KR102499621B1 - 유체 가열 히터 - Google Patents

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Abstract

유체 가열 히터가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 판상의 격벽부, 및 상기 격벽부의 일면에 유로를 형성하는 유로형성부를 포함하는 메인 바디; 상기 유로형성부 상에 판상으로 배치되고, 상기 유로에 대응하는 형상의 발열 패턴을 포함하는 발열판; 상기 격벽부의 타면에 배치되어, 상기 발열 패턴의 발열을 제어하는 회로기판; 및 상기 발열 패턴과 상기 회로기판을 전기적으로 연결하는 버스 바를 포함하고, 상기 유로는, 직선형 중앙유로, 상기 중앙유로의 제1 단에 연결되는 제1 나선유로, 및 상기 중앙유로의 제2 단에 연결되는 제2 나선유로를 포함하는 유체 가열 히터가 제공될 수 있다.

Description

유체 가열 히터{FLUID HEATING HEATER}
본 발명은 유체 가열 히터에 관한 것이다.
현재 가장 일반적인 차량은 엔진을 구동원으로 사용하고 있다. 엔진은 휘발유, 경유 등을 에너지원으로 하는데, 이러한 에너지원은 환경오염뿐만 아니라 석유 매장량 감소 등과 같은 다양한 문제를 안고 있다. 이에 따라, 새로운 에너지원에 대한 필요성이 점차 대두되고 있고, 전기자동차 등과 같이 새로운 에너지원을 사용한 차량이 개발되거나 실용화 단계에 이르고 있다.
그러나, 전기자동차는 엔진과 같이 많은 열을 발생시키는 열원을 보유하고 있지 않아, 차량용 공조장치 등에 사용될 열원을 추가 설치할 필요가 있다.
종래 전기자동차에 추가 설치되는 열원으로는 히트펌프, 전기 히터 등이 있는데, 이 중에서 전기 히터는 기존의 공조장치에 대한 설계를 크게 변경하지 않고 적용할 수 있어 널리 사용되고 있다. 전기 히터는 크게 공기를 직접 가열하는 방식의 공기 가열식 히터와, 공기와 열 교환하는 냉각수를 가열하여 공기를 간접 가열하는 방식의 유체 가열 히터(또는 냉각수 히터)로 구분된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2018-0005410호(2018.01.16., 냉각수 히터)
본 발명의 실시 예들은 유체 압력 강하량이 감소된 유체 가열 히터를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 판상의 격벽부, 및 상기 격벽부의 일면에 유로를 형성하는 유로형성부를 포함하는 메인 바디; 상기 유로형성부 상에 판상으로 배치되고, 상기 유로에 대응하는 형상의 발열 패턴을 포함하는 발열판; 상기 격벽부의 타면에 배치되어, 상기 발열 패턴의 발열을 제어하는 회로기판; 및 상기 발열 패턴과 상기 회로기판을 전기적으로 연결하는 버스 바를 포함하고, 상기 유로는, 직선형 중앙유로, 상기 중앙유로의 제1 단에 연결되는 제1 나선유로, 및 상기 중앙유로의 제2 단에 연결되는 제2 나선유로를 포함하는 유체 가열 히터가 제공될 수 있다.
상기 제1 나선유로는 상기 중앙유로의 제1 단에서 시계 또는 반시계 방향으로 연장되고, 상기 제2 나선유로는 상기 중앙유로의 제2 단에서 상기 제1 나선유로와 동일한 방향으로 연장될 수 있다.
상기 메인 바디는, 상기 유로에 유체를 공급하는 유입구, 및 상기 유로에서 유체를 배출하는 배출구를 포함하고, 상기 제1 나선유로는 상기 유입구에 연결되고, 상기 제2 나선유로는 상기 배출구에 연결될 수 있다.
상기 유입구 및 상기 배출구는 서로 인접하여 배치될 수 있다.
상기 제1 나선유로 및 상기 제2 나선유로는 각각 서로 교번적으로 연결되는 복수의 직선유로 및 복수의 곡선유로를 포함하고, 상기 유로형성부는, 상기 제1 나선유로의 제1 직선유로에서 제1 곡선유로를 거쳐 상기 중앙유로로 배출되는 유체를 상기 제1 직선유로와 상기 중앙유로 사이의 제1 직선부를 향해 유동시키는 제1 터닝 베인, 및 상기 중앙유로에서 상기 제2 나선유로의 제2 곡선유로를 거쳐 제2 직선유로로 배출되는 유체를 상기 중앙유로와 상기 제2 직선유로 사이의 제2 직선부를 향해 유동시키는 제2 터닝 베인을 포함할 수 있다.
