KR101559598B1 - 가열 장치 및 열 교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체 매질이 길이 방향으로 통과하여 흐를 수 있는 하우징 내의 가열 구조를 구비하며, 상기 적어도 하나의 가열 구조는 상기 매질이 통과하여 흐르는 개구를 구비하는 열 교환용 플레이트로서 구비되며, 그 그리드 평면은 상기 플레이트와 상기 유체 매질 간에 열 에너지의 교환을 위해 구현되는 적어도 두 개의 그리드 소자들; 및 상기 그리드 소자들 사이에 배열되는 구체적으로 PTC 소자인 적어도 하나의 가열 소자를 포함하고, 상기 적어도 하나의 가열 구조는 상기 그리드 소자의 그리드 평면이 상기 길이 방향에 실질적으로 직교하도록 배열되는 방식으로 상기 하우징 내에 배열되어, 상기 매질의 흐름이 상기 그리드 평면에 실질적으로 직교하도록 배향되고, 상기 그리드 소자 및 상기 적어도 하나의 가열 소자는 적어도 하나의 인장 소자에 의해 서로에 대해 보강되도록 배열되어 접촉하고, 상기 그리드 소자 각각은 적어도 하나의 접촉 영역을 구비하고, 실질적으로 상기 접촉 영역을 통해 상기 적어도 하나의 가열 소자로부터 열 에너지를 흡수하도록 배열된다.
상기 가열 장치는 단순화된 공정 및 저비용으로 제조가능하고, 환경적인 면 역시 상기 가열 장치의 구동 도중 고려된다.

Description

가열 장치 및 열 교환기{HEATING DEVICE AND HEAT EXCHANGER}

본 발명은 가열 구조(heating arrangement)를 구비한 가열 장치에 관한 것이고, 또한 열 교환기에 관한 것이다.

이러한 타입의 가열 기기는 광범위하게 사용되며, 예를 들어 외부 온도가 낮은 경우에도 그 안에 포함된 전자제품을 동작 온도로 유지하기 위하거나 또는 대응하는 응축물(condensate)의 형성을 방지하기 위하여 스위치 캐비넷(switch cabinets)에 사용된다. 이들은 대량 생산 시 서로 다른 열 출력(thermal outputs)에서 생산된다. 상업적으로 허용가능한 가격은 상대적으로 낮고; 또한, 많은 종래의 기기들은 높은 전력 소모량을 가진다. 따라서, 환경적으로 허용가능한 제품에 대한 수요가 증가하고 있다.

종래의 기기들은 고가이고 제조가 복잡하다. 구체적으로, 동작 비용은 그 높은 전력 소모량으로 인해 일반적으로 높다. 환경적으로 해로운 오염 물질이 또한 이러한 타입의 기기들을 위해 사용된다.

본 발명은 단순화된 공정과 저비용으로 전술한 타입의 가열 장치를 제조하는 것을 목적으로 하며, 환경적인 부분 역시 상기 가열 장치의 동작 시 고려될 것이다.

상술한 본 발명의 목적은 제 1항에 따른 가열 장치에 의해 달성된다.

구체적으로, 상술한 본 발명의 목적은:

적어도 하나의 가열 구조(heating arrangement);

상기 가열 구조에 전력을 공급하는 전력 공급 수단;

상기 가열 구조를 수용하며, 길이 방향으로 유체 매질이 흐르는 하우징을 포함하는 가열 장치에 의해 달성되며, 상기 적어도 하나의 가열 구조는:

상기 매질이 흐르는 개구(openings)를 구비하는 열 교환용 플레이트로서 마련되는 적어도 두 개의 그리드 소자들로서, 상기 그리드의 평면은 상기 플레이트와 상기 유체 매질 간의 열에너지 교환을 위해 구현되는 적어도 두 개의 그리드 소자들;

적어도 하나의 가열 소자로서, 구체적으로 상기 그리드 소자들 사이에 배열되는 PTC 소자;를 포함하며,

상기 적어도 하나의 가열 구조는 상기 그리드 소자들의 그리드 평면이 실질적으로 상기 길이 방향에 직교하도록 배열되는 방식으로 상기 하우징 내에 배열되어, 매질의 흐름이 실질적으로 상기 그리드 평면에 직교하도록 배향되고,

상기 그리드 소자들 및 상기 적어도 하나의 가열 소자는 적어도 하나의 인장 소자(tensioning element)에 의해 서로에 대해 보강되도록(braced) 배열되어 접촉하고, 각각의 그리드 소자는 적어도 하나의 접촉 영역을 구비하고 상기 그리드 소자가 실질적으로 상기 접촉 영역을 통해 상기 적어도 하나의 가열 소자로부터 열에너지를 흡수하는 방식으로 배열된다.

본 발명의 핵심은 상기 사용되는 열 교환용 플레이트가 그 개구에 의해 공기와 같은 매질이 개구를 통해 흐름에 따라 달성될 높은 스월링(swirling)을 가능하게 하는 그리드 소자라는 것이며, 반면 흐르는 매질은 그리드 소자들 사이에서 다시 진정될 수 있다. 이는 급격히 가열 장치로부터의 열 출력이 급격히 증가되도록 하고, 이러한 방식으로 높은 효율이 달성될 수 있다. 동시에, 가열 소자는 열 교환에 의해 냉각되고, 따라서 항상 사용 가능하게 준비된다. 또한, 전력 조절이 상기 개구의 변경에 의해 달성될 수 있으며, 다시 말해, 다양한 구멍 뚫린(perforated) 그리드 또는 그리드 소자(사이즈, 개구의 형태)를 사용하여 달성될 수 있다. 임의의 원하는 형태의 개구를 제공하는 것이 가능하며, 예를 들어 다이아몬드 형, 타원형 또는 곡선형 개구를 제공할 수 있다.

상기 적어도 하나의 인장 소자는 추가적인 연결 조치가 없이, 그리드 소자 및 가열 소자(들)이 용이하게 함께 결합될 수 있도록 하고, 그 결과 가열 소자로부터 그리드 소자로 최적의 열 전달을 제공한다. 따라서, 예를 들어, 전기적으로 전도성인 접착 연결을 사용하여 제공하는 것이 가능하다. 보강재(bracing)는 접착 연결의 경우에서 가능한 것보다 더 높은 온도의 사용을 가능하게 한다. 이 정도까지, 그리드 소자들 사이에 배열된 적어도 하나의 가열 소자를 구비한 그리드 소자들은 적은 재질을 사용하여 단순한 방식으로 제조가능하고 효율적을 구동하는 가열 구조이다.

그리드 소자에서 개구에 의해, 열 교환용 플레이트의 표면적은 증가하고, 또한, 매질은 그를 통과하여 흐름에 따라 선회되고(swirled), 그 결과 개선된 출력의 열 에너지가 달성될 수 있다. 스월링 후, 매질은 스트레스가 경감되고, 다음 그리드 소자를 향해 보다 층류(laminar flow)를 형성하여 흐른다. 스월링 및 스트레스 경감 구역은 가열 장치의 효율을 증가시킨다.

용어 "길이 방향(longitudinal direction)"은 본 발명의 명세서에서 가열 장치의 구성(construction) 방향을 의미한다. 그리드 소자는 하우징 내에서 매질이 그들을 통해 연속적으로 흐를 수 있도록 하나 뒤에 다른 하나가 잇따라 배열되는 방식으로 배열된다. 다시 말해, 하우징은 그 길이 방향으로 매질을 흘러보낼 수 있다. 길이 방향은 또한 z 방향이라고 언급될 수 있다.

바람직하게, 팬은 매질의 흐름을 발생시키기 위해 하우징 내에 배열된다. 이는 가열 요소에 의해 열 에너지가 충분히 생성되도록 보증하거나 가열 소자가 주변 환경에 노출되도록 한다.

바람직하게, 그리드 소자는 전기적 전도성 물질로 구성되고 전력 공급 수단은 적어도 하나의 가열 소자가 그리드 소자를 통해 전력공급되는 방식으로 그리드 소자 상에 구현되고 배열된다. 열 및 전기전류 둘 모두가 본 발명에 따른 구조에서 흐름에 따라, 상기 구조는 가열 소자와 그리드 소자 사이에 절연 영역을 제공(이는 가열 소자로부터 그리드 소자로의 열 출력 또는 열 전달을 방해함)하지 않은 단순한 방식으로 구현될 수 있는 방식으로 구성된다. 따라서, 전류의 경로는 그리드 소자를 통해 가열 소자로 유도되며; 열 에너지의 최적의 교환이 동시에 달성될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 적어도 두 개의 가열 구조들이 제공되고, 상기 가열 구조들은 매질이 연속적으로 이들을 통해 흐르도록 서로에 대해 샌드위치 형태로 배치된다. 이 경우, 가열 소자 및 적어도 하나의 인장 소자는 가열 소자 및 접촉 영역이 하나 위에 다른 하나가 위치하고 모든 가열 구조들을 넘어 서로에 대해 보강되는 방식으로 배열된다. 그리드 소자, 구체적으로 접촉 영역은 가열 소자, 에컨대 PTC 소자를 위해 베어링 면(bearing face)이 가능한 한 평평해야 하며, 이는 가열 소자와 그리드 소자 간에 최고의 열 교환을 달성가능하게 하기 위함이다. 이는 가열 장치로부터 가능한 한 높은 파워를 획득하는 팩터이다.

