KR101582736B1 - 교차하는 표면 구성들을 가지는 가열, 환기, 및 유체 컨디셔닝 도어 - Google Patents

교차하는 표면 구성들을 가지는 가열, 환기, 및 유체 컨디셔닝 도어 Download PDF

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Abstract

가열, 환기, 및 유체 컨디셔닝 시스템에서 이용하기 위한 유체 분배 도어가 제 1 표면 및 제 2 표면을 가지는 메인 본체를 포함한다. 상기 제 1 표면 및 제 2 표면이 협력하여 제2 파형부와 교차하는 제1 파형부를 형성한다. 상기 제1 파형부 및 상기 제2 파형부의 각각이 3-차원적인 특징부에 의해서 형성된다.

Description

교차하는 표면 구성들을 가지는 가열, 환기, 및 유체 컨디셔닝 도어{HVAC DOOR WITH INTERSECTING SURFACE CONFIGURATIONS}
본원 발명은 유체 유동 분배 도어에 관한 것이고, 보다 특히, 차량 기후 제어 시스템에서 이용하기 위한 유체 유동 분배 도어에 관한 것이다.
차량 기후 제어 또는 가열, 환기, 및 유체 컨디셔닝(HVAC) 시스템 내의 유체 분배 도어들은 탑승자 셋팅들에 따라서 차량을 통해서 유체를 분배한다. HVAC 시스템 내의 변화되는 압력들은 불안정한 힘들을 유발할 수 있고, 그러한 힘들은 유체 분배를 방해하고 그리고 와류 방출(vortex shedding), 도어 진동 또는 떨림(flutter)을 초래하고, 상기 도어 진동 또는 떨림은 HVAC 시스템 전체를 통해서 공진하는 소음을 최종적으로 초래한다. 전형적으로, HVAC 시스템들은 일반적으로 폐쇄형 시스템들이고, 그러한 폐쇄형 시스템들은 내부에서 생성된 소음을 증폭한다. 와류 방출은, 무딘(blunt) 또는 급경사의(bluff) 객체(예를 들어, 유체 분배 도어)를 지나는 유체 이동에 의해서 유발되는 유체의 불안정한 유동으로서 규정된다. 유체 분배 도어를 지나는 유체의 유동은 교번적인 저압 와류들을 생성할 수 있다. 이러한 것이 발생될 때, 유체 분배 도어가 저압 구역을 향해서 이동하는 경향이 있고, 그러한 경향은 유체 분배 도어의 진동 또는 떨림을 유발한다.
전형적으로, 유체 분배 도어가 비교적 큰 무경첩(hinged-free) 타입 플레이트이고, 그리고 공기역학적으로 2-차원적인 급경사의 본체로서 특징지어질 수 있다. HVAC 모듈의 유체 유동 통로들에서, 유체 분배 도어는, 특히 피크 유체 유동 및 압력 조건들에서, 유체가 유체 분배 도어의 노출된 표면들 위에서 유동할 때, 와류 방출 또는 항적들(wakes; 지나간 자국들)을 생성하는 급경사의 본체이다. 와류 방출 및 항적들은 큰 불안정한 힘들을, 심지어는 강력한 진동들을 생성할 수 있고, 그러한 불안정한 힘들은 유체 분배 도어를 급격하게 이동시키거나 유체 분배 도어의 구조적 무결성(integrity)을 손상시킬 수 있는 가능성을 가진다. 이러한 이유로, 와류 방출의 영향들을 제어하여, 유체 분배 도어 상에서 견인(drag)뿐만 아니라 요동 상승(fluctuating lift)의 진폭을 감소시킬 필요가 있다.
