Область техники
Настоящее изобретение, в общем аспекте, относится к нагреванию жидкостей, и более конкретно - к подогреву жидкости с целью очистки или удаления льда с автомобильного окна.
Уровень техники
Из уровня техники известны различные способы и устройства для распыления нагретой воды или другой моющей жидкости на окна транспортного средства. Нагретая жидкость особенно эффективна для удаления льда с ветрового стекла транспортного средства при холодной погоде. Выполнение функции по удалению льда с ветрового стекла требует, чтобы водитель транспортного средства ждал, пока жидкость нагреется. Известные способы и устройства, применяемые с этой целью, непрактичны, так как для нагрева жидкости они типично используют тепло или электричество, произведенное двигателем транспортного средства, заставляя водителя ждать неприемлемо долго, пока жидкость достигнет подходящей температуры.
Использование для нагрева жидкости батареи, независимой от двигателя транспортного средства, является проблематичным из-за большого тока, требуемого для нагрева жидкости в количестве, необходимом для эффективного удаления льда с ветрового стекла. Батарея обычно не может обеспечивать такой ток, чтобы нагреть за разумное время наполненную емкость моющей жидкости транспортного средства. Хотя и были предложены способы и устройства для оперативного нагревания жидкости, непосредственно перед ее распылением на ветровом стекле, тем не менее батарея все же не может и в этом случае обеспечить достаточный ток, чтобы нагреть достаточный объем распыляемой жидкости до достаточно высокой температуры, необходимой для эффективного удаления льда.
Патент США 5509606 описывает устройство для горячего мытья автомобильного ветрового стекла, которое содержит контейнер, в который перекачивают моющую жидкость из емкости и в котором жидкость прежде, чем распыляться на ветровое стекло, нагревается электронагревательным элементом. Контейнер изолирован и включает в себя термостат, который используется, чтобы гарантировать, что температура жидкости не превысит заранее определенной максимальной величины. Контейнер хранится заполненным, а тепло к нему подводится тогда, когда необходимо нагреть перекачиваемую в контейнер холодную жидкость до желаемой температуры.
Патент США 5118040 описывает электрический аппарат для мойки оконного стекла транспортного средства. Изолированный контейнер размещен между резервуаром с холодной моющей жидкостью и разбрызгивающими выводами к окну транспортного средства в нижнем, по отношению к сосуду, положении с тем, чтобы все время быть заполненным жидкостью. Когда на транспортном средстве включается зажигание, электрический нагреватель нагревает жидкость в контейнере и остается активным все время, в течение которого используется транспортное средство. Однако здесь не предусмотрено никаких средств для быстрого запуска и нагревания с целью удаления льда с окна транспортного средства.
Патент США 4090668 описывает систему для мойки и удаления льда с ветрового стекла, содержащую резервуар, имеющий внутри изолированный контейнер. Насос подает моющую жидкость из резервуара в контейнер и из контейнера - на множество разбрызгивающих насадков (сопел). Нагретый хладагент двигателя пропускают через трубопровод в резервуаре. Обмотка электрического сопротивления нагревает жидкость в контейнере всякий раз, когда температура падает ниже определенного минимума. Соленоидные клапаны направляют поток распыляющейся жидкости от резервуара к переднему или заднему окну транспортного средства. Однако здесь не высказано никаких предложений об использовании клапанов для каких-либо других функций управления жидкостью.
Патент США 5012977 описывает устройство для мойки окна транспортного средства, в котором моющая жидкость нагревается в резервуаре и в котором насос для распыления жидкости на окно транспортного средства имеет переменное выходное давление. По измеренной температуре моющей жидкости в резервуаре выходное давление насоса изменяют в обратной зависимости от этой температуры так, чтобы поддерживать более равномерное покрытие окна жидкостью, с учетом температурного изменения вязкости жидкости.
Патент США 5354965 описывает систему электроподогрева жидкости, служащей для очистки ветрового стекла автомашины. В этой системе имеется емкость, заполненная объемом жидкости, нагреваемой с помощью РТС-термосопротивлений или других электронагревательных элементов. Прежде чем жидкость будет распылена на ветровое стекло, управляющий контур устанавливает время ее нагрева, в соответствии с преобладающей температурой окружающей среды. Контур также предотвращает нагревание жидкости в течение времени, когда двигатель транспортного средства не работает.
Сущность изобретения
Целью настоящего изобретения является создание устройства и способа мойки или удаления льда с окна транспортного средства.
Другая цель согласно некоторым аспектам данного изобретения состоит в создании таких устройства и способа, которые допускали бы быстрый запуск процесса удаления льда с окна транспортного средства.
В предпочтительном варианте реализации изобретения предусмотрен сосуд для жидкости, нагреваемой прежде, чем она будет подана на окно транспортного средства. Перед заполнением жидкостью данный сосуд прогревается в течение одной минуты или менее, предпочтительно путем пропускания электрического тока через размещенный в нем нагревательный элемент.
По завершении прогрева в сосуд подается жидкость, которая быстро нагревается при контакте с ним. Это приводит к росту давления в сосуде благодаря испарению части жидкости. Затем жидкость высвобождается с заданными температурой и давлением так, чтобы произвести мойку и/или удаление льда с окна.
Хотя для предварительного подогрева сосуда потребляется лишь умеренная мощность батареи транспортного средства, это позволяет, тем не менее, получить за время, более короткое, чем во всех существующих стеклоочистительных системах, достаточное количество горячей жидкости для очистки окна ото льда до момента трогания транспортного средства. Более того, производимое испарением жидкости давление помогает удалить лед или иные закупорки, которые могут образоваться в трубопроводах или соплах, через которые жидкость распыляется на окно. Следует также отметить, что распыление нагретой жидкости на внешнюю поверхность окна эффективно устраняет запотевание его внутренней поверхности.
В некоторых предпочтительных вариантах изобретения после того, как исходное количество жидкости было нагрето и израсходовано из сосуда, в этот сосуд вводится и сразу же нагревается новое количество жидкости. Как только это последнее нагреется до заданной температуры, оно также выдается из сосуда, предпочтительно с задержкой в несколько секунд. Данный процесс продолжается в виде повторяющихся циклов “нагрев/расход” - до тех пор, пока с окна не будут полностью удалены загрязнения и лед.
Желательно, чтобы данные циклы образовывали временную последовательность, параметры которой (такие как продолжительность расхода жидкости, промежуток времени между последовательными расходами жидкости из сосуда) изменялись бы в зависимости от температур ненагретой жидкости и окружающей среды, в которой находится транспортное средство.
Под “транспортным средством”, в данной патентной заявке, следует понимать любое колесное средство передвижения, имеющее окна (например, легковой автомобиль или грузовик), а также и другие средства - например, лодку или самолет. Далее, термин “окно”, хотя и используется здесь типично, в смысле ветрового стекла транспортного средства, может также относиться к любой прозрачной поверхности, включая боковые и задние стекла, внешние зеркала, а также корпуса сигнальных огней и т.д.
Термин “очистка” ("cleaning") в данной заявке означает действие, вызывающее разбрызгивание подогретой жидкости по ветровому стеклу, а также - удаление с него льда. Специалистам должно быть ясно, что принципы данного изобретения приложимы к мойке и удалению льда и с иных поверхностей, в том числе - с внутренних окон и зеркал, а также могут относиться к применению нагретой жидкости с другими целями.