전술한 바와 같이, PTC 소자는 가열 소자에 적합하다. 그러나, 다른 가열 소자 역시 이러한 목적을 위해 제공될 수 있다.

다시 말해, 가열 구조가 하우징 내에서 길이 방향, 즉 흐름 방향으로 하나 위에 다른 하나가 잇따라 배열됨에 따라, 접촉 영역은 또한 하나 위에 다른 하나가 잇따라 위치되고, 가열 소자는 가열 구조 내에서 접촉 영역들 사이에 각각 제공된다. 상기 구조에서, 전력 공급 수단은 가열 소자, 구체적으로 PTC 소자가 병렬로 연결되도록 배열되고 구현되어야 함이 지켜져야 하며, 이는 오직 이러한 방식 만이 가열 수단의 마찰 없는 동작을 보증하기 때문이다.

PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자는 낮은 온도에서 전류를 매우 효율적으로 통하게 하며, 반면 온도가 상승함에 따라 그 전기 저항 역시 증가한다. 따라서, PTC 소자는 특정 온도에서 스위칭 오프되므로, 자기-제한적(self-limiting)으로 동작한다. 이는 과열되는 것을 방지한다.

일 실시예에서, 바람직하게 모든 그리드 소자들이 실질적으로 서로에 대해 동일한 간격으로 이격되는 방식으로 구현되는, 적어도 하나의 스페이서(spacer)가 가열 구조들 사이에 제공된다. 바람직하게, 가열 구조 내의 그리드 소자는 적어도 하나의 가열 소자에 의해 서로에 대해 이격되어 구비된다. 그리고, 상기 스페이서는 바람직하게 연속적으로 배열된 가열 구조의 상호 마주보는 그리드 소자들 역시 서로에 대해 이격되어 구비되는 방식으로 구현되고, 그 간격은 바람직하게 가열 구조 내 그리드 소자들의 간격에 실질적으로 대응한다. 이는 전류의 경로가 많은 가열 구조들을 통해 안내되는 방식으로 상기 구조를 제공하는 것이 요구되고, 이러한 방식으로 가열 소자로의 전력 공급이 보증된다.

또한, VDE(독일 전기 기술자 협회)의 전기적 요건들은 어떠한 경우에도 상기 간격에 대해 지켜져야 한다. 또한, 상기 간격은 전술한 바와 같은 흐르는 매질을 진정시키기 위한 구역이 실제로 형성될 수 있도록 형성되어야 한다. 또한, 상기 간격은 예비 인장(pretensioning), 전기적 접촉 및 연속적으로 배열된 인접한 PTC로부터의 대응하는 열적 분리(thermal decoupling)를 수행하는 스프링에 의해 정의된다.

본 발명에 따른 일 해결책은 그리드 소자의 상호 마주보는 가장자리에서 제공되는 접촉 영역을 제공한다. 이는 접촉 영역이 예를 들어 두 개의 마주보는 측면에 배열되도록 한다. 이러한 방식으로, 많은 수의 가열 소자가 그리드 소자의 접촉 영역 상에 구비되어도 샌드위치 형태의 구조로 배열될 수 있도록 하여, 그리드 소자 및 가열 소자의 안정된 스택이 형성되도록 한다. 또한, 적절하다면, 전술한 바와 같이, 스페이서가 제공되며, 상기 스페이서는 상기 스택을 안정시킬 수 있는 방식으로 접촉 영역과 가열 소자의 영역에 추가로 배열된다.

바람직하게, 브리지 소자(bridge element) 또는 리테이닝 브래킷(retaining bracket)은 적어도 두 개의 가열 구조들을 둘러싸고 그리드 소자 및 가열 소자를 서로에 대해 보강하는 방식으로 인장 소자로서 제공되고 구현된다. 다시 말해, 브리지 소자는 가열 구조들을 함께 유지하도록 제공되고, 그리드 소자와 적어도 하나의 가열 소자 간의 결합(cohesion)은 각각의 가열 구조 내에서도 브리지 소자에 의해 보장된다. 또한, 이하 보다 상세하게 기술되는 바와 같이, 브리지 소자는 전류를 전도시키는 역할을 수행한다.

그리드 소자 및 적어도 하나의 가열 소자를 해당 지점에 유지시키고 서로에 대해 보강되도록 하기 위해 각각의 가열 구조가 브리지 소자에 의해 둘러싸여질 수 있다.

바람직한 실시예에서, 브리지 소자는 적어도 하나의 가열 구조가 하우징 내에서 고정가능하고 그 안에 구비되는 팬 및/또는 하우징으로부터 이격되어 구비되는 방식으로 스페이서 소자와 함께 구현된다. 스페이서 소자는 바람직하게 이들이 지지되는 방식, 예를 들어 하우징 내의 돌기에 의해 지지되거나 또는 돌기들 사이에 클램핑(clamping)되는 방식으로 브리지 영역으로부터 돌출되어, 가열 구조(들)을 하우징 내의 일 지점에 보유한다. 동시에, 스페이서 소자는 하우징 내 다른 컴포넌트, 예컨대 팬으로부터의 적절한 간격을 보장할 수 있다. 이는 브리지 소자가 이 경우 하우징 내에서 가열 구조의 배치를 수행할 수 있도록 하여, 그 결과 가열 장치의 적절한 동작을 기능적으로 보증한다.

바람직하게, 가열 구조들 사이에 배열되는 적어도 하나의 스페이서는 추가적인 인장 소자를 형성하고 예를 들어, 브리지 소자에 대한 대응물로서 동작하도록 탄성적인 방식으로 구현된다. 전술한 바와 같이, 스페이서는 가열 구조들 간의 간격을 보장하기 위해 예를 들어, 가열 구조들 사이에 배열된다. 탄성적 구현은 그리드 소자 및 가열 소자 모두가 개선된 접촉을 위해 서로에 대해 보강될 수 있도록 한다. 또한, 탄성 스페이서는 상대적으로 단단한 브리지 소자의 경우, 다양한 가열 구조들을 위한 보상에 대해 서로 다른 가능성을 허용한다. 따라서, 예를 들어, 탄성 스페이서는 그리드 및/또는 가열 소자의 서로 다른 두께 또는 서로 다른 수가 브리지 소자 내에서 보상될 수 있도록 한다. 또한, 장력(tensioning force), 예를 들어, 즉 컴포넌트들이 서로에 대해 보강되도록 사용되는 힘을 설정하는 것 역시 가능하다. 바람직하게, 스페이서는 균일한 보강(선형 접촉)을 달성하기 위해 실질적으로 전체 접촉 영역 위의 인접한 그리드 소자에 접촉하는 방식으로 가열 구조들 사이에 일체화된다. 또한, 클램핑 동작 역시 상승된 온도에서 인장 소자의 재질의 팽창에 의해 개선된다.

또한, 일반적으로 스프링에 관하여, 연속으로 배열된 인접한 가열 구조들, 예컨대 PTC들로의 열 전달은 선형 베어링 면에 의해 방해됨이 언급되어야 한다. 이는 상기 구조의 성능을 상승시킨다.

본 발명에 따른 일 해결책은 전력 공급 수단으로서 구현될 브리지 소자 및/또는 적어도 하나의 스페이서를 위해 제공된다. 가열 소자, 구체적으로 PTC 소자에 동작하기에 적절한 전력을 공급하는 것은 이들 소자들을 전류의 경로에 일체화시킴으로써 제공될 수 있다.

광범위한 타입의 스프링은 스페이서로서 사용될 수 있으며, 예를 들어, 단순한 V자 형태의 금속 시트 뿐만 아니라 코일형 또는 판 스프링이 사용될 수 있다.

물론, 길이 방향으로 보면 상부 그리드 소자에 부착되는 인장 소자에 의해 가열 구조 또는 그 소자들을 서로에 대해 보강하고, 가열 구조에 대해 가압하는 것 역시 가능하고, 그리고 나서 비탄성 연계 소자는 하부 그리드 소자에 제공된다. 가열 구조는 회로의 단락을 방지하기 위해 서로에 대해 이격되어 배치되어야 한다.

바람직하게, 적어도 하나의 가열 소자 및/또는 그리드 소자, 및 적절한 경우 적어도 하나의 스페이서는 프레임 소자의 수용 영역(receiving regions)에 장착되고, 상기 수용 영역은 적어도 하나의 가열 소자 및/또는 그리드 소자, 및 적절한 경우 적어도 하나의 스페이서가 실질적으로 길이 방향에 직교하도록 고정되고 배열되어 길이 방향에서 제거가능하도록 구현되며, 적어도 하나의 가열 소자 및 적절한 경우 적어도 하나의 스페이서는 그리드 소자의 접촉 영역에 대해 길이 방향으로 안착한다.