상기 유로형성부는, 상기 제1 곡선유로를 구획하는 제1 곡선부, 및 상기 제2 곡선유로를 구획하는 제2 곡선부를 포함하고, 상기 제1 터닝 베인은 상기 제1 직선부와 상기 제1 곡선부 사이에 배치되고, 상기 제2 터닝 베인은 상기 제2 직선부와 상기 제2 곡선부 사이에 배치될 수 있다.
상기 제1 터닝 베인은, 상기 제1 직선부의 연장선을 기준으로 제1-1 곡률부 및 제1-2 곡률부로 구획되고, 상기 제2 터닝 베인은, 상기 제2 직선부의 연장선을 기준으로 제2-1 곡률부 및 제2-2 곡률부로 구획되고, 상기 제1-1 곡률부보다 상기 유로의 하류 측에 배치되는 상기 제1-2 곡률부의 단부는 상기 제1 직선부를 향하도록 배치되고, 상기 제2-1 곡률부보다 상기 유로의 하류 측에 배치되는 상기 제2-2 곡률부의 단부는 상기 제2 직선부를 향하도록 배치될 수 있다.
상기 제1-2 곡률부 및 상기 제2-2 곡률부의 중심각은 각각 90도보다 클 수 있다.
상기 제1-2 곡률부의 곡률반경은 상기 제1-1 곡률부의 곡률반경보다 작고, 상기 제2-2 곡률부의 곡률반경은 상기 제2-1 곡률부의 곡률반경보다 작을 수 있다.
상기 유로형성부는, 상기 제2 나선유로의 상기 배출구 측에 배치되는 가이드 베인을 포함하고, 상기 가이드 베인은 상기 제2 나선유로의 내측면과 평행하게 연장될 수 있다.
상기 격벽부를 관통하여 상기 제2 나선유로에 연결되는 삽입구 내에 배치되는 수온센서를 포함하고, 상기 수온센서의 단부는 상기 제2 나선유로의 상기 배출구 측에 배치될 수 있다.
상기 유로형성부는, 서로 평행하게 배치되는 복수의 직선부, 및 상기 복수의 직선부를 연결하는 복수의 곡선부를 포함하고, 상기 직선부 또는 상기 곡선부에는 기체 배출 홈이 형성될 수 있다.
상기 기체 배출 홈은 상기 제1 나선유로와 상기 제2 나선유로를 연결할 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 유로를 지그재그 형태가 아니라 나선형으로 구성하여 유체 압력 강하량을 감소시킬 수 있다. 특히, 유입구 및 배출구가 나선형 유로의 외곽에서 서로 인접하게 배치될 수 있도록, 중앙유로를 중심으로 한 쌍의 나선유로를 배치하였다. 유체의 유동 방향은 중앙유로를 전후로 시계 방향에서 반시계 방향으로, 또는 그 역순으로 변경될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유체 가열 히터의 전체 사시도이고,
도 2는 도 1의 분해 사시도이고
도 3은 도 1의 A-A에서의 단면도이고
도 4는 도 2의 메인 바디의 배면도이고,
도 5는 도 2의 발열판의 배면도이고,
도 6은 도 5의 B-B에서의 단면도이고,
도 7은 도 4의 변형 예이고,
도 8은 도 4의 제1 터닝 베인의 확대도이고,
도 9는 도 4의 제2 터닝 베인의 확대도이고,
도 10은 도 4의 터닝 베인 설치에 따른 유속 분포를 나타낸 도면이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 결합 또는 연결이라 함은, 각 구성요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성요소가 각 구성요소 사이에 개재되어 그 다른 구성요소에 각 구성요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 유체 가열 히터의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유체 가열 히터의 전체 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해 사시도이고, 도 3은 도 1의 A-A에서의 단면도이고, 도 4는 도 2의 메인 바디의 배면도이고, 도 5는 도 2의 발열판의 배면도이고, 도 6은 도 5의 B-B에서의 단면도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유체 가열 히터(10)는 메인 바디(100), 발열판(230), 회로기판(300) 및 버스 바(400)를 포함할 수 있고, 제1 커버(210), 제2 커버(220), 제1 커넥터(310), 제2 커넥터(320) 및/또는 수온센서(350)를 더 포함할 수도 있다.