또한, 유체 분배 도어가 벤딩이나 파괴 없이 토크를 전달할 수 있는 충분한 경직성(stiff)을 가져야 할 것이다. 만약 유체 분배 도어가 너무 많이 벤딩된다면, 부적절한 밀봉을 제공할 수 있고 그리고 응력 및 변형(stress and strain)이 유체 분배 도어의 항복 강도에 접근하거나 초과할 때 크리프(creep)를 나타낼 수 있을 것이다. 벤딩을 방지하기 위해서, 종래 기술의 유체 분배 도어들이 리브들(ribs) 또는 다른 2-차원적인 특징부들과 같은 부가적인 특징부들을 포함한다. 그러나, 이러한 특징부들은 일반적으로 유체 분배 도어의 중량 및 크기를 증대시킬뿐만 아니라, 제조 중에, 예를 들어, 휘어짐(warping)을 포함하는 치수적 불안정성을 유발한다.
따라서, 비용 및 복잡성을 최소화하면서, 성능, 효율 및 구조적 무결성을 최대화하는 HVAC 시스템용 유체 분배 도어를 생산하는 것이 바람직할 수 있을 것이다.
본원 발명에 일치되고 그리고 본원 발명에 따라서, 비용 및 복잡성을 최소화하면서, 성능, 효율 및 구조적 무결성을 최대화하는 HVAC 시스템용 유체 분배 도어가 놀랍게도 발견되었다.
일 실시예에서, 유체 분배 도어가: 제 1 표면 및 제 2 표면을 가지는 메인 본체를 포함하고, 상기 제 1 표면 및 제 2 표면이 협력하여 제1 파형부 및 제2 파형부를 형성하고, 상기 제1 파형부가 상기 제2 파형부와 교차한다.
다른 실시예에서, 유체 분배 도어가: 제 1 표면 및 제 2 표면을 가지는 메인 본체를 포함하고, 상기 제 1 표면 및 제 2 표면이 협력하여 제1 파형부 및 제2 파형부를 형성하고, 상기 제1 파형부 및 상기 제2 파형부 중 적어도 하나가 적어도 하나의 3-차원적인 특징부에 의해서 형성된다.
또 다른 실시예에서, 유체 분배 도어가: 제 1 표면 및 제 2 표면을 가지는 메인 본체를 포함하고, 상기 제 1 표면 및 제 2 표면이 협력하여 제1 파형부 및 제2 파형부를 형성하고, 상기 제1 파형부 및 상기 제2 파형부 중 적어도 하나가 3-차원적인 파동 패턴을 형성하는 복수의 파형부들(undulations)을 포함한다.
유리하게, 본원 발명의 유체 분배 도어는 도어의 크기 및 중량을 증가시키지 않고도 비교할 수 없는 강도 및 토크 전달을 제공하는 교차 표면 구성들을 포함한다. 또한, 유체 분배 도어는 리브 구조물을 포함하지 않거나 최소의 리브 구조물을 포함하고, 이는 제조 중의 휘어짐 및 그 치수적 불안정성과 관련된 문제들을 최소화한다.
첨부 도면들을 고려할 때, 이하의 발명에 대한 구체적인 설명으로부터 당업자는 발명의 상기의 그리고 다른 목적들 및 장점들을 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 유체 분배 도어의 제 1 표면을 도시하는, 발명의 실시예에 따른 유체 분배 도어의 사시도이다.
도 2는 유체 분배 도어의 제 2 표면을 도시하는, 도 1에 도시된 유체 분배 도어의 사시도이다.
도 3은 도 1의 단면선 3-3을 따라서 취한 도 1-2에 도시된 유체 분배 도어의 횡단면적 사시도이다.
도 4는 도 1의 단면선 4-4를 따라서 취한 도 1-3에 도시된 유체 분배 도어의 횡단면적 사시도이다.
도 5는, 내부에 배치된 도 1-4에 도시된 유체 분배 도어를 도시하는, 차량용 HVAC 시스템의 HVAC 모듈의 평면도이다.
이하의 구체적인 설명 및 첨부된 도면들은 발명의 여러 가지 예시적인 실시예들을 설명하고 도시한다. 설명 및 도면들은 당업자가 발명을 제조 및 이용할 수 있게 하는 역할을 하고 그리고 어떠한 방식으로도 발명의 범위를 제한하기 위한 의도를 가지지 않는다.