다시 말해, 하나의 수용 영역에 장착된 컴포넌트(예를 들어, 가열 소자 및 스페이서)는 오직 길이 방향으로만 대체가능하고 x 및 y 방향으로 고정된다. 이는 가열 수단의 설치를 가능하게 하고 또한 하우징 내에 가열 소자 또는 스페이서의 배치를 가능하게 한다.

그리드 소자의 수용을 위한 영역은 프레임 소자 상의 고정 돌기에 의해 형성되어, 그 결과 가열 소자 또는 소자들을 둘러싸는 두 개의 그리드 소자들이 실질적으로 중앙에 집중된 방식으로 프레임 상에 배열되도록 한다. 고정 돌기들은 그리드 소자들 둘 모두를 수용할 수 있도록 아래 방향과 윗 방향 둘 모두를 향해 z 방향을 가리킨다.

전술한 바와 같이, 접촉 영역이 그리드 소자의 두 상호 마주보는 측면 또는 가장자리에 제공되면, 예를 들어, 그리고 나서, 수용 영역은 그에 따라 프레임 소자에 배열되며, 다시 말해 수용 영역은 프레임 소자의 두 개의 상호 마주보는 측면 또는 가장자리에 위치한다. 이러한 방식으로만 가열 소자가 접촉 영역에 접촉할 수 있음을 보장할 수 있다.

바람직하게, 프레임 소자는 하우징으로부터 이격되어 배치된 적어도 하나의 가열 구조가 프레임 소자 내에 장착가능하도록 이격 소자(spacing element)를 사용하여 구현된다. 다시 말해, 프레임 소자는 예를 들어, 가열 구조(들)이 하우징 벽에 접근하는 것을 방지하는 돌기를 구비한다. 이는 가열 소자의 충분한 환기 및 냉각(직접 냉각)을 보장하고, 동시에 하우징이 과열되는 것을 방지한다.

또한, 이격 소자는 가열 장치의 최종 설치를 위해 설치된 가열 구조를 하우징으로 도입할 수 있도록 설치 가이드로서 제공된다. 이는 제조 프로세스를 용이하게 한다.

프레임 소자는 바람직하게 상호 마주보는 수용 영역들이 중앙 지주(central strut)에 의해 서로 간에 접촉되는 방식으로 구현된다. 상기 지주는 프레임 소자를 안정시키도록 도와주며, 이는 구체적으로 서로에 대한 소자들의 보강재를 포함하고, 또한 설치 및 배치용 보조물로서 제공된다. 프레임 소자는 가열 소자 또는 소자들이 원하는 지점에 수용될 수 있도록 한다.

일 실시예에서, 그리드 소자는 철망 그리드(expanded metal grid) 및/또는 구멍뚫린 그리드를 포함한다. 그리드 소자 내에서 개구를 둘러싸는(적절한 경우 적어도 부분적으로 둘러쌈) 벽 영역은 길이 방향으로 적어도 부분적으로 비스듬하게 배향될 수 있다(가열 장치의 구조가 가려지는 한). 다시 말해, 벽 영역은 길이 방향으로 평행하게 배향될 수 있을 뿐만 아니라, 그에 대해 경사질 수도 있다. 벽 영역은 개구를 넘어 길이 방향에 대해 윗 방향 및/또는 아래 방향으로 돌출할 수도 있다(이 점에 대해 이하 상세하게 기술될 것임). 이는 이미 구멍뚫린 그리드에서 제공되는 것보다 매질이 그리드 소자를 통해 흐름에 따라 매질의 높은 스월링을 제공한다. 층류(laminar flow)는 그리드, 구체적으로 확장된 그리드 도는 구조화된 그리드에서 "교란될 수 있고(churned up)", 그 결과 공기 또는 매질의 층을 격리할 수 있다. 스월링은 보다 차가운 공기가 열-발산 면으로 전달되는 것을 보장하고, 따라서 궁극적으로 향상된 성능이 달성될 수 있다.

따라서, 월 영역은 돌출되거나, 또는 길이 방향에 대해 적어도 부분적으로 비스듬한 배향을 가진 벽 영역을 구비한 상승부(elevations)는 그리드 평면으로부터 연장될 수 있다. 원칙적으로, 구체적으로 구조화된 그리드(예를 들어, 길이 방향 또는 z 방향으로의 상승부를 구비하거나, 또는 골이 형성되고(corrugated) 그 결과 소성적으로(plastically) 구조화된 그리드)는 큰 스월링을 가능하게 하고, 따라서, 가열 장치의 효율 증가가 달성된다. 연장된 금속 그리드는 구체적으로 그 비스듬한 면 영역으로 인해, 일반적으로 그 자체로 큰 면적을 가진다. 이는 유동 저항의 증가 없이 장시간 동안 매질이 가열될 수 있도록 하고, 동시에 연장된 금속이 보다 효율적으로 냉각 기능을 수행할 수 있도록 한다.

구체적으로 구멍이 뚫린 그리드의 경우, 그리드의 개구는 예를 들어, 임의의 원하는 방식으로 형상이 형성될 수 있다. 연장된 금속 그리드에서, "비틀린(distorted)" 벽 영역은 제조 공정, 예컨대 이 경우에 요구될 수 있는 제조 공정에 의해 주로 생산될 수 있다.

원칙적으로, 철망를 제조하는 그 자체의 방법은 공기 흐름을 위한 높은 스월링을 제공하는 구역을 제공하는 그리드 형태를 생성한다(개구의 비틀림, 예컨대 다이아몬드 형태). 그리드는 개방된 공기의 층류를 파괴하고, 이러한 방식으로 그리드를 통해 흐르는 공기를 보다 균일하고 보다 강력하게 가열할 수 있도록 한다. 상기 흐름은 가장 가까운 그리드에 의해 또 다시 교란될 때까지 그리드들 사이(진정 구역)에서 또 다시 진정된다. 이는 구조의 가열 파워를 상당히 증가시킨다.

이 경우, 그리드 소자의 일부 부분(그리드 평면 내에 있거나 그 위로 돌출된 부분)은 플레이트의 표면에 대해 비스듬하게 향할 수 있으며, 그 결과 흐름의 방향에 대해 비스듬하게 향하여, 보다 넓은 면적이 열 교환을 위해 사용가능하게 되고 스월링이 촉진된다.

소성적으로 구조화된 그리드(그리드 평면 밖으로)의 경우, 접촉 영역에 특별한 주의가 기울여져야 한다. 상기 접촉 영역은 적절한 경우 구조화된 그리드 소자에 추가적으로 부착되어 평평한 베어링 면을 보장해야 한다.

철망 그리드는 경제적으로 제조될 수 있으며, 구체적으로 이는 폐기물이 없기 때문이다. 그리드의 개구는 절단기를 사용한 천공 및 이어지는 그리드의 변형(예를 들어, 절단기로부터 떼어 냄)에 의해 철망에서 형성된다. 철망 제조에 대한 재료 절약 방법은 특히 저렴한 가열 장치에 대한 요구에 부합하도록 한다. 철망은 적절한 경우, 스월링을 촉진하는 골이 형성되고(corrugated), 소성적으로 구조화된 면(비스듬한 영역을 구비함)을 구비한다. 또한, 철망 그리드는 높은 강도와 높은 표면 안정성을 제공한다.

그리드 구조물은 상이한 파워에 맞게 개조될 수 있으며, 이는 공기의 처리량(throughput)이 증가하거나 감소하도록 한다. 이는 가열 소자로부터 열의 추출에 영향을 미친다. 또한, 상이한 파워의 PTC 소자를 사용할 수도 있다.

바람직하게, 그리드 소자는 개구를 구비하지 않은 적어도 하나의 접촉 영역을 구비한다. 이는 구체적으로 그 구조로 인해, 균일하게 매끈한 면을 구비하지 않고, 그 결과 가열 소자가 접촉 영역 전체에 완전히 안착할 수 있도록 하는 접촉 영역을 구비하지 않은 구조화된 그리드 소자에서 유리하다. 평평한 면을 가지는 구멍뚫린 그리드에서, 가열 소자는 또한 구멍뚫린 영역에 안착할 수 있다. 그러나, 이 경우에서도, 명백한 접촉 영역(개구를 구비하지 않음)은 열 전달을 개선한다.

바람직한 실시예에서, 가열 소자 및 접촉 영역은 실질적으로 각각의 경우 그리드 소자의 전체 가장자리에 걸쳐 연장된다. 따라서, 가장 바람직한 베어링 또는 받침대(abutment) 또는 접촉 영역은 최적의 열전달을 위해 사용된다.

이러한 방식으로, 많은 가열 구조는 가열 장치에 제공될 수 있으며, 이는 가열 장치의 요구사항 및 사이즈에 의존한다. 따라서, 특정 구성의 가열 구조는 가열 장치의 세 개의 차원들 모두가 변경될 수 있도록 하며, 즉, 가열 장치의 치수는 요구되는대로 변경될 수 있다.

