊到印刷电路板150上，以从车辆电力系统接收电力、接地和控制信号。
[0057] 如图9和10中所示，导热物质40包括一条从进口42到出口44延伸的流体流动通道或路径。流体流动路径，举例说明，是由一个第一流体流动路径部分130和一个第二流体流动路径或通道132形成的迷宫路径，第一流体流动路径部分130和第二流体流动路径132在大体对中布置的孔洞134处连接。第一流体流动通道130具有由交替的直线和弧形段形成的大体螺旋形状，这些直线和弧形段交替产生通过第一流体通道130的流体的层流和湍流，以使流体从物质40的相邻壁的热量吸收最大。而且，第一流体流动通道130具有从进口42到孔洞134向内指向的螺旋形状，以使螺旋形第一流动通道130的相邻部分之间的温度差最小。
[0058] 如图10中所示，第二流体流动通道132具有基本相同的螺旋形状。然而，穿过第二流体流动通道132的流体流动在从孔洞134到出口44的向外螺旋方向上。
[0059] 因而，穿过第一和第二流动通道130和132的流体流从进口44开始，然后以螺旋向内指向的方式通过第一流动通道130到中央通路或孔洞134继续。在离开中央通路134进入第二流动通道132时，流体流在向外螺旋方向上通过第二流动通道132前进到出口44。
[0060] 在操作中，加热器模块40将互连在车辆洗涤流体流动管线中，在泵22与喷射喷嘴14之间，如图1中所示。外部连接器然后连接到连接器壳体70上，以从车辆电池26和控制器28向在热交换本体40中的加热器元件100、102及103提供电力。
[0061] 假定在本体40中的第一和第二流体流动通道130和132充满流体，当控制器28启动加热器元件100、102及103时，加热器元件100、102及103将开始辐射热量，该热量立即升高热交换本体40的整个周围部分的温度。来自本体40的热量又辐射到位于第一和第二流动通道130和132中的流体并且由其吸收。
[0062] 第一和第二流体流动通道130和132的直线和弧形部分在流过物质40的流体中创建交替的湍流和层流区，这引起在第一和第二流动通道130和132中的流体的运动，使在流体中的所有分子与形成第一和第二流动通道130和132的本体40的壁相接触，以便有可能高效地吸收最大量的热量。这使流体的温度在大约六十秒内从在进口42处的环境温度迅速升高到在出口44处的大约160°F-170°F。
[0063] 在第一和第二流体流动通道130和132中的流体通过与物质40的实际接触从热物质40带走或吸收热量，由此升高流体温度。加热器元件100、102及103在预定温度下保持热物质40的加热，由此防止在流体中出现炽热点。通常，当流体与加热器元件100、102及103直接接触时出现炽热点。不与加热器元件100、102及103实际接触的流体绕过加热器元件100、102及103并且不吸收热量。通过加热热物质40，实际热接触面积被增大，以及热传递效率增大。这就需要较少的能量来加热同样体积的流体。
[0064] 尽管在本体40中可以把单个加热器元件100用作热源，但发现多个加热器元件最便利，仅举例描述有两个或三个加热器元件，100、102及103。控制器28能在接收到把加热的洗涤流体分配到挡风玻璃12上时的一个第一命令时，启动所有的多个加热器元件100、102及103。这产生到本体40的最大量的热量以立即和迅速地把本体40的温度升高到高得足以把足够的热量传导到在流体流动通道130和132中的流体，以把流体的温度升高到约65℃至约70℃的希望排出温度。如果由车辆驾驶员供给来自通/断开关24的立即和以后命令以把另外填充的流体供给到挡风玻璃12上，则多个加热器元件100、102及103能由控制器28保持在启动状态下。
[0065] 在流体分配操作完成时，和在车辆发动机正在运行、或者在发动机正在运行并且例如一个仪表板安装开关被致动的同时在无流体分配的其它时段期间，控制器28能周期地启动一个或多个加热器元件，如加热器元件100，以把在第一和第二流动通道130和132中的流体的温度保持在升高温度下，以便当由通/断开关24启动时立即排出到挡风玻璃12上。这使对车辆电池26的电力需求最小。
[0066] 尽管控制器28能向加热器元件100、102及103的每一个提供独立的开关信号，以便在程序或逻辑控制下独立地控制每个加热器元件100、102及103，但一种可选择的方法包括在到一个终端108的电力连接与连接到辅助加热器元件102和103上的其它终端108的每一个之间安装的双金属元件或开关。双金属元件能设置成在诸如50℃之类的预定温度下断开，由此使相关加热器元件断电。这使例如辅助加热器元件102和103能够保持断电，直到开始高热量需求。
[0067] 尽管如下描述使用称作MOSFET的大安培值的切换装置作为控制器28的部分，并向在热物质40中的加热元件100、102及103提供必要的大电流，典型地在12伏特下为50安培，但也可以采用其它的大安培值切换装置。任何数量的MOSFET 156能以任何构造安装在印刷电路板150上。
[0068] 多个孔洞158可选择地穿过印刷电路板150形成。孔洞158改进在印刷电路板(PCB)150上的切换装置与下面的第一板73之间的热流动。
[0069] 一个温度传感器159，如PTC，安装在印刷电路板150上，典型地在孔洞158上方或与其相邻。温度传感器159测量印刷电路板150的温度，并且向控制器28提供一个与温度成比例的信号，该信号由控制器28用来控制加热元件100、102及103的通/断循环。
