KR101629621B1 - 자동차용의, 유체를 열적으로 조절하기 위한 장치 및 대응하는 가열 및/또는 공기 조화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코어(11) 및 쉘(13a, 13b)을 구비하는 적어도 하나의 열적 모듈(3a, 3b)과, 유체 유입 박스(9a, 109a, 209a) 및 유체 배출 박스(9b)를 포함하는, 자동차용의, 유체를 열적으로 조절하기 위한 장치(1)에 관한 것으로서, 상기 코어(11)와 쉘(13a, 13b) 사이에는 가열 또는 냉각될 유체를 안내하기 위한 회로가 형성되고, 상기 유입 박스(9a, 109a, 209a)는 유체를 안내하기 위한 회로와 연통하는 적어도 하나의 유체용 유입 채널(25, 225a, 225b)을 갖는다. 본 발명에 따르면, 유체용 유입 채널(225a, 225b)은 유체에 소용돌이형 이동을 발생시키도록 구성된 적어도 하나의 실질적인 만곡부를 갖는다. 본 발명은 또한 상기와 같은 장치를 포함한 가열 및/또는 공기 조화 장치에 관한 것이다.

Description

자동차용의, 유체를 열적으로 조절하기 위한 장치 및 대응하는 가열 및/또는 공기 조화 장치 {DEVICE FOR THERMALLY CONDITIONING FLUID FOR A MOTOR VEHICLE AND CORRESPONDING HEATING AND/OR AIR CONDITIONING APPARATUS}

본 발명은 예를 들어 자동차용의, 유체를 위한 전기 가열 장치와 같이 유체를 열적으로 조절하기 위한 장치에 관한 것이다. 또한 본 발명은 그러한 가열 장치를 구비한 자동차의 가열 및/또는 공기 조화 장치에 더욱 특별히 적용된다.

내부를 가열하도록 의도된 공기의 재가열은, 종래, 공기 유동(flow of air)의 열 교환기(heat exchanger) 통과에 의해, 보다 상세하게는 공기 유동과 유체 사이에서의 열적 교환에 의해 이루어진다. 상기 유체는 내연 기관(internal combustion engine)의 경우에 일반적으로 냉각제(coolant)이다.

그러한 가열 방법은 김서림 제거(demisting) 및 성에 제거(defrosting) 뿐 아니라 자동차 내부의 가열을 보장하기에 부적합 또는 불충분할 수도 있다.

그러나, 특히 차량 내부의 재가열을 보장하기 위한 신속 및 효율적인 차량 내부의 가열 방법, 또는 극저온 환경에서 차량의 사용에 앞서 또는 매우 신속한 온도 증가 시에 차량의 김서림 제거 또는 성에 제거 방법이 요구된다.

추가로, 전기 차량의 경우, 가열 기능은 열 교환기 내측에서의 냉각제의 순환에 의해서 더 이상 실현되지 않는다. 그러나, 차량 내부를 가열하기 위한 물 회로(water circuit)를 제공하는 것은 가능하지만, 이러한 가열 방법은 차량 내부의 신속 및 효율적인 가열을 보장하기에 부적합 또는 불충분할 수도 있다.

게다가, 보충적인 물 회로가 차지하는 공간 및 그 비용을 줄이기 위해 열 펌프 모드(heat pump mode)에서 기능하는 공기 조화 루프(air conditioning loop)를 전기 차량에 사용하는 것 또한 익숙하다. 따라서 종래에 냉각제의 도움으로 공기 유동을 냉각시키는 공기 조화 루프는 이런 경우에 공기 유동을 재가열하는 방식으로 이용된다. 이를 달성하기 위해서는, 공기 조화 루프의 증발기(evaporator)를 응축기(condenser)로서 이용하는 것이 필요하다.

그러나, 이 가열 방법 역시 부적합 또는 불충분할 수도 있다. 사실상, 열 펌프 모드에서 공기 조화 루프의 성능은 외부의 기상 조건에 따라 달라진다. 예를 들어, 외부 공기 온도가 너무 낮을 때에는 이 공기가 열 에너지 공급원으로 사용될 수 없다.

공지의 해결책으로서, 부가적인 전기 가열 장치를 열 교환기에 또는 물 회로에 또는 심지어 공기 조화 루프에 연결하는 것이 있다.

부가적인 전기 가열 장치는, 내연 기관용 냉각제 또는 전기 차량의 내부를 가열하기 위한 물 회로 내의 물 또는 심지어 공기 조화 루프 내의 냉매 유체(refrigerant fluid)와 같은, 유체의 상류 가열을 제공하기에 적합할 수도 있다.

알려진 그 자체로는, 부가적인 전기 가열 장치는 피가열 유체와 접촉하는 하나 또는 복수의 가열 모듈을 구비한다.

더욱 정확히 말하면, 가열 모듈은 코어(core)와 코어 주위에 원통형 쉘 모양으로 만들어진 가열 요소(heating element)를 구비하는데, 이는 코어와 원통형 쉘 사이에서 유체를 안내하기 위한 회로(circuit for guiding)를 규정하기 위함이다. 따라서 원통형 쉘은 열 에너지의 공급원이다.

한 공지의 해결책에 의하면, 가열 요소는, 예를 들어 가열 요소의 외부 표면 위에 저항성 트랙(resistive track)의 모양으로 스크린 프린팅(screen printing)에 의해 만들어지는 하나 또는 복수의 가열 저항기(heating resistor)를 가열하기 위한 전기 수단을 나타낸다.

그러나, 코어와 원통형 쉘 사이에 있는 안내 회로 내측에서 유체의 축 방향 순환은 원통형 쉘과 유체 사이의 열 전달(thermal transfer)을 감소시킨다.

