KR102314435B1 - 전기 히터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차용 전기 히터 특히, 보조 가열 시스템에 관한 것으로서, 액체 특히, 물을 수용하고 전달하기 위한 발륨(volume)(15); 액체를 발륨(15) 속으로 유입할 수 있는 액체 입구(13); 액체를 발륨(15) 밖으로 유출할 수 있는 액체 출구(14); 및 발륨(15) 내부에 배치된 적어도 하나의 가열 요소(16) 특히, 가열 저항체, 및 유동 안내 부재(12)를 구비하고, 유동 안내 부재(12)는 유동을 편향시키고 및/또는 와류를 생성하기 위한 적어도 하나의 유동-편향 및 와류-생성부(25)를 구비한다.

Description

전기 히터
본 발명은 전기 히터 특히, 자동차용 보조 가열 시스템 및 히터의 작동 방법에 관한 것이다.
예를 들어, 보조 가열 시스템들과 같은 자동차용 전기 히터들은 일반적으로 알려져 있다. 전기 보조 가열 시스템들은 유동의 주된 방향을 가진 물-운반 구역(물-운반 유동 안내 부재(volume))을 가진다. 나아가서, 물-운반 구역에 할당된 물 연결들은, 물-운반 구역으로 물을 안내하고 이러한 구역 밖으로 물을 안내시킨다. 그러한 보조 가열 시스템의 영구적인 작동을 위해서는 환기(ventilation)를 가능하게 할 필요가 있다. 이와 관련하여, 가용 설치 공간의 이용은 개선할 필요가 있다.
그러므로, 본 발명의 목적은 자동차 내의 가용 설치 공간을 효과적으로 이용할 수 있게 하는 것이다.
본 발명의 목적은 청구항 1에 의해 달성된다.
본 발명의 제1 측면(이어지는 제2 측면과 조합될 수 있음)에 따른, 전기 히터 특히, 자동차용 보조 가열 시스템은, 액체(예, 물)를 수용 및 안내하기 위한 발륨(volume), 액체를 발륨 내부로 유입시킬 수 있는 액체 입구 및 액체를 발륨 밖으로 유출시킬 수 있는 액체 출구, 발륨 내부에 배치된 가열 저항체와 같은 적어도 하나의 가열 요소, 및 발륨 내부에 배치된 유동 안내 부재를 구비하고, 유동 안내 부재는 액체의 유동을 국부적으로 편향시키고 및/또는 국부적으로 와류를 생성시키기 위한 적어도 하나의 유동-편향 및 와류-생성부를 구비한다.
제1 측면에 따르면, 유동 안내 부재는, 죽은 공간(dead space)들을 감소시키거나 방지하기 위해 유동을 국부적으로 편향시키거나 와류를 생성할 수 있도록 예를 들어, 개구 또는 틈새 및/또는 리세스 및/또는 돌기와 같은, 적어도 하나의 유동-편향 및 와류-생성부를 구비한다. 유동-편향 및 와류-생성부는 적어도 하나의 가열 요소에 대한 열전달을 개선한다.
나아가서, 본 발명의 목적은 제2 측면(제1 측면과 통합될 수 있음)에 따라 달성될 수 있다. 제2 측면에 따른 자동차(예, 승용차 또는 대형 트럭)용 전기 히터 바람직하게, 보조 가열 시스템은, 액체를 수용 및 유도하기 위한 발륨, 액체를 발륨 속으로 유입할 수 있는 액체 입구, 액체를 발륨 밖으로 유출시할 수 있는 액체 출구, 발륨 내에 배치된 가열 저항체와 같은 적어도 하나의 가열 요소, 및 발륨 내에 배치된 유동 안내 부재를 구비하고, 유동 안내 부재는 전기 히터의 메인 본체에 분리가능하게 결합된다.
제2 측면에 따르면, 유동 안내 부재가 제거 및/또는 교환될 수 있도록, 분리가능한 유동 안내 부재가 제공된다. 이렇게 함으로써, 구체적으로 요구되는 상황들에 유동 안내 부재가 적응됨으로써, 전기 히터의 유효한 작동이 가능해지고 필요한 설치 공간도 비교적 줄일 수 있다. 예를 들어, 적절한 형태의 유동 안내 부재는 제작 단계에서 다수의 상이한 유동 안내 부재들로부터 미리 선택되어 특정의 메인 본체에 부착될 수 있다. 추후의 교환 역시 선택적으로 가능할 것이다.
원칙적으로, 본 발명에 따른 전기 히터는 물 히터를 구비한다. 이러한 물 히터는 예를 들어, 차량의 냉각수 회로 내에 통합될 수 있다. 다른 실시예들에서, 물 대신에, 상이한 액체 또는 물-혼합물(예, 물-글리콜)도 사용될 수 있다. 물 히터 내에서 방출되는 열은 열원으로부터 냉각수로 전달될 수 있다. 이것은 열교환기 또는 하우징 내부에서 수행될 수 있다.
자동차 내부의 가열 및/또는 자동차의 컴포넌트들의 가열의 목적으로, 전기 에너지는 유체(냉각수)를 가열하기 위해 사용될 수 있고, 열은 열교환기를 경유하여 유체에 전달될 수 있다. 원칙적으로, 열 전달은 냉각수-유도 채널들과 가열 요소(저항 열 도체들)(특히, 고압 히터들의 경우)의 공간적 분리에 의해 수행될 수 있다. 그러면, 냉각수(유체)와 가열 요소(저항 열 도체)는 서로 직접 접촉하지 않는다. 그러나, 본 발명에서, 냉각수(유체)와 가열 요소는 바람직하게 공간적으로 분리되지 않는다. 또한, 가열 요소는 예를 들어, 수중(immersion) 히터로서 구성된다. 예컨대, 관형 가열 요소들 또는 관형 가열 요소 본체들과 같은 가열 요소들은 냉각수-안내(유체-안내) 채널들 내에 직접적으로 통합될 수 있다.
유동 안내 부재는, 액체의 유동을 안내할 수 있는 발륨 내부에 배치되고 유동하는 액체의 방향을 적어도 부분적으로 구획하는 요소(또는 디바이스)로서 이해되어야 한다. 그러므로, 유동 안내 부재는 적어도 하나의 가열 요소와 동일한 방식으로 정밀하게 발륨 내부에 살짝 담겨진다. 또한, 발륨 내의 유체는 유동 안내 부재와 적어도 하나의 가열 요소 모두에 접촉하게 된다. 바람직하게, 유동 안내 부재는 전기 가열 요소를 지지 및/또는 지탱하는 기능을 가지지 않는다. 실시예들에서, 유동 안내 부재와 적어도 하나의 가열 요소는 서로 기계적으로 접촉하지 않거나 서로 이격된다. 그러면, 유동 안내 부재는 플레이트 또는 실린더로서 구성될 수 있고, 예를 들어, 액체의 와류 입력을 위한 돌기들, 개구들 및/또는 리세스들을 제외하고 일반적으로 일정한 두께를 가질 수 있다. 바람직하게, 유동 안내 부재는 적어도 대부분 금속(예, 알루미늄)으로 형성된다.
유동-편향 및 와류-생성부의 와류-생성 기능은, 특히, 유동 안내 부재를 통해 안내되는 유동 스트림 속으로 와류를 생성시킬 수 있도록 구조적 및/또는 형태적으로 배치된다. 즉, 이러한 구조적 및/또는 형태적 배치는, 유동 안내 부재 상의 배치 및/또는 유동 안내 부재 안의 배치 및/또는 유동 안내 부재 주위의 배치를 포함한다. 구조적 배치에 따른 와류-생성 기능은, 액체 유동의 완전한-혼합을 촉진하여 소위, 죽은 공간의 형성을 방지하거나 죽은 공간의 가능성을 적어도 감소시키는 작용으로 이해되어야 한다.
유동-편향 및 와류-생성부의 유동-편향 기능은, 국부적으로 예컨대, 다수의 위치들에서 와류의 생성 없이 유동을 편항시키는 작용으로 이해되어야 한다. 이를 위해, 유동-편향 기능은, 유동-편향 기능이 없이는 액체의 유동이 도달되지 않거나 유동이 발생하지 않을 구역들(죽은 공간들) 속으로 액체의 스트림을 편향시키기 위해 유동 안내 부재에 마련된 다수의 개구들(틈새들) 및/또는 리세스들 및/또는 돌기들에 의해 실현될 수 있다.
일부 실시예들에서, 유동 안내 부재는 천공된(perforated) 실린더의 형태일 수 있다. 바람직하게, 천공된 실린더는 개구 형태의 단면을 가진다. 단면의 길이는 그 폭의 길이의 바람직하게 1.5배, 더 바람직하게 적어도 2.5배 및/또는 최대 10배, 바람직하게 최대 5배의 크기이다. 유동 안내 부재의 축 길이는 단면의 길이의 바람직하게 0.5배, 바람직하게 적어도 1.0배 및/또는 최대 3.0배, 바람직하게 최대 1.8배의 크기이다. 대안적으로 또는 부가적으로, 유동 안내 부재의 축 길이는 단면의 폭의 바람직하게 적어도 1.8배, 더 바람직하게 적어도 3.0배 및/또는 최대 12.0배, 바람직하게 최대 6.0배의 크기이다.