도 1-4는 본원 발명에 따른 유체 분배 도어(10)를 도시한다. 유체 분배 도어(10)는 도 5에 도시되고 이하에서 설명되는 HVAC 모듈(100)에서 또는 다른 유체 분배 조립체들 및 시스템들에서 채용될 수 있다. 도시된 유체 분배 도어(10)는, 도 1 및 3-4에 도시된, 제 1 표면(14) 및, 도 2-4에 도시된, 동연의(coextensive) 제 2 표면(16)을 가지는 메인 본체(12)를 포함한다. 메인 본체(12)는 외측 둘레 엣지(18)를 포함하고, 상기 외측 둘레 엣지(18)의 일부는 제 1 측방향 연장 엣지(20), 제 2 측방향 연장 엣지(22), 및 상기 엣지들(20, 22) 사이에 일체로 형성된 제 3 방사상 연장 엣지(24)에 의해서 형성된다. 상기 메인 본체(12)의 외측 둘레 엣지(18)의 다른 부분이 제 1 측방향 연장 엣지(26), 제 2 측방향 연장 엣지(28), 및 상기 엣지들(26, 28) 사이에 일체로 형성된 제 3 방사상 연장 엣지(30)에 의해서 형성된다.
제 1 밀봉 립(lip)(32)이 상기 엣지들(20, 22, 24)에 의해서 형성된 외측 둘레 엣지(18)의 부분 상에 배치된다. 제 1 밀봉 립(32)이 제 1 측방향 밀봉 요소(34), 제 2 측방향 밀봉 요소(36), 및 상기 밀봉 요소들(34, 36) 사이에 일체로 형성된 제 3 방사상 밀봉 요소(38)에 의해서 형성된다. 제 2 밀봉 립(40)이 상기 엣지들(26, 28, 30)에 의해서 형성된 외측 둘레 엣지(18)의 부분 상에 배치된다. 제 2 밀봉 립(40)이 제 1 측방향 밀봉 요소(42), 제 2 측방향 밀봉 요소(44), 및 상기 밀봉 요소들(42, 44) 사이에 일체로 형성된 제 3 방사상 밀봉 요소(46)에 의해서 형성된다. 제 1 밀봉 립(32) 및 제 2 밀봉 립(40)의 각각이, 예를 들어, HVAC 모듈(100)과 같은 유체 분배 유닛의 하우징(미도시)의 일부와 유체 분배 도어(10) 사이의 실질적인 유밀 밀봉을 형성하도록 구성된다. 밀봉 립들(32, 40)이, 예를 들어, 탄성 재료, 폴리머 재료, 탄성 중합체(elastomeric) 재료, 밀봉 포옴(foam), 패딩 재료, 등과 같은 희망하는 임의의 적합한 재료로 형성될 수 있다.
피봇팅(pivoting) 구조물(48)이 메인 본체(12)의 엣지들(24, 30) 중간에 배치되고 그리고 피봇 축(P)을 형성한다. 비-제한적인 예에서, 피봇팅 구조물(48)이 엣지들(20, 26) 사이에 개재된 제 1 피봇 부재(50) 및 엣지들(22, 28) 사이에 개재된 제 2 피봇 부재(52)를 포함한다. 도시된 피봇 부재들(50, 52)의 각각은, 유체 분배 유닛의 하우징 내의 여러 개방 및 폐쇄 위치들 사이에서 피봇 축(P)을 중심으로 유체 분배 도어(10)를 선택적으로 이동시키기 위한 유체 분배 유닛의 구동 메커니즘(미도시)으로 유체 분배 도어(10)를 커플링시키도록 구성된 피봇 부분(54)을 포함한다.