따라서, 코어와 원통형 쉘 사이에서 순환하는 유체와 가열 요소 간의 열적 교환의 출력(output)을 증가시키기 위하여, 원통형 요소의 모양으로 가열 요소의 축과 평행한 유체의 순환을 방지하는 것이 바람직하다.

공지의 해결책은 안내 회로 내에서 순환하는 유체의 나선형 이동(helicoidal movement)을 발생시키는 것이다. 가열 요소(예를 들어 원통형 쉘 모양)와 이러한 원통형 쉘의 내부에서 순환하는 유체 간의 열적 교환은 이런 방식으로 증가된다.

따라서 코어가 그것의 외부 표면 위에 실질적으로 나선형 홈(helicoidal groove)을 나타내야 한다는 것이 제안되었다. 그 결과, 그러한 코어의 디자인은 사실상 복잡하다.

이 나선형 홈으로 인해, 유체에 소용돌이형 이동(swirling movement)이 부여된다. 그러나 그러한 해결책에서는, 유체를 안내하기 위한 회로 유입구(inlet)에 있어서의 속도 균일성 부족과 압력의 큰 강하가 관찰되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 열적 조절 장치, 특히 개선된 출력을 갖는 전기 가열 장치를 제안하는 것이다.

이러한 목적을 위해, 본 발명은 다음을 구비한 자동차용의, 유체의 열적 조절 장치를 그것의 목표로 갖는다:

- 코어와 쉘 사이에서 가열 또는 냉각될 유체를 안내하기 위한 회로를 규정하는 코어와 쉘을 포함하는 적어도 하나의 열적 모듈

- 유체 유입 박스(inlet box)와 유체 배출 박스(outlet box)로서, 상기 유입 박스는 유체를 안내하기 위한 회로와 연통하는 적어도 하나의 유체용 유입 채널(channel)을 갖고,

상기 유체용 유입 채널은 유체에 소용돌이형 이동을 발생시키도록 구성된 적어도 하나의 실질적인 만곡부(curved portion)를 갖는 것을 특징으로 한다.

따라서, 안내 회로 내에 유체의 도착 바로 전에, "자연스럽게" 유체의 소용돌이를 발생시키는 것이 가능하다. 열적 모듈의 코어의 외부 표면 위에서 실현되는 나선부(helices)의 추가, 또는 유체의 소용돌이 발생을 용이하게 하는 다른 구성 부품(component part)은 선택 사항이다.

유체의 소용돌이형 이동은, 유체와 코어 주위의 쉘 사이의 열 전달을 개선하도록 하는 방식으로 안내 회로 내에서 코어의 전체 길이를 따라 계속된다.

가열 장치의 경우, 장치는 원통형 쉘에 의해 만들어진 최대한의 열 에너지를 유체에게 부여하지만, 예를 들어, 유체로부터 열을 제거하기 위하여 시스템이 동일하게 잘 적용될 수 있다.

이러한 장치는 몇 시간 동안 기능할 수 있다.

이런 장치는 1000 l/h 또는 심지어 2500 l/h 만큼의 유동 속도에서 유체 회로의 압력 손실을 거의 발생시키지 않는 이점 또한 보유한다.

상기 장치는 하기의 특징부들을 단독으로 또는 조합하여, 하나 또는 그 이상을 추가로 구비할 수도 있다:

- 유입 채널은 열적 모듈의 종축(longitudinal axis)과 실질적으로 평행한 축 주위에 실질적으로 나선형 모양의 유체용 안내 램프(guide ramp)를 구비하며, 램프의 형상은 특히 소용돌이형 이동을 유지하거나 또는 심지어 증폭시키는 것을 가능하게 한다;

- 유입 채널은 실질적으로 팔꿈치(elbow) 모양인 형상을 나타낸다;

- 유입 박스는 열적 모듈의 안내 회로와 유동적으로 연결된, 실질적으로 원통 형상을 갖는 적어도 하나의 공급 보울(bowl)을 포함한다;

- 상기 장치는 평행하게 나란히 배열된 적어도 두 개의 열적 모듈을 구비하고, 유입 채널은 유입 박스의 공급 보울과 접하는 부분을 나타낸다;

- 상기 장치는 평행하게 나란히 배열된 적어도 두 개의 열적 모듈과, 열적 모듈의 안내 회로와 각각 연통하는 두 개의 유체 유입 채널을 구비한다;

- 상기 장치는 두 개의 유체 유입 채널을 규정하기 위한 방식으로 분리 벽(separating wall)에 의해 분리된 두 개의 도관(conduit)을 포함한다;

- 상기 도관은 유체를 안내하기 위한 관련 회로와 유동적으로 연통하고 열적 모듈의 종축과 실질적으로 평행한 축 주위에 실질적으로 나선형 모양의 유체용 안내 램프를 나타내는 말단(extremity)을 각각 구비한다;

- 두 개의 도관은 공통의 유체 유입 헤더(header)를 나타내는데, 두 개의 도관과 공통의 유체 유입 헤더는 유입 박스와 일체로 실현된다;

- 두 개의 도관은 유입 박스와 일체로 형성된다;

- 유입 박스는 열적 모듈의 종축에 대하여 반경 방향으로 배열된 유체 유입 매니폴드(manifold)를 나타낸다;

- 열적 모듈의 코어는 유체를 안내하기 위한 회로 주위로 규정되는 코어 바디와, 유입 박스의 캐비티(cavity) 내측에 수용되는 유입 말단을 구비하고, 상기 장치는 코어 바디와 코어의 유입 말단 사이에 배치되는 편향기들(deflectors)을 구비한다;

- 편향기들은 열적 모듈의 종축에 대하여 반경 방향으로 배열된다;

- 편향기들은 유체 유입 채널에 의해 발생되는 유체의 소용돌이 방향으로 배열된다;

- 편향기들은 코어와 일체로 실현된다;

- 유입 박스는 편향기들을 포함한다;

- 상기 장치는 상기 차량의 내부를 가열하기 위한 회로 내에 배열된다.