나아가서, 유동 안내 부재는, 그리드 또는 메쉬 형태 또는 예를 들어, 적어도 5줄(row) 또는 적어도 10줄과 같은 다수의 줄들 및/또는 예를 들어, 적어도 5열(column) 또는 적어도 10열과 같은 다수의 열들로 배치된 다수의 구멍들(예, 원형)을 포함한다. "줄(row 또는 line)"들은 천공된 실린더의 원주 방향으로 연장하고, "열"들은 축 방향으로 연장한다. 예를 들어, 유동 안내 부재에는 전체적으로 적어도 20개의 구멍들 또는 적어도 100개의 구멍들이 마련될 수 있다. 각각의 경우, 구멍들은 그들 자신 또는 전체적으로, 죽은 공간이 방지되거나 적어도 감소될 수 있도록 국부적으로 액체의 유동을 편향시키는 유동-편향 기능을 얻을 수 있다.
일부 실시예들에서, 개별적인 구멍들 또는 다수의 구멍들 또는 모든 구멍들은 라운드지거나, 예컨대, 타원형, 계란형 및/또는 다각형과 같은 비-라운드 단면 특히, 아래의 실시예들에서 설명되는 바와 같이, 사각 및/또는 삼각 단면을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 전기 히터의 유동 안내 부재로서 천공된 실린더의 세로축은 하우징의 세로축을 교차하도록 연장할 수 있다. 다른 실시예들에서, 전기 히터는 천공된 실린더 형태의 유동 안내 부재에 부가하여, 제2 유동 안내 부재를 더 구비할 수 있다. 제2 유동 안내 부재는 분리 벽 또는 분리 플레이트의 형태로 제공될 수 있다. 제2 유동 안내 부재는 천공된 실린더 형태의 유동 안내 부재의 축 길이의 적어도 대략 절반(선택적으로, 축 길이의 ±10%) 상에 배치될 수 있다. 나아가서, 제2 유동 안내 부재는 천공된 실린더 형태의 유동 안내 부재의 축 방향에 적어도 실질적으로 직교할 수 있다.
일부 실시예들에서, 천공된 실린더 형태의 유동 안내 부재 및/또는 제2 유동 안내 부재는 자체로서 또는 서로 조합하여 유동-편향 기능과 와류-생성 기능을 달성할 수 있다.
일부 실시예들에서, 분리 벽 또는 분리 플레이트 형태의 제2 유동 안내 부재에 의해, 유동 안내 부재는 2개의 부분 유동 안내 부재들로 분리될 수 있다. 이 경우, 제2 유동 안내 부재는 하우징의 하나의 세로 측벽으로부터 반대 측벽까지 직선으로 배치된다. 액체 입구와 액체 출구는 동일한 측벽에 배치될 수 있고, 하우징의 세로 연장에 대하여 서로 이웃하게 배치될 수 있다. 구체적으로, 액체 입구와 액체 출구는 측벽의 끝단부에 위치될 수 있다.
종합적으로, 일부 실시예들에 따른 전기 히터에서, 액체는 유동 안내 부재 주위로 유동할 수 있고, 유동 안내 부재를 통과하여 유동할 수 있고 및/또는 제2 유동 안내 부재의 에지 주위로 유동할 수 있으므로, 다수의 "경로들"이 활용되거나, 죽은 공간이 방지되거나 적어도 감소될 수 있다.
일부 실시예들에서, 가열 요소는 가열 코일 또는 가열 튜브 형태이고, 유동 안내 부재 주위를 둘러싸도록 배치된다. 유동 안내 부재는, 예를 들어, 가열 요소에 끼워질 수도 있지만 가열 요소로부터 이격될 수도 있다. 결과적으로, 액체의 유동은 열전달을 목적으로 더 개선될 수 있다.
나아가서, 일부 실시예들에서, 유동 안내 부재는 특히, 메인 본체 위에 또는 메인 본체 내에 끼워지는 것과 같이, 메인 본체에 분리가능하게 연결될 수 있다. 유동 안내 부재는 제2 유동 안내 부재 내에 끼워져서 유지될 수 있다. 제2 유동 안내 부재는 메인 본체에 분리가능하게 연결되거나, 분리되지 않고 예컨대, 플러깅에 의해 또는 용접에 의해 메인 본체에 연결될 수 있다.
일부 실시예들에서, 유동 안내 부재는 유동-편향 기능을 위해, 적어도 하나의 분리 벽을 구비하고, 액체 입구로부터 액체 출구까지 유동하는 액체를 편향시킴으로써 액체의 유동 경로를 확대한다. 이러한 추가적인 개선의 핵심 아이디어는, 액체가 경로 상에서 발륨과 분리 벽과 같은 유동 안내 부재를 각각 통과함으로써, 액체 입구로부터 액체 출구까지의 액체의 경로의 "짧아짐"이 배제될 수 있다. 결과적으로, 설치 위치와 독립적으로, 가열 요소 주위에서 양호하고 완전히 구획된 액체의 유동을 얻을 수 있다. 그러므로, 가열 요소 주위의 이러한 형태의 액체의 유동은 설치 위치에 독립적이다. 그럼에도 불구하고, 다양한 설치 위치들(2개, 3개)에서 충분한 환기가 마련될 수 있다. 종합적으로, 전기 히터의 적절한 방위에 의해 가용 설치 공간이 보다 효율적으로 확용될 수 있고, 전기 히터는 다양하게 사용될 수 있다.
바람직하게, 발륨(물-안내 구역)은 가열 요소(특히, 가열 저항체)가 그 안에 배치될 수 있는 컨테이너로서 형성된다. 발륨 또는 컨테이너는 라운드진 에지들을 가진 직사각형 또는 원통형(원형)일 수 있다. 선택적으로, 컨테이너는 유동 안내 부재와 일체로 구성될 수 있다. 대안적으로, 컨테이너는 다수의 요소들 및/또는 컨테이너들로 구성될 수 있고, 유동 안내 부재는 별개의 컴포넌트들에 의해 형성될 수 있다. 컨테이너는 금속 및/또는 플라스틱으로부터 적어도 부분적으로 제조될 수 있다.
바람직하게, 일부 실시예들에서, 액체 입구 및/또는 액체 출구는 라운드진 단면을 가진다.
일부 실시예들에서, 가열 요소는 액체 출구로부터 유출하는 액체의 온도가 액체 입구를 통해 들어가는 액체의 온도와 비교하여 증가하도록, 특히, 발륨 내의 액체를 가열할 수 있는 요소로서 이해되어야 한다. 바람직하게, 가열 요소는 그 안에 채널들이 통합되지 않는 밀봉 구성일 수 있다. 바람직하게, 가열 요소는 전류가 인가될 때 가열되는 전기 가열 저항체일 수 있고, 가열에 의해 발생된 열은 그 후 발륨 내의 액체로 전달될 수 있다. 발륨 내의 가열 요소의 배치는 특히, 가열 요소가 발륨의 내부로 돌출하는 배치로서 이해되어야 한다. 그러나, 이것은 가열 요소가 발륨의 벽의 내면 상에 배치되거나 벽 자체에 의해 구획된 배치도 포함할 수 있다. 특정의 실시예에서, 정확하게 하나의 액체 입구와 하나의 액체 출구가 마련된다. 다수의 액체 출구들 및/또는 다수의 액체 출구들이 마련되는 것도 상정될 수 있다.
일부 실시예들에서, 유동-편향 기능은, 액체 입구와 액체 출구 사이의 직접적인 액체의 경로가 유동 안내 부재에 의해 적어도 부분적으로 차단됨으로써 액체 입구로부터 발륨을 통과하여 액체 출구에 도달하는 액체가 적어도 부분적으로 우회하는 것으로 이해되어야 한다. 이렇게 함으로써, 발륨을 통과하는 액체의 적어도 특정 부분 역시 액체 입구로부터 액체 출구까지의 직접 경로 상에서 유동할 수 있다는 사실이 배제되는 것은 아니다. 예를 들어, 액체 입구로부터 액체 출구까지 우회없이 유동 안내 부재 내의 하나 이상의 개구들을 통해 액체의 적어도 적은 부분이 유동한다. 그러나, 액체의 적어도 대부분은 유동 안내 부재에 의해 우회되도록 강제되어야 한다. 이러한 액체의 우회는 액체 입구와 액체 출구 사이의 직접 경로의 바람직하게 적어도 2배, 더 바람직하게 적어도 4배의 크기이어야 한다.
특정의 구성들에서, 유동 안내 부재는, 하우징의 반대 방향에서 평행하게 배치된 2개의 벽 부분들 사이의 간격의 적어도 25%, 더 바람직하게 적어도 50% 및/또는 최대 98%, 바람직하게 최대 92%에 걸쳐 연장할 수 있다. 예를 들어, 실린더 형태의 유동 안내 부재는 실린더의 길이의 바람직하게 적어도 25%, 특히, 적어도 50% 및/또는 최대 98%, 발마직하게 최대 92%에 걸쳐 연장할 수 있다.