메인 바디(100)는 격벽부(110), 및 격벽부(110)의 일면에 유로(141)를 형성하는 유로형성부(140)를 포함할 수 있다.
격벽부(110)는 일면, 및 일면의 반대면인 타면을 포함하는 플레이트 형상일 수 있다.
격벽부(110)에는 격벽부(110)를 관통하는 유입구(110a) 및 배출구(110b)가 형성될 수 있다.
유입구(110a) 및 배출구(110b)는 각각 유로(141)에 연결될 수 있다. 유체는 유입구(110a)를 통해 유로(141)에 공급될 수 있고, 배출구(110b)를 통해 유로(141)에서 배출될 수 있다.
유입구(110a) 및 배출구(110b)는 서로 인접하여 배치될 수 있다. 따라서, 유로(141)에 대응하는 형상의 발열 패턴(235)의 양단도 서로 인접하여 배치될 수 있고, 그 결과 발열 패턴(235)의 양단을 버스 바에 연결하는 배선을 짧게 형성할 수 있는 장점이 있다.
유로형성부(140)는 격벽부(110)의 일면에 유로(141)를 노출되게 형성할 수 있다.
유로형성부(140)는 격벽부(110)의 일면에서 돌출되어 유로(141)를 형성하는 복수의 직선부(143a, 143b) 및 복수의 곡선부(145a, 145b)를 포함할 수 있다. 복수의 직선부(143a, 143b)는 서로 평행하게 배치될 수 있다. 복수의 곡선부(145a, 145b)는 복수의 직선부(143a, 143b)를 연결할 수 있다.
유로(141)는, 중앙유로(141a), 중앙유로(141a)의 제1 단에 연결되는 제1 나선유로(141b), 및 중앙유로(141a)의 제2 단에 연결되는 제2 나선유로(141c)를 포함할 수 있다.
중앙유로(141a)는 일직선으로 연장되는 직선형 유로일 수 있고, 제1 나선유로(141b) 및 제2 나선유로(141c)는 중앙유로(141a)를 중심으로 나선형으로 연장되는 유로일 수 있다.
제1 나선유로(141b)는 중앙유로(141a)의 제1 단에서 반시계 방향으로 연장되어 유입구(110a)에 연결될 수 있고, 제2 나선유로(141c)는 중앙유로(141a)의 제2 단에서 반시계 방향으로 연장되어 배출구(110b)에 연결될 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 나선유로(141b) 및 제2 나선유로(141c)는 각각 중앙유로(141a)의 제1 단 및 제2 단에서 시계 방향으로 연장될 수도 있다.
제1 나선유로(141b)는 서로 교번적으로 연결되는 복수의 직선유로(141b-1) 및 복수의 곡선유로(141b-2)를 포함하여 나선형으로 연장될 수 있고, 제2 나선유로(141c)는 서로 교번적으로 연결되는 복수의 직선유로(141c-1) 및 복수의 곡선유로(141c-2)를 포함하여 나선형으로 연장될 수 있다.
유로형성부(140)는 제1 터닝 베인(147a) 및 제2 터닝 베인(147b)을 포함할 수 있다.
제1 터닝 베인(147a)은 제1 나선유로(141b)의 제1 직선유로(141b-1)에서 제1 곡선유로(141b-2)를 거쳐 중앙유로(141a)로 배출되는 유체의 일부를 제1 직선유로(141b-1)와 중앙유로(141a) 사이의 제1 직선부(143a)를 향해 유동시킬 수 있다. 제1 터닝 베인(147a)은 제1 곡선유로(141b-2)를 구획하는 제1 곡선부(145a)와 제1 직선부(143a) 사이에 배치될 수 있다.