В этой связи согласно предпочтительному варианту изобретения предложено устройство для очистки окон транспортного средства, содержащее:
сосуд, имеющий вход, через который моющая жидкость подается из резервуара, а также выход, через который эта жидкость выдается для очистки окна,
нагревательный элемент для подогрева жидкости в сосуде, причем данный элемент прогревает сосуд до подачи в него моющей жидкости, в результате чего по меньшей мере исходное количество жидкости быстро нагревается и выдается из сосуда.
Предпочтительно, сосуд по крайней мере частично дренируется от содержимой в нем жидкости - до того, как нагревательный элемент прогреет сосуд. С этой целью сосуд снабжен дренажным клапаном, действующим согласованно с нагревательным элементом. Предпочтительно дренажный клапан содержит односторонний клапан. Также желательно, чтобы жидкость дренировалась из сосуда в резервуар независимо от их взаимного расположения по высоте.
В предпочтительном варианте устройство содержит насос, перекачивающий жидкость из резервуара в сосуд после прогрева последнего нагревательным элементом. Причем желательно, чтобы насос с резервуаром составляли часть уже существующей стеклоочистительной системы транспортного средства, в которой имеются сосуд и нагревательный элемент. В другом варианте, все устройство целиком может выпускаться в виде единого агрегата (вместе с насосом). Желательно, чтобы быстрый нагрев исходного количества моющей жидкости вызывал ее выдачу из сосуда под давлением, существенно большим, чем давление, создаваемое насосом на входе в сосуд.
Предпочтительно устройство содержит один или более клапанов, регулирующих, в зависимости от состояния нагревательного элемента, прохождение жидкости через сосуд. При этом один или более клапанов открываются и закрываются согласованно с нагревательным элементом. Желательно, чтобы указанные один или более клапанов включали в себя соленоидный клапан (либо гидравлический, пневматический или вакуумный клапаны). По меньшей мере один из клапанов установлен на входе в сосуд либо, по-другому или дополнительно, на выходе из сосуда, причем клапан на выходе открывается, когда давление в прогретом сосуде возрастает при контакте с ним моющей жидкости.
В предпочтительном варианте изобретения устройство содержит один или более датчиков температуры, формирующих сигналы в зависимости от рабочей температуры устройства, а также управляющее устройство, получающее эти сигналы и регулирующее расход жидкости из сосуда. Желательно, чтобы при выдаче исходного количества жидкости одна или более ее дополнительных порций восполняли сосуд и выдавались из него с перерывами, в зависимости от сигналов температурных датчиков (когда эти сигналы показывают, что температура жидкости в сосуде выше заранее заданного порогового значения). При этом выдача жидкости должна прерываться, когда температура в сосуде падает ниже указанного значения. По-другому или в дополнении к этому - порции жидкости могут контролироваться в заранее заданной временной последовательности, выбираемой в зависимости от сигналов датчиков температуры, а пороговые значения температуры могут варьироваться от порции к порции в этой последовательности.
В другом предпочтительном варианте управляющее устройство может анализировать сигналы для выявления неисправной работы устройства и прерывать действие нагревательного элемента в случае обнаружения неисправностей.
В предпочтительном варианте по меньшей мере один или более датчиков температуры находятся внутри транспортного средства. Хотя бы один датчик погружен (в значительной степени) в жидкость внутри транспортного средства. В другом варианте по меньшей мере один датчик установлен так, чтобы находиться вне жидкости и внутри транспортного средства - когда нагревательный элемент прогревает сосуд. Желательно, чтобы действие нагревательного элемента прерывалось, когда температура сосуда достигнет заранее заданного максимума.
В предпочтительном варианте изобретения по меньшей мере один или более датчиков температуры закреплены на внешней поверхности сосуда. По-другому или дополнительно - по меньшей мере один или более датчиков температуры закреплены на резервуаре и/или на внешней поверхности транспортного средства, наиболее желательно - на внешней поверхности очищаемого окна, будучи прикрыты (хотя бы частично) отражающими заслонками от солнечного излучения. В предпочтительном варианте жидкость в сосуде нагревается до температуры, изменяющейся в зависимости от сигналов температурных датчиков на внешней поверхности транспортного средства, т.е. в соответствии с температурой снаружи транспортного средства.
В предпочтительном варианте сосуд содержит сообщающееся с выходом внутреннее отделение (compartment), в котором установлен нагревательный элемент, а также внешнее отделение, охватывающее внутреннее отделение и сообщающееся со входом.
В предпочтительном варианте сосуд также включает в себя внешнюю изолирующую оболочку, охватывающую его внешнее отделение, и стенку между внутренним и внешним отделениями, которая прогревается с помощью нагревательного элемента. В другом варианте внешнее отделение окружено одним или более дополнительными отделениями для жидкости. Желательно также иметь в составе устройства предохранительный клапан давления.
Предпочтительно иметь в составе устройства байпасную линию, в обход сосуда, по которой жидкость могла бы подаваться к окну, когда ее подогрева не требуется.
Желательно, чтобы водитель транспортного средства мог выбирать, должно ли нагревательное устройство приводиться в действие, или, если этого не требуется, то жидкость посылалась бы в обход. В предпочтительном варианте устройство должно автоматически, в зависимости от нагревательного цикла резервуара, переключаться из режима подачи жидкости через сосуд в режим ее перепуска по байпасной линии. Когда подача жидкости не может осуществляться из сосуда, то данная ненагретая жидкость должна автоматически подаваться по байпасной линии.
В предпочтительном варианте реализации изобретения устройство включает в себя дистанционный блок ввода, который приводится в действие пользователем транспортного средства для прогрева резервуара перед началом движения транспортного средства.
Предпочтительно нагревательный элемент включает в себя проводник с сопротивлением. В альтернативном варианте или дополнительно нагревательный элемент передает жидкости в резервуаре тепло от источника тепла транспортного средства.
В соответствии с предпочтительным вариантом реализации изобретения, предлагается также устройство для очистки окна транспортного средства, содержащее:
сосуд, имеющий вход, через который моющая жидкость подается из резервуара, и выход, через который жидкость выдается для очистки окна,
нагревательный элемент для нагревания жидкости в сосуде,
температурный датчик, определяющий температуру в сосуде, и
клапан для управления потоком жидкости через сосуд, который периодически выпускает через указанный выход порции жидкости с требуемой температурой, в зависимости от температуры, измеряемой датчиком.
Предпочтительно очиститель ветрового стекла периодически включается в работу для очистки стекла при, соответственно, периодическом впрыске на него жидкости.
В предпочтительном варианте устройство включает в себя управляющий блок, который регулирует периодический впрыск жидкости согласно определенной (заранее заданной или программируемой) временной последовательности, причем эта последовательность изменяется в зависимости от окружающей температуры в транспортном средстве или (альтернативно или дополнительно) от температуры внешней поверхности окна.
Предпочтительно исходная порция жидкости выпускается под существенно более высоким давлением, чем последующие порции.
В соответствии с предпочтительным вариантом изобретения предлагается также способ очистки окна транспортного средства с использованием моющей жидкости, который включает:
предварительный нагрев сосуда;
подачу порции жидкости в предварительно нагретый сосуд и повышение, посредством этого, температуры и давления жидкости;
выдачу жидкости на указанное окно при повышенных температуре и давлении.