WO 2006/058687은 본 명세서에 기술된 바와 같이 본 발명에 따른 기술적 특징이 적용될 수 있는 구조, 팬 히터를 개시한다.

본 발명이 열원 및 적어도 하나의 열 교환용 플레이트를 구비한 열 교환기를 더 포함할 수 있음은 전술한 바로부터 명백할 것이다.

열 교환기는, 예를 들어, 배출되는 가스 또는 배출되는 공기 열의 사용을 위해 또는 매우 일반적으로 에어컨 시스템의 가열 또는 냉각을 위해 사용된다. 예를 들어, 감지식 전기 또는 전자 컴포넌트를 포함하는 스위치 캐비넷의 온도는 열 교환기를 사용하여 적절한 정도로 조절될 수 있다.

가장 잘 알려진 열 교환기의 디자인은 이들을 비효율적으로 만들고, 그 결과 제공되는 에너지는 충분히 이용될 수 없다. 또한, 상업적으로 허용가능한 가격은 상대적으로 낮다.

열 교환용 소자는 범용으로 사용가능하고, 임의의 요구되는 파워와 치수를 구비하여 광범위한 기기 및 구조에 일체화될 수 있는 독립형 유닛이다.

열 교환기를 단순화된 공정과 저비용으로 제조 가능할 것이고, 높은 효율이 달성될 것이다.

이러한 타입의 열 교환기는 본원의 제 18항에 기술되고 다음과 같은 구성요소를 포함한다:

열 에너지를 생성하는 적어도 하나의 열원 또는 냉열원(cold source); 및

적어도 하나의 열 교환용 플레이트.

상기 열 교환용 플레이트의 표면은 플레이트와 주변의 유체 매질 간의 열 에너지 교환을 위해 구현되고,

상기 열 교환용 플레이트는 상기 매질이 흐르는 개구를 구비하는 철망 그리드(expanded metal grid)를 포함하고,

적어도 하나의 열 교환용 플레이트는 매질의 흐름이 상기 열 교환용 플레이트의 표면에 실질적으로 직교하도록 배향되는 방식으로 배열된다.

상기 표면은 실질적으로 그리드 평면을 형성하는 영역이다.

그리드 소자, 즉 철망 그리드는 그 개구들로 인해, 매질, 예컨대 공기가 흐름에 따라 달성될 상기 매질의 높은 스월링을 가능하게 하는 열 교환용 플레이트로서 제공된다. 이는 열 교환기의 열 출력 또는 냉각 효과가 두드러지게 증가하도록 하고 그 결과 높은 효율이 달성될 수 있도록 한다.

또한, 파워가 개구들을 변경함으로써 조절될 수 있으며, 즉 다양한(사이즈, 개구의 형상) 철망 그리드 또는 그리드 소자의 사용으로 파워가 조절될 수 있다. 임의의 원하는 형상, 예컨대 다이아몬드 형, 타원형 또는 곡선형의 개구를 제공하는 것 역시 가능하다.

철망 그리드는 경제적으로 제조될 수 있으며, 구체적으로 이는 폐기물이 생성되지 않기 때문이다. 철망은 적절한 경우, 스월링을 촉진하는 골이 형성되거나(corrugated) 소성적으로(plastically) 구조화된 표면(비스듬한 영역을 구비함)을 구비한다. 또한, 철망 그리드는 높은 강도와 높은 표면 안정성을 제공한다.

철망 그리드의 개구는 열 교환용 플레이트의 표면적을 증가시키고 매질이 흐름에 따라 매질의 스월링을 야기하여, 그 결과 개선된 열 전달이 달성가능하다. 스월링 후, 매질은 스트레스가 경감되고 보다 층류(laminar flow)의 형태로 흘러, 매질이 진행함에 따라 대응하는 열 에너지를 전달한다. 스월링 및 스트레스 경감 구역은 열 교환기의 효율을 증가시킨다.

용어 "열 에너지"는 또한 용어 "냉열 에너지(cold energy)"를 포함하고, 용어 "열 전달"은 용어 "냉열 전달"을 포함한다. 따라서, 이하 사용되는 용어 "열 에너지"는 대응하는 열 에너지 및 냉열 에너지 둘 모두를 의미한다.

바람직하게, 적어도 하나의 철망 그리드의 개구를 둘러싸는 벽 영역은 흐름 방향에 적어도 부분적으로 비스듬하게 배향된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 개구는 또한 각각 그리드 평면으로부터 흐름 방향으로 연장된 상승부(elevation)에 의해 적어도 둘러싸여질 수 있으며, 흐름 방향에 적어도 부분적으로 비스듬하게 배향된다. 임의의 경우, 철망 그리드를 포함하는 열 교환용 플레이트의 일부 부분(그리드 평면에 있거나 또는 그를 넘어 돌출되는 부분)은 플레이트의 표면에 비스듬하게 향해질 수 있고, 따라서 흐름 방향에 비스듬하게 향해질 수 있어, 보다 넓은 영역이 열 교환을 위해 사용가능하게 되고 스월링이 촉진된다.

철망 그리드는 일반적으로 (단순히 개구들에 의해), 구체적으로 비스듬한 면 영역에 의해 그 자체로 보다 넓은 면적을 가진다. 이는 보다 넓은 접촉 면적으로 인해 유동 저항의 증가 없이 장시간 동안 매질이 가열될 수 있도록 한다. 또한, 구체적으로 비스듬한 영역을 구비한 철망 그리드 또는 구조화된 그리드(적어도 부분적으로 비-평면인, 예컨대 골이 형성된 표면을 구비한 그리드)를 사용하여, 공기 또는 매질의 층을 격리시키는 층류가 "교란될 수 있다(churned up)". 스월링은 실질적으로 가열되지 않거나 냉각되지 않은 매질이 열 교환용 플레이트로 전달될 수 있도록 보장하고, 그 결과 궁극적으로 열 교환기의 증가된 성능이 달성될 수 있다. 층류의 교란 후, 가열되거나 냉각된 공기는 다시 스트레스가 경감되고 균일하게 전달된다.

열원을 구비하는 열 교환기의 경우, 상기 열 교환기 및 상기 열원은 바람직하게 PTC 소자로서 구현된다. PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자는 저온에서 전류가 매우 효율적으로 도통되도록 하는 반면, 온도가 상승함에 따라 그 전기 저항 역시 증가한다. 따라서, PTC 소자는 특정 온도에서 스위칭 오프되므로 자기-제한적으로 동작한다. 이는 과열되는 것을 방지한다.

바람직하게, 적어도 하나의 열 교환용 플레이트는 적어도 하나의 접촉 영역을 구비하고, 상기 접촉 영역을 통해 실질적으로 열원 도는 냉열원으로부터 열 에너지를 흡수하는 방식으로 배열된다. 적어도 하나의 열원 또는 냉열원은 우수한 열 전달을 위해 가능한 가장 넓은 영역에 걸쳐 철망 그리드와 접촉하도록 의도되고, 접촉 영역은 가능한 한 평면 방식으로 구현된다. 철망 그리드의 경우, 구체적으로 전술한 상승부를 구비하는 경우, 상기 목적을 위해 열원 또는 냉각원과의 접촉을 허용하는 분리된, 구체적으로 구멍이 뚫리지 않은 영역을 제공하는 것이 가능하다. 따라서, 플레이트 및 열원 또는 냉열원은 서로에 대해 샌드위치 형식으로 배열된다.

일 실시예는 매질이 적어도 두 개의 열 교환용 플레이트들을 통해 연속적으로 흐르는 방식으로 배열된 적어도 두 개의 열 교환용 플레이트들을 제공하고, 적어도 하나의 열원 또는 냉열원은 상기 두 개의 열 교환용 플레이트들 사이에 배열된다. 이는 열원 또는 냉열원(또는 복수의 소자들)이 상부 그리드 및 하부 그리드 둘 모두로 열 에너지를 발산할 수 있도록 하여 열 교환기의 성능을 증가시킨다. 그리고 나서 두 개의 플레이트들은 이들 사이에 배열된 적어도 하나의 열원 또는 냉열원과 함께 열 전달 구조를 형성한다.

바람직하게, 적어도 하나의 인장 소자는 열 교환용 플레이트 또는 플레이트들과 적어도 하나의 열원 또는 냉열원이 서로에 대해 보강되도록 배열되어 서로 접촉하는 방식으로 구현되고 배열된다. 이러한 방식으로, 예를 들어, 적어도 하나의 열 교환용 플레이트 및 적어도 하나의 열원 또는 냉열원을 둘러싸는 브리지 소자를 제공하는 것이 가능하고, 이러한 방식으로, 플레이트와 열원 또는 냉열원 간의 결합 및 우수한 접촉을 보장한다.