도시된 바와 같이, 제 1 표면(14) 및 제 2 표면(16)이 협력하여, 도 1의 선 4-4을 따라서 취한 도 4로부터 가장 잘 이해될 수 있는 하나 이상의 제2 파형부들(62)과 교차하는, 도 1의 선 3-3을 따라서 취한 도 3으로부터 가장 잘 이해될 수 있는 하나 이상의 제1 파형부들(60)을 형성한다. 교차하는 제1 및 제2 파형부들(60, 62)은 와류 방출에 의해서 유발되는 소음, 진동들, 및 거슬림(harshness)을 저감할뿐만 아니라 유체 분배 도어(10)의 구조적 무결성을 향상시키는 제어 표면들을 제공한다. 도시된 바와 같이, 제1 파형부(60)는 제2 파형부(62)에 대해서 실질적으로 수직으로 형성된다. 그러나, 제1 파형부 및 제2 파형부가, 희망하는 바에 따라서, 임의의 적합한 패턴 또는 배열로 형성될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
특정 실시예들에서, 제1 파형부(60)가 피봇 축(P)에 대해서 파동 패턴(즉, 사인파 패턴)을 형성하는 복수의 3-차원적인 파형부들(64)을 포함한다. 파형부들(64)의 각각이 마루(crest)(66) 및 골(trough)(68)을 가진다. 비-제한적인 예로서, 마루들(66)이 실질적으로 일정한 진폭(A1) 및 실질적으로 일정한 주기(W1)를 가지고, 그리고 골들(68)이 실질적으로 일정한 진폭(A2) 및 실질적으로 일정한 주기(W2)를 가진다. 그러나, 상기 마루들(66) 중의 하나 이상의 진폭(A1) 및/또는 주기(W1)가 메인 본체(12)의 각각의 엣지들(20, 26)로부터 각각의 엣지들(22, 28)까지 달라질 수 있을 것이다. 예를 들어, 메인 본체(12)의 각각의 엣지들(20, 26)로부터 각각의 엣지들(22, 28)까지 점진적으로, 진폭(A1)이 증가될 수 있는 한편 주기(W1)가 감소될 수 있으며, 그리고 그 반대가 될 수도 있다. 또한, 골들(68)의 하나 이상의 진폭(A2) 및/또는 주기(W2)가 메인 본체(12)의 각각의 엣지들(20, 26)로부터 각각의 엣지들(22, 28)까지 달라질 수 있다. 예를 들어, 메인 본체(12)의 각각의 엣지들(20, 26)로부터 각각의 엣지들(22, 28)까지 점진적으로, 진폭(A2)이 감소될 수 있는 한편 주기(W2)가 증가될 수 있으며, 그리고 그 반대가 될 수도 있다.
유사하게, 제2 파형부(62)가 메인 본체(12)의 길이방향 축에 대해서 파동 패턴(즉, 사인파 패턴)을 형성하는 복수의 3-차원적인 파형부들(70)을 포함한다. 파형부들(70)의 각각이 마루(72) 및 골(74)을 가진다. 비-제한적인 예로서, 마루들(72)이 실질적으로 일정한 진폭(A3) 및 실질적으로 일정한 주기(W3)를 가지고, 그리고 골들(74)이 실질적으로 일정한 진폭(A4) 및 실질적으로 일정한 주기(W4)를 가진다. 그러나, 상기 마루들(72) 중의 하나 이상의 진폭(A3) 및/또는 주기(W3)가 메인 본체(12)의 엣지들(24)로부터 엣지(30)까지 달라질 수 있을 것이다. 예를 들어, 메인 본체(12)의 엣지(24)로부터 엣지(30)까지 점진적으로, 진폭(A3)이 증가될 수 있는 한편 주기(W3)가 감소될 수 있으며, 그리고 그 반대가 될 수도 있다. 또한, 골들(74)의 하나 이상의 진폭(A4) 및/또는 주기(W4)가 메인 본체(12)의 엣지(24)로부터 엣지(30)까지 달라질 수 있다. 예를 들어, 메인 본체(12)의 엣지(24)로부터 엣지(30)까지 점진적으로, 진폭(A4)이 감소될 수 있는 한편 주기(W4)가 증가될 수 있으며, 그리고 그 반대가 될 수도 있다.