제2 터닝 베인(147b)은 중앙유로(141a)에서 제2 나선유로(141c)의 제2 곡선유로(141c-2)를 거쳐 제2 직선유로(141c-1)로 배출되는 유체의 일부를 중앙유로(141a)와 제2 직선유로(141c-1) 사이의 제2 직선부(143b)를 향해 유동시킬 수 있다. 제2 터닝 베인(147b)은 제2 곡선유로(141c-2)를 구획하는 제2 곡선부(145b)와 제2 직선부(143b) 사이에 배치될 수 있다.
즉, 제1 터닝 베인(147a) 및 제2 터닝 베인(147b)은 유로(141) 중 유체의 유동 방향이 가장 급격하게 변하는 위치에 배치되어, 최소한의 개수로 유동 정체 영역을 해소할 수 있다. 따라서, 유동 분포가 고르게 형성되어 국부적인 열 집중 형상, 및 그로 인한 화재 사고를 개선 내지 예방할 수 있다.
제1 커버(210)는 볼트 등의 체결부재에 의해 메인 바디(100)에 결합되어 메인 바디(100)의 전방에 회로기판(300)이 배치되는 제1 수용공간을 형성할 수 있고, 제2 커버(220)는 볼트 등의 체결부재에 의해 메인 바디(100)에 결합되어 메인 바디(100)의 후방에 발열판(230)이 배치되는 제2 수용공간을 형성할 수 있다. 제1 커버(210)와 메인 바디(100) 사이, 제2 커버(220)와 발열판(230) 사이, 및 발열판(230)과 메인 바디(100) 사이에는 오링과 같은 실링부재(S)가 개재되어 수밀성을 향상시킬 수 있다.
발열판(230)은 유로형성부(140) 상에 배치되어 유로(141)의 노출면을 폐쇄할 수 있다. 예시적으로, 유로형성부(140)를 구성하는 직선부(143a, 143b) 및 곡선부(145a, 145b)는 발열판(230)의 일면에 접할 수 있다.
발열판(230)은 볼트 등의 체결부재에 의해 메인 바디(100)에 결합될 수 있다.
발열판(230)은 유로(141)에 접하는 일면 및 일면의 반대면인 타면을 포함하는 금속판(231), 금속판(231)의 타면에 배치되는 제1 절연층(233), 제1 절연층(233) 상에 배치되는 발열 패턴(235), 및 발열 패턴(235)을 감싸는 제2 절연층(237)을 포함할 수 있다.
금속판(231)은 알루미늄(Al) 또는 스테인리스강(SUS) 등을 포함할 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 열 전도성이 우수한 다른 물질을 포함할 수도 있다.
제1 절연층(233)은 금속판(231)과 발열 패턴(235) 사이의 전기 절연성을 제공할 수 있다.
발열 패턴(235)은 전기를 공급받으면 발열하는 전기 저항체일 수 있다.
발열 패턴(235)은 유로(141)에 대응하게 형성될 수 있다. 즉, 발열 패턴(235)은 유로(141)를 따라 연장될 수 있다. 1개의 발열 패턴(235)이 유로(141) 내에 배치되는 것으로 도시되었지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 서로 평행한 2개 이상의 발열 패턴(235)이 배치될 수도 있다.
회로기판(300)은 볼트 등의 체결부재에 의해 메인 바디(100)에 결합되어, 격벽부(110)의 타면에 배치될 수 있다.
회로기판(300)은 버스 바(400)를 통해 발열 패턴(235)에 전기적으로 연결되어 발열 패턴(235)의 발열을 제어할 수 있다.
제1 커넥터(310) 및 제2 커넥터(320)는 메인 바디(100)에 결합되어 외부전원(미도시)과 회로기판(300)을 전기적으로 연결할 수 있다. 제1 커넥터(310)는 고전압 커넥터(HV connector)일 수 있고, 제2 커넥터(320)는 저전압 커넥터(LV connector)일 수 있다. 회로기판(300)은 제1 커넥터(310) 및 제2 커넥터(320)를 통해 외부전원으로부터 전기를 공급받을 수 있다.