본 발명은 또한 자동차용 가열 및/또는 공기 조화 장치에 관한 것으로, 상술된 열적 조절 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징 및 장점은 도시되는 비-제한적인 실시예로서 제공되는 하기의 설명을 읽고, 첨부 도면을 참조하면 더욱 분명히 이해될 것이다.

- 도 1은 부분적으로 투명하게 도시된, 본 발명에 따른 자동차용의, 유체의 전기 가열 장치의 사시도;
- 도 2는 중실형으로 도시되고, 유체 유입 박스가 제거된 도 1의 전기 가열 장치의 사시도;
- 도 3a는 제 1 실시예에 따른 유입 박스의 상면도;
- 도 3b는 도 3a의 유입 박스의 단면도;
- 도 4a는 제 2 실시예에 따른 유입 박스의 상면 사시도;
- 도 4b는 도 4a의 유입 박스의 단면도;
- 도 5a는 제 3 실시예에 따른 유입 박스의 단면도;
- 도 5b는 도 5a의 유입 박스 내 유체의 순환의 상면 개략도;
- 도 5c는 도 5a의 유입 박스의 유입 채널의 간소화된 사시도;
- 도 5d는 도 5c의 유입 채널의 간소화된 상면도;
- 도 6은 도 5a의 유입 박스 내측에서의 유체의 순환 후 실질적으로 나선형 이동을 따라 가열 모듈의 코어 주위의 유체의 순환을 도시하는 개략적인 사시도;
- 도 7은 도 6의 가열 모듈 내 안내 회로의 유입구에서 유체의 소용돌이를 도시하는 개략적인 상면도;
- 도 8은 일 실시예에 따른 가열 모듈의 코어의 부분 사시도;
- 도 9는 도 8의 도시된 실시예의 변형 실시예에 따른 가열 모듈의 코어의 부분 사시도.

이들 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 요소는 동일한 도면 부호를 갖는다.

도 1은 가열 및/또는 공기 조화 장치를 위한 자동차용의, 유체를 위한 전기 가열 장치(1)와 같은 열적 조절 장치를 도시한다.

전기 가열 장치(1)는, 예를 들어, 전기 차량의 내부를 가열하도록 의도된 유체 가열 회로 안으로 유체가 들어가기 전에 유체가 가열되는 것을 허용하는 부가적인 가열 장치이다.

다른 예에 따르면, 전기 가열 장치(1)는 냉매 유체를 가열하기 위하여 열 펌프 모드에서 기능할 수 있는 공기 조화 루프의 증발기의 상류에 배치된다.

또 다른 예에 따르면, 전기 가열 장치(1)는 내연 기관의 냉각제를 열 전달 매체로서 활용하는 열 교환기의 상류에 배열된다.

이러한 전기 가열 장치(1)는 또한, 전기 또는 하이브리드 추진력(hybrid propulsion)을 갖는 차량용으로 의도된, 때로는 배터리 팩(battery pack)이라고 불리는, 전기 에너지용 저장 장치의 열적 통제용으로 의도된 열 교환기의 상류에 제공될 수 있다.

본 발명은 또한 유체의 냉각을 허용하는 장치에 관한 것일 수도 있다.

도시된 전기 가열 장치(1)는 다음을 포함한다:

- 제 1 가열 모듈(3a)과 제 2 가열 모듈(3b),

- 가열 모듈(3a, 3b)로의 전력 공급을 제어하기 위한 제어 수단(control mean)(5),

- 유체 유입 박스(9a)와 같은 유체 유입구, 및

- 유체 배출 박스(9b)와 같은 유체 배출구(9b).

물론, 단일 가열 모듈 또는 필요한 경우 두 개 이상의 가열 모듈을 포함하기 위한 전기 가열 장치에 대한 준비가 되어 있을 수 있다.

도 2를 참조하면, 가열 모듈(3a, 3b)은 다음을 구비한다:

- 코어(11), 및

- 가열 요소 (13a, 13b).

도시된 실시예에 따르면, 가열 요소(13a, 13b)는 코어(11)의 바디(12)를 둘러싼 쉘의 모양으로 실현된다.

코어(11)와 가열 요소(13a, 13b)는, 예를 들어, 실질적으로 원통형이고 종축(A)으로 연장된다.

코어(11)와 가열 요소(13a, 13b)는 동심(concentric)일 수도 있다.

따라서 가열 모듈(3a, 3b)은 가열 요소(13a, 13b)에 의해 규정되는 실질적으로 원통형의 일반적인 형상을 나타낸다.

코어(11)와 가열 요소(13a, 13b)는, 액체와 같은, 피가열 유체를 안내하기 위한 회로를 규정한다. 안내 회로는 코어(11)의 바디(12)의 외부 표면 주위로 규정되고, 따라서 안내 회로는 허브(11)의 외측과 가열 요소(13a 또는 13b)의 내측에 위치한다. 다시 말해, 코어(11)의 바디(12)의 외부 표면과 관련 가열 요소(13a 또는 13b)의 내부 표면은 코어(11) 주위에서 피가열 유체의 순환 체적(circulation volume)을 규정한다. 유체 유입 박스(9a)로부터 도착하는 유체는 이 순환 체적에서 순환할 수도 있고, 그 후 배출 박스(9b)를 향하여 계속 나아갈 수도 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 실시예에 따르면, 각 가열 모듈(3a, 3b)은 코어(11)와 각각의 가열 요소(13a, 13b) 사이에서 유체를 안내하기 위한 회로를 포함한다.

게다가, 가열 요소(13a, 13b)는 가열 요소(13a, 13b)와 안내 회로 내에서 순환하는 유체 사이의 열적 교환에 의해 유체를 가열하기 위하여 제어 수단(5)에 의해 제어된다.