당업자는, 제1 파형부(60) 및 제2 파형부(62)가, 희망하는 바에 따라, 예를 들어, 복수의 타원형의 또는 다른 형상의 요홈부들(indentations)과 같은 다른 3-차원적인 특징부들로 형성될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 1-2를 다시 참조하면, 메인 본체(12)가 상부에 형성된 하나 이상의 보강부들(80)을 더 포함할 수 있을 것이다. 비-제한적인 예에서, 보강부들(80)의 각각이 메인 본체(12)의 제 1 표면(14) 상에서 상기 피봇 축(P)에 실질적으로 평행하게 형성되고 그리고 상기 제2 파형부(62)의 골들(74)을 따라서 엣지들(20, 22) 사이에서 연장한다. 다른 비-제한적인 예에서, 보강부들(80)의 각각이 상기 피봇 축(P)에 실질적으로 수직하게 상기 메인 본체(12)의 제 2 표면(16) 상에 형성되고 그리고 제1 파형부들(60)의 마루들(66)을 따라서 엣지들(24, 30) 사이에서 연장한다. 또 다른 비-제한적인 예에서, 보강부들(80)이, 제 1 피봇 부재(50)와 제 2 피봇 부재(52) 사이에서 연장하는 교차 패턴으로, 메인 본체(12)의 제 1 표면(14) 및 제 2 표면(16) 상에 형성된다. 보강부들(80)이, 희망하는 바에 따라서, 임의의 적합한 배열들로 상기 메인 본체(12)의 제 1 표면(14) 및/또는 제 2 표면(16) 상의 임의 개소에 형성될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본원 발명은, 유체 분배 도어(10)가 내부에 배치되는, 차량(미도시)의 가열, 환기, 및 유체 컨디셔닝(HVAC) 시스템 또는 기후 제어 시스템(미도시)에서 사용하기 위한 가열, 환기, 및 유체 컨디셔닝(HVAC) 모듈(100)을 더 포함한다. 전형적으로, HVAC 시스템은 차량의 승객실(미도시)을 위한 가열, 환기, 및 유체 컨디셔닝을 제공한다. HVAC 시스템의 HVAC 모듈(100)은 차량 시트 금속(미도시)과 내부 트림 패널(미도시) 사이에 설치되도록 구성된다. HVAC 모듈(100)이, 예를 들어, 계기판 아래에, 대시 패널에, 트렁크 내에, 콘솔 내에, 바닥 아래에, 헤드라이너 내에, 또는 엔진실 내에와 같이, 희망하는 바에 따라서 차량 내의 다른 위치들에 설치될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
HVAC 모듈(100)은 제 1 하우징(112) 및 제 2 하우징(미도시)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 제 1 하우징(112) 및 제 2 하우징이 플라스틱으로 형성되고 그리고 서로 인터페이싱되도록(interfaced) 구성된다. 제 1 하우징(112) 및 제 2 하우징이 희망하는 바에 따라서 다른 재료들로 형성될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 제 1 하우징(112) 및 제 2 하우징이 협력하여, 공급원 유체 유동 도관(114)이 내부에 형성된 중공형 메인 하우징을 형성한다.
제 1 하우징(112) 및 제 2 하우징이 유입구 섹션(116), 혼합 및 컨디셔닝 섹션(118), 및 전달 섹션(119)을 포함한다. 유체 유입구 개구(120)가 유입구 섹션(116) 내에 형성되고 그리고 유체의 공급부와 유체 소통한다. 희망하는 경우에, 필터(미도시)가 유입구 섹션(116)의 상류 또는 하류에 제공될 수 있다. 유체의 공급이, 예를 들어, 차량의 외부로부터 제공될 수 있고, 차량의 승객실로부터 재순환될 수 있고, 또는 양자가 혼합될 수 있다. 혼합 및 컨디셔닝 섹션(118)이 증발기 코어(122), 히터 코어(124), 및 유체 분배 도어(10)를 내부에 수용한다. 증발기 코어(122) 및 히터 코어(124)가 냉각된 유체의 공급원(미도시) 및 가열된 유체의 공급원(미도시)과 각각 소통한다.