일부 실시예들에서, 유동 안내 부재 및/또는 메인 본체는, 적어도 하나의 플러그-인 플랩(flap)을 포함하는 적어도 하나의 클램프를 구비한다. 바람직하게, 클램프(플러그-인 플랩)는 적어도 하나의 에지 및/또는 스트립-형태의 돌기와 협력하여, 유동 안내 부재를 메인 본체에 대해 클램핑 방식으로 유지할 수 있다. 이렇게 함으로써, 유동 안내 부재는 메인 본체에 간단한 방식으로 부착되어 고정되게 유지될 수 있다.
일부 실시예들에서, 유동-편향 및 와류-생성부는 유동 안내 부재로부터 돌출하는 적어도 하나의 플랩을 포함한다. 바람직하게, 플랩은 유동 안내 부재의 표면이 적어도 부분적으로 컷아웃되고 및/또는 유동 안내 부재의 표면 상에 적어도 부분적으로 굴곡 배치되거나, 유동 안내 부재의 영역에 의해 적어도 부분적으로 형성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 적어도 하나의 플랩은 플레이트-형상의 유동 안내 부재의 에지 상에 배치되고, 유동 안내 부재의 표면으로부터 외측 방향의 굴곡에 의해 회동될 수 있다. 결과적으로, 유동-편향 및 와류-생성부는 유동 안내 부재에 간단한 방식으로 형성될 수 있고 심지어 제조 후에도 형성될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 유동 안내 부재의 에지 상에 마련되지 않은 적어도 하나의 플랩이 존재할 수 있다. 그러나, 본 실시예에서, 플랩은 유동 안내 부재의 표면 외측을 향하는 다양한 거리들에 배치될 수 있고 또는 다양한 거리들로 돌출될 수 있다.
일부 실시예들에서, 유동-편향 및 와류-생성부는 유동 안내 부재에 마련된 적어도 하나의 와류발생기에 의해 구현될 수 있다. 바람직하게, 와류발생기는 유동 안내 부재(특히, 플레이트-형상)의 미리정의된 평면에 직교하도록 연장한다. 와류발생기는 원통형 및/또는 원형 단면을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 유동-편향 및 와류-생성부로서 유동 안내 부재에 마련되는 적어도 하나의 돌기는, 유동 안내 부재의 두께의 적어도 2배, 바람직하게 적어도 3배만큼 유동 안내 부재의 표면으로부터 돌출할 수 있다. 유동 안내 부재의 두께의 경우, 두께가 국부적으로 변할 수 있고, 특히, 유동 안내 부재의 두께는 평균 두께 또는 일정한 두께의 모든 화합하는 구역들 사이의 일정한 두께의 최대 화합하는 구역의 두께로 이해되어야 한다. 대안적으로 또는 부가적으로, 전술한 적어도 하나의 돌기는 유동 안내 부재로부터 적어도 2mm, 바람직하게 적어도 3mm 및/또는 최대 100mm, 바람직하게 최대 50mm, 더 바람직하게 최대 10mm만큼 돌출할 수 있다.
일부 실시예들에서, 돌기 형태의 유동-편향 및/또는 와류-발생부는 유동하는 액체와 직접 접촉하는 유동 안내 부재의 유입 표면의 상류보다 유입 표면의 하류에 더 가깝게 형성되고, 그 반대인 경우도 가능하다. 이 맥락에서, "상류"와 "하류"는 임의의 와류들과 국부적 변형들이 고려되지 않은 액체의 주요 유동 방향에 관계된다. 이런 의미에서, 예를 들어, 액체 입구는 상류에 위치되고 액체 출구는 하류에 위치된다.
바람직하게, 유동-편향 및/또는 와류-발생부는 유동 안내 부재의 에지 내부에서 또는 에지로부터 이격된 위치에서 적어도 하나의 개구 또는 틈새를 가진다. 대안적으로 또는 부가적으로, 유동-편향 및 와류-생성부는 에지 상의 적어도 하나의 리세스를 가진다. 대안적으로 또는 부가적으로, 유동-편향 및 와류-생성부는 적어도 하나의 돌기를 가질 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 돌기는 유동의 주요 방향에 대해 하류 또는 상류에서 경사지게(skew) 구성될 수 있다. 바람직하게, 돌기가 직접적으로 개구 또는 리세스 또는 경계들에 적어도 부분적으로 붙어 있도록 돌기와 개구 및/또는 리세스들은 조합될 수 있다. 결과적으로, 유동하는 액체의 와류는 간단한 방식으로 생성될 수 있다. 제조에서, 예를 들어, 돌기와 개구/리세스는 하나의 단계에서 예를 들어, 금속 쉬트로부터의 컷아웃에 의해 제조될 수 있다.
일부 실시예들에서, 유동-편향 및 와류-생성부는 유동 안내 부재의 원위 절반(distal half) 내에 부분적으로 또는 전체적으로 형성된다. 유동 안내 부재의 원위 절반은, 예를 들어, 커버 또는 플랜지부 또는 다른 하우징 요소와 같이, 유동 안내 부재의 조립 구역으로부터 더 큰 거리에 있는 절반으로 이해되어야 한다. 그러므로, 액체는 초기에 유동 안내 부재의 특정의 영역 위로 유동하고 와류는 원위 구역에서만 생성될 수 있다. 이렇게 함으로써, 효과적인 작동이 얻어질 수 있다.
유동 안내 부재는 적어도 하나의 유동 안내 플레이트(예, 편향 플레이트) 및/또는 적어도 하나의 유동 안내 실린더(예, 편향 실린더)를 포함할 수 있다. 바람직하게, 유동 안내 플레이트는 발륨 또는 발륨을 구획하는 하우징의 세로축에 평행하게 연장한다. 바람직하게, 유동 안내 실린더는 하우징의 세로축에 직교되게 형성된다. 유동 안내 실린더의 방사상의 단면은 원형 또는 타원형 또는 장공형으로 구성될 수 있다. 단면의 길이는 단면의 폭의 적어도 2배, 바람직하게 4배의 크기일 수 있다. 바람직하게, 유동 안내 실린더는 속이 빈 실린더이다.
유동 안내 부재는 서로 적어도 실질적으로 평행한 적어도 2개의 벽 영역들 즉, 제1 벽 영역과 제2 벽 영역을 가질 수 있다. 바람직하게, 가열 요소의 적어도 하나의 섹션은 벽 영역들 사이에서 연장한다. 바람직하게, 제1 벽 영역 상에 예컨대, 개구와 같은 제1 유동-편향 및 와류-생성부가 마련되고, 및/또는 제2 벽 영역 상에 예컨대, 개구와 같은 제2 유동-편향 및 와류-생성부가 마련된다. 바람직하게, 제1 및 제2 유동-편향 및 와류-생성부들은 서로에 대해 완전하게 또는 부분적으로 옵셋되게 배치되거나, 대안적으로 서로 정렬된다. 이러한 정렬된 배치는 구멍들이 형성하는 모든 직선 라인들이 한편으로, 제1 벽 영역 또는 제2 벽 영역에 직교하고, 제1 유동-편향 및 와류-생성부(개구)를 통과함은 물론 제2 유동-편향 및 와류-생성부(개구)를 통과하는 것으로 이해되어야 한다. 구멍들 사이의 옵셋이 존재하는 한, 이러한 옵셋은 부분적으로 또는 완전히 형성될 수 있다. 부분적 옵셋은 위에서 정의된 바와 같은 구멍들의 직선 라인들의 하부세트가 제1 유동-편향 및 와류-생성부(개구)만을 통과하고 다른 서브세트는 제1 유동-편향 및 와류-생성부(개구)와 제2 유동-편향 및 와류-생성부(개구) 모두를 통과하는 것으로 이해되어야 한다. 완전한 옵셋은 위에서 정의된 구멍들의 모든 직선 라인들이 제1 유동-편향 및 와류-생성부(개구)만을 통과하고 제2 유동-편향 및 와류-생성부(개구) 또는 제2 벽 영역 상의 임의의 제2 유동-편향 및 와류-생성부(개구)를 통과하지 않는 배치로서 이해되어야 한다. 제1 및 제2 유동-편향 및 와류-생성부들(개구들) 사이의 이러한 옵셋 배치의 결과로서, 액체 유동의 부가적인(중복된) 속도 성분이 생성될 수 있으므로, 액체에 대한 열전달이 더 증가될 수 있다.