한 쌍의 수온센서(350)는 격벽부(110)를 관통하여 유로(141)에 연결되는 한 쌍의 삽입구(110c) 내에 각각 배치될 수 있다. 한 쌍의 삽입구(110c)는 각각 유입구(110a) 및 배출구(110b)와 인접하게 배치될 수 있다. 따라서, 한 쌍의 수온센서(350)는 유로(141)에 유입된 직후의 유체 온도 및 유로(141)에서 배출되기 직전의 유체 온도를 각각 측정할 수 있다. 한편, 회로기판(300)은 한 쌍의 수온센서(350)로부터 온도 데이터를 수신하여 이를 기초로 유로(141)에서 배출되는 유체 온도가 기 설정된 목표 온도에 도달할 수 있도록 발열판(230)의 발열 패턴(235)에 공급되는 전력 등을 조절할 수 있다.
한 쌍의 수온센서(350) 중 제2 나선유로(141c)에 연결되는 삽입구(110c) 내에 배치되는 수온센서(350)의 단부는 삽입구(110c)로부터 제2 나선유로(141c) 측으로 돌출되어 제2 나선유로(141c)의 배출구(110b) 측에 배치될 수 있다. 따라서, 후술하는 가이드 베인과 같은 기능을 수행할 수 있다.
버스 바(400)는 격벽부(110)를 관통하는 연결구(110e) 내에 배치되어 발열판(230)의 발열 패턴(235)과 회로기판(300)을 전기적으로 연결할 수 있다. 따라서, 발열판(230)의 발열 패턴(235)은 버스 바(400)를 통해 전기를 공급받을 수 있다.
도 7은 도 4의 변형 예이다.
도 4 및 도 7을 참조하면, 유로형성부(140)를 구성하는 복수의 직선부(143a, 143b) 및 복수의 곡선부(145a, 145b) 중 일부에는 기체 배출 홈(148)이 형성될 수 있다.
기체 배출 홈(148)은 기포가 유로(141)에 쌓이지 않고 배출구(110b)로 원활히 배출될 수 있도록 우회로를 제공할 수 있다.
기체 배출 홈(148)의 깊이는 직선부(143a, 143b) 및 곡선부(145a, 145b)의 높이보다 작을 수 있다. 예를 들어, 직선부(143a, 143b) 및 곡선부(145a, 145b)의 높이가 7mm인 경우, 기체 배출 홈(148)의 깊이는 2mm일 수 있다. 따라서, 기체 배출 홈(148)은 직선부(143a, 143b) 및 곡선부(145a, 145b)와 발열판(230) 사이에 배치될 수 있다.
기체 배출 홈(149)은 제1 나선유로(141b)와 제2 나선유로(141c)를 상호간에 연결할 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 8은 도 4의 제1 터닝 베인의 확대도이다.
도 8을 참조하면, 제1 터닝 베인(147a)은 제1 직선부(143a)의 가상의 연장선(A)을 기준으로 제1-1 곡률부(147a-1) 및 제1-2 곡률부(147a-2)로 구획될 수 있다. 제1-1 곡률부(147a-1) 및 제1-2 곡률부(147a-2)의 내측면 및 외측면은 곡률을 가질 수 있다. 이하에서, 특별한 설명이 없는 한, 곡률과 관련된 설면은 해당 구조물의 내측면에 관한 것으로 본다.
제1-2 곡률부(147a-2)는 제1-1 곡률부(147a-1)보다 유로(141)의 하류 측에 배치될 수 있다. 즉, 제1-2 곡률부(147a-2)는 제1-1 곡률부(147a-1)보다 유로(141)를 따라 배출구(110b)에 가깝게 배치될 수 있다. 따라서, 유체는 제1-1 곡률부(147a-1)을 거쳐 제1-2 곡률부(147a-2)로 유동할 수 있다.
제1-2 곡률부(147a-2)의 단부는 도면에 화살표(점선)로 표시된 것처럼 제1 직선부(143a)를 향하도록 배치될 수 있다. 즉, 제1-2 곡률부(147a-2)의 중심각(θ2)은 90도보다 클 수 있다. 따라서, 제1 터닝 베인(147a)에서 나오는 유체는 제1 직선부(143a)를 향해 유동할 수 있다. 예시적으로, 제1-2 곡률부(147a-2)의 중심각(θ2)은 110도 내지 130도일 수 있고, 바람직하게는 120도일 수 있다. 중심각(θ2)이 110도 이상이면 제1-2 곡률부(147a-2)의 단부가 향하는 제1 직선부(143a)의 일면에서 유속이 느려지는 유동 정체 영역이 형성되는 문제를 개선할 수 있고, 중심각(θ2)이 130도 이하이면 제1-2 곡률부(147a-2)의 단부와 제1 직선부(143a)의 일면 사이에서 유속이 필요 이상 증가하거나 유체 저항이 증가하는 문제를 개선할 수 있다. 이에 반해, 제1-1 곡률부(147a-1)의 중심각(θ1)은 90도 이하일 수 있다. 따라서, 유체가 제1 터닝 베인(147a)의 내측으로 유입된 후에 유속이 감소하는 문제를 개선할 수 있다.