적어도 하나의 인장 소자는 추가적인 연결 조치 없이 그리드 소자 및 열원(들)이 용이하게 함께 결합될 수 있도록 하고, 그 결과 열원 또는 냉열원으로부터 그리드 소자로의 최적의 열 전달이 제공된다. 따라서, 이는 예를 들어, 접착제 연결을 사용하여 제공될 수 있다. 보강재는 접착제 연결의 경우에 가능한 것 보다 더 높은 온도의 사용을 가능하게 한다.

열 교환기의 성능을 증가시키기 위해, 두 개의 열 전달 구조는 서로에 대해 샌드위치 형태로 배열될 수 있어, 매질은 하나 뒤에 다른 하나가 배열되는 두 개의 구조들을 통해 흐른다. 적절한 스월링 및 스트레스 경감 구역을 제공하기 위해, 구조는 서로에 대해 이격되어 배열될 수 있으며, 매질의 흐름은 실질적으로 그리드 평면에 직교하는 방향으로 부딪힌다. 두 개의 열 전달 구조들 사이의 간격은 V자 형상의 금속 시트와 같은 추가적인 인장 소자로서 바람직하게 구현되고 브리지 소자에 반작용하는 적어도 하나의 스페이서에 의해 제공될 수 있다. 이는 열 교환용 플레이트를 구비하는 열원 또는 냉열원의 균일한 보강을 제공하고, 그 결과 최적의 열전달을 보장한다.

열원 또는 냉열원으로부터 철망 그리드로의 가능한 가장 균일한 열 전달을 보장하기 위해, 두 개의 접촉 영역은 바람직하게 열 교환용 플레이트(들)의 서로 마주보는 두 개의 가장자리들에 배열되도록 제공된다. 그 결과, 많은 열원 또는 냉열원은 열 교환용 플레이트들 및 열원 또는 냉열원의 안정된 스택을 형성하도록 배열될 수 있으며, 열원 또는 냉열원과 접촉 영역은 하나 위에 다른 하나가 잇따라 배열되는 방식으로 구성된다. 안정된 스택의 형성은 열 또는 냉열원이 두 개의 그리드들 사이에 배열되는 열 전달 구조 모두에 걸쳐 관련된다. 따라서, 적어도 두 개의 열원 또는 냉열원을 철망 그리드 상에(또는 그를 향해) 배열하는 것이 가능하다. 이는 또한 열 교환기의 효율을 증가시킬 수 있다.

바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 열원 또는 냉열원 및/또는 적어도 하나의 철망 그리드는 프레임 소자의 수용 영역에 장착되며, 수용 영역은 적어도 하나의 열원 또는 냉열원 및/또는 철망 그리드가 흐름 방향에 실질적으로 직교하도록 고정되어 배열되는 방식으로 구현되어 흐름 방향으로 제거가능하고 적어도 하나의 열원 또는 냉열원이 적어도 하나의 철망 그리드의 접촉 영역에 대해 흐름 방향으로 안착하도록 한다.

다시 말해, 수용 영역에 장착된 컴포넌트는 흐름 방향(z 방향으로 가정)으로만 대체가능하고, x 및 y 방향으로는 고정된다. 이는 열 교환기의 설치를 용이하게 하고 또한 열원 또는 냉열원 및 플레이트의 배치를 용이하게 한다.

철망 그리드 또는 그리드들을 수용하는 영역, 즉 열 교환용 플레이트를 수용하는 영역은 프레임 소자 상의 고정 돌기에 의해 형성되고, 따라서, 철망 그리드 또는 그리드들이 실질적으로 중앙 집중 방식으로 프레임 소자에 배열되도록 한다. 고정 돌기는 두 개의 그리드 소자들을 수용가능하도록 아래 방향 및 윗 방향 둘 모두를 향해 z 방향을 가르킨다.

전술한 바와 같이, 접촉 영역은 그리드 소자 상의 서로 마주보는 두 측면 또는 가장자리에 제공되며, 예를 들어, 그리고 나서 수용 영역은 그 결과 프레임 소자에 배열되며, 다시 말해, 수용 영역은 프레임 소자의 서로 마주보는 두 측면 또는 가장자리에 위치된다. 이러한 방식으로만, 열원 또는 냉열원이 접ㅈ촉 영역에 최적으로 접촉할 수 있음을 보장할 수 있다.

바람직하게, 전력 공급 수단은 적어도 하나의 열원(적절한 경우 냉열원까지 포함함)이 적어도 두 개의 열 교환용 플레이트들을 통해 전력이 공급될 수 있는 방식으로 구현되고 제공된다.

구체적으로, PTC 소자는 이러한 방식으로 용이하게 전력이 공급될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 각각의 철망 그리드에 대한 전력 공급 수단의 각각의 연결부는 PTC 소자가 병렬로 연결되는 방식으로 부착된다(이러한 방식만이 그 보장되는 기능적으로 적절한 동작이다). 두 개의 열 전달 구조들이 제공되면, 인장 소자(브리지 소자 및 스페이서)는 전기적 전도성 방식으로 구현될 수 있고 전력 공급 수단의 일부를 형성할 수 있다. 서로에 대한 소자의 보강은 최적의 열 전달을 보장할 뿐만 아니라 전류의 경로를 정의한다.

물론, 열원 그리고 적절한 경우 냉열원에 전력을 직접적으로 공급하는 것 역시 가능하다. 대안적으로, 소자, 예컨대 냉각원은 냉각 호스로서 제공되고, 예를 들어 에어컨 시스템에서 열 전달 구조의 외부를 냉각시킨다.

예를 들어, 펠티에 소자(Peltier elements)는 또한 가열 또는 냉각 소자로서 사용될 수도 있다.

모든 타입의 열 또는 냉열 공급 소자는 열 교환용 플레이트로서 철망 그리드와 함께 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 가열 또는 냉각 호스는 또한 플레이트와 상호작용할 수 있다. 임의의 경우, 가열되거나 냉각될 매질은 임의의 방식으로 열 교환용 플레이트로 전달될 수 있다.

본 발명의 추가적인 실시예는 종속항들에 의해 기술된다.

본 발명에 따르면, 열 교환기는 열 에너지가 효율적인 방식으로 전달될 수 있도록 하고, 열 전달 구조는 환경 친화적인 재질로 구성될 수 있다.

본 발명은 이하 도면을 참조로 보다 상세하게 설명될 에시적인 실시예들을 기반으로 이하 기술된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열 장치의 하우징 내부가 도시된 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1에 도시된 실시예에 제공된 가열 구조의 분해도이다.
도 3은 도 2에 따른 가열 구조의 조립 사시도이다.
도 4는 두 개의 샌드위치 형태로 배열된 가열 구조를 위한 흐름 시트(flow sheet)를 도시하는 등가 회로도이다.
도 5는 도 1에 따른 실시예의 아래에서 바라본 사시도이다.
도 6은 도 1에 따른 실시예의 뒤에서 바라본 사시도이다.
도 7은 접촉 영역을 구비한 그리드 소자의 예를 도시한다.
도 8은 브리지 소자의 추가적인 구성을 도시한다.

이하, 유사하고 동일한 부분에 대해 동일한 도면번호가 사용될 것이다.

많은 가열 구조, 그리드 소자, 프레임 소자, 브리지 소자 및 스페이서는 각각 그들의 고유 도면 번호를 사용하여 제공된다. 다른 소자, 예컨대 그리드 소자 내의 개구들(openings), 접촉 영역, 가장자리, 가열 소자, 수용 영역 등은 오직 하나의 평면에 대해서만(즉, 그리드 소자 또는 프레임 소자만을 위해서만) 각각 표시되어, 도면이 복잡해지지 않도록 하였다. 가열 구조를 위해 또는 그리드 소자 또는 프레임 소자를 위해 표시된 세부사항들은 또한 제 2 가열 구조에서 발견될 수 있거나 추가적인 그리드 또는 프레임 소자에서 발견될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가열 장치(10)의 실시예의 사시도이다. 이 경우 단면이 도시되었다. 가열 장치(10)는 실질적으로 가열 구조들(heating arrangements)(30, 31) 및 매질의 흐름을 생성하는 팬(100)을 수용하는 하우징(20)을 포함한다. 유체 매질은 상기 하우징(20)을 통해 길이 방향(L)으로 흐를 수 있다. 이러한 이유로, 상기 하우징은 상부 측과 하부 측 둘 모두에 매질의 흐름이 통과될 수 있고, 동시에 하우징의 내부로 유입되는 것을 방지하는 보호용 그리드(22, 23)를 구비한다. 팬(100)은 하우징(20)의 하부측을 통해 그리고 하부측의 보호용 그리드(23)를 통해 공기를 유입하며(도 5에 보다 분명하게 도시됨), 예를 들어, 상기 공기를 가열 구조(30, 31) 및 하우징(20)의 하부 측에 위치한 보호용 그리드(22)를 통해 외부로 전달한다.