액체 입구와 액체 출구는 서로 인접되게 배치될 수 있고 및/또는 전기 히터와 동일한 사이드에 배치될 수 있고 및/또는 서로 옵셋되게 배치될 수 있다. 예를 들어, 전기 히터와 동일한 사이드 상의 액체 입구와 액체 출구의 옵셋 배치의 결과로서, 유동하는 액체에 부가적인 속도 성분이 부과될 수 있고, 열전달을 더 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면(전술한 제1 및/또는 제2 측면과 조합될 수 있음), 본 발명의 목적은 바람직하게 전술한 형태의 자동차용 전기 히터(특히, 보조 가열 시스템)에 의해 달성된다. 전기 히터는 액체를 수용 및 안내하기 위한 발륨, 액체를 발륨 안으로 유입할 수 있는 액체 입구, 액체를 발륨 밖으로 유출할 수 있는 액체 출구, 및 발륨 내에 배치된 가열 저항체를 구비하고, 전기 히터는 적어도 2개, 바람직하게 적어도 3개의 상이한 설치 위치들에서 환기될 수 있는 방식으로 구성된다. 본 발명의 기본적인 아이디어에 따르면, 다양한 설치 위치들에서 영구적인 기능 특히, 환기되도록 구성된 전기 히터가 제안된다. 나아가서, 전기 히터는 다수의 설치 위치들에서 효과적으로 작동할 수 있도록 즉, 열전달이 발생하도록 구성되어야 한다. 마지막으로, 전기 히터는 다양한 설치 위치들에서 장착될 수 있도록 구성된다. 이것은 다양한 설치 위치들에서 장착을 가능하게 하는 마운팅 디바이스들을 가정한다. 이 경우에서, 중력이 항상 아래로 향하기 때문에 상이한 설치 위치들에서 상이한 힘들이 작용함을 유의해야 한다.
그러므로, 초기에 제1 설치 위치가 만들어질 수 있다. 제2 설치 위치는 선택적으로 제1 위치로부터 90도 각도만큼 전기 히터의 회전에 의해 얻어질 수 있다. 선택적으로, 제3 설치 위치는 제2 설치 위치로부터 상이한 제2 축을 기준으로 90도 각도를 통한 회전에 의해 얻어질 수 있다. 제2 축은 제1 축에 직교한다. 예를 들어, 제1 축은 전기 히터의 세로 연장에 평행할 수 있고 제2 축은 거기에 직교할 수 있다(즉, 교차적으로 연장한다). 특히, 선행 기술의 전기 보조 가열 시스템들에서, 특히, 물 연결들의 완전-유동 및 배치의 구성의 형태는 히터의 다양한 설치 위치들이 구현될 수 있는 것을 방해한다. 그러나, 이러한 제약은 본 발명에 의해 극복된다. 일반적으로, 다양한 설치 위치들은 중력 벡터와 관련하여 전기 히터의 다양한 방위를 의미한다.
일부 실시예들에서, 분리 벽은 금속으로 형성될 수 있고 및/또는 플레이트-형상 또는 플레이트로 구성될 수 있다. 분리 벽은 적어도 부분적으로, 금속 쉬트를 구비할 수 있다. 분리 벽의 외형은 사각형일 수 있다.
분리 벽 형태의 유동-편향 및 와류-생성부를 가진 유동 안내 부재는 가열 요소로부터 이격될 수 있고, 가열 요소에 연결되지 않을 수 있고, 특히, 적어도 하나 또는 다수의 또는 모든 가열 요소들과 접촉하지 않을 수 있다.
분리 벽 형태의 유동-편향 및 와류-생성부를 가진 유동 안내 부재는, 전기 히터의 하우징 또는 하우징부 상에서, 전기 히터 내부의 근위단에 장착될 수 있다. 원위단은 바람직하게 자유단이다.
바람직하게, 액체 입구와 액체 출구는 서로 인접한다. 대안적으로 또는 부가적으로, 액체 입구와 액체 출구는 전기 히터 또는 발륨을 형성하는 컨테이너의 동일한 사이드 예컨대, 동일한 벽 특히, 사이드 벽 상에 배치될 수 있다. "서로 인접하는"의 표현은 특히, 5cm 미만의 액체 입구와 액체 출구 사이의 간격으로서 이해되어야 한다. 예를 들어, 액체 입구와 액체 출구는 전기 히터 또는 발륨의 세로 연장 벽 상에 특히, 세로 벽의 일단 상에 배치될 수 있고, 이러한 끝단은 세로 연장(끝단 에지로부터 보았을 때)의 20%의 구역에 의해 정의될 수 있다. 이러한 배치의 결과로서, 한편으로, 다양한 설치 위치들에서 환기가 효과적으로 얻어질 수 있고, 그럼에도 불구하고, 유동-편향 및 와류-생성부에 의해 다양한 설치 위치들에서 가열 요소 주위의 적절한 유동이 보장되기 때문에, 전기 히터가 효과적으로 작동할 수 있다. 종합적으로, 다양한 설치 위치들에서 효과적인 작동 즉, 가용 설치 공간이 활용될 수 있다.
액체 입구와 액체 출구는, 발륨 내부의 2개의 포인트들 사이의 최대 가능 간격보다 현저히 더 작은, 예를 들어, 서로로부터의 이러한 최대 가능 간격의 절반보다 더 작은, 바람직하게 1/4보다 더 작은, 바람직하게 1/8보다 더 작은, 서로로부터의 간격을 가질 수 있다. 직육면체(완전한)에서, 예를 들어, 최대 가능 간격은 공간적 대각선들에 상응할 수 있다.
바람직하게, 액체 출구는 액체 입구와 동일한 높이 또는 액체 입구 위의 적어도 3개의 상이한 설치 위치들 내에 배치될 수 있다. 특정의 실시예에서, 액체 입구는 액체 입구 위의 제3 설치 위치 내에서 액체 입구의 높이에 있는 2개의 설치 위치들 내에 배치될 수 있다. 결과적으로, 효과적인 작동과 환기는 3개의 상이한 설치 위치들에서 간단한 방식으로 만들어질 수 있다.
만약 액체 출구와 액체 입구가 발륨의 동일한 벽(예, 직육면체의 경우, 동일한 측벽 또는 실린더의 경우, 측면)에 배치되면, 액체 출구와 액체 입구는 바람직하게 이러한 벽의 동일한 높이에 배치되거나 연결 라인이 액체 입구와 액체 출구 사이에서 벽 경계에 평행하게 뻗을 수 있도록 배치된다.
유동 안내 부재에 의해 확장된 유동 경로는, 액체 입구와 액체 출구 사이의 간격의 적어도 2배, 바람직하게 적어도 4배, 더 바람직하게 적어도 8배, 심지어 더 바람직하게 적어도 16배의 길이를 가질 수 있다.
바람직하게, 분리 벽은 발륨의 연장(세로)의 적어도 50%, 바람직하게 80%, 보다 더 바람직하게 적어도 90% 및/또는 최대 95%, 바람직하게 최대 92%를 넘어 발륨 내부를 연장한다.
하나의 특정의 실시예에서, 유동 안내 부재는 적어도 하나 또는 정확하게 하나의 연결 개구에 의해 상호연결되는 2개의 부분 발륨들로 발륨을 구분한다. 바람직하게, 연결 개구는 액체 출구보다 액체 입구로부터 더 멀리 위치될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 가열 요소 또는 가열 요소의 영역은 2개의 부분 발륨들 모두에 배치될 수 있다. 바람직하게, 유동 안내 부재 또는 분리 벽에 의해 구획되는 구분 표면은 최대 20%, 더 바람직하게 최대 10%를 넘는(면적의) 개구 또는 개구들을 가진다. 다시 말해서, 구분 표면은 대부분 밀봉된다. 특정의 실시예에서, 부분 발륨들 사이의 틈새는 유동 안내 부재 또는 분리 벽의 근위단(액체 입구로부터 이격된 위치)에서 완전히 존재할 수 있다. 그러나, 선택적으로, 예를 들어, 환기 및/또는 가열 요소의 개별 구역들의 유입을 개선하기 위해, 틈새(적어도 더 작은)들 역시 액체 입구의 방향으로 더 배치될 수 있다.
유동 안내 부재 또는 분리 벽은, 분리 벽의 세로 연장에 직교하는 액체 안내의 단면이 깔대기 모양으로 테이퍼지거나, 액체 입구 및/또는 액체 출구로부터 시작하여 넓어지도록 배치될 수 있다. 유동 안내 부재 또는 분리 벽은 제1 사이드로부터 제2 사이드까지 대각선으로 뻗을 수 있다. 이러한 테이퍼(예, 깔대기-모양)지거나 넓어지는 결과로서, 발륨을 통과하는 유동은 심지어 상이한 설치 위치들에서도 효과적으로 구현될 수 있고, 종합적으로 효율을 개선하게 된다.
발륨과 유동 안내 부재 또는 분리 벽을 구획하는 하우징은 단일-파트(단일 구조) 컴포넌트로서 구현될 수 있다. 결과적으로, 제조 비용이 감소될 수 있고, 밀봉 포인트(부가적인)들이 회피될 수 있다.
바람직하게, 가열 요소 또는 가열 요소의 부분은 적어도 하나의 관형 가열 요소 본체 및/또는 적어도 하나의 레이어(layer) 히터를 구비한다. 관형 가열 요소 본체는 특히, 구불구불한 모양 및/또는 스크류-모양 및/또는 나선-모양의 프로파일로서, 선택적으로 밀봉된 즉, 내부 유체 채널들이 없는 구성으로서 이해되어야 한다. 레이어 히터는 특히, 전기 도체가 베이스 예를 들어, 하우징 내벽에 편평하게(예, 적어도 5cm2 또는 10cm2) 적용되고 전류를 이용하여 가열하기 위해 놓여진 가열 요소이다. 예를 들어, 이와 관련하여 WO 2013/186106 A1 및 WO 2013/030048 A1을 참조할 수 있다. 거기에서 설명된 히터들은 전력이 인가될 때(또는 전류가 흐를 때) 가열되는 전기 가열 레이어를 가진다. 관형 가열 요소 본체의 사용은 특히, 제작이 용이한 구조의 구현을 가능하게 한다.