도시된 실시예에 따르면, 가열 요소(13a, 13b)는 가열 저항기(heating resistor)(17)와 같은 적어도 하나의 전기 가열 수단을 나타낸다. 이 가열 저항기(17)는 저항성 트랙(17)의 모양으로 실현될 수도 있다. 도시된 실시예에 따르면, 가열 요소(13a, 13b)는 두 개의 저항성 트랙(17)의 모양으로 실현되는 두 개의 전기 가열 수단을 나타낸다.

더욱 정확히 말하면, 두 개의 저항성 트랙(17)이, 예를 들어, 평행하게 그리고 가열 요소(13a, 13b)의 높이에 대해 적어도 부분적으로 연장된다. 두 개의 저항성 트랙(17)은, 예를 들어, 하나가 다른 하나 내측에 매립되거나 또는 서로 얽힌다.

저항성 트랙(17)은, 예를 들어, 가열 요소(13a, 13b)의 외부 표면 위로 즉, 코어(11)에 대하여 가열 요소(13a, 13b)의 내부 표면의 맞은편 표면 위로 스크린 프린팅에 의해 만들어진다. 따라서, 저항성 트랙(17)은 피가열 유체를 안내하기 위한 회로 외측에 위치한다.

본 실시예 덕분에, 저항기에 의해 만들어지는 열은 대응하는 가열 요소(13a, 13b)의 벽을 통하여 피가열 유체로 바로 전도되는데, 이는 열 손실을 최소화하고 장치의 열적 관성(inertia)을 감소시키며, 따라서 유체는 신속히 가열될 수도 있다.

제어 수단(5)은, 본 실시예에 있어서 저항성 트랙(17)의 모양으로 실현되는, 가열 저항기(17)로의 전력 공급을 제어함으로써 가열 요소(13a, 13b)를 제어한다.

이러한 목적으로, 저항성 트랙(17)은 제어 수단(5)과 연결된다. 이를 위해, 저항성 트랙(17)의 말단에 전기적으로 연결된 연결 터미널(connection terminal)(18)이 제공된다. 제어 수단(5)은 이 연결 터미널(18)에 전기적으로 연결된다.

덧붙여, 온도 센서(temperature sensor)(도면에 도시되지 않음)가 관련 가열 요소(13a, 13b)의 온도를 측정하기 위해 제공될 수도 있다. 이것은 "CTN" 프로브(probe)(또는 영어로 "NTC"(Negative Temperature Coefficient) 프로브)와 같은 서미스터(thermistor)일 수도 있는데, 상기 프로브의 저항기는 온도에 따라 균일하게 감소한다. 이 온도 센서는 관련 가열 요소(13a, 13b)의 외부 표면에 납땜되거나 용접될 수도 있다.

이런 경우, 제어 수단(5)은 가열 설정값(setpoint) 및 온도 센서에 의해 측정되는 온도에 따라 가열 저항기로의 전력 공급을 제어한다.

가열 요소(13a, 13b)를 제어하기 위한 이 수단(5)은 인쇄 회로 기판(영어로 PCB "Printed circuit board")과 같은 전기 회로 지지체(electrical circuit support)(19)를 구비한다. 이 전기 회로 지지체(19)는 전자 및/또는 전기 부품을 지지한다. 이 부품들은 특히 가열 요소(13a, 13b)로의 전력 공급을 제어하기 위한 목적으로 하나 또는 복수의 전류 회로 차단기를 구비할 수도 있다.

전류 회로 차단기에 더하여, 이 전자 및/또는 전기 부품은, 예를 들어, 마이크로컨트롤러(microcontroller), 가열 저항기(17)를 전류 회로 차단기에 연결하는 전기 커넥터(electrical connector), 고압 전력 커넥터(high voltage power connector)(20), 및 저압 전력 데이터 버스 커넥터(low voltage power and data bus connector)를 구비할 수도 있다.

덧붙여, 예를 들어 전기 회로 지지체(19)의 네 코너에 배열된, 결합 고정(snap-fastening) 수단과 같은, 전기 회로 지지체(19)를 위치설정(positioning) 하기 위한 수단(22)에 대한 준비가 되어 있을 수도 있다.

게다가, 가열 모듈들(3a, 3b)은, 예를 들어, 동일하다.

도시된 실시예에 따르면, 두 개의 가열 모듈(3a, 3b)은 실질적으로 평행한 방식으로 나란히 배치된다.

예를 들어 두 개의 가열 모듈(3a, 3b)을 가열 모듈(3a, 3b)의 종 방향으로 단부 맞댐 방식으로 배치하는 것에 의해 다른 구조를 착상하는 것도 물론 가능하다.

나란한 구조는 가열 장치(1)가 차지하는 공간을 종축 방향으로 감소시킨다. 게다가, 이 구조는 낮은 열적 관성(inertia)과 낮은 압력 손실을 나타낸다.

가열 모듈(3a, 3b)은 두 개의 종축으로 대향하는 말단을 각각 나타낸다: 이 두 개의 말단은 유입 박스(9a)와 배출 박스(9b)에 각각 연결된 유입 말단(23a, 23b)과 배출 말단이다.

이것을 위해, 코어(11)는 코어(11)의 바디(12)와 연결된 한 개의 유입 말단(23a, 23b)과 한 개의 배출 말단을 각각 구비한다.

유체 유입 박스(9a)에 관한 한, 유체 유입 박스(9a)는 제 1 가열 모듈(3a)의 안내 회로 및 제 2 가열 모듈(3b)의 안내 회로와 연통하는 유체 유입 채널(25)을 포함한다.

유체 유입 채널(25)은 가열 모듈(3a, 3b)의 안내 회로 내의 유체 도착에 앞서 유체에 소용돌이형 이동을 발생시키도록 구성된다.