Предпочтительно, сосуд перед прогревом дренируют от жидкости.
Далее ввод жидкости производят путем ее накачки в сосуд под давлением, создаваемым насосом, причем давление, под которым жидкость выдается из сосуда, существенно превышает давление насоса.
В предпочтительном варианте способ включает измерение температуры жидкости, а процесс выдачи жидкости предусматривает управление этим процессом, в зависимости от измеренного значения температуры. Дополнительно или альтернативно, измеряют температуру внешней поверхности транспортного средства, причем процесс выдачи жидкости включает в себя управление этим процессом, в зависимости от температуры данной внешней поверхности.
Кроме того, в соответствии с предпочтительным вариантом изобретения, предлагается способ очистки окна транспортного средства, с использованием моющей жидкости, который включает повторение последовательности шагов:
нагрева порции жидкости;
контроля температуры порции жидкости; и
выдачи этой порции при выполнении заранее заданного условия, накладываемого на нагрев жидкости.
В предпочтительном случае указанное условие будет удовлетворено, когда температура порции жидкости достигнет заранее выбранного значения. Альтернативно или дополнительно это условие удовлетворится, если с начала нагревания прошло заранее заданное время.
Кроме того, предлагается, в соответствии с предпочтительным вариантом изобретения, устройство для удаления льда с ветрового стекла транспортного средства, содержащее: множество индивидуальных нагревательных блоков и емкость в многослойном кожухе, причем каждый кожух охватывает один из нагревательных блоков, а кожухи связаны между собой трубопроводами с впускным и выпускным отверстиями. При этом емкость сообщена через впускное отверстие с источником моющей жидкости ветрового стекла и через выпускное отверстие - с разбрызгивающей головкой ветрового стекла, а нагревательные блоки моющей жидкости осуществляют нагрев ее потока к указанной разбрызгивающей головке, чем в результате и достигается удаление льда с ветрового стекла.
Далее предлагается согласно предпочтительному варианту изобретения электрическое устройство транспортного средства для удаления льда, содержащее подогреваемый контейнер жидкости для мойки ветрового стекла, который установлен между резервуаром с моющей жидкостью и разбрызгивающими головками, расположенными напротив этого стекла, и снабжен отверстиями для впуска и выпуска жидкости. При этом устройство имеет электронагреватель, размещенный внутри указанного контейнера и подключаемый к батарее транспортного средства, а остаточная емкость контейнера не превышает 300 мл. Электронагреватель рассчитан на подогрев жидкости в контейнере до температуры, дающей эффект очистки ото льда, но в течение времени не более одной минуты.
Настоящее изобретение будет более понятно при детальном описании предпочтительного варианта его реализации совместно с чертежами.
На фиг.1 схематично представлено устройство для очистки ветрового стекла автомобиля с помощью нагретой моющей жидкости согласно предпочтительному варианту реализации изобретения.
На фиг.2 представлена схема устройства для очистки по фиг.1 согласно предпочтительному варианту реализации изобретения.
На фиг.3 дана схематическая иллюстрация, показывающая положение датчика температуры на ветровом стекле автомобиля по фиг.1, согласно предпочтительному варианту реализации изобретения.
На фиг.4 представлена блок-схема, иллюстрирующая функции электронного управляющего устройства в чистящем устройстве по фиг.1, согласно предпочтительному варианту реализации изобретения.
На фиг.5 представлена временная диаграмма (циклограмма) устройства по фиг.1 согласно предпочтительному варианту реализации изобретения.
На фиг.6 схематично представлено детальное исполнение устройства для очистки ветрового стекла согласно другому предпочтительному варианту реализации изобретения.
На фиг.7 дан вид в разрезе нагреваемого сосуда, используемого в устройстве для очистки ветрового стекла, согласно предпочтительному варианту реализации изобретения.
На фиг.8 дан вид в разрезе нагреваемого сосуда, используемого в устройстве для очистки ветрового стекла, согласно другому предпочтительному варианту реализации изобретения.
На фиг.9 дан вид в перспективе нагреваемого сосуда, согласно еще одному предпочтительному варианту реализации изобретения.
На фиг.10 представлена электрическая схема, показывающая связь нагревательных элементов в сосуде по фиг.9, согласно предпочтительному варианту реализации изобретения.
На фиг.11 представлен боковой вид части стенки внутренней части сосуда по фиг.10, согласно предпочтительному варианту реализации изобретения.
На фиг.12 дан частичный вид сосуда по фиг.11 в сечении по линии ХII-ХII.
На фиг.13А и 13В даны, соответственно, вид сверху и боковой вид в разрезе по линии ХIII В-ХIII В сосуда по фиг.11.
На фиг.14 дана схематическая иллюстрация, показывающая окно и очищающее устройство в альтернативной конфигурации, согласно предпочтительному варианту реализации изобретения.
На фиг.15 представлена схема нагреваемого сосуда, используемого в устройстве для очистки окна, согласно предпочтительному варианту реализации изобретения.
На фиг.16 дана схема нагревательного проводника для использования в сосуде по фиг.15 согласно предпочтительному варианту реализации изобретения.
На фиг.17А-L представлены схемы, показывающие действие сосуда по фиг.15 и устройства, в котором этот сосуд используется, согласно предпочтительному варианту реализации изобретения.
Детальное описание предпочтительного варианта реализации изобретения
В соответствии с предпочтительным вариантом реализации изобретения на фиг.1 дана упрощенная иллюстрация, показывающая в сборке электрическое устройство 20 для чистки и удаления льда с окон транспортных средств, применительно к автомобилю 22 с ветровым стеклом 24, покрытым льдом 26.
Нагреваемый сосуд 28 с моющей жидкостью для ветрового стекла установлен между резервуаром моющей жидкости 30 автомобиля 22 и разбрызгивающими головками 32, которые распыляют эту жидкость на ветровое стекло 24, когда устройство приводится в действие водителем 25 автомобиля. Водитель может приводить в действие данное устройство или изнутри автомобиля 22, или с внешней стороны, как показано на чертеже и описано далее. Сосуд 28 имеет входной ввод 34, через который поступает жидкость из резервуара 30, и выходной ввод 36, через который нагретая жидкость подается к разбрызгивающим головкам 32. Жидкость перекачивается насосом 40, который является обычной принадлежностью автомобиля 22 и служит для разбрызгивания ненагретой моющей жидкости по ветровому стеклу 24. Устройство 20 питается мощностью от батареи 42, а стеклоочистители 44 очищают ветровое стекло от растаявшего льда и грязи, как это известно из уровня техники. Управляющий блок 46 регулирует работу устройства 20 и при необходимости также управляет стеклоочистителями 44 совместно с действием устройства. Другие аспекты и детали устройства описаны ниже.
На фиг.2 дана схема, показывающая детали исполнения сосуда 28 и других элементов устройства 20 согласно предпочтительному варианту изобретения. Сосуд 28 имеет цилиндрическую форму и содержит внутреннее отделение 52, вокруг которого образовано внешнее отделение 54. Внутреннее отделение 52 ограничено внутренней стенкой 56, предпочтительно из металла, например нержавеющей стали. Внешнее отделение (камера) 54 окружено внешней стенкой 58 сосуда, предпочтительно из изоляционного материала, например пластика. Нагревательный элемент 50 во внутренней камере 52 нагревает жидкость, содержащуюся в сосуде 28. В результате указанного концентрического исполнения камер 52 и 54, теплопотери из сосуда 28 минимальны, поскольку тепло, теряемое горячей жидкостью в камере 52, расходуется в значительной степени на подогрев холодной жидкости в камере 54. Поскольку жидкость в камере 54 холоднее, ее теплопотери через внешнюю стенку 58 относительно невелики.