전술한 목적은 전술한 형태의 전기 히터를 구비하는 자동차에 의해 더 달성된다.
나아가서, 본 발명의 목적은 전술한 형태의 히터 또는 전술한 형태의 자동차의 작동 방법에 의해 달성되고, 액체 입구를 통해 유입되는 액체는 상승된 온도의 액체 출구를 통해 유출된다. 발륨으로부터 외부로 유출되는 액체는 자동차의 내부 특히, 승객실을 가열하고 및/또는 구동 요소 특히, 모터의 가열(또는 예열)을 위해 사용된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 예열 디바이스 및/또는 부가적인 디바이스 특히, 보조 가열 시스템으로서 전술한 형태의 히터의 사용이 제안된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 적어도 하나의 유동 안내 부재가 선택적으로 릴리스되거나 분리되는 전술한 히터를 구비하는 세트가 제안되고, 상기 세트는, 적어도 하나의 유동-편향 및 와류-생성부의 구조가 서로 상이한 적어도 제1 유동 안내 부재와 제2 유동 안내 부재들을 구비한다. 제1 유동 안내 부재와 제2 유동 안내 부재는 각각 기본적으로 히터와 관련하여 전술한 바와 같이 구성될 수 있다. 바람직하게, 제1 유동 안내 부재와 제2 유동 안내 부재는 서로 교환될 수 있고 및/또는 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 유동 안내 부재와 제2 유동 안내 부재는 각각의 부재의 사이즈 및/또는 형상이 서로 상이할 수 있고, 및/또는 유동-편향 및 와류-생성부의 사이즈 및/또는 형상 및/또는 갯수가 서로 상이할 수 있다. 특히, 유동-편향 및 와류-생성부로서 마련되는 돌기들 또는 개구들 또는 리세스들의 사이즈 및/또는 형상 및/또는 갯수가 서로 상이하다. 요구되는 사용 위치에 따른 히터의 상대적으로 양호한 개조에 의해 본 실시예에 따른 세트의 구성은 간단한 방식으로 얻을 수 있다.
가열 요소(전기 가열 저항체)는 자동차의 전력(예, 자동차 배터리)을 통해 및/또는 파워 서플라이 네트워크(외부)를 통해 전류를 공급받을 수 있다.
각각의 경우, 부분 발륨들은 발륨(전체)의 적어도 10%, 바람직하게 적어도 20%, 더 바람직하게 적어도 40%를 포함한다.
발륨은 적어도 200cm3, 바람직하게 적어도 1000cm3를 포함할 수 있다. 나아가서, 발륨(세로 연장)은 적어도 5cm, 바람직하게 12cm의 길이일 수 있다. 상한은 40cm, 바람직하게 30cm일 수 있다. 폭 및/또는 깊이 및/또는 직경(예, 실린더형 설계)은, 예를 들어, 적어도 4cm, 바람직하게 적어도 6cm일 수 있다. 상응하는 상한은 12cm, 바람직하게 8cm일 수 있다.
바람직하게, 설치/부착 장소에 장착되기 위해, 전기 히터는 상응하는 고정 디바이스(예, 보어들)를 가진다.
유동 안내 부재는 하나 이상의 금속 쉬트들(천공된 쉬트들)을 가질 수 있다. 보어(개구)들을 통해 액체 유동의 끼어드는(국부-면적) 제어를 달성할 수 있고, 죽은 면적(국부적인)들이 방지될 수 있다. 나아가서, 천공된 쉬트는 비용-효과적으로 제조될 수 있다.
원칙적으로, 유동-편향 및 와류-발생부(예, 다수의 구멍들을 구비함)는 유동의 국부적 조건들이 고려되게 한다. 특히, 국부적으로 유입되는 유체 유동(냉각수 대량 유동)은 그에 따라 조절될 수 있다. 유체 유동은 유동-편향 및 와류-발생부의 예를 들어, 돌기들, 구멍들 특히 보어들, 리세스들 등의 갯수, 직경 및 위치에 의해 가변적으로 구분될 수 있다.
유동-편향 및 와류-생성부로서 유동 안내 부재에 선택적으로 마련된 개구들은 다양한 형태들(예, 원형 구멍 및/또는 슬롯 및/또는 다각형, 특히 사각형 및/또는 삼각형)을 가질 수 있다. 선택적으로 구성된 사각형은 바람직하게 가늘고 길다(하나의 길이는 특히, 폭의 2배 또는 적어도 5배임). 장공들 또는 4각형(가늘고 긴)들은 바람직하게 유동의 주요 방향을 교차하도록 방위를 잡는다. 가열 요소(특히, 히터)의 더 긴(직선) 영역들이 존재할 때 장공들 또는 가늘고 긴 사각형들은 특히 유용하다.
본 발명에 의해, 표적이 되는 제2 유동은 주요 유동인 기본 유동에 효과적인 방식으로 영향을 미치기 때문에, 유체 유동 내의 완전한-혼합과 순환이 엄청나게 증가될 수 있다. 바람직하게, 유체의 유동은 유동 안내 부재의 두께의 적어도 5배 또는 적어도 15배의 공간적 깊이(즉, 유동 안내 부재에 직교하는)로 영향을 받을 수 있다.
그러므로, 제2 유동은 특히 바람직하게 형성된다. 나아가서, 거시적 레벨의 대규모의 소용돌이 구조(부가적인)들이 유동(냉각수)에 도입될 수 있다.
각각의 경우, 증가된 완전한-혼합과 순환은 히터 작동에 유용한 효과를 가진다.
예를 들어, 부분 또는 완전한 막 비등(film boiling)과 같은 불리한 비등 공정들은 유체 유동(냉각수 유동)에 대한 표적화된 와류의 도입에 의해 상대적으로 잘 방지된다.
바람직하게, 와류의 도입은 유동 분리(detachment)에 이은 소용돌이 캐스케이드(vortex cascade)의 원칙에 기반한다. 이러한 소용돌이 케스케이드(제2 유동)는 기본 유동 상에 중첩될 수 있고 히터 내의 열전달 계수가 높게 유지(영구적으로)되도록 하는 방식에 기반을 둘 수 있다. 결과적으로, 상응하는 가열 요소로부터 제어된 열의 제거가 수행(확실하게)될 수 있고, 선택적으로 응집 비등(제어된)이 된다. 특히 바람직하게, 이것은 적어도 하나의 클리어런스(clearance) 및/또는 유동 안내 부재 내 또는 상의 날카로운 에지 윤곽에 의해 달성될 수 있도록 하나 이상의 분리 에지들이 형성된다.
바람직하게, 유동-편향 및 와류-생성부는 유동 안내 부재의 외부 윤곽(윈도우와 유사함) 내부에 놓인 개구(직사각)(예, 펀칭)를 구비한다. 대안적으로 또는 부가적으로, 유동-편향 및 와류-생성부는 유동 안내 부재의 외부 윤곽 내부에 놓인 개구들의 캐스케이드(예, 슬롯들의 캐스케이드)를 가질 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 유동-편향 및 와류-생성부는 유동 안내 부재의 편향 에지(원위단)를 따라 연장하는 외형들의 레지스터(예, 직사각형 또는 마름모형)를 가질 수 있다. 그 후 예를 들어, 상응하는 자유단에서 빗(comb) 형태로 구현될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 유동 안내 부재의 천공(국부적인)들 또는 관통공들은 스크린과 유사하게 존재할 수 있다.
종합적으로, 유용한 완전-혼합은 임의의 열전달을 엄청나게 증가시키기 위해 본 발명에 의해 수행될 수 있다. 유체(액체 또는 냉각수)는 죽은 물 영역들로부터 흡입되거나 순환된다. 보다 높은 가열 전력들은 전체적으로 그리고 국부적으로 달성될 수 있다. 불리한 비등(예, 부분적 또는 완전한 막 비등) 공정과 관련하여 안전성이 증가된다.
나아가서, 유동은 국부적으로 유리하게 제어될 수 있다. 특히, 천공된 금속 쉬트를 이용하면 상대적으로 제조 비용이 감소된다.
유체 유동(냉각수 유동)은 더 큰 작동 윈도우에서 허용되는 결과를 이용하여 표적화된 방식으로 간단히 영향을 받을 수 있다. 원하지 않거나 중대한 작동 상태들은 시스템적으로 회피될 수 있다. 유동 안내 부재의 제조 과정에서 증가된 비용은 낮다.
일반적으로, 죽은 물 구역의 한정된 감소가 만들어 질 수 있는 결과를 이용하여 바이패스(국부적인) 구역이 도입될 수 있다.
바람직하게, 유동 안내 부재는 분리가능하게 구성될 수 있다. 특히, 끼워질 수 있도록 구성된다. 그러나, 대안적으로, 이것은 예를 들어, 메인 본체에 용접되는 것과 같이, 상이한 방식으로 하나의 피스에 부착될 수 있다.