제1-1 곡률부(147a-1)의 곡률중심(C1)은 제1 곡선부(145a)의 곡률중심과 일치할 수 있다. 제1-1 곡률부(147a-1)의 곡률중심(C1)은 제1 직선부(143a)의 단부에 배치될 수 있다.
제1 곡선부(145a)의 곡률반경(R)과 제1-1 곡률부(147a-1)의 곡률반경(R1)의 비는 2:1 내지 4:1일 수 있고, 바람직하게는 3:1일 수 있다. 곡률반경의 비가 2:1 이상이면 제1 직선부(143a)의 단부에서의 유동 정체 영역의 해소 효과가 개선될 수 있고, 곡률반경의 비가 4:1 이하이면 제1 직선부(143a)의 단부와 이격된 영역에서의 유동 정체 영역의 해소 효과가 개선될 수 있다.
제1-2 곡률부(147a-2)의 곡률반경(R2)은 제1-1 곡률부(147a-1)의 곡률반경(R1)보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제1-2 곡률부(147a-2)의 곡률반경(R2)과 제1-1 곡률부(147a-1)의 곡률반경(R1)의 비는 7:8일 수 있다. 따라서, 제1-1 곡률부(147a-1)의 곡률중심(C1)과 제1-2 곡률부(147a-2)의 곡률중심(C2)은 서로 이격하여 배치될 수 있다. 예시적으로, 제1-2 곡률부(147a-2)의 곡률중심(C2)은 제1 직선부(143a)의 연장선(A) 상에 배치될 수 있고, 제1 직선부(143a)의 연장 방향으로 제1-1 곡률부(147a-1)의 곡률중심(C1)보다 제1 곡선부(145a)에 가깝게 배치될 수 있다.
도 9는 도 4의 제2 터닝 베인의 확대도이다.
도 9를 참조하면, 제2 터닝 베인(147b)은 제2 직선부(143b)의 가상의 연장선(A)을 기준으로 제2-1 곡률부(147b-1) 및 제2-2 곡률부(147b-2)로 구획될 수 있다. 제2-1 곡률부(147b-1) 및 제2-2 곡률부(147b-2)의 내측면 및 외측면은 곡률을 가질 수 있다.
제2-2 곡률부(147b-2)는 제2-1 곡률부(147b-1)보다 유로(141)의 하류 측에 배치될 수 있다. 즉, 제2-2 곡률부(147b-2)는 제2-1 곡률부(147b-1)보다 유로(141)를 따라 배출구(110b)에 가깝게 배치될 수 있다. 따라서, 유체는 제2-1 곡률부(147b-1)을 거쳐 제2-2 곡률부(147b-2)로 유동할 수 있다.
제2-2 곡률부(147b-2)의 단부는 도면에 화살표(점선)로 표시된 것처럼 제2 직선부(143b)를 향하도록 배치될 수 있다. 즉, 제2-2 곡률부(147b-2)의 중심각(θ2)은 90도보다 클 수 있다. 따라서, 제2 터닝 베인(147b)에서 나오는 유체는 제2 직선부(143b)를 향해 유동할 수 있다. 예시적으로, 제2-2 곡률부(147b-2)의 중심각(θ2)은 110도 내지 130도일 수 있고, 바람직하게는 120도일 수 있다. 중심각(θ2)이 110도 이상이면 제2-2 곡률부(147b-2)의 단부가 향하는 제2 직선부(143b)의 일면에서 유속이 느려지는 유동 정체 영역이 형성되는 문제를 개선할 수 있고, 중심각(θ2)이 130도 이하이면 제2-2 곡률부(147b-2)의 단부와 제2 직선부(143b)의 일면 사이에서 유속이 필요 이상 증가하거나 유체 저항이 증가하는 문제를 개선할 수 있다. 이에 반해, 제2-1 곡률부(147b-1)의 중심각(θ1)은 90도 이하일 수 있다. 따라서, 유체가 제2 터닝 베인(147b)의 내측으로 유입된 후에 유속이 감소하는 문제를 개선할 수 있다.