Нагревательный элемент 50, предпочтительно, содержит термосопротивление, питаемое от батареи 42 через управляющий блок 46 в соответствии с циклограммой нагрева (как описано ниже). В ином варианте или дополнительно, элемент 50 может нагреваться путем теплообмена с источником тепла автомобиля 22, например, с жидкостью, охлаждающей двигатель, или выхлопными газами. Электронагрев от батареи 42 предпочтительнее, т.к. позволяет сосуду 28 быстро нагреваться перед троганием автомобиля. Элемент 50 предпочтительно потребляет 400 Вт, что легко обеспечивается автомобильными батареями. Кроме того, сосуд 28 предпочтительно спроектирован таким образом, чтобы в течение менее чем одной минуты нагреть и выдать жидкость в объеме и при температуре, достаточных для расплавления льда 26. С этой целью внутренняя камера 52 содержит, предпочтительно, около 50 мл жидкости. Легко видеть, однако, что принципы данного изобретения применимы и к любым другим параметрам сосуда 28 и мощности элемента 50. В частности, если устройство 20 используется на более крупных транспортных средствах (грузовиках или судах), объем и подводимая к сосуду мощность должны быть большими, чем в случае автомобиля 22.
Когда водитель 25 транспортного средства 22 включает устройство 20, управляющий блок 46 разрешает току от батареи 42 течь к нагревательному элементу 50, так чтобы сосуд 28 начал прогреваться. Любая жидкость в сосуде 28, предпочтительно, может дренироваться через ввод 60 - путем открытия дренажного клапана 62. Клапан 62, как и другие клапаны, используемые в устройстве 20, как это описано ниже, предпочтительно содержат соленоидный клапан любого подходящего типа, управляемый управляющим блоком 46. Этот блок, предпочтительно, дает сравнительно большой начальный ток на открытие клапана, но затем снижает ток до меньшего уровня, требуемого для поддержания клапана в открытом состоянии. Таким образом элемент прогревает сосуд, включая его внутреннюю стенку 56. Возрастающее тепло стремится испарить остаточную жидкость в сосуде, создавая давление, выталкивающее жидкость через ввод 60, независимо от того, установлен ли сосуд 28 выше или ниже резервуара 30. В предпочтительном варианте температурный датчик 64 измеряет температуру в сосуде 28 и посылает сигнал обратной связи управляющему блоку 46.
После того как в сосуде будет достигнута требуемая температура, предпочтительно при нагреве элемента 50 до нескольких сотен градусов, дренажный клапан 62 закроется, и откроется впускной клапан 66. По-другому, клапаны могут быть просто открыты по прошествии заранее заданного времени, т.к. наличие остаточной жидкости на дне сосуда 28 надежно предотвратит перегрев сосуда. Насос 40 запускается для перекачки исходного количества моющей жидкости (предпочтительно, от 30 до 50 мл) из резервуара 30 к впускному вводу 34. Односторонний клапан 68, предпочтительно, предотвращает обратный поток жидкости к дренажному вводу 60. Выпускной клапан 74, предпочтительно, является трехходовым клапаном, т.е. имеет два входа и один выход (сюда жидкость может поступать через выход и течь обратно ко входам), позволяя обоим входам сообщаться с выходом. Клапан 74 установлен для того, чтобы поток жидкости мог течь от выпускного ввода 36 к разбрызгивающим головкам 32 и для блокировки потока через байпасную линию 76. В другом исполнении могут применяться отдельные клапаны для выхода и для байпасной линии.
Жидкость заполняет внешнюю камеру 54 и перетекает во внутреннюю камеру 52 через отверстия 70 во внутренней стенке 56. Дополнительное отверстие 72 в верхней части стенки 56 способствует выравниванию давлений во внутренней и внешней камерах. При контакте с нагретым элементом 50 и стенкой 56 жидкость сама быстро нагревается и частично испаряется. Давление пара вытесняет горячую жидкость с повышенными давлением и температурой через выпускной ввод 36 и разбрызгивающие головки 32.
Возможно также, чтобы выпускной клапан 74 удерживался закрытым даже после открытия впускного клапана 66 и открывался только после достижения достаточно высокого давления в сосуде 28, что может обеспечиваться автономно или с помощью управляющего блока 46. Горячая жидкость под давлением не только облегчает быстрое растапливание льда 26 на ветровом стекле 24, но и удаляет закупорки в жидкостных трубопроводах между вводами 36 и 32, которые могут вызываться льдом или грязью. Одноходовой клапан 78, предпочтительно, сообщает выпускной ввод 36 с окружающей атмосферой, чтобы уменьшить возможное вакуумироваиие.
После выдачи исходного количества жидкости запускаются насос 40 и впускной клапан 66 для повторного заполнения сосуда 28. Хотя нагревательный элемент 50 и стенка 56 уже не так горячи, как были перед впуском жидкости в сосуд, они все же сохраняют некоторое остаточное тепло, убыстряющее нагрев новой порции жидкости. Когда заполнившая сосуд жидкость по прошествии определенного времени достигнет заданной температуры, она выпускается через клапан 74 и разбрызгивающие головки 32. Этот процесс последовательно повторяется нужное число раз до тех пор, пока не будет завершена вся серия выпусков жидкости (как это описывается ниже), либо - пока ветровое стекло ни очистится и/или с него ни удалится лед. Процесс может быть завершен также при падении температуры в сосуде ниже заранее заданного минимума, или, наконец, по команде водителя 25. (Следует заметить, что в нормальной ситуации температура сосуда будет, в основном, падать от одной порции жидкости к последующим. Если управляющий блок 46 получит сигнал о повышении температуры - типично в случае неисправного функционирования системы, например при незаполнении жидкостью сосуда, то он, в предпочтительном режиме, отключит питание элемента 50.) Водитель должен тогда вновь включить устройство 20 и начать новый цикл нагрева и выпуска жидкости.
Сосуд 28, заполненный нагретой жидкостью, предпочтительно, каждый раз освобождается от нее через разбрызгивающие головки в течение примерно 3 с, при интервалах около 5 с и более между заполнениями, что определяется, в основном, потребным временем для достижения заданной температуры жидкости. Температура последующих выпускаемых порций жидкости может быть меньше, чем для начальной и предыдущих порций. Также желательно, чтобы стеклоочистители 44 действовали согласованно с выпуском жидкости из устройства 20 так, чтобы эти стеклоочистители работали во время и немного после выпуска жидкости. В другом варианте действие стеклоочистителей может быть задержано с тем, чтобы они не работали при выпуске начальной порции жидкости, когда лед еще не растаял, но начинали лишь со второй и следующих за ней порций.