이를 위해, 유입 채널(25)은 유체의 소용돌이를 발생시키기 위한 적어도 하나의 실질적인 만곡부를 나타낸다.

더욱 정확히 말하면, 이 유입 채널(25)의 경계를 설정하는 적어도 하나의 벽은 유체의 소용돌이를 발생시키기 위한 방식으로 실질적으로 굽어진다.

도 1, 도 3a, 및 도 3b에 도시된 제 1 실시예에 따르면, 유체 유입 박스(9a)는 두 개의 대향하는 큰 변(large side)과 두 개의 대향하는 작은 변(small side)을 갖는 실질적으로 평행육면체인 베이스(10)를 나타낸다. 이 베이스는 제 1 공급 보울(27a)과 제 2 공급 보울(27b)을 구비한다. 이 공급 보울(27a, 27b)들은, 원통 모양이며 가열 모듈(3a, 3b)의 유입 말단(23a, 23b)을 각각 수용하기 위한 구 형의 바닥을 갖는 제 1 캐비티(28a)와 제 2 캐비티(28b)(도 3b 참조)를 각각 나타낸다.

유체 유입 박스(9a)는 마찬가지로 돌출형 유체 유입 매니폴드(29)를 구비하는데, 이 유입 매니폴드(29)는 두 개의 가열 모듈(3a, 3b)에 공통이다.

변형 실시예에 따르면, 유입 매니폴드(29)는 두 개의 공급 보울(27a, 27b)에 접하는 방식으로 배열된다.

유체 유입 매니폴드(29)는, 예를 들어, 유체 유입 박스(9a)에 대하여 실질적으로 대각선으로 연장된다.

따라서, 유입 채널(25)은 유체 유입 박스(9a)의 유체 유입 매니폴드(29) 및 캐비티(28a, 28b)에 의해 규정된다. 유입 채널(25)은 따라서 유입 매니폴드(29)를 유체 유입 박스(9a)의 공급 보울(27a, 27b)의 두 개의 캐비티(28a, 28b)에 유동적으로 연결한다.

제 1 변형 실시예에 따르면, 유입 채널(25)은, 그것이 두 개의 공급 보울(27a, 27b) 내로 개방되는 지점까지 두 개의 가열 모듈(3a, 3b)에 공통이고; 유입 채널(25)은 두 개의 캐비티(28a, 28b)에서 둘로 나누어진다.

공급 보울(27a, 27b)에 접하는 유입 매니폴드(29)의 구조(그 결과로 유입 채널(25)의 일부도 공급 보울(27a, 27b)에 접함) 및 공급 보울(27a, 27b)의 캐비티(28a, 28b)의 원통 형상은, 도 3a에서 개략적인 방식으로 화살표에 의해 도시된 바와 같이, 유체의 소용돌이 발생을 허용한다. 그 결과, 공급 보울(27a, 27b)의 벽은 굽어지고, 가열 모듈(3a, 3b)의 안내 회로 안으로 방출하는 유입 채널(25) 말단의 경계를 설정한다.

유사한 방식으로, 유체 배출 채널은 유체 배출 박스(9b)에 형성되고 제 1 가열 모듈(3a)의 안내 회로 및 제 2 가열 모듈(3b)의 안내 회로와 연통한다.

도 1에서 이해될 수 있는 바처럼, 유체 배출 박스(9b)는 유체 유입 박스(9a)와 실질적으로 동일한 형상을 나타낸다. 따라서 그것은 가열 모듈(3a, 3b)의 배출 말단을 수용하도록 의도된 두 개의 캐비티와, 가열된 유체 회로에 연결되도록 의도된 전기 가열 장치(1)의 돌출형 유체 배출 매니폴드를 구비한 보울을 나타내는, 실질적으로 평행육면체인 베이스를 나타낸다.

본 실시예에 따르면, 유입 박스(9a)와 배출 박스(9b)는 가열 모듈(3a, 3b)의 두 개의 대향하는 말단에 대하여 대칭적으로 연결된다.

따라서 유체의 흐름은 유입 박스(9a)의 유체 유입 매니폴드(29)로부터, 유입 채널(25) 안에서, 그리고 가열 모듈(3a, 3b)의 안내 회로 안에서 평행하게 일어나고, 그 다음에 배출 박스(9b)의 배출 채널 안으로 배출되고 배출 매니폴드를 통해 계속해서 흐른다.

가열 모듈(3a, 3b)의 내부에 있는 안내 회로 안에 도착하기 전에 유체에 발생되는 소용돌이의 결과, 코어(11)의 외부 표면 위에 배열되는 나선형 홈 또는 그 밖의 다른 수단들의 존재를 필요로 함이 없이, 유체는 실질적으로 나선형의 경로를 따라 흐른다. 실제로, 유체는 원통형 외피(envelope)(13a, 13b)의 내부 표면 상으로 계속해서 방출된다.

도 4a 및 4b에서 도시된 제 2 실시예에 따르면, 유체 유입 박스(109a)는, 가열 모듈(3a, 3b)의 각각의 유입 말단(23a, 23b)을 수용하도록 의도된 캐비티(128a, 128b)를 각각 나타내는 두 개의 공급 실린더(127a, 127b)를 갖는, 실질적으로 평행육면체인 베이스(110)를 나타낸다. 따라서, 상기 캐비티(128a, 128b)는 실질적으로 원통형이다.

유체 유입 박스(109a)는 마찬가지로 두 개의 가열 모듈(3a, 3b)에 공통인 돌출형 유체 유입 매니폴드(129)를 구비한다. 도시된 실시예에 따르면, 이 유입 매니폴드(129)는 유체 유입 박스(109a)의 베이스(110)의 한 큰 변 위에 배열된다.