제2-1 곡률부(147b-1)의 곡률중심(C1)은 제2 곡선부(145b)의 곡률중심과 일치할 수 있다. 제2-1 곡률부(147b-1)의 곡률중심(C1)은 제2 직선부(143b)의 단부에 배치될 수 있다.
제2 곡선부(145b)의 곡률반경(R)과 제2-1 곡률부(147b-1)의 곡률반경(R1)의 비는 2:1 내지 4:1일 수 있고, 바람직하게는 3:1일 수 있다. 곡률반경의 비가 2:1 이상이면 제2 직선부(143b)의 단부에서의 유동 정체 영역의 해소 효과가 개선될 수 있고, 곡률반경의 비가 4:1 이하이면 제2 직선부(143b)의 단부와 이격된 영역에서의 유동 정체 영역의 해소 효과가 개선될 수 있다.
제2-2 곡률부(147b-2)의 곡률반경(R2)은 제2-1 곡률부(147b-1)의 곡률반경(R1)보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제2-2 곡률부(147b-2)의 곡률반경(R2)과 제2-1 곡률부(147b-1)의 곡률반경(R1)의 비는 7:8일 수 있다. 따라서, 제2-1 곡률부(147b-1)의 곡률중심(C1)과 제2-2 곡률부(147b-2)의 곡률중심(C2)은 서로 이격하여 배치될 수 있다. 예시적으로, 제2-2 곡률부(147b-2)의 곡률중심(C2)은 제2 직선부(143b)의 연장선(A) 상에 배치될 수 있고, 제2 직선부(143b)의 연장 방향으로 제2-1 곡률부(147b-1)의 곡률중심(C1)보다 제2 곡선부(145b)에 가깝게 배치될 수 있다.
도 10은 도 4의 터닝 베인 설치에 따른 유속 분포를 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 실시 예에 따른 제1 및 제2 터닝 베인이 설치된 경우, 유동 정체 영역이 거의 완벽하게 해소되는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 유동 분포가 고르게 형성되어 국부적인 열 집중 현상, 및 그로 인한 화재 사고가 개선 내지 예방될 수 있다. 특히, 제2 나선유로(141c)의 배출구(110b) 측에는 가이드 베인(149)이 추가 배치될 수 있다. 가이드 베인(149)은 제2 나선유로(141c)의 내측면과 평행하게 연장될 수 있다. 따라서, 나선유로에 의해 발생할 수 있는 유동의 회전 성분(swirl)을 개선할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10: 유체 가열 히터 100: 메인 바디
110: 격벽부 110a: 유입구
110b: 배출구 110c: 삽입구
110e: 연결구 140: 유로형성부
141: 유로 141a: 중앙유로
141b: 제1 나선유로 141b-1: 제1 직선유로
141b-2: 제1 곡선유로 141c: 제2 나선유로
141c-1: 제2 직선유로 141c-2: 제2 곡선유로
143a: 제1 직선부 143b: 제2 직선부
145a: 제1 곡선부 145b: 제2 곡선부
147a: 제1 터닝 베인 147a-1: 제1-1 곡률부
147a-2: 제1-2 곡률부 147b: 제2 터닝 베인
147b-1: 제2-1 곡률부 147b-2: 제2-2 곡률부
148: 기체 배출 홈 149: 가이드 베인
210: 제1 커버 220: 제2 커버
230: 발열판 231: 금속판
233: 제1 절연층 235: 발열 패턴
237: 제2 절연층 300: 회로기판
310: 제1 커넥터 320: 제2 커넥터
350: 수온센서 400: 버스 바

Claims (13)

  1. 판상의 격벽부, 및 상기 격벽부의 일면에 유로를 형성하는 유로형성부를 포함하는 메인 바디;
    상기 유로형성부 상에 판상으로 배치되고, 상기 유로에 대응하는 형상의 발열 패턴을 포함하는 발열판;
    상기 격벽부의 타면에 배치되어, 상기 발열 패턴의 발열을 제어하는 회로기판; 및
    상기 발열 패턴과 상기 회로기판을 전기적으로 연결하는 버스 바를 포함하고,
    상기 유로는, 직선형 중앙유로, 상기 중앙유로의 제1 단에 연결되는 제1 나선유로, 및 상기 중앙유로의 제2 단에 연결되는 제2 나선유로를 포함하고,