По завершении серии выпусков нагретой жидкости клапаны 66 и 74 закрываются (по отношению к сосуду 28), а дренажный клапан 62, предпочтительно, открывается так, чтобы любая остаточная жидкость в сосуде дренировалась обратно в резервуар 30. (Насос 40, как правило, не заблокирован от попятного течения.) Верхняя часть 61 дренажного ввода 60, предпочтительно, приподнята относительно дна камеры 52 так, что минимальное количество жидкости может быть подано в сосуд 28 даже после дренажа. Сосуд в этом случае готов для использования при следующем включении устройства 20.
Байпасная линия 76 дает возможность перекачивать ненагретую жидкость непосредственно к разбрызгивающим головкам 32, минуя сосуд 28. Линия 76 дает доступ к разбрызгивающим головкам всегда, когда (трехходовой) клапан 74 закрыт по отношению к выпускному вводу 36. Линия 76 может использоваться в теплую погоду, когда не требуется очистки ото льда, или когда очищающая струя нужна немедленно, а для прогрева жидкости нет времени. Клапан 74, предпочтительно, остается открытым в линию 76 с тем, чтобы жидкость из этой линии могла подаваться к разбрызгивающим головкам 32 в любое время при неработающем нагревающем устройстве. Односторонний клапан 80 в линии 76, предпочтительно, предотвращает любое попятное течение жидкости через эту линию.
Таким образом, устройство 20, при относительно низких затратах, дает дополнительные функциональные возможности по очистке окна автомобиля 22. Устройство может устанавливаться как часть стеклоочистительной системы нового автомобиля, либо как приставка к существующей моющей системе. Кроме показанных на фиг.1 и 2 частей устройства 20, установленных в определенных местах и положениях относительно автомобиля 22 и его моющей системы, возможны и другие варианты этой установки. Например, сосуд 28 может быть размещен под иными, чем на фиг.1 и 2, углами - это относится и к элементам 34, 36 и 60 системы.
На фиг.2 представлен предпочтительный вариант исполнения, в котором устройство 20 содержит клапаны 62, 66 и 74, управляющие вводами 60, 34 и 36 сосуда 28. Однако возможны и иные конфигурации этого устройства. В частности, не обязательно наличие трех клапанов: можно, например, обойтись без клапанов 66 и 74 для линии 76, при этом управление потоком жидкости к сосуду 28 будет производиться насосом 40. Кроме того, хотя элементы устройства 20 показаны здесь (для ясности) как отдельные агрегаты, связанные трубопроводами, фактически, по крайней мере частично, устройство 20 должно выполняться в виде модуля с тем, чтобы уменьшить теплопотери. При этом в подобной конфигурации холодная моющая жидкость может протекать вблизи соленоидных клапанов, что обеспечит отвод от нее тепла и повысит производительность нагревательного процесса. Следует отметить, что, поскольку устройство 20 находится в закрытом состоянии в течение продолжительного времени и отрабатывает лишь серии коротких циклов “нагрев - заполнение сосуда - выдача жидкости”, то протечки или потери жидкости не имеют существенного влияния на его функционирование.
Как уже отмечалось, управление устройством 20 с помощью управляющего блока 46 основано на использовании в этом блоке обратной связи от датчика 64. Этот датчик, как показано на фиг.2, размещен сверху сосуда 28, где он может измерять как температуру пара, так и жидкости в камере 52 в зависимости от того, заполнена эта камера или нет. Управляющий блок 46, предпочтительно, наблюдает и отслеживает температурные изменения, фиксируемые датчиком 64 в ходе циклов “нагрев - заполнение сосуда выдача жидкости”, отрабатываемых сосудом 28. Если температура превзойдет заданное максимальное значение, или если ее изменение не будет следовать заранее заданному закону, то управляющий блок зафиксирует неисправную работу, например, закупорку вводов 34 или 36 или неисправность датчика 64, прекратит работу устройства и выдаст водителю 25 соответствующий сигнал.
В дополнении к датчику 64 или вместо него может быть предусмотрен датчик температуры вблизи дна сосуда. Для формирования обратной связи управляющего блока 46 могут быть применены и другие датчики, например, датчик или стабилизатор давления, или индикатор уровня жидкости. Возможно использование датчика 82 на внешней поверхности сосуда 28, датчика 84 в резервуаре 30 и датчика 86 на внешней поверхности автомобиля 22 -предпочтительно, на ветровом стекле 24. Эти датчики формируют входы управляющего блока 46, который устанавливает такие параметры, как напряжение на элементе 50 и/или продолжительность нагрева этого элемента и жидкости в сосуде 28.
Управляющий блок, предпочтительно, устанавливает такие параметры, чтобы жидкость разбрызгивалась на ветровое стекло при температуре, достаточно высокой для быстрого расплавления льда 26, в условиях внешней среды, фиксируемых, например, датчиком 86. Но эта температура не должна превышать опасное для ветрового стекла значение, в частности, угрожающее трещинами или надежности соответствующего регулирующего процесса. Выбор указанных параметров, предпочтительно, производится автоматически, без вмешательства водителя 25, за исключением включения и выключения устройства 20.
На фиг.3 представлена схема установки датчика температуры 86 на ветровом стекле 24 согласно предпочтительному варианту реализации изобретения. Чтобы управляющий блок 46 точно определил, до какой температуры нагревать жидкость, необходимо знать температуру внешней поверхности ветрового стекла 24. Если датчик 86 устанавливается открытым способом на ветровом стекле и подставлен солнечным лучам, то он типично будет завышать температуру, по сравнению с ее значением для прозрачного стекла. Поэтому датчик следует снабдить отражающей крышкой 88.
Когда водитель 25 находится в автомобиле 22, он может управлять устройством 20 либо с помощью переключателя на приборной доске, либо, подав сигнал управляющему блоку 46 посредством обычного переключателя мойки/обтирки. Например, он может быстро нажать на выключатель два или три раза, включив или выключив устройство.
Как показано на фиг.1, для включения устройства 20, до посадки в автомобиль, водитель 25 может пользоваться дистанционным пультом 90. Такой пульт может применяться и для управления стеклоочистителями 44, так что заблаговременно может быть произведена очистка ветрового стекла и удаление с него льда. В качестве дистанционного пульта может использоваться как активный, так и пассивный прибор, например, радиопередатчик, оптический или ИК-обратный отражатель. Данная процедура сокращает время ожидания прогрева жидкости.
На фиг.4 представлена блок-схема, иллюстрирующая функционирование управляющего блока 46. Управляющий блок 46, в предпочтительном варианте исполнения, подключен к антенне 92 для приема сигналов от дистанционного пульта 90. Как было описано ранее, управляющий блок получает сигналы от датчика температуры 64, как и от других возможных датчиков (например, 84). Этот блок также получает электрическую мощность от батареи 42 и распределяет ее, предпочтительно с помощью реле (не показаны), между клапанами 62, 66, 74, насосом 40 и нагревательным элементом 50.
Антенна 92 может использоваться и для беспроводного управления устройством 20, когда водитель 25 находится в автомобиле 22. Это избавляет от дополнительной проводки и переключателей на приборной доске автомобиля. По-другому, управляющий блок 46 может быть соединен проводкой с переключателем и индикаторной лампой. С помощью этих средств водитель управляет устройством 20 и получает информацию о своих собственных действиях, а также, возможно, о неисправностях.