[0070] 为了进一步增强由MOSFET 156产生的热量到第一板140的传递，一个高导热垫或板161，下面称作底垫161，相接触地插入在印刷电路板150与第一板23之间，如图3、8及9中所示。底垫161典型地具有在第一板73的至少一部分上延伸的平面形状和尺寸。垫161隔离通过螺钉75到负地的泄漏电流，提供在MOSFET与热物质40之间的确实接触，及通过把板73的温度保持在较高温度下稳定通过相邻盖的热损失，由此相对于热物质40创建一个较小的温度差或梯度。
[0071] 底垫161优选地具有比板73的导热率高的导热率，以便高效地把由MOSFET 156产生的热量抽取到板73，由此把板73的温度保持在升高温度下。板73的这种升高温度比由从密封元件71和72周围的热物质40侧逃逸的热量引起的板73的正常温度高。
[0072] 已知在冰点以下温度期间，基本由水形成的洗涤流体经受冻结。冻结或半冻结的流体的膨胀引起作用在加热器模块10的周围元件上的压力，这可能导致泄漏或加热器模块10的完全损坏。
[0073] 如图3、5及11-14中所示，一个流体膨胀装置160装在加热器模块10中，用来当流体从液态到基本上固态变相时，可逆地允许在流体流动路径中的流体的膨胀。流体膨胀装置，在本发明的一个方面，处于由密封微孔泡沫塑料形成的、诸如大体平面部件之类的薄压缩部件的形式。
[0074] 能用来形成流体膨胀装置的适当材料的一个例子是由Voltek，division of Sekisui America Corp.(Sekisui美洲公司Voltek分部)销售的、作为产品号VOLARA型LM的闭孔聚烯烃泡沫。另一种可能的材料是来自Specialty Composites Division(特种成分部)CabotSafety Corp.(Cabot安全公司)，Indianapolis，Indiana 46254的商品名为C/3002或C-2301的聚氯乙烯有关泡沫塑料。
[0075] 流体膨胀装置160在物质40中在正常的流体操作压力下具有抗压缩的足够刚性。流体膨胀装置或部件160布置在热物质30的两侧的密封元件71和72的每一个的内边缘上，并且具有面对和暴露于通过热物质40中的通道的开放端的流体的基本中心部分。流体膨胀部件160在加热器模块10中在正常的流体工作压力下具有抗膨胀或压缩的足够刚性。
然而，在由在通道中的流体的冻结和膨胀施加的显著高的力下，部件160能够如在图12和
13中以假想线表示的那样压缩，以提供用于膨胀的冻结或半冻结流体的空间。
[0076] 流体膨胀部件160具有形状记忆以便返回其正常大体平面形状，完全填充在每个盖71和73中在加大隆起中的内部空腔162。
[0077] 流体膨胀部件160通过把板73和74紧固到物质上被压缩，以稍微膨胀到物质40中的通道中和膨胀成基本与热物质40的表面相接触而封锁在穿过热物质40的流体流动路径中的每一条通道的开放端。
[0078] 如图14中所示，流体膨胀部件160具有便于其用在加热器模块10中的辅助特征。一对端部敞开的凹口164和166沿流体膨胀部件160的一个边缘形成。凹口164和166重叠导热物质40的在下面的液体流动通道的一部分，以允许在流体流动通道中的少量流体流过贴着板73或74的内表面的凹口164和166。大功耗电子切换装置，如MOSFET156，布置成紧相对着在板73中的加大部。切换装置156由水的流动冷却，以便把切换装置156保持在公称工作温度下。辅助孔径168和170为了类似目的形成在热膨胀部件160的中间部分中，以允许穿过在导热物质中的通道的流体流贴着相邻板73的内表面流动，以从切换装置156除去热量，切换装置156位于电路板150上的紧上方处。
[0079] 一个辅助的端部敞开的凹口172形成在热膨胀部件160的另一个边缘部分上。凹口172位于安装在电路板150上的热温度传感器159的位置的下方。穿过凹口172的流体流通过温度传感器159提供更准确的温度测量，因为它更靠近流过在热物质40中的通道的流体。
[0080] 在图16中表示的流体膨胀装置200的另一个方面，流体膨胀装置200构造成消除密封元件71和72。当对应板73或74借助于紧固件75牢固地固定到热物质40上时，流体膨胀装置或元件的周缘部202被压缩。可选择的是，流体膨胀装置200的周缘部202能用热量和压力压缩到比流体膨胀装置200的中心部分小的厚度。
[0081] 参照在图15中表示的流体膨胀装置的另一个方面，流体膨胀装置180由密封元件182和184形成，密封元件182和184在其整个表面区域上具有实心形状。如此形成的密封元件182和184的至少一个形成有足够的刚性，以当暴露于流过在热物质40中的开放端通道的流体的正常压力时阻止膨胀。然而，密封元件182和184的任一个能够膨胀到在板73的加大部分中形成的内部空腔或腔室186中，以容纳来自物质40的膨胀的冻结或半冻结流体。当流体以后变相回液态时，密封元件182和184将恢复其原始形状，其中如上述那样，密封元件182和184的每一个布置成与通道的开放端相接触，封锁在流体流动路径中的通道的开放端，以保持通过热物质40的流体的所希望的迷宫流动。
[0082] 总之，这里已经公开了一种具有独特流体膨胀装置的流体加热器设备。当流体经历到固态或半固态的相变时，流体膨胀装置容纳流过流体加热器的流体的膨胀。流体膨胀装置具有变形记忆，在流体返回到液态之后，使流体膨胀装置能够恢复其正常形状。