    상기 제1 나선유로는 상기 중앙유로의 제1 단에서 시계 또는 반시계 방향으로 연장되고,
    상기 제2 나선유로는 상기 중앙유로의 제2 단에서 상기 제1 나선유로와 동일한 방향으로 연장되고,
    상기 메인 바디는, 상기 유로에 유체를 공급하는 유입구, 및 상기 유로에서 유체를 배출하는 배출구를 포함하고,
    상기 제1 나선유로는 상기 유입구에 연결되고,
    상기 제2 나선유로는 상기 배출구에 연결되고,
    상기 제1 나선유로 및 상기 제2 나선유로는 각각 서로 교번적으로 연결되는 복수의 직선유로 및 복수의 곡선유로를 포함하고,
    상기 유로형성부는, 상기 제1 나선유로의 제1 직선유로에서 제1 곡선유로를 거쳐 상기 중앙유로로 배출되는 유체를 상기 제1 직선유로와 상기 중앙유로 사이의 제1 직선부를 향해 유동시키는 제1 터닝 베인, 및 상기 중앙유로에서 상기 제2 나선유로의 제2 곡선유로를 거쳐 제2 직선유로로 배출되는 유체를 상기 중앙유로와 상기 제2 직선유로 사이의 제2 직선부를 향해 유동시키는 제2 터닝 베인을 포함하고,
    상기 제1 터닝 베인은, 상기 제1 직선부의 연장선을 기준으로 제1-1 곡률부 및 제1-2 곡률부로 구획되고,
    상기 제2 터닝 베인은, 상기 제2 직선부의 연장선을 기준으로 제2-1 곡률부 및 제2-2 곡률부로 구획되고,
    상기 제1-1 곡률부보다 상기 유로의 하류 측에 배치되는 상기 제1-2 곡률부의 단부는 상기 제1 직선부를 향하도록 배치되고,
    상기 제2-1 곡률부보다 상기 유로의 하류 측에 배치되는 상기 제2-2 곡률부의 단부는 상기 제2 직선부를 향하도록 배치되는 유체 가열 히터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유입구 및 상기 배출구는 서로 인접하여 배치되는 유체 가열 히터.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유로형성부는, 상기 제1 곡선유로를 구획하는 제1 곡선부, 및 상기 제2 곡선유로를 구획하는 제2 곡선부를 포함하고,
    상기 제1 터닝 베인은 상기 제1 직선부와 상기 제1 곡선부 사이에 배치되고,
    상기 제2 터닝 베인은 상기 제2 직선부와 상기 제2 곡선부 사이에 배치되는 유체 가열 히터.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1-2 곡률부 및 상기 제2-2 곡률부의 중심각은 각각 90도보다 큰 유체 가열 히터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1-2 곡률부의 곡률반경은 상기 제1-1 곡률부의 곡률반경보다 작고,
    상기 제2-2 곡률부의 곡률반경은 상기 제2-1 곡률부의 곡률반경보다 작은 유체 가열 히터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 유로형성부는, 상기 제2 나선유로의 상기 배출구 측에 배치되는 가이드 베인을 포함하고,
    상기 가이드 베인은 상기 제2 나선유로의 내측면과 평행하게 연장되는 유체 가열 히터.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 격벽부를 관통하여 상기 제2 나선유로에 연결되는 삽입구 내에 배치되는 수온센서를 포함하고,
    상기 수온센서의 단부는 상기 제2 나선유로의 상기 배출구 측에 배치되는 유체 가열 히터.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 유로형성부는, 서로 평행하게 배치되는 복수의 직선부, 및 상기 복수의 직선부를 연결하는 복수의 곡선부를 포함하고,
    상기 직선부 또는 상기 곡선부에는 기체 배출 홈이 형성되는 유체 가열 히터.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 기체 배출 홈은 상기 제1 나선유로와 상기 제2 나선유로를 연결하는 유체 가열 히터.
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