Перед подачей мощности на клапаны, насос и нагревательный элемент, управляющий блок 46, предпочтительно, проводит самотестирование. Последнее включает в себя измерение входного напряжения от батареи 42 (предпочтительно, 9 В, в случае типичного автомобиля с 12-вольтовой батареей), а также проверку того, находится ли сопротивление нагревательного элемента в заданных границах. Если какой-либо параметр при самотестировании отклоняется от штатного значения, управляющий блок 46 не разрешит включение устройства 20 и, в предпочтительном варианте, сообщит о неисправности водителю.
На фиг.5 представлена циклограмма 96 “нагрева/выпуска жидкости” устройства 20 согласно предпочтительному варианту изобретения. Вначале открывается дренажный клапан 62, и нагревательный элемент 50 запитывается для прогрева сосуда 28. Клапан 62 закрывается, в предпочтительном варианте, примерно через 15 с. В другом варианте этот клапан может поддерживаться в закрытом состоянии в течение периода примерно 20 с так, чтобы жидкость в сосуде 28 прогрелась до высокой температуры перед тем, как этот клапан откроется. Последнее особенно полезно в случае, когда управляющий блок устанавливает, что один из клапанов (в частности, 66) заклинило, и для его открытия должна быть использована нагретая жидкость.
Нагрев продолжается до тех пор, пока не будет достигнута требуемая температура, например 85°С (в зависимости от точного положения датчика) в камере 52, либо - в течение примерно 70 с, если температура не достигает требуемой величины. В этот момент включается насос 40 и открываются клапаны 66 и 74 с тем, чтобы принять и выдать исходную порцию жидкости. Температура в камере 52 падает, и производится повторный нагрев, предпочтительно до 60°С, вслед за чем принимается и выдается вторая порция жидкости. Процесс продолжается в течение заранее заданного числа циклов или до тех пор, пока не будет прекращен водителем 25.
После того как осуществлена последняя выдача жидкости в последовательности 96, клапан 62 открывается, и нагревательный элемент 50, который питается мощностью, предпочтительно, в непрерывном режиме, остается под напряжением еще примерно 15 с с тем, чтобы прогреть сосуд 28 и удалить из него как можно больше остаточной жидкости, находящейся ниже уровня верхней части ввода 61. После этого устройство вновь готово для проведения следующей серии циклов, если это понадобится водителю.
На фиг.6 представлена схема иной конфигурации устройства 20. За исключением нижеотмеченных особенностей, части устройства 20 вполне аналогичны тем, что показаны на фиг.2, и описаны здесь со ссылками на них. Отличие состоит в том, что в данном исполнении выпускной клапан 74 отсутствует, а впускной клапан 66 выполнен трехходовым. Этот клапан альтернативно сообщает впускной ввод 34 либо с байпасной линией 76, либо с насосом 40. Вместо выпускного клапана 74 использован односторонний клапан 98, предпочтительно пружинный обратный клапан, который предотвращает перетекание жидкости через линию 76 и выпускной ввод 36 обратно в сосуд 28, когда клапан 66 открыт в направлении байпасной линии. С другой стороны, когда клапан 66 открыт в направлении впускного ввода 34, создаваемое в сосуде 28 давление заставляет клапан 98 открыться, так что нагретая жидкость выпускается через разбрызгивающие головки 32.
На фиг.7 представлен вид в разрезе нагреваемого сосуда 128, используемого в устройстве 20, согласно изобретению. Хотя конструкция сосуда 128 несколько отлична от конструкции сосуда 28, он может применяться совершенно аналогичным образом. Выпускной ввод 34 здесь может служить дренажным вводом.
На фиг.8 представлен другой вариант исполнения нагреваемого сосуда 130 согласно данному изобретению. Форма сосуда - цилиндрическая. Он имеет внешний корпус 132 в виде жесткой пластиковой трубки, образующей одну из концентрических стенок, расположенных с зазором. Внутренняя стенка 134 содержит пластиковую трубку 136 внутри металлической трубки 138. Последняя, предпочтительно, выполнена из нержавеющей стали, которая среди металлов является плохим проводником тепла и поэтому способствует уменьшению теплопотерь. Пластиковые трубки 132 и 136 выполнены из материала, имеющего высокую рабочую температуру, например - из полиэфиралкоксикетона или полифениленсульфида. При использовании двух концевых заглушек 140 и 142, заполненных эпоксидным клеем, трубки 132, 136 и 138 легко удерживаются в концентрическом положении. Данное конструктивное исполнение особенно полезно при изготовлении средних по объему серий устройств, позволяя снизить инструментальную стоимость производства.
Вводы 34 и 36 имеют штуцеры для подсоединения к концам пластиковых трубопроводов (см. фиг.1 и 2), служащих для сообщения резервуара 30 моющей жидкости с разбрызгивающими головками 32, причем разводка осуществляется, предпочтительно, путем соответствующей обрезки при установке устройства 20. Дренажный ввод позволяет жидкости возвращаться в резервуар 30 после того, как устройство было применено.
В варианте исполнения по фиг.8, нагревательный элемент 50 представляет собой набор из трех параллельно включенных электросопротивлений. Элемент сохраняет работоспособность (при пониженной мощности) в случае перегорания одного из сопротивлений.
На фиг.9 представлен вид в перспективе еще одного возможного варианта исполнения нагреваемого сосуда 150. Терминал 152 соединен изнутри с набором нагревательных элементов (показанных на фиг.11), каждый из которых имеет внешний кожух (рубашку), через который протекает моющая жидкость. Отрицательное соединение (“заземление”) сосуда 150 осуществляется непосредственно на массу смонтированных внутри нагревательных элементов с помощью мостового соединителя 154 и фиксирующей ленты (не показана), крепящей сосуд 150 к автомобилю 22. Изолирующий материал 156, типично из легкого с низкой теплопроводностью вещества, обеспечивает изоляцию сосуда.
Как будет описано ниже, сосуд 150 содержит три отдельных индивидуальных нагревательных элемента, каждый из которых размещен в кожухе, через который моющая жидкость протекает из резервуара 30 к разбрызгивающим головкам 32. Благодаря новому исполнению нагревательных элементов с жидкостными кожухами (рубашками), протекающая через них жидкость прогревается и рециркулирует, чем достигается максимальная эффективная температура струй, формируемых разбрызгивающими головками. Нагревательные элементы электрического типа выполнены с достаточно высокой мощностью, чтобы гарантировать немедленное повышение температуры протекающей через них жидкости до необходимого значения. Таким образом, предлагаемое исполнение системы с моющей жидкостью эффективно решает задачу удаления льда с ветрового стекла 24, без длительной задержки, как в прежних системах, основанных на использовании тепла автомобильного двигателя. В отличие от известных систем, здесь не требуется предварительного подогрева моющей жидкости, и ее теплосодержание при немедленном нагреве ограничено только объемом жидкостного резервуара. Предлагаемое устройство основано на использовании существующей моющей техники, шлангов и источников питания. Поскольку сосуд 150 рассчитан на протекание через него существенно непрерывного, попутно нагреваемого потока жидкости, этот сосуд типично будет давать более медленный приток горячей жидкости к ветровому стеклу 24, по сравнению с более мощным потоком в случае ранее описанного сосуда 28.