요구되는 열 에너지를 생성하기 위한 가열 구조(30, 31)는 팬(100) 위에 길이 방향(L)으로, 즉 하우징의 상부 측 방향으로 배열된다. 가열 구조(30, 31)는 도 2 및 도 3을 참조로 보다 상세하게 기술될 것이다. 도 2에 따른 분해도 및 도 1에 도시된 바와 같이, 두 개의 결합된 가열 구조들(30, 31)은 여기에 제공된다. 가열 구조들(30, 31)은 매질이 그를 통해 연속적으로 흐르도록 하나가 다른 하나에 잇따라 구비되는 샌드위치와 같은 구조로 배열된다.

가열 구조(30 또는 31)는 열 교환용 플레이트로서 제공되는 적어도 두 개의 그리드 소자들(40, 41 또는 42, 43)을 포함한다. 그리드 소자들(40, 41 또는 42, 43)은 팬(100)에 의해 유입된 공기를 하우징(20)을 통해 외부로 배출하기 위해(가열된 형태로) 매질이 통과하여 흐를 수 있는 개구들(openings)(44)을 구비한다. 플레이트와 유체 매질 간의 열 에너지 교환을 위해, 그리드 소자들(40, 41 또는 42, 43) 또는 그리드 평면(46)은 그리드 소자들(40, 41 또는 42, 43)의 그리드 평면(46)이 길이 방향(L)에 실질적으로 직교하는 방향으로 배열되도록(도 1 참조) 하우징 내에 구현되고 배열되어, 매질의 흐름은 그리드 평면(46)에 실질적으로 직교하도록 배향된다.

생성된 열을 그리드 소자들(40, 41, 42, 43)로 발산할 수 있는 가열 소자들(50a, 50b, 50c, 50d)은 각각 두 개의 그리드 소자들(40, 41 또는 42, 43) 사이에 배열된다. 가열 소자들(50a, 50b, 50c, 50d)은 이 경우 바람직하게 PTC 소자이다. 도 2에 도시된 바와 같이, PTC 소자는 이들이 그 표면으로 그리드 소자들을 길이 방향(L)으로 접촉할 수 있도록 사각형 프레임 소자(60 또는 62)에 장착되고 모든 다른 방향에서 고정되어, 실질적으로 길이 방향(L)에 직교한 방향으로 배치된다. 가열 소자들(50a, 50b, 50c, 50d)을 고정시키기 위해, 프레임 소자(60, 62)는 중앙 지주(central strut)(65)에 의해 서로에 대해 연결되는 수용 영역(receiving regions)(63a, 63b)을 구비한다. 수용 영역(63a, 63b)은 각각의 프레임 소자(60, 62)의 서로 마주보는 가장자리들(67a, 67b)에 배열되어, 각각의 프레임 소자는 적어도 두 개의 가열 소자들을 수용할 수 있다. 이 경우, 표준 PTC 소자가 사용되어, 수용 영역에서 각각 두 개의 PTC 소자들(50a, 50b 및 50c, 50d) 그리고 그 결과 전체 네 개의 소자들(50a, 50b, 50c, 50d)은 각각 프레임 소자(60, 62)에 수용된다.

이 실시예에서, 그리드 소자(40, 41, 42, 43)는 가열 소자들(50a, 50b 및 50c, 50d)이 각각 그리드 소자들(40, 41, 42, 43)에 대해 안착하는 구멍이 뚫리지 않은 영역, 즉 접촉 영역(45a, 45b)을 구비한다. 접촉 영역(45a, 45b)은 프레임 소자(60, 62)의 수용 영역(63a, 63b)에 따라, 그리드 소자의 두 가장자리들(47a, 47b)에서 상호 간에 마주보며, 가열 소자는 접촉 영역에 접촉할 수 있다. 따라서, 가열 소자들(50a, 50b 및 50c, 50d)로부터의 열 에너지는 각각 접촉 영역(45a, 45b)을 통해 실질적으로 그리드 소자들(40, 41, 42, 43)로 전달되며, 가열 소자는 동시에 그리드 소자를 통해 냉각된다.

도면에 도시된 예시적인 실시예에서, 그리드 소자들(40, 41, 42, 43)은 도 7에 도시된 바와 같이, 단순한 구멍뚫린(perforated) 그리드로서 구현된다. 평면을 가지는 그리드에서, 도시된 예와 같이, 가열 소자들(50a, 50b, 50c, 50d)이 그리드 소자에 항상 안착함에 따라, 접촉 영역(45a, 45b)은 구멍뚫린 방식으로 구현될 수도 있다. 구조화된 그리드의 사용으로, 즉, 길이 방향으로 상승부(elevations)를 구비하는 그리드 소자, 예를 들어 구멍이 뚫리지 않은 평평한 접촉 영역은 가열 소자의 균일한 받침을 보장하기 위한 방법이다. 개구 주변의 상승부는 예를 들어 철망 그리드(expanded metal grids)에 제공되고, 상기 구조는 그리드의 제조 공정을 사용하여 생성될 수 있다. 구멍이 뚫린 그리드에서, 개구는 또한 변형된 재질에 의해 둘러싸여질 수 있으며, 그리고 나서 재질은 그리드 평면으로부터 길이 방향 또는 z 방향(L)으로 돌출한다. 철망 그리드에서, 임의의 상승부는 용이하게 생성될 수 있다. 이러한 상승부는 매질이 이를 통과하여 흐름에 따라 매질의 스월링(swirling)의 정도를 증가시키며, 따라서 가열 장치의 효율을 증가시킬 수 있다. 구체적으로 우수한 스월링은 상승부가 구조의 길이 방향에 관하여 적어도 부분적으로 비스듬하게 향하는 벽 영역(wall regions)을 구비하는 경우 달성될 수 있다. 개구 자체는 또한 벽 영역에 의해 둘러싸여질 수 있으며(그리드 평면에서), 그 배향은 적어도 부분적으로 비스듬하다.

개구(44)는, 구체적으로 그리드 평면(46) 및/또는 개구(44) 주변에 구현되고 그리드 평면(46)으로부터 돌출되는 상승부에서 비스듬한 벽 영역 및 인접한 배리어가 없는(barrier-free) 공간과 함께(적절한 경우, 다음 그리드 소자까지) 가열 장치의 효율을 매우 증가시키는 매질의 흐름에 대한 스월링의 구성과 스트레스 경감 구역을 가능하게 한다. 다시 말해, 스월링 후, 매질의 흐름은 진정되고 그리고 나서, 변경된 열 에너지와 함께 실질적으로 층류(laminar flow)의 형태로 전방으로 전달될 수 있다.

프레임 소자(60, 62)는 가열 소자가 배열되지 않은 측면 또는 가장자리에 그리드 소자(40,41,42,43)를 위한 추가적인 수용 영역(63c)을 정의하는 고정 돌기(64)를 더 구비한다. 고정 돌기(64)는 아래 방향 및 윗 방향 둘 모두를 향해 길이 방향으로 연장하며, 그 결과 그리드 소자들 둘 모두가 프레임 소자에 고정될 수 있도록 한다.

또한, 이 경우 프레임 소자(60, 62)는 네 개의 코너 영역들에 이격 소자들(66a,66c,66d)을 구비하여(제 4의 이격 소자는 여기에서 보이지는 않음), 하우징(20)으로부터 이격되어 구비된 가열 구조들(30, 31)은 그 안에 장착가능하다. 이격 소자들(66a, 66c, 66d)은 가열 구조들(30, 31)을 하우징 내에 보다 용이하게 삽입할 수 있도록 설치 보조기구로서 더 기능한다.

도 2에 더 도시된 바와 같이, 추가적인 프레임 소자(61)는 두 개의 가열 구조들(30, 31) 사이에 배열된다. 반면, 상기 프레임 소자(61)는 고정 돌기(64)를 통해 두 개의 가열 구조들(30, 31)의 인접한 두 개의 그리드 소자들(41, 42)을 고정하며; 반면, 스페이서(80, 81)는 가열 소자를 수용하기 위해 두 개의 영역들(63a, 63b)을 통해 고정된다. 다시 말해, 스페이서(80, 81)는 이 경우 가열 소자 대신에 제공되어, 두 개의 가열 구조들(30, 31)은 서로에 대해 이격되어 배열된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 두 개의 브리지 소자들(70, 71)은 각각의 경우, 그리퍼 암(gripper arms)을 구비하여 접촉 영역들(45a, 45b)이 또한 제공되는 상호 마주보는 측면에 두 개의 가열 구조들(30, 31)을 에워싼다. 브리지 소자들(70, 71)은 적어도 두 개의 가열 구조들(30, 31)을 둘러싸고 그리드 소자(40,41,42,43)과 가열 소자들(50a, 50b, 50c, 50d)을 각각의 프레임 소자들(60, 62)에서 서로에 대해 보강하도록(서로 함께 가압함) 인장 소자로서 구현된다.