제 2 실시예는, 유입 매니폴드(129)가 가열 모듈(3a, 3b)의 종축(A)에 대하여 반경 방향으로 연장된다는 사실에 의하여 도 3a 및 3b에서 도시되는 제 1 실시예와 구분된다. 따라서, 유입 매니폴드는 유입 박스(109a)의 베이스(110)의 한 변에 대하여 실질적으로 수직으로 배열된다. 덧붙여, 두 개의 공급 실린더(127a, 127b)에 동시에 각각 공급하기 위해 유입 채널(125)이 둘로 나누어진다.

공급 실린더(127a, 127b)의 원통 형상은 도 4에서 화살표에 의해 개략적인 방식으로 도시된 바와 같이 유체의 소용돌이 발생을 허용한다.

물론, 유체 배출 박스(도 4a 및 4b에 도시되지 않음)가 유체 유입 박스(109a)와 동일할 수도 있다.

도 5a 및 도 7에 도시된 제 3 실시예에 따르면, 유체 유입 박스(209a)는 실질적으로 평행육면체인 베이스(210)를 나타내는데, 베이스는, 예를 들어 원통 형상이고 가열 모듈(3a, 3b)의 각각의 유입 말단(23a, 23b)을 수용하기 위한 구형 바닥(spherical bottom)을 갖는 제 1 캐비티(228a)와 제 2 캐비티(228b)를 구비한다.

유체 유입 박스(209a)는 마찬가지로 전기 가열 장치(1)를 위한 돌출형 유체 유입 매니폴드(229)를 구비한다. 이 유입 매니폴드(229)는 가열 모듈(3a, 3b)의 종축(A)에 대하여 반경 방향으로 연장된다. 도시된 실시예에 따르면, 유입 매니폴드(229)는 유체 유입 박스(209a)의 베이스(210)의 작은 변 위에 배열되고 이 작은 변에 실질적으로 수직이다.

제 3 실시예에 따르면, 유체 유입 박스(209a)는 두 개의 유입 채널(225a, 225b)를 구비하는데, 채널의 한 쪽은 유입 매니폴드(229)에 그리고 다른 한 쪽은 유체 유입 박스(209a)의 각각의 캐비티(228a, 228b)에 유동적으로 연결된다.

따라서 유입 채널(225a, 225b)은 공통의 유입 매니폴드(229)를 유체 유입 박스(209a)의 두 개의 캐비티(228a, 228b)에 유동적으로 연결한다.

제 1 유입 채널(225a)은 유입 매니폴드(229)를 캐비티(228a)에 유동적으로 연결하고, 제 2 유입 채널(225b)은 동일한 유입 매니폴드(229)를 유체 유입 박스(209a)의 다른 캐비티(228b)에 연결한다.

제 1 채널(225a)은, 예를 들어, 근위의 캐비티(228a)에 연결되고, 제 2 채널(225b)은 원위의 캐비티(228b)에 연결된다. 근위의 개념은 유입 매니폴드(229)가 배열되는 변(side)과 관련하여 설정된다.

이러한 목적으로, 제 1 도관(231a)과 제 2 도관(231b)이 유입 박스(209a) 내에 형성되어 제 1 유입 채널(225a)과 제 2 유입 채널(225b)을 각각 규정하게 할 수도 있다.

변형 실시예로서, 이 두 개의 도관(231a, 231b)은 유입 박스(209a)에 부착되는 부가적인 구성 부품의 형태로 실현될 수도 있다. 이 경우에는 도 5c에 도시되는 하나의 유체 유입 헤더(230)와 두 개의 도관(231a, 231b)을 포함하는 구성 부품이 제공될 수도 있다. 유체 유입 헤더(230)는, 예를 들어, 두 개의 도관(231a, 231b)에 공통이고 이 두 도관(213a, 231b)과 일체로 실현된다.

유입 채널(225a, 225b)의 경계를 설정하는 도관(231a, 231b)은 유입 박스(209a) 내측에 형성되거나 또는 부가적인 구성 부품이므로, 적어도 하나의 유입 채널(225a, 225b)은 유체에 소용돌이를 부여하는 방식으로 구성된다.

유체의 소용돌이는 캐비티(228a, 228b)의 원통 형상에 의해 발생한다.

유체의 이동은 도 5b에서 화살표에 의해 개략적인 방식으로 도시된다.

덧붙여, 도 5b에서 화살표에 의해 개략적인 방식으로 도시된 바와 같이, 유체가 만곡 형상부(curved shape)(233)에 직면할 때 유체가 재지향 되도록 하는 만곡 형상부(233)를 나타내는 도관에 대해, 예를 들어 제 2 유입 채널(225b)을 규정하는 제 2 도관(231b)에 대해 준비가 되어 있을 수도 있다.

이 만곡 형상부(233)는 유입 박스(209a)의 공급 보울 내로 개방된 제 1 유입 채널(225a)의 둥근 말단에 인접한다.

게다가, 도 5c 및 5d 에서 이해할 수 있는 바와 같이, 도관(231a, 231b)은 실질적으로 나선형의 유체 안내 램프(ramp)(234)를 구비할 수도 있다.

더욱 정확히 말하면, 이 램프(234)는 나선형의 시작부를 형성한다. 안내 램프(234)는 코어(11)의 유입 말단(23a, 23b)의 상류에 배열된다. 따라서 이 램프(234)는 공기 유동을 위한 발판(springboard)을 형성하고, 코어(11) 주위로 나선형 하향 이동의 시작을 허용한다.

게다가, 도 6에 있어서 화살표에 의해 개략적으로 도시된 바와 같이, 이 소용돌이형 이동은 가열 모듈(3a, 3b)의 코어(11)를 따라서 계속된다.