На фиг.10 представлена электрическая схема соединения нагревательных элементов сосуда 150. Единственный нагревательный элемент 166 мощностью 100 Вт включен параллельно с двумя элементами 162 и 164 по 150 Вт, давая тем самым 400 Вт полной мощности. Такая мощность способна почти мгновенно нагреть моющую жидкость, и поэтому не будет существенной задержки перед подачей горячих струй жидкости на ветровое стекло. Это происходит вследствие того, что нагрев осуществляется во время протекания жидкости через систему, без изменения скорости потока и давления. При необходимости могут использоваться лишь один или два нагревательных элемента из трех, давая меньшую температуру и более низкую мощность нагрева.
В работе, когда замыкается электрический включатель 168, сосуд 150 начинает немедленно нагревать моющую жидкость в системе, и ее горячие струи попадают в разбрызгивающие головки 32 и начинают, совместно со стеклоочистителями 44, очищать ветровое стекло 24. Поскольку не требуется непрерывного нагрева, включатель 168 может быть выполнен прерывистого типа, с тем, чтобы периодически отключать ток. В характерном случае применяется коррозионно-стойкий включатель.
Водителю не нужно производить никаких действий, кроме замыкания включателя 168, если температура жидкости в системе превышает температуру окружающей среды примерно на 50° (или при иной подходящей температуре, в соответствии с конкретными рабочими условиями). При этом жидкость, совместно со стеклоочистителями, будет расплавлять и удалять лед с ветрового стекла. В течение примерно 15 с лед будет удален, и можно начинать вождение. Повторное замерзание жидкости в этот короткий период времени едва ли возможно.
На фиг.11 и 12 представлены, соответственно, боковой вид и вид в разрезе внутренней части сосуда 150 согласно предпочтительному варианту изобретения. Сосуд 150 содержит набор трех нагревательных элементов 232, 234 и 236. Каждый из них имеет, предпочтительно, термосопротивление, как показано на фиг.10. Вокруг каждого нагревательного элемента образован внешний кожух 238, 239 и 240, служащий для быстрой передачи тепла протекающей через него жидкости.
Как указано выше, нагревательные элементы рассчитаны на питание напряжением 12 В, будучи выполнены изолированными и коррозионно-стойкими. Эти элементы могут быть рассчитаны и на питание напряжением 24 В, а также и любым другим напряжением, как постоянного, так и переменного тока. Их размеры подобраны так, чтобы имелись кольцевые зазоры (фиг.13А) между каждым из элементов и его внешним кожухом. Размеры также должны соответствовать поддержанию требуемого давления жидкости в системе, что устанавливается ее производителем.
Жидкостный ввод 34 проходит вдоль всей длины нагревательных элементов 232-236 и присоединяется к внешнему кожуху 239 нагревательного элемента 234 с его нижнего конца 244. Такая конструкция выполняет функцию предварительного нагрева, так что моющая жидкость, протекающая по трубопроводу 34, прежде, чем попасть во внешний кожух 239, поглощает тепло, излучаемое нагревательными элементами 232-236.
Поток моющей жидкости через кожух 239 вызывает нагрев жидкости нагревательным элементом 234. При достижении верхней части кожуха 239 жидкость течет по соединительному трубопроводу 246 и повторно попадает в сосуд 150 с нижней стороны кожуха 240 для того, чтобы нагреться при прохождении нагревательного элемента 236. После достижения верхней части кожуха 240 моющая жидкость вновь направляется через трубопровод 248 в сосуд 150, попадая в него с нижнего конца кожуха 238.
Сверху внешнего кожуха 238 установлена трубка 36 выпускного ввода, через которую моющая жидкость попадает в сосуд 150 после протекания через внешний кожух 238 и нагрева с помощью элемента 232. Таким образом, после прохождения кожухов 238-240 моющая жидкость обладает максимально возможным теплосодержанием перед ее входом в разбрызгивающие головки 32, установленные напротив ветрового стекла 24. Эти головки могут быть выполнены с регулируемым углом впрыска так, чтобы жидкость попадала в наиболее эффективные точки ветрового стекла.
На фиг.12 представлен вид сосуда 150 в разрезе по линии ХII-ХII фиг.11, на котором видны некоторые конструктивные детали нагревательных элементов 232-236 и внешних кожухов 238-240. Показаны также трубка ввода 34 и исполнение соединительных трубопроводов 246 и 248. Исполнение нагревательных элементов 232-236, а также кожухов 238-240 вблизи друг от друга содействует эффективности нагревательного сосуда.
Требования тепловой эффективности влияют и на выбор материалов для сосуда 150. Например, выбор меди или латуни для изготовления впускного трубопровода 34 обеспечивает высокую теплопроводность, в то время как трубопроводы 246, 248 и 36 должны изготовляться из материала с низкой теплопроводностью, чтобы минимизировать теплопотери. Трубчатые вводы 34 и 36 имеют зубчатые концы для облегчения подсоединения к трубопроводам.
Внешние кожухи 238-240 также изготовлены из материала с низкой теплопроводностью.
На фиг.13А-В представлены соответственно вид сверху и вид в разрезе по линии XIII B-XIII B сосуда 150. Конструкция внешних кожухов 238-240 показана в деталях, включая кольцевой проход 249 для жидкости, образованный вокруг каждого нагревательного элемента 232-236, а также камера сбора 252 в нижней части сосуда 150.
Сосуд 150, в типичном случае, изготовлен из нержавеющей стали и имеет длину около 200 мм, а каждый внешний кожух имеет диаметр 12-13 мм и толщину стенки 1 мм. Нагревательные элементы 232-236 имеют характерный диаметр 8 мм. Общий диаметр сосуда составляет примерно 51 мм. Патрубки впуска 34 и выпуска 36 типично выполнены из трубок диаметром 3/16. Описанное исполнение сосуда 150 делает его компактным, эффективным в тепловом отношении и не ограничивающим скорость потока или давление жидкости. Специалистам должно быть понятно, что размеры сосуда могут меняться соответственно существующим исполнениям очистительных систем тех или иных конкретных производителей так, чтобы поддерживались штатные величина потока и давление жидкости.
Как это смогут оценить специалисты, нагревание моющей жидкости во время ее течения через систему является главным достоинством описанного выше исполнения сосуда 150 - поскольку жидкость нагревается, когда движется, а не когда стоит. Что касается мощности нагревательных элементов, то она может быть увеличена для таких транспортных средств, как грузовики и автобусы.
На фиг.14 показан другой вариант системы 220 для очистки окон, в которую входит сосуд 150, а разбрызгивающие головки 32 установлены непосредственно на стеклоочистителях 44 и соединены гибкими трубопроводами 255-256, каждый из которых закреплен внутри канавки 258, выполненной с задней стороны очистителей 44. В этом варианте струи жидкости подводятся прямо к тем местам на ветровом стекле, где достигается максимальный эффект очистки ото льда, т.к. стеклоочистители 44 механически разрушают лед. Можно сообразить, что стеклоочистители 44 должны работать именно тогда, когда жидкость разбрызгивается головками 32.
В итоге, устройство 220 (в том числе сосуд 150) может поставляться как недорогое и легко изготовляемое вспомогательное приспособление для существующих моющих/очистительных систем или - входить как элемент вновь разработанного транспортного средства, обеспечивающий дополнительные комфорт и безопасность. Устройство 220 не только просто само по себе, но и не усложняет заводскую линию сборки новых автомобилей, не требуя глубоких модификаций существующих очистительных систем, к которым оно подключается за какие-нибудь пять минут. Обычное для транспортного средства ручное включение стеклоочистителей может использоваться и для управления жидкостным насосом.