총괄적으로, 유용한 모듈 구축 시스템(히터 아키텍처를 위한)을 만들 수 있다.
본 발명과 비교하여, 선행기술의 해결책들은 많은 단점들을 가진다. 유동 안내 부재들의 형상들은 일반적으로 제조 가능성(공급자들 입장)들만에 의해 미리정의된다. 히터 내부(특히, 열교환기와 하우징 내부)의 국부적 비등 공정들은 유체(냉각수)를 통한 열의 제거에 불리한 영향을 미친다. 그러므로, 이것은 국부적 과열로 이어질 수 있다. 또한, 그것은 교란(예, 증기 방울들의 형성; 히터 내의 증기 해머)으로서 인식되는 원하지 않는 작동 상태들로 이어질 수 있다. 매우 높은 열 유동 밀도들과 막 비등의 개시에서, 가열 요소의 온도는 현저히 증가할 수 있고 가열 요소의 고장의 원인이 될 수 있다. 이 경우, 수명과 안전을 이유로 자동차의 전기 히터들의 통상적인 가열 전력 조건(예를 들어, 1-5kW의 전력)을 위한 특정의 가열 유동 밀도(적어도 대략 15-20 W/cm2)가 초과되어서는 안됨을 명심해야 한다. 따라서, 컴팩트한 히터의 일반적인 조건의 결과로서, 통상적인 가열 요소들은 특정의 습한 표면을 얻기 위해 일반적으로 나선형의 관형 가열 요소 본체들로서 구성된다. 그러한 복잡한 나선형의 관형 가열 요소 본체들 주변의 유동 동안, 국부적인 분리 구역들이 형성된다. 이러한 브리지(bridge) 영역들에서, 유체에 대한 상대적으로 취약한 열전달은 가열 요소의 과열(국부적인) 및 원하지 않는 초기의 강한 비등 또는 스팀 해머들로 이어진다. 이러한 문제는 선행기술에서 가열 전력의 상한을 부과한다.
본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명된 예시적인 실시예들을 참조하여 아래에서 더 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기 히터의 개략적 사시도이다.
도 2는 도 1에 따른 실시예의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 하우징이 없는 전기 히터의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전기 히터의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유동 안내 부재의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 5와 유사한 유동 안내 부재의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 5와 유사한 유동 안내 부재의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 5와 유사한 유동 안내 부재의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 전기 히터의 단면도이다.
도 10은 도 9의 유동 안내 부재의 평면도이다.
도 11은 도 10에 따른 유동 안내 부재의 개략적인 측면 구성도이다.
도 12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 전기 히터의 단면도이다.
도 13은 도 12에 따른 히터를 위한 도 10과 유사한 유동 안내 부재의 평면도이다.
도 14는 도 12에 따른 히터를 위한 도 11과 유사한 유동 안내 부재의 개략적인 측면 구성도이다.
도 15는 히터 내부의 가열 요소의 바람직한 배치의 개략적 단면도이다.
도 16은 히터 내부의 가열 요소의 다른 바람직한 배치의 개략적 단면도이다.
도 17은 본 발명의 제6 실시예에 따른 전기 히터의 개략적 부분 분해 사시도이다.
도 18은 본 발명의 제7 실시예에 따른 전기 히터의 개략적 사시도이다.
이어지는 상세한 설명에서 동일한 참조부호들은 동일한 효과를 가진 동일한 부재들을 위해 사용되었다.
본 발명에 따른 히터의 제1 실시예의 개략적 사시도와 측면도인 도 1 및 도 2를 참조한다.
삭제
본 실시예에 따른 히터는 하우징(10)과 커버 또는 플랜지부(미도시)를 구비한다. 액체 입구(13)와 액체 출구(14)는 화살표들로 표시되었다.
하우징(10)은 대략적으로 직사각형일 수 있고, 선택적으로 라운드진 에지들을 가질 수도 있고, 또는 원통형(원형)일 수 있으므로, 하우징(10)에 의해 구획되는 발륨(volume)(15)(도 3 참조) 역시 라운드진 에지를 가진 직사각형 또는 원통형(원형)으로 구성된다. 예시적인 실시예에서, 가열 요소(16)는 하우징(10) 내부에 위치되거나 발륨(15) 내에 위치되고, 관형(tubular) 가열 요소 본체를 구비한다. 이러한 가열 요소(16)는 전류에 의해 가열됨으로써, 발륨(15) 내의 액체(예, 물)를 가열할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1 유동 안내 부재(12)는 다수의 구멍들이 천공된 실린더 구조를 가진다. 바람직하게, 실린더에 천공된 각각의 구멍은 장공 형태의 단면을 가진다. 장공의 단면의 길이는 그 폭의 바람직하게 1.5배, 더 바람직하게 적어도 2.5배 및/또는 최대 10배, 바람직하게 최대 5배이다.
제1 유동 안내 부재(12)의 축방향 길이는 단면의 길이의 바람직하게 적어도 0.5배, 바람직하게 적어도 1.0배 및/또는 최대 3.0배, 바람직하게 최대 1.8배의 길이이다. 대안적으로 또는 부가적으로, 유동 안내 부재(12)의 축방향 길이는 단면의 폭의 바람직하게 1.8배, 더 바람직하게 적어도 3.0배 및/또는 최대 12.0배, 바람직하게 최대 6.0배의 길이이다.
나아가서, 도 1에 따른 제1 유동 안내 부재(12)는 예를 들어, 적어도 5개 또는 적어도 10개의 줄(row)들과 예를 들어, 적어도 5개 또는 적어도 10개의 열(column)들로 배치된 다수의 구멍들(40)을 포함한다. "줄(row 또는 line)들"은 바람직하게, 원주 방향으로 연장하고, "열들"은 축 방향으로 연장한다. 예를 들어, 적어도 20개 또는 적어도 100개의 구멍들(40)이 마련될 수 있다. 이러한 구멍들(40)의 형성은, 전체적으로 유동을 국부적으로 편향시킴으로써 죽은 공간들이 회피되거나 적어도 감소되게 할 수 있는 유동-편향(deflecting) 및 와류-생성부(25)를 구성할 수 있다.
유동 안내 부재(12)의 모든 구멍들은 라운드 또는 비-라운드 예컨대, 타원형, 계란형 및/또는 다각형 특히, 사각형 및/또는 삼각형의 단면 및/또는 이어지는 실시예들에서 설명된 단면을 가질 수 있다.
나아가서, 도 1 및 도 2에서, 제1 유동 안내 부재(12)의 세로축은 하우징(10)(도 3 참조)의 세로축을 가로질러 연장하는 것을 확인할 수 있다. 제2 유동 안내 부재(12a)는 분리(dividing) 벽 특히, 분리 플레이트의 형태로 마련될 수 있다. 제2 유동 안내 부재(12a)는 제1 유동 안내 부재(12)의 축방향 길이의 적어도 대략 절반 상에 또는 선택적으로, 축방향 길이의 ±10% 상에 배치될 수 있다. 나아가서, 제2 유동 안내 부재(12a)는 제1 유동 안내 부재(12)의 축방향에 적어도 실질적으로 직교할 수 있다.
제1 유동 안내 부재(12) 및/또는 제2 유동 안내 부재(12a)는, 각각의 경우, 그 자체에 의해 또는 서로 조합되어 후술하는 바와 같이 유동-편향 및 와류-생성부(25)를 형성할 수 있다.
발륨(15)은 분리 벽 또는 분리 플레이트 형태의 제2 유동 안내 부재(12a)에 의해 2개의 부분 발륨들(17,18)로 분리된다. 이 경우, 제2 유동 안내 부재(12a)는 하우징(10)의 하나의 측벽(세로)으로부터 반대 측벽까지 직선으로 뻗어 있고, 이러한 측벽들에 직교한다. 액체 입구(13)와 액체 출구(14)는 동일한 측벽 상에 그리고, 하우징(10)의 세로 연장에 대해 서로 인접하게 배치될 수 있다. 구체적으로, 액체 입구(13)와 액체 출구(14)는 측벽의 끝단 영역 내에 위치될 수 있다.
종합적으로, 액체는 제1 유동 안내 부재(12)를 통해 유동하고 및/또는 제2 유동 안내 부재(12a)의 에지(41) 주위에서 제1 유동 안내 부재 주위를 유동할 수 있으므로, 전체적으로 액체들의 유동을 위한 다수의 "경로들"이 형성되고, 및/또는 죽은 공간들이 회피 또는 적어도 감소될 수 있다.
일 실시예에서, 가열 요소(16)는 가열 코일 또는 가열 튜브의 형태이고, 바람직하게 제1 유동 안내 부재(12) 주위에 배치된다. 제1 유동 안내 부재(12)는, 예를 들어, 가열 요소에 끼워져서 가열 요소에 기계적으로 접촉될 수도 있고, 가열 요소(16)로부터 이격될 수도 있다. 결과적으로, 액체의 유동은 열을 전달시킬 목적으로 더 개선될 수 있다.