스페이서 소자들(72) (이 경우 네 개임)은 브리지 영역 밖으로 연장되어, 가열 구조들(30, 31)은 하우징(20) 내에 고정가능하고, 그 안에 장착가능한 팬(100)으로부터 이격되어 배치되고, 적절한 경우 하우징(20)으로부터도 이격되어 구비된다. 이러한 목적으로, 스페이서 소자(72)가 지지하거나 그 사이에 클램핑되어 하우징의 내부의 일 지점에 가열 구조(들)(30, 31)을 유지하는 돌기(21)가 하우징(20) 내에 제공된다. 동시에, 스페이서 소자(72)는 하우징(20) 내의 다른 컴포넌트, 예컨대 팬(100)으로부터의 적절한 이격 거리를 보장할 수 있다. 이는 브리지 소자들(70, 71)이 이 경우 하우징(20) 내에 가열 구조들(30, 31)의 배치를 수행할 수 있도록 하여, 가열 장치(10)의 적절한 동작을 기능적으로 보장한다.

추가적으로 사용가능한 브리지 소자의 다른 구성은 도 8에 도시된다. 비록 이 경우 그리핑 암이 구부러진 방식으로 구현되지만, 이 소자(70')는 상술한 바와 동일한 기능을 수행한다. 이러한 곡선은 삽입용 경사면(insertion bevel)이 제공되고 브리지 소자가 가열 구조들의 결합부에 보다 용이하게 진입하는 방식으로 구성된다. 이는 제조 공정, 구체적으로 자동화된 공정을 용이하게 한다.

스페이서(80, 81)는 두 개의 가열 구조들(30, 31) 사이에 배열되며, 이 경우, 브리지 소자들(70, 71)과 대응작용을 하는 추가적인 인장 소자들로서 구현된다. 그리드 소자(40,41,42,43) 및 가열 소자(50a, 50b, 50c, 50d)는 인장 소자들(브리지 소자, 스페이서)에 의해 서로에 대해 보강되어, 이 경우 이들은 가열 소자로부터 그리드 소자로의 최적의 열 전달을 보장하고 실질적으로 컴포넌트들 간의 동작을 방지하도록 접촉된다.

브리지 소자(들)(70, 71)과 스페이서(들)(80, 81)의 상호작용은 가열 소자와 그리드 소자들의 서로에 대한 최적의 보강을 구현하며, 인장력은 조절가능하다. 다양한 타입의 스프링은 예를 들어 이러한 목적을 위해 사용될 수 있다. 여기에 도시된 예시적인 실시예가 예를 들어, 골(trough)-형상의 V자 금속 시트(80, 81)를 제공하며, 이는 각각의 접촉 영역을 가열 소자 길이 전체에 걸쳐(선형 접촉) 이를 통해 가압한다. 보강재는 접착 연결에 의해 가능한 온도보다 더 높은 온도의 사용을 가능하게 한다.

프레임 소자들(60, 62) 각각에서 가열 소자(50a, 50b, 50c, 50d)에 전력을 공급하기 위해, 전력 공급 수단(90, 91)이 제공되며, 상기 전력 공급 수단은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 두 개의 그리드 소자들(40, 42)에 연결된 연결부를 포함한다. 서로에 대한 소자들의 보강은 최적의 열 전달을 보장할 뿐만 아니라, 전류의 경로를 정의하기도 한다. 이러한 목적을 위해, 스페이서(80, 81)(V자 금속 시트) 및 브리지 소자들(70, 71)은 전기적 전도성 재질로 구성된다. 기능적으로 적절한 동작을 실현하기 위해, 모든 가열 구조들(30, 31)의 PTC 소자들(50a, 50b, 50c, 50d)은 병렬로 연결되어야 한다. 두 개의 가열 구조들(30, 31)을 구비한 여기에 도시된 실시예에서, 각각의 전력 공급 수단(터미널)은 길이 방향으로 위에서 아래 방향의 순서로, 첫 번째와 끝에서 두 번째 그리드 상에 배열된다. 따라서, 한 편으로 전류의 경로는 상부 PTC소자 및 그리드 소자(41)를 통해 상부 그리드 소자(40)로부터 스페이서(80, 81)로 설정되며, 다른 한 편으로는 브리지 소자를 통해 하부 그리드 소자(43)로, 하부 PTC 소자로, 그리고 나서 그리드 소자(42) 또는 스페이서(80, 81)로 설정된다. 이는 도 4에 구체적으로 도시된다. 전력 공급 수단(90, 91)의 터미널은 예를 들어 크림핑(crimping) 방법 또는 리버팅(riverting) 방법에 의해 그리드 소자에 용접되거나(예를 들어 부분 용접(spot welding) 장치를 사용함), 납땜되거나 또는 고정된다.

도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 실시예에 대응하는 등가 회로도이다. PTC 소자는 병렬로 연결된 저항으로 지시된다(여기에서는 오직 도면번호 (50a) 만이 프레임 소자의 가열 소자들 중 하나를 위해 표시됨). 전력 공급 수단(터미널)(90)은 제 1 그리드 소자에 배열되고 추가적인 전력 공급 수단(터미널)(91)은 제 3 그리도 소자, 즉 길이 방향으로 위에서 아래 방향의 순서로, 끝에서 두 번째의 그리드 소자(40, 42)에 배열된다. 브리지 소자(71)는 회로를 둘러싼다. 스페이서(80 또는 81)는 두 개의 가열 구조들(30, 31) 사이에 도시된다. 회로는 단순화된 형태로 도시된다. 따라서, 예를 들어, 오직 하나의 연결 라인이 스페이서로서 도시되고 또한 오직 하나의 브리지 소자만이 도시된다.

가열 장치는 단지 하나의 가열 구조만을 사용하여 구현될 수 있다. 따라서, 전력은 하나의 그리드 소자를 통해 공급되고 다른 그리드 소자를 통해 다시 제거된다. 또한, 이 경우 브리지 소자는 전기 절연성 재질로 구성되어야 하지만, 브리지 소자는 또 다시 그리드 및 가열 소자를 함께 유지하기 위한 인장 소자로서 제공될 수 있다.

도 5는 도 1에 따른 실시예의 추가적인 사시도이며, 하부 보호용 그리드(23)를 도시한다. 이 도면은 또한 내부가 개방된 하우징(20)을 도시하며, 두 개의 가열 구조들(30, 31) 및 팬(100)을 나타낸다.

도 6은 도 1에 따른 실시예의 추가적인 사시도이다. 이 경우, 하우징(20)은 후방에 도시된다. 가열 장치(10)는 스위치 캐비넷에 배치된 레일에 고정될 수 있으며, 이 경우, 상기 가열 장치는 하우징(20)에 고정된 후크 소자(24)를 통해 고정된다. 또한, 조임용 클립이 사용될 수 있다. 하우징(20)은 가열 장치(10)가 측면으로부터 고정될 수도 있는 방식으로 구현된다.

도 7은 그리드 소자(예를 들어 (40))의 가장자리(47a, 47b)에 분명한 접촉 영역들(45a, 45b)을 구비하는 구멍뚫린 그리드를 도시한다. 가열 소자는 이들 영역에 안착하여, 가열 소자로부터 그리드 또는 그리드들로의 우수한 열 전달을 보장한다.

원칙적으로, 냉각 소자가 또한 가열 소자 대신에 사용될 수 있으며, 그 결과 냉각 수단이 여기에 제공된다.

가열 장치(또는 열 교환기)는 매질(예를 들어 공기)이 실질적으로 하우징을 통해, 즉 가열 장치를 통해 길이 방향으로 흐르도록 구현된다. 물론, 이러한 표현은 (전술한 바와 같이) 매질의 흐름이 스월링될 수 있는 가능성을 배제하지 않도록 의도된다. 스월링은 매질의 흐름이 적어도 부분적으로 진행하도록 야기하고 일시적으로 길이 방향에 평행한 방향으로도 진행하도록 한다.

전술한 바와 같이, 열 교환기는 예를 들어 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 구현될 수 있다.

본 명세서에 기술된 가열 구조를 구비한 본 발명에 따른 가열 장치는 이러한 목적을 위해 제공되는 공간이 단순한 방식으로 가열되어, 이 경우 높은 파워 밀도(power density)가 제어된 가열의 결과로 가능하도록 한다. 상기 가열 장치는 환경 친화적인 재질로 구성되고 낮은 가동 비용으로 구동할 수 있다.