На фиг.15 представлена схема сосуда 300, применяемого в устройстве 20 или 220, согласно предпочтительному варианту реализации изобретения. В сосуде 300 используется единственный кожух 312, в котором размещены три отдельных нагревательных элемента, один из которых (304) показан вытянутым вдоль сосуда. Кожух 312, предпочтительно, выполнен цилиндрической формы из стали или иного материала и имеет два противоположных конца. На одном конце выполнена чашка 320, образующая камеру 322 с объемом примерно 24-40 мл, в зависимости от класса транспортного средства. Впускной 34 и выпускной 36 вводы обеспечивают сообщение с камерой, как это будет описано ниже (здесь же следует заметить, что временами моющая жидкость может втекать через выпускной ввод и вытекать через впускной).
На фиг.16 представлена схема сечения проводника 310, из которого навит нагревательный элемент 304. Проволочный проводник 310 является круглым в сечении и выполнен с сердцевиной из окиси магния 306, помещенной в керамический рукав (оболочку) 308. В данном варианте исполнения сердцевина имеет диаметр 0,07-0,14 мм. В обычных автомашинах, где для нагревательного элемента достаточно мощности 500 Вт, может использоваться проводник с сердцевиной диаметром 0,07 мм. Для более крупных транспортных средств, например грузовиков, диаметр сердцевины может быть 0,14 мм, соответственно для тепловой мощности до 700 Вт. Оболочка 308, предпочтительно, наносится по стандартной технологии лазерного напыления, с применением высокоплотной керамической пудры. Толщина покрытия должна составлять, в предпочтительном варианте, около 0,10 мм.
Два конца 314 элемента 304 снабжены контактами из окиси магния, которые подключаются к источнику мощности посредством управляющего блока 46, как это описано выше. В данном варианте управляющий блок 46 определяет, работает ли двигатель автомобиля 22. С этой целью фиксируются, например, пульсации постоянного тока от батареи 42, и блок 46 не разрешает подавать питание на сосуд 300 до тех пор, пока двигатель ни запустится, что предотвращает разрядку батареи.
Чашка 320 заполнена эпоксидным клеем или иным веществом, способным выдерживать высокую, до 700°С, температуру. В предпочтительном варианте, управляющий блок 46 размещен в данной чашке, как показано на фиг.15. При этом вводы 34 и 36 снабжены клапанами 366 и 374. Эти клапаны выполнены, предпочтительно, из силиконовой резины и способны работать при указанных выше высоких температурах. Эти клапаны подключены проводкой (не показана) к управляющему блоку 46 с тем, чтобы фиксировать состояние клапанов и управлять их работой. Клапаны требуемого типа производятся компанией U.S. Plastics of Lima, Ohio.
На фиг.17A-L представлены схемы, показывающие состояние сосуда 300 и клапанов 366, 374 при работе устройства, согласно изобретению. Перед началом операций камера 322 сосуда 300 пуста, а клапаны открыты. Водитель 25 садится в автомобиль 22, запускает двигатель и, для очистки ветрового стекла 24 ото льда, включает насос 40. Насос создает давление во впускном патрубке 34. В ответ на это давление клапан 366 автоматически (независимо от управляющего блока 46) закрывается. Это состояние показано на фиг.17А.
Затем клапан 366 активирует управляющий блок 46 с целью запустить процесс очистки ото льда. Первым шагом процесса является нагрев элемента 304 путем его подключения к батарее 42. При отсутствии воды в камере 322 эта камера быстро нагревается до весьма высокой температуры. Эта температура отслеживается датчиком (в частности, установленным в камере датчиком 64). По достижении заранее установленного значения (например, 600°С) управляющий блок 46 открывает клапан 366 и через короткое время после этого закрывает клапан 374, позволяя тем самым жидкости течь в камеру 322 (см. фиг.17В).
Затем управляющий блок 46 отслеживает температуру жидкости в камере. Когда эта температура достигнет примерно 58°С, управляющий блок 46 отключит элемент 304 от батареи и будет ожидать, когда водитель вновь включит насос 40 (фиг.17С). Когда насос вновь включится, возникшее давление заставит клапан 366 вновь открыться. После его открытия управляющий блок 46 воспримет это действие и заставит открыться также и клапан 374. В результате горячая вода потечет из камеры 322 через выпускной патрубок 36 к ветровому стеклу 24 (фиг.17D). Начальный приток жидкости будет представлять собой, конечно, смесь горячей воды и пара, которые растопят любые ледяные образования на разбрызгивающих головках 32 и освободят сопла этих головок. Образование пара может иметь место и в состоянии, показанном на фиг.17А, благодаря некоторому количеству воды, попавшему в камеру 322 с предыдущей операции.
После прекращения импульса давления от насоса 40 клапаны 366 и 374 остаются открытыми, давая возможность воде течь обратно через выпускной патрубок 36 и камеру 322 и далее - через впускной патрубок 34 в резервуар 30 (фиг.17Е). Когда данный попятный поток прекратится, на это отреагирует, закрывшись, клапан 374 (фиг.17F). Управляющий блок 46 затем закроет клапан 366 (фиг.17G). Таким образом, в камере 322 будет собрано определенное количество жидкости, и нагревательный элемент 304 начнет нагревать эту жидкость. Когда температура достигнет 58°С, элемент 304 отключится, и сосуд 300 будет ожидать следующего включения насоса 40 (фиг.17Н). Эта операция фиксируется (фиг.17I), как описано выше, вызывая повторение всего процесса с начала (фиг.17J).
Управляющий блок 46 отмеряет интервал между последним попятным оттоком жидкости и следующим за ним импульсом давления от насоса 40. Если этот интервал превышает одну минуту, но никакого давления не обнаружено, то управляющий блок 46 очищает камеру 322, сперва закрывая клапаны 366 и 374 (фиг.17К), а затем включая элемент 304 для поднятия температуры жидкости в камере до весьма высокого значения. После этого клапаны открываются (фиг.17L), чтобы выпустить жидкость в виде пара. Управляющий блок 46 затем отключается и ожидает начала новых операций. Аналогичный процесс может осуществляться и для сосуда 150 (в варианте исполнения, показанном на фиг.9-13В).
Необходимо заметить, что вышеописанный предпочтительный вариант реализации изобретения дан лишь в качестве примера, и рамки изобретения ограничены только пунктами патентной формулы.
Изобретение относится к способам и устройствам для распыления нагретой воды на окна транспортного средства. Устройство 20 для очистки окна 24 транспортного средства 22 включает в себя сосуд 28 с входом 32, через который моющая жидкость поступает из резервуара, и выходом 34, через который данная жидкость выпускается для очистки окна. Предусмотрен нагревательный элемент для нагрева жидкости в сосуде. Данный элемент прогревает сосуд до впуска в него моющей жидкости, в результате чего по крайней мере начальная порция этой жидкости быстро нагревается и освобождается из сосуда. Способ заключается в том, что выпуск нагретой жидкости на окно осуществляется в соответствии с температурой снаружи транспортного средства, которая предварительно измеряется. Технический результат заключается в ускорении процесса удаления льда с окна транспортного средства. 2 с и 12 з.п. ф-лы, 17 ил.
| Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов | 1917 |
|
SU2A1 |