나아가서, 제1 유동 안내 부재(12)는 메인 본체(22)에 분리가능하게 특히, 메인 본체 위에 또는 안에 플러깅(plugging)에 의해 연결될 수 있다. 제1 유동 안내 부재(12)는 제2 유동 안내 부재(12a)에 의해 특히, 제2 유동 안내 부재(12a)에 플러깅됨으로써 유지될 수 있다. 도 2 또는 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 유동 안내 부재(12a)는, 예를 들어, 제1 유동 안내 부재에 대해 분리가능하거나 분리되지 않게 예컨대, 플러깅에 의해 또는 용접에 의해 메인 본체에 연결될 수 있다.
도 2에서 확인할 수 있는 제1 가이드 요소(29)는 아래에서 더 상세히 설명될 것이다. 도 4에서 후술되는 바와 같이, 제2 가이드 요소(30)가 마련될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 하우징이 없는 전기 히터의 사시도이다. 본 실시예에 따른 전기 히터는 점선으로 도시된 하우징(10) 및 커버 또는 플랜지부(flange part)(11)를 구비한다. 분리 플레이트 형태의 유동 안내 부재(12)는 플랜지부(11) 상에 위치된다. 액체 입구(13)와 액체 출구(14)는 화살표들로 표시된다.
하우징(10)은 선택적으로, 라운드진 에지들을 가진 대략 직사각형 또는 원통형(원형)으로 구성될 수 있으므로, 발륨(15)은 라운드진 에지를 가진 직사각형 또는 원통형으로 구성되고 하우징(10)에 의해 구획된다. 본 실시예에서, 가열 요소(16)는 하우징(10) 내부에 또는 발륨(15) 내에 위치되고, 관형(tubular) 가열 본체를 구비한다. 가열 요소(16)는 전류에 의해 가열되기 때문에 발륨(15) 내부에 있는 액체 역시 가열될 수 있다.
발륨(15)은 분리 벽 또는 분리 플레이트 형태의 유동 안내 부재(12)에 의해 2개의 부분 발륨들(17,18)로 구분된다. 이 경우, 유동 안내 부재(12)는 하우징(10)의 측벽(세로)으로부터 반대의 측벽까지 직선으로 경사지게 뻗어 있다. 액체 입구(13)와 액체 출구(14)는 동일한 측벽 상에 배치될 수 있고, 구체적으로, 하우징(10)의 세로 연장에 대해 서로 인접되게 배치될 수 있다. 또한, 액체 입구(13)와 액체 출구(14)는 측벽의 끝단 영역 내에 위치될 수 있다.
바람직하게, 가열 요소(16)는 발륨(15)의 세로 연장의 적어도 90%에 걸쳐, 또는 세로 연장의 최대 98%에 걸쳐 연장한다. 바람직하게, 가열 요소(16)는, 선택적으로 가열 요소 연결부가 관통되는, 커버 또는 플랜지부(11)로부터 하우징의 반대편의 벽까지 연장한다. 바람직하게, 유동 안내 부재(12)의 원위단(19)은 가열 요소(16)의 본체의 끝단보다 더 짧다. 각각의 경우, 액체 입구(13)로부터 액체 출구(14)까지 액체가 유동할 수 있도록, 액체는 하나의 부분 발륨(17)으로부터, 원위단(19)과 하우징(10)의 벽부 사이에 위치된 영역을 통과하는 원위단(19) 주위로 유동하여, 다른 부분 발륨(18)까지 유동할 수 있다.
유동 안내 부재(12)는 예컨대, 용접에 의해 플랜지부(11)에 단단하게 접합될 수 있다.
나아가서, 유동 안내 부재(12)는 도 2 내지 도 12에서 설명된 바와 같이 구성될 수 있는 적어도 하나의 유동-편향 및 와류-생성부를 구비한다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전기 히터의 분해 사시도이다. 이러한 실시예에서, 유동 안내 부재(12)는 클램프들(20a,20b)(클램핑 탭들)을 통해 히터의 메인 본체(22)에 연결될 수 있다. 나아가서, 유동 안내 부재(12)는 원위단(19)에 인접하는 클리어런스들(21a,21b)을 가진다. 예컨대, 2개의 클리어런스들(21a,21b)은 유동 안내 부재(12)의 2개의 세로 에지들 상에 배치될 수 있다.
또한, 클리어런스들(21a,21b)은 특히, 벤딩에 의해 회동가능한 탭들(23,24)을 구획함으로써, 유입되는 물의 유동에 대한 와류를 생성 또는 향상시킬 수 있다. 종합적으로, 클리어런스와 탭들(21a,21b,23,24)의 구조와 형상은 유동-편향 및 와류-생성부(25)를 형성한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1 가이드 요소(29)와 제2 가이드 요소(30)는 원위단에서 테이퍼진 섹션들을 가지고, 액체 입구(13)와 액체 출구(14)를 통해 유동하는 액체가 각각의 개구(입구와 출구) 근처에서 분리되거나 결합되게 할 수 있고, 액체 입구로부터 하우징(10)의 후방 끝단의 방향으로 액체가 이동되게 하거나, 후방 끝단으로부터 액체 출구 방향으로 액체를 안내시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유동 안내 부재의 개략도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 유동 안내 부재(12)는, 도 4에 따른 구조들(21a,21b,23,24)에 부가하여, 유동 안내 부재(12)의 원위단(19) 부근 또는 원위단의 원위 절반 내에 형성된 개구(26)를 더 구비하는 유동-편향 및 와류-생성부(25)를 포함한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 5와 유사한 유동 안내 부재의 개략도이다. 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 유동 안내 부재(12)는 유동-편향 및 와류-생성부의 일부로서 3개의 개구들(26a,26b,26c)이 줄로 마련되는 점에서 도 5의 실시예와 구별되고, 이러한 개구들의 폭은 이러한 줄에서 원위단(19)의 방향으로 증가한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 5와 유사한 유동 안내 부재의 개략도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 유동 안내 부재(12)는 유동-편향 및 와류-생성부의 일부로서 다수의 라운드형 개구들(27)을 구비한다. 이러한 개구들(27)은 다수의 줄들로 마련될 수 있고, 바람직하게, 하나의 줄에서 다른 줄까지 측정된 개구의 직경은 원위단(19)의 방향으로 갈수록 증가한다. 도 7에서, 각각의 개별 줄의 개구들의 갯수는 감소되는 것으로 도시하였으나, 대안적으로, 이러한 갯수는 동일할 도수 있다. 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 5와 유사한 유동 안내 부재의 개략도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 유동 안내 부재(12)는 유동-편향 및 와류-생성부의 일부로서, 3줄의 삼각형 개구들(28)을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 삼각형 개구들은 원위단(19)의 방향으로 정렬된다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 전기 히터의 단면도이고, 도 10은 도 9의 유동 안내 부재의 평면도이고, 도 11은 도 10에 따른 유동 안내 부재의 개략적인 측면 구성도이다. 도 9 및 도 10을 참조하면, 유동 안내 부재에 마련된 유동-편향 및 와류-생성부는, 도 4의 실시예에서 설명된 구조들(21a,21b,23,24)에 부가하여, 플랩(flap) 형태의 돌기들(31,32)을 포함한다. 돌기들(31,32)은 각각의 기본(또는 주된) 유동 방향에 대해 하류 또는 상류를 향하도록 비스듬하게(skew) 정렬된다. 도 11에 도시된 바와 같이, 돌기(31)는 기본 유동 방향에 따른 유입 표면(33)의 상류의 절반에 배치될 수 있고, 이와 반대로 돌기(32)는 유입 표면(34)의 상류 절반에 배치될 수 있다. 대안적으로, 돌기(31)는 유입 표면(33)의 하류 절반에 배치될 수 있고, 돌기(32)는 유입 표면(34)의 하류 절반에 배치될 수 있다.
도 12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 전기 히터의 단면도이고, 도 13은 도 12에 따른 히터를 위한 도 10과 유사한 유동 안내 부재의 평면도이고, 도 14는 도 12에 따른 히터를 위한 도 11과 유사한 유동 안내 부재의 개략적인 측면 구성도이다. 본 실시예는 기본적으로 도 9 내지 도 11에 따른 제4 실시예에 대응된다. 대안적으로 또는 부가적으로, 본 실시예에 따른 유동 안내 부재는 유동-편향 및 와류-생성부로서, 유동 안내 부재(12)의 주요 평면(2 방향들 모두)에 대해 수직으로 연장하는 원통형의 와류발생기(44)를 구비한다.
삭제
도 15 및 도 16은 본 발명에 따른 전기 히터 내부의 가열 요소의 바람직한 배치의 개략적 단면도들이다.
도 15를 참조하면, 가열 요소(16)의 섹션은 유동 안내 부재(12)의 2개의 섹션들(37,38) 사이에 배치될 수 있다. 섹션들(37,38)은 서로 평행하게 뻗어 있는 개구들(39)을 가진 벽부들을 형성한다. 본 실시예에서, 개구들(39)은 서로 옵셋되지 않고 정렬된다.