10: 가열 장치 20: 하우징
21: 돌기 22: 상부 보호용 그리드
23: 하부 보호용 그리드 24: 후크 소자
30, 31: 가열 구조 40, 41, 42, 43: 그리드 소자
44: 개구 45a, 45b: 접촉 영역
46: 그리드 평면 47a, 47b: 가장자리
50a, 50b, 50c, 50d: 가열 소자 60, 61, 62: 프레임 소자
63a, 63b, 63c: 수용 영역 64: 고정 돌기
65: 중앙 지지대 66a, 66c, 66d: 이격 소자
67a, 67b: 가장자리 70, 70', 71: 브리지 소자, 인장 소자
72: 스페이서 소자 80, 81: 스페이서, 인장 소자
90, 91: 전력 공급 수단, 터미널 100: 팬
L: 길이 방향, z 방향

Claims (21)

1. - 적어도 하나의 가열 구조(30, 31);
   - 상기 가열 구조(30, 31)에 전력을 공급하는 전력 공급 수단(90, 91); 및
   - 유체 매질이 길이 방향(L)으로 통과하여 흐를 수 있는 상기 가열 구조(30, 31)를 수용하는 하우징(20)을 포함하는 가열 장치로서,
   상기 적어도 하나의 가열 구조는:
   - 상기 매질이 통과하여 흐르는 개구(openings)(44)를 구비하는 열 교환용 플레이트로서 구비되는 적어도 두 개의 그리드 소자들(40, 41 또는 42, 43)을 포함하며, 상기 그리드 소자들의 그리드 평면(46)은 상기 플레이트와 상기 유체 매질 간의 열 에너지 교환을 위해 구현되는 적어도 두 개의 그리드 소자들(40, 41 또는 42, 43); 및
   상기 그리드 소자들(40, 41 또는 42, 43) 사이에 배열되는 적어도 하나의 가열 소자(50, 51, 52, 53)를 포함하며,
   상기 적어도 하나의 가열 구조(30, 31)는 상기 그리드 소자들(40, 41, 42, 43)의 상기 그리드 평면(46)이 상기 길이 방향(L)에 직교하도록 배열되는 방식으로 상기 하우징(20) 내에 배열되어, 상기 매질의 흐름은 상기 그리드 평면(46)에 직교하도록 배향되며,
   상기 그리드 소자들(40, 41, 42, 43) 및 상기 적어도 하나의 가열 소자(50, 51, 52, 53)는 적어도 하나의 인장 소자(70, 71, 70', 80, 81)에 의해 서로에 대해 보강되도록 배열되어 접촉하며,
   상기 그리드 소자들(40, 41, 42, 43) 각각은 적어도 하나의 접촉 영역(45a, 45b)을 구비하고, 상기 접촉 영역(45a, 45b)을 통해 상기 적어도 하나의 가열 소자(50, 51, 52, 53)로부터 열 에너지를 흡수하도록 배열되며,
   적어도 두 개의 가열 구조들(30, 31)이 제공되며,
   상기 가열 구조들은 상기 매질이 상기 가열 구조들을 통해 연속적으로 흐르도록 하나 위에 다른 하나가 겹쳐져 배열되며,
   상기 가열 소자(50, 51, 52, 53) 및 상기 적어도 하나의 인장 소자(70, 71, 70', 80, 81)는 상기 가열 소자(50, 51, 52, 53) 및 접촉 영역(45a, 45b)이 하나 위에 다른 하나가 구비되도록 배치되고 상기 가열 구조들(30, 31) 모두에 걸쳐 서로에 대해 보강되도록 배열되며,
   상기 전력 공급 수단(90, 91)은 상기 가열 소자(50, 51, 52, 53)가 병렬로 연결되도록 배열되고 구현되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 매질의 흐름을 생성하는 팬(100)이 상기 하우징(20) 내에 배열되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 그리드 소자(40, 41, 42, 43)는 전기적 전도성 재질로 구성되고, 상기 전력 공급 수단(90, 91)은 상기 적어도 하나의 가열 소자(50, 51, 52, 53)가 상기 그리드 소자(40, 41, 42, 43)를 통해 전력공급되도록 상기 그리드 소자 상에 구현되고 배열되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
4. 제 2항에 있어서,
   적어도 하나의 스페이서(spacer)(80, 81)가 상기 가열 구조들(30, 31) 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 스페이스(80, 81)는, 모든 그리드 소자(40, 41, 42, 43)가 서로에 대해 동일한 간격으로 이격되도록 구현되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
   접촉 영역(45a, 45b)은 상기 그리드 소자(40, 41, 42, 43)의 서로 마주보는 가장자리들(47a, 47b)에 제공되고, 그 결과 다수의 가열 소자들(50, 51, 52, 53)이 그리드 소자 및 가열 소자로 구성된 안정된 스택을 형성하도록 제공되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
7. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
   접촉 영역(45a, 45b) 및 스페이서들(80, 81)은 상기 그리드 소자(40, 41, 42, 43)의 서로 마주보는 가장자리들(47a, 47b)에 제공되고, 그 결과 다수의 가열 소자들(50, 51, 52, 53)이 그리드 소자, 가열 소자 및 스페이서로 구성된 안정된 스택을 형성하도록 제공되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
8. 제 1항에 있어서,
   브리지 소자(70, 71, 70')는 상기 적어도 두 개의 가열 구조들(30, 31) 및 상기 그리드 소자(40, 41, 42, 43)를 둘러싸고 상기 가열 소자(50, 51, 52, 53)를 서로에 대해 보강하도록 인장 소자로서 제공되고 구현되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
9. 제 8항에 있어서,
   브리지 소자(70, 71, 70')는 상기 적어도 하나의 가열 구조(30, 31)가 상기 하우징(20) 내에 고정가능하고 상기 하우징(20)으로부터 이격되어 상기 브리지 소자에 장착가능하도록 스페이서 소자(72)를 사용하여 구현되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
10. 제 2항에 있어서,
    브리지 소자(70, 71, 70')는 적어도 두 개의 가열 구조(30, 31) 및 상기 그리드 소자(40, 41, 42, 43)를 둘러싸고 상기 가열 소자(50, 51, 52, 53)를 서로에 대해 보강하도록 인장 소자로서 제공 및 구현되고,
    상기 브리지 소자(70, 71, 70')는 상기 적어도 하나의 가열 구조(30, 31)가 상기 하우징(20) 내에 고정가능하고 상기 팬(100) 및/또는 상기 하우징(20)으로부터 이격되어 상기 브리지 소자에 장착가능하도록 스페이서 소자(72)를 사용하여 구현되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
11. 제 4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스페이서(80, 81)는 추가적인 인장 소자를 형성하도록 탄성 방식(resilient manner)으로 구현되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
12. 제 4항에 있어서,
    브리지 소자(70, 71, 70') 및/또는 상기 적어도 하나의 스페이서(80, 81)는 전력 공급 수단으로서 구현되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
13. 제 4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 가열 소자(50, 51, 52, 53) 및/또는 상기 그리드 소자(40, 41, 42, 43)는 프레임 소자(60, 61, 62)의 수용 영역(63a, 63b, 63c)에 장착되고,
    상기 수용 영역(63a, 63b, 63c)은 상기 적어도 하나의 가열 소자 및/또는 상기 그리드 소자가 상기 길이 방향(L)에 직교하도록 고정되고 상기 길이 방향(L)으로 제거가능하도록 배열되는 방식으로 구현되고,
    상기 적어도 하나의 가열 소자는 상기 그리드 소자(40, 41, 42, 43)의 상기 접촉 영역(45a, 45b)에 상기 길이 방향(L)으로 안착하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
14. 제 4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 가열 소자(50, 51, 52, 53) 및/또는 상기 그리드 소자(40, 41, 42, 43)와 상기 적어도 하나의 스페이서(80, 81)는 프레임 소자(60, 61, 62)의 수용 영역(63a, 63b, 63c)에 장착되고,
    상기 수용 영역(63a, 63b, 63c)은 상기 적어도 하나의 가열 소자 및/또는 상기 그리드 소자와 상기 적어도 하나의 스페이서가 상기 길이 방향(L)에 직교하도록 고정되고 상기 길이 방향(L)으로 제거가능하도록 배열되는 방식으로 구현되고,
    상기 적어도 하나의 가열 소자 및 상기 적어도 하나의 스페이서는 상기 그리드 소자(40, 41, 42, 43)의 상기 접촉 영역(45a, 45b)에 상기 길이 방향(L)으로 안착하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
15. 제 13항 또는 제 14항에 있어서,
    상기 프레임 소자(60, 61, 62)는 상기 하우징(20)으로부터 이격되어 배치된 상기 적어도 하나의 가열 구조(30, 31)가 상기 프레임 소자에 장착가능하도록 이격 소자(66a, 66c, 66d)를 사용하여 구현되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
16. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 그리드 소자(40, 41, 42, 43)는 철망 그리드(expanded metal grid) 및/또는 구멍이 뚫린 그리드(punched grid)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
17. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    그리드 소자를 둘러싸거나 적어도 부분적으로 둘러싸는 벽 영역의 상기 개구(44)는 상기 길이 방향(L)에 적어도 부분적으로 비스듬하게 배향되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
18. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 그리드 소자의 일부 부분은 상기 플레이트의 표면에 비스듬하게 향하고, 그 결과 흐름 방향에 비스듬하게 향하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
19. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 그리드 소자(40, 41, 42, 43)는 개구가 없는 적어도 하나의 접촉 영역(45a, 45b)을 구비하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
20. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 가열 소자(50, 51, 52, 53) 및 상기 접촉 영역(45a, 45b)은 각각의 경우, 상기 그리드 소자(40, 41, 42, 43)의 전체 가장자리(47a, 47b)에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
21. 삭제

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