따라서 유체는 가열 모듈(3a, 3b)의 코어(11)의 외부 표면 위에 있는 나선형 홈의 도움 없이도 실질적으로 나선형의 궤도를 따른다.

유입구에서 가열 모듈(3a, 3b)의 안내 회로 안으로의 유체의 소용돌이형 이동은 도 7에서 화살표에 의해 개략적으로 도시된다.

유입 박스(209a)와 유사한 방식으로, 배출 박스(도 5a 내지 도 7 에서 도시되지 않음)는 상술된 도관(231a, 231b)과 유사한 도관을 구비할 수도 있고, 이는 배출 박스 또는 배출 박스에 부착된 구성 부품과 일체일 수도 있다.

유입 박스(9a, 109a, 209a)의 세 가지 실시예가 상술되었지만, 한 실시예의 특징부가 다른 실시예의 특징부들과 함께 결합될 수도 있음은 물론이다.

게다가, 유입 박스(9a, 109a, 209a)의 실시예에 상관없이, 안내 회로를 규정하는 코어(11)의 바디(12)와 코어(11)의 유입 말단(23a, 23b) 사이에 링크(link)를 형성하는 편향기들이, 도 8에서 도시되는 바와 같이, 제공될 수도 있다. 편향기들(35)은 미리 정해진 단차 각도(stepping angle)에 따라 규칙적으로 분포될 수도 있다. 편향기들(35)은 물론 비규칙적으로 분포될 수도 있다.

유사한 방식으로, 이러한 편향기들(35)은 코어(11)의 바디(12)와 배출 말단 사이에 제공될 수도 있다.

도 8에서 도시되는 실시예에 따르면, 이 편향기들(35)은 코어(11)의 일부이다. 더욱 정확히 말하면, 이 편향기들(35)은 코어(11)와 일체로 실현될 수도 있다.

덧붙여 또는 대안으로서, 편향기들(35)은 유입 박스(9a, 109a, 209a) 및/또는 배출 박스(9b, 109b, 209b) 상에 배열될 수도 있다.

유입 말단(23a, 23b)을 통하여 도착하는 유체는, 코어(11)의 바디(12)의 외부 표면과 쉘(13a, 13b)의 내부 표면 사이에 형성된 안내 회로를 향하고, 안내 회로 전부를 그것의 전체 표면에 걸쳐서 관개(灌漑)한다.

유사한 방식으로, 안내 회로 내에서의 순환 이후, 유체 배출구의 유체는 배출 박스(9b, 109b, 209b)를 통해 배출되는 방식으로 배출 말단을 향한다.

이 경우에 있어 편향기들(35)은 유체의 궤도 내에 존재하고, 따라서 유체의 유동을 방해하기 위한 배플(baffle)(35)을 형성한다.

이 편향기(35)들은 반경 방향으로 배열될 수도 있다. 더욱 정확히 말하면, 이 편향기(35)들은, 도 8에서 도시된 실시예에서와 같이, 가열 모듈(3a, 3b)의 종축(A)에 대하여 실질적으로 반경 방향으로 배향된다.

게다가, 도 8에서 도시된 실시예에 있어서, 편향기들(35)은 실질적으로 삼각형의 전반적인 형상을 나타낸다. 편향기들(35)의 가장자리는, 예를 들어, 실질적으로 둥글다.

도 9에서 도시된 바람직한 대안예에 따르면, 편향기들(335)은, 상술된 바와 같이 유입 채널(25, 125, 225a, 225b)의 형상에 의해 발생되는 유체의 소용돌이 방향으로 연장되도록 배열된다.

이 편향기들(335)은 따라서 유체의 소용돌이 방향에 접한다.

도 9에서 도시되는 실시예에 따르면, 편향기들(335)은, 실질적으로 볼록한 설부(tongue)의 형상으로 실현되는데, 설부의 볼록면(convexity)은 코어(11)의 외부를 향하여 배향된다.

유체의 소용돌이 방향에 있어서 편향기들(335)의 구조는 유체 안내 회로의 상류에서 발생된 유체의 소용돌이형 이동의 "제동"을 회피할 수 있게 한다. 그 결과, 유체의 소용돌이, 특히 유체의 나선형 이동이, 코어(11) 주위의 안내 회로를 따라서 발생한다. 이것은 유체가 종축(A)과 실질적으로 평행한 방식으로 안내 회로 내에서 직선형으로 순환하는 것을 방지한다.

따라서 코어(11)와 원통형 쉘(13) 사이의 안내 회로에 유체가 도착하기 전에, 예를 들어, 코어(11)의 외부 표면에 나선형 홈의 모양으로 만들어진 나선부의 도움 없이도 유체의 소용돌이형 이동을 "자연적으로" 만드는 것이 가능하다.

이 소용돌이는 공급 보울(27a, 27b, 127a, 127b)의 캐비티(28a, 28b, 128a, 128b)의 원통 형상에 의해, 그리고 마찬가지로 나선형의 형상을 시작하는 안내 램프(234) 덕분에 발생할 수도 있다.

최종적으로, 만약 구체적인 필요를 충족시키기 위해 유입 박스(9a, 109a, 209a)의 공급 보울과 가열 모듈(3a, 3b)의 코어(11) 사이에 편향기(35, 335)가 필요하다면, 이 편향기들(35, 335)의 형상은 유입 채널(25, 125, 225a, 225b) 내부에서 발생되는 소용돌이 효과를 상쇄하는 관련 위험과 함께 유체의 순환을 방해하지 않도록 제공될 수도 있다. 이러한 목적으로, 편향기들(335)은 소용돌이 발생 방향에 바람직하게 접한다.

따라서 유체는 상류에서 발생된 소용돌이를 유지하면서, 예를 들어 코어(11) 주위로 상승하는, 이동을 따르고, 따라서 가열 요소(13a, 13b)와 유체 사이에 열 전달을 증가시키는 것을 가능하게 하는 나선형 이동을 택한다.