대안적으로, 도 16에 도시된 바와 같이, 유동 안내 부재(12)의 2개의 섹션들(37,38)에 각각 형성된 개구들(39)은 섹션들(37,38) 사이에서 놓여진 가열 요소(16)의 섹션에 대하여 적어도 세로 방향으로 서로 옵셋되게 배치될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 개구들은 섹션들(37,38) 사이에 놓여진 가열 요소의 섹션에 대하여 가로 방향으로 서로 옵셋되게 형성될 수도 있다. 도시된 가열 요소(16)소의 섹션은 라운드 또는 원통 단면을 형성한다.
도 17은 본 발명의 제6 실시예에 따른 전기 히터의 개략적 부분 분해 사시도이다. 본 실시예에서, 전기 히터는 플레이트 형상의 유동 안내 부재(12)를 구비하고, 나선의 가열 요소(16)는 유동 안내 부재(12)의 양 사이드들 상에 배치된다. 유동 안내 부재(12)는 적어도 10개의 구멍들(40)을 가진 천공된 플레이트 또는 천공된 쉬트로서 구성된다.
본 실시예에서, 액체 입구(13)와 액체 출구(14)는 하우징(10)의 세로 방향으로 서로에 대해 옵셋되게 구성된다. 결과적으로, 열의 양이 더 개선된다.
도 18은 본 발명의 제7 실시예에 따른 전기 히터의 개략적 사시도이다. 본 실시예에서, 유동 안내 부재(12)는 다수의 구멍들이 천공된 원형 실린더로서 구성된다. 바람직하게, 실린더 형태의 유동 안내 부재(12)는 다수의 관형 가열 코일 섹션들(42)의 중앙에 위치되고, 유동 안내 부재(12)와 가열 코일 섹션들(42)은 서로 동일한 방향으로 실질적으로 평행하게 연장한다.
전술한 모든 부분들은 그들 자체들로 볼 때 임의의 조합으로서 본 발명 특히, 도면들에 도시된 상세한 내용들에 필수적인 것으로서 청구되었음을 유의해야 한다. 이러한 내용에 대한 변화들은 당업자에게 친숙한 것으로 이해되어야 한다.
10...하우징 11...플랜지부
12...유동 안내 부재 12a...제2 유동 안내 부재
13...액체 입구 14...액체 출구
15...발륨 16...가열 요소
17,18...부분 발륨 19...원위단
22...메인 본체 23.24...탭
25...유동-편향 및 와류-생성부 26...개구
27,28...개구 29...가이드 요소
31,32...돌기 39...개구
40...구멍 41...에지
44...와류발생기

Claims (21)

  1. 자동차용 전기 히터로서,
    액체를 수용하고 전달하기 위한 발륨(volume)(15);
    상기 액체를 상기 발륨(15) 속으로 유입할 수 있는 액체 입구(13);
    상기 액체를 상기 발륨(15) 밖으로 유출할 수 있는 액체 출구(14); 및
    상기 발륨(15) 내부에 배치된 적어도 하나의 가열 요소(16) 및 유동 안내 부재(12)를 구비하고,
    상기 유동 안내 부재(12)는 상기 액체의 유동을 편향시키고 와류를 생성하기 위한 적어도 하나의 유동-편향 및 와류-생성부(25)를 구비하고,
    상기 가열 요소(16)는 상기 유동 안내 부재(12) 주위를 둘러싸도록 배치되고,
    상기 유동 안내 부재(12)는 다수의 구멍들(40)을 가진 적어도 하나의 유동 안내 실린더를 구비하는, 전기 히터.
  2. 청구항 1에서,
    상기 유동 안내 부재(12)는 상기 전기 히터의 메인 본체(22)에 분리가능하게 연결되는, 전기 히터.
  3. 청구항 1에서,
    상기 유동 안내 부재(12)는 상기 액체 입구(13)로부터 상기 액체 출구(14)까지 유동하는 액체를 편향시킴으로써 유동 경로를 확대시키는 적어도 하나의 분리 벽을 구비하는, 전기 히터.
  4. 청구항 2에서,
    상기 유동 안내 부재(12)는 상기 메인 본체(22)에 클램핑 방식으로 결합될 수 있는 적어도 하나의 클램프들(20a,20b)을 구비하는, 전기 히터.
  5. 청구항 1에서,
    상기 유동-편향 및 와류-생성부(25)는 적어도 하나의 개구(26,26a,26b,26c;27,28) 또는 적어도 하나의 돌기(31,32)를 구비하고,
    상기 적어도 하나의 돌기(31,32)는 상기 유동 안내 부재(12)의 두께의 2배로 상기 유동 안내 부재(12)로부터 돌출하는, 전기 히터.
  6. 청구항 1에서,
    상기 유동-편향 및 와류-생성부(25)는 상기 유동 안내 부재(12)로부터 돌출하는 적어도 하나의 플랩(23,24)을 구비하고,
    상기 플랩(23,24)은 상기 유동 안내 부재(12)의 표면에 적어도 부분적으로 컷아웃되거나 적어도 부분적으로 상기 표면 위에 배치되어 있는, 전기 히터.
  7. 청구항 1에서,
    상기 유동-편향 및 와류-생성부(25)는 적어도 하나의 와류발생기(44)에 의해 구현되는, 전기 히터.
  8. 청구항 1에서,
    상기 유동-편향 및 와류-생성부(25)는, 유동하는 상기 액체와 직접 접촉하는 유동 안내 부재의 유입 표면(33,34)의 상류보다 상기 유입 표면의 하류에 더 가깝게 형성되거나,
    상기 유동-편향 및 와류-생성부(25)는, 유동하는 상기 액체와 직접 접촉하는 유동 안내 부재의 유입 표면(33,34)의 하류보다 상기 유입 표면의 상류에 더 가깝게 형성되는, 전기 히터.
  9. 청구항 1에서,
    상기 유동-편향 및 와류-생성부(25)는, 상기 유동 안내 부재(12)의 원위 절반 내에 부분적으로 또는 전체적으로 형성된, 전기 히터.
  10. 청구항 1에서,
    상기 유동 안내 실린더는 적어도 하나의 유동 안내 플레이트 또는 장공-형태의 단면을 가진, 전기 히터.
  11. 청구항 1에서,
    상기 유동 안내 부재(12)는 서로 평행한 2개의 제1 벽 부분(37)과 제2 벽 부분(38)을 구비하고, 상기 가열 요소(16)의 적어도 일 부분은 상기 제1 벽 부분(37)과 상기 제2 벽 부분(38) 사이에서 연장하고,
    상기 제1 벽 부분(37) 상에는 제1 유동-편향 및 와류-생성부가 마련되고, 상기 제2 벽 부분(38) 상에는 제2 유동-편향 및 와류-생성부가 마련되며,
    상기 제1 유동-편향 및 와류-생성부와 상기 제2 유동-편향 와류-생성 부재는 서로에 대해 옵셋되거나 서로 정렬되게 배치된, 전기 히터.
  12. 청구항 1에서,
    상기 액체 입구(13)와 상기 액체 출구(14)는 서로 인접하고, 상기 전기 히터의 동일한 사이드 상에 배치되고, 서로 옵셋되게 배치된, 전기 히터.
  13. 청구항 1에서,
    상기 액체 입구(13)와 상기 액체 출구(14)는 상기 발륨 내부의 2개의 포인트들 사이의 최대 가능 간격보다 더 작은 서로 간의 간격을 가진, 전기 히터.
  14. 청구항 3에서,
    상기 유동 안내 부재(12)에 의해 확대되는 상기 유동 경로는, 상기 액체 입구(13)와 상기 액체 출구(14) 사이의 간격의 적어도 2배 더 긴, 전기 히터.
  15. 청구항 1에서,
    상기 유동 안내 부재(12)는 적어도 하나의 연결 개구에 의해 상호연결되는 적어도 2개의 부분 발륨들(17,18)로 상기 발륨(15)을 구분하고,
    상기 연결 개구는 상기 액체 출구(14)보다 상기 액체 입구(13)로부터 더 먼 위치에 배치되고,
    상기 가열 요소(16)는 2개의 부분 발륨들(17,18) 내에 배치되는, 전기 히터.
  16. 청구항 1에서,
    상기 가열 요소(16)는 적어도 하나의 관형(tubular) 가열 요소 본체 또는 적어도 하나의 레이어(layer) 히터를 구비하는, 전기 히터.
  17. 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항의 전기 히터를 구비하는 자동차.
  18. 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항의 전기 히터의 작동 방법으로서,
    상기 액체 입구(13)를 통해 액체를 유입시키는 단계; 및
    상승된 온도에서 상기 액체 출구(14)를 통해 상기 액체를 유출시키는 단계를 포함하는, 전기 히터의 작동 방법.
  19. 청구항 18에서,
    상기 발륨(15)으로부터 유출하는 액체는 자동차의 내부를 가열하거나 자동차의 구동 요소를 가열하는데 사용되는, 전기 히터의 작동 방법.
  20. 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항에서,
    상기 전기 히터는 예열 디바이스 또는 부가 가열 디바이스인, 전기 히터.
  21. 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항에서,
    상기 유동-편향 및 와류-생성부(25)와 상이한 형상 또는 구조 또는 갯수를 가진 제2 유동 안내 부재(12a)를 더 구비하는, 전기 히터.
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