혼합 및 컨디셔닝 섹션(118)이 제 1 하우징 벽(130), 제 2 하우징 벽(132), 및 제 3 하우징 벽(134)을 포함한다. 하우징 벽들(130, 132, 134)이 혼합 및 컨디셔닝 섹션(118)의 다른 구조물과 일체로 형성될 수 있고, 또는 독립적으로 형성되어 혼합 및 컨디셔닝 섹션(118) 내에 장착될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 시스템이 도 5에서 실선들로 표시한 냉각 위치에 있는 동안, 제 1 하우징 벽(130) 및 제 2 하우징 벽(132)이 유체 분배 도어(10)와 밀봉식으로 결합한다. 반대로, 시스템이 도 5에서 쇄선들로 표시한 가열 위치에 있는 동안, 제 2 하우징 벽(132) 및 제 3 하우징 벽(134)이 유체 분배 도어(10)와 밀봉식으로 결합한다.
동작 중에, HVAC 모듈(100)은 유체를 가열 또는 냉각/제습하고 그리고 컨디셔닝된 유체를 차량의 승객실로 제공함으로써, 유체를 컨디셔닝한다. 이러한 유체는 유체 유입구 개구(120)를 통해서 HVAC 모듈(100) 내로 인입되고, 공급원 유체 유동 도관(114)을 통해서, 그리고 혼합 및 컨디셔닝 섹션(118) 내로 유동한다. 유체가 증발기 코어(122)로 유동하고, 그러한 증발기 코어에서 유체가 냉각되고 제습된다. 이어서, 컨디셔닝되고, 냉각된 유체 스트림이 증발기 코어(122)를 빠져나간다. 이어서, 유체 분배 도어(10)의 위치에 따라서 유체가 HVAC 모듈(100)을 통해서 유동한다.
설명된 바와 같이, 혼합 및 컨디셔닝 섹션(118)을 통해서 유동하도록 허용되는 유체의 부피 및 온도는 유체 분배 도어(10)의 위치에 의존한다. 유체 분배 도어(10)가 가열 위치로 접근함에 따라, 부가적인 유체가 히터 코어(124)를 통해서 유동하도록 허용된다. 유체 분배 도어(10)의 위치를 제어함으로써, 전달 섹션(119) 상류의 컨디셔닝된 유체 스트림의 온도가 히터 코어(124)를 빠져나오는 유체의 온도와 같은 최대 온도와 증발기 코어(122)를 빠져나오는 유체의 온도와 같은 최소 온도 사이에서 제어될 수 있다는 것을 추가적으로 이해할 수 있을 것이다. 전달 섹션(119)을 통한 그리고 승객실 내로 유체가 유동하는 진입 위치를 통한 유체의 유동을 선택적으로 제어하기 위해서, 유체 분배 도어(10)가 HVAC 모듈(100) 내의 임의 개소에 배치될 수 있을 것이다.
전술한 내용으로부터, 당업자는 본원 발명의 본질적인 특성들을 용이하게 확인할 수 있을 것이고 그리고, 본원 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고도, 발명을 여러 가지 용도들 및 조건들에 적응시키기 위해서 발명에 대한 여러 가지 변화들 및 수정들을 가할 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 유체 분배 도어로서:
    제 1 표면 및 제 2 표면을 가지는 메인 본체를 포함하고,
    제1 방향을 따라서 진행하는 파형으로 형성되는 제1 파형부 및 제2 방향을 따라서 진행하는 파형으로 형성되는 제2 파형부가 상기 제1 표면 및 제2 표면에 형성되고, 상기 제1 방향과 제2 방향은 서로 평행하지 않은 것을 특징으로 하는 유체 분배 도어.
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  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 파형부는 그 주기 및 진폭 중 적어도 하나가 상기 메인 본체에 걸쳐서 일정한, 유체 분배 도어.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 파형부는 그 주기 및 진폭 중 적어도 하나가 상기 메인 본체에 걸쳐서 변화되는, 유체 분배 도어.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 파형부가 상기 제2 파형부에 대해서 직교하도록 배치되는, 유체 분배 도어.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 본체가 상기 메인 본체의 상부에 형성된 적어도 하나의 보강부를 포함하는, 유체 분배 도어.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 본체의 외측 둘레 엣지가 상기 외측 둘레 엣지 상에 배치된 적어도 하나의 밀봉부를 포함하는, 유체 분배 도어.
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