도 8 및 도 9에서 도시되는 코어(11)의 다양한 실시예는 물론 도 1 내지 도 7에서 도시된 임의의 실시예와 결합될 수도 있다.

Claims (18)

1. 코어(11) 및 쉘(13a, 13b)을 구비하는 적어도 하나의 열적 모듈(3a, 3b)과, 유체 유입 박스(9a, 109a, 209a) 및 유체 배출 박스(9b)를 포함하는, 자동차용의, 유체를 열적으로 조절하기 위한 장치(1)로서;
   - 상기 코어(11)와 쉘(13a, 13b) 사이에는 가열 또는 냉각될 유체를 안내하기 위한 회로가 규정되고,
   - 상기 유입 박스(9a, 109a, 209a)는 상기 유체를 안내하기 위한 회로와 연통하는 적어도 하나의 유체용 유입 채널(25, 225a, 225b)을 갖는, 자동차용의 유체 열적 조절 장치에 있어서,
   상기 유체용 유입 채널(25, 225a, 225b)은 유체에 소용돌이형 이동을 발생시키도록 구성된 적어도 하나의 실질적인 만곡부를 갖는 것을 특징으로 하는
   자동차용의 유체 열적 조절 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 유입 채널(225a, 225b)은 상기 열적 모듈(3a, 3b)의 종축(A)과 실질적으로 평행한 축 주위에 실질적으로 나선형 모양의 유체용 안내 램프(234)를 구비하는
   자동차용의 유체 열적 조절 장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 유입 채널(225b)은 실질적으로 팔꿈치 모양인 형상을 나타내는
   자동차용의 유체 열적 조절 장치.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 유입 박스(9a, 109a, 209a)는, 열적 모듈의 안내 회로에 유동적으로 연결되고 실질적으로 원통 형상을 갖는 적어도 하나의 공급 보울(27a, 27b, 127a, 127b, 227a, 227b)을 포함하는
   자동차용의 유체 열적 조절 장치.
5. 제 4항에 있어서,
   자동차용의 유체 열적 조절 장치는 평행하게 나란히 배열된 적어도 두 개의 열적 모듈(3a, 3b)을 구비하고,
   상기 유입 채널(25)은 상기 유입 박스(9a)의 두 개의 공급 보울(27a, 27b)에 접하는 부분을 나타내는
   자동차용의 유체 열적 조절 장치.
6. 제 1항에 있어서,
   평행하게 나란히 배열된 적어도 두 개의 열적 모듈(3a, 3b)과, 상기 열적 모듈(3a, 3b)의 안내 회로와 각각 연통하는 두 개의 유체 유입 채널(225a, 225b)을 구비하는
   자동차용의 유체 열적 조절 장치.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 두 개의 유체 유입 채널(225a, 225b)을 규정하는 방식으로 분리 벽(232)에 의해 분리된 두 개의 도관(231a, 231b)을 포함하는
   자동차용의 유체 열적 조절 장치.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 도관(231a, 231b)은, 상기 유체를 안내하기 위한 관련 회로와 유동적으로 연통하고 상기 열적 모듈(3a, 3b)의 종축(A)에 실질적으로 평행한 축 주위로 실질적으로 나선형 모양의 유체용 안내 램프(234)를 나타내는 말단을 각각 구비하는
   자동차용의 유체 열적 조절 장치.
9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
   상기 두 개의 도관(231a, 231b)은 공통의 유체 유입 헤더(230)를 나타내며, 상기 두 개의 도관(231a, 231b)과 상기 공통의 유체 유입 헤더(230)는 유입 박스(209a)와 일체로 실현되는
   자동차용의 유체 열적 조절 장치.
10. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 두 개의 도관(231a, 231b)은 상기 유입 박스(209a)와 일체로 형성되는
    자동차용의 유체 열적 조절 장치.
11. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 유입 박스(9a, 109a, 209a)는 열적 모듈(3a, 3b)의 종축(A)에 대하여 반경 방향으로 배열되는 유체 유입 매니폴드(29, 129, 229)를 나타내는
    자동차용의 유체 열적 조절 장치.
12. 제 1항에 있어서,
    상기 열적 모듈(3a, 3b)의 코어(11)는 유체를 안내하기 위한 회로 주위로 규정되는 코어 바디(12)와, 상기 유입 박스의 캐비티(28a, 28b) 내측에 수용되는 유입 말단(23a, 23b)을 구비하고,
    상기 자동차용의 유체 열적 조절 장치는 상기 코어 바디(12)와 상기 코어의 유입 말단(23a, 23b) 사이에 배치되는 편향기들(35, 335)을 포함하는
    자동차용의 유체 열적 조절 장치.
13. 제 12항에 있어서,
    상기 편향기들(35)은 상기 열적 모듈의 종축에 대하여 반경 방향으로 배열되는
    자동차용의 유체 열적 조절 장치.
14. 제 12항에 있어서,
    상기 편향기들(35)은 상기 유체 유입 채널(25, 125, 225a, 225b)에 의해 발생되는 유체의 소용돌이 방향으로 배열되는
    자동차용의 유체 열적 조절 장치.
15. 제 12항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 편향기들(35, 335)은 상기 코어(11)와 일체로 실현되는
    자동차용의 유체 열적 조절 장치.
16. 제 12항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유입 박스(9a, 109a, 209a)는 상기 편향기들(35, 335)을 포함하는
    자동차용의 유체 열적 조절 장치.
17. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 차량의 내부를 가열하기 위한 회로 내에 배열되는
    자동차용의 유체 열적 조절 장치.
18. 제 1항 또는 제 2항에 기재된 적어도 하나의 열적 조절 장치(1)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    자동차용의 가열 및/또는 공기 조화 장치.

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