KR20070006673A - 알루미늄 튜브 상의 저항성 필름 - Google Patents

알루미늄 튜브 상의 저항성 필름 Download PDF

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해롤드 매리언 워렌
윌슨 알. 헤이워드
엠. 셰인 호우톤
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인터내셔널 레지스티브 캄퍼니, 인크.
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Abstract

자동차의 액세서리를 제어하기 위한 전기 회로에 사용되는 튜브형 레지스터 어셈블리는, 유체 이송 시스템과의 연결을 위해 수밀 벽과 개방 단부를 가지는 알루미늄 또는 다른 금속의 튜브형 기재를 포함하고, 소정 크기의 레지스터가 상기 튜브형 금속 기재 상에 배치된다. 레지스터와 통합되는 제어 회로는 하나 이상의 자동차 액세서리의 작동을 제어한다. 상기 어셈블리는 튜브형 기재를 통해 유동되는 유체를 의도적으로 가열하기 위해 사용될 수 있고, 상기 유체는 레지스터로부터 초과열을 방출시키기 위해 사용될 수 있다. 전조등, 송풍기 어셈블리 등과 같은 액세서리의 다중 레벨 제어를 위해 다중 저항 요소가 포함될 수 있다.
저항성 필름, 알루미늄 튜브, 레지스터, 자동차, 회로, 튜브형 기재, 금속

Description

알루미늄 튜브 상의 저항성 필름 {RESISTIVE FILM ON ALUMINUM TUBE}
본 발명은 일반적으로, 자동차의 전기 시스템에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 유동하는 유체에 열을 전달하기 위한 튜브형 레지스터 어셈블리 및 이러한 어셈블리를 구성하는 회로에 관한 것이다.
본 출원은 2003년 10월 20일에 출원된 미국특허가출원 제60/512,731호인 "알루미늄 튜브 상의 저항성 필름"에 대하여 우선권을 주장하며, 그 전체를 참조하여 본 명세서의 일부로 하였다.
스테인리스강 및 다른 금속 기재 상에 분포된 후막(thick film) 회로는 1940년대부터 사용된 것으로 추정된다. 잘 알려진 바와 같이, "후막" 회로는 기재에 스크린 인쇄 및 유사한 기술을 통해 도전성 재료가 도포되어 있어서, 페이스트(paste) 형태의 재료가 소정의 메쉬(mesh) 또는 스텐실(stencil)을 통과하도록 압박된다.
후막 회로가 제공된 기재는 일반적으로 편평한 형상으로 구성되었다. 그러나, 최근에는, 후막 회로는 스테인리스강 튜브 또는 세라믹 튜브로부터 형성된 튜브형 구조에 도포되었다. 이러한 구성은 회로와, 펌핑되거나 튜브를 통과하도록 압박된 유체(액체 또는 기체일 수 있음) 사이의 열교환의 편리한 수단을 제공하고, 상기 편평한 구조보다 공간이 효율적이다. 회로가 특히 저항 요소에 열을 발생시키도록 사용되는 경우, 열은 의도적으로 유체의 온도를 상승시키도록 가해질 수 있다. 예를 들어, Juliano 등에게 허여되고 Watlow Electric Manufacturing Company에 양도된 미국특허 제5,973,296호, 및 Godwin 등에게 허여되고 Husky Injection Molding System Ltd.에 양도된 미국특허 제6,575,729호에는 각각, 사출성형 시스템에서 노즐을 가열하기 위한 튜브형 후막 장치가 개시되어 있다. 각각의 경우에, 튜브형 기재는 스테인리스강 등이나, 알루미나 또는 질화알루미늄과 같은 세라믹재로부터 명확하게 형성된다. 그러나, 스테인리스강은, 경량화가 설계의 중요한 목표인 자동차와 같은 많은 응용에 있어서는 지나치게 무거우며, 열전도율은 기대하는 만큼 높지 않다. 한편, 세라믹은 가단성(malleability)이 없으며 일단 전체적인 튜브 구조가 형성되면 추가의 성형이 불가능하다. 실제로, 세라믹은 취성이 매우 강하며, 파손 또는 파쇄되기 쉽다. 또한, 세라믹은 대다수의 금속처럼 열을 신속하게 전달하지 못한다.
자동차 분야에 흔히 이용되는 하나의 경량 금속재는 알루미늄이다. 그러나, 저항 요소와 여기에 유동되는 유체 사이의 열교환을 위해 튜브형 알루미늄 기재를 이용하는 것은 알려진 바가 없는데, 그 이유는 튜브형 기재를 사용하는 기술은 대부분 건물 및 다른 영구적 구조물의 물 가열에 한정되었기 때문이다. 그러나, 미국에서의 일반적인 전압은 110볼트이므로, 일반적인 건물 전원에 사용되기에는 산화피막 처리된 알루미늄의 파괴전압(breakdown voltage)이 지나치게 낮다. 또한, 알루미늄은 음용수에 사용하기에는 안전하지 못하여 건물의 물 가열에 사용될 수 없다.
그러나, 자동차용 냉각 유체를 전기적으로 가열하기 위한 적어도 하나의 알루미늄 장치가 체코 공화국의 프라하에 위치한 Visteon Corporation의 자회사인 Autopal에 의해 개발되었다. Autopal의 장치에서는, 3개의 카트리지 히터 또는 예열 플러그가, 자동차의 냉각 시스템에 일렬로 위치되는 튜브형 구조의 벽을 통해 나란히 삽입되어 있다. 전기 설비는 개별적으로 제어 가능한 전선으로 카트리지 히터와 연결되어, 각각의 카트리지 히터는 인가되는 전류에 의해 개별적으로 가열된다. 각각의 카트리지 히터의 온도가 상승되면, 카트리지 히터로부터 방사되는 열은 구조체를 유동하는 냉각 유체에 전달되고, 그 하류에 배치된 엔진으로 전달된다. 바람직하게, 전기 설비를 작동시킴으로써, 이 장치는 엔진을 워밍업시키도록 사용되며, 따라서 "콜드 스타트(cold start)" 조건에서 유용하게 된다. 또한, 발생되는 열량은 주어진 시간에 동작하는 카트리지 히터의 수를 조절함으로써 조절될 수 있다.
그러나, Autopal의 장치는 다수의 결함을 가지고 있다. 우선, 이 장치는 상당한 공간을 차지하며, 제조 및 설치가 복잡하다. 구성 또한 고장나기 쉽다. 또한, 카트리지 히터를 사용하기 때문에, 가열 지점에서의 에너지 집중이 매우 높아서 냉매에 국부적으로 증기가 발생되거나 냉매를 비등시켜서 찌꺼기를 발생시킴으로써 순환에 문제를 일으킨다.
또한, Autopal의 장치는 냉각 유체의 가열에는 유용하지만, 다른 기능을 위해 사용되는 전기 회로에서의 안정적인 값의 레지스터로서 사용되기에는 부적절하 다. 이 장치가 본질적으로 전기적 저항 효과를 가지기는 하나, 그 저항값은 매우 불안정하여, 일반적인 편차가 ±5% 이상이며 따라서 일반적인 전기 회로에는 부적절하다. 또한, Autopal의 장치와 같은 장치는, 일반적으로 5000ppm/℃ 이상의 매우 높은 열적 저항계수(TCR; thermal coefficient of resistance)를 가져서, 이러한 기능에 대하여 안정적인 전원 레지스터로서 사용될 수 없다.
이러한 한계는 특히, 하나의 일관되게 복잡한 요소가 관리이며 차량에 일반적으로 사용되는 전원의 사용이 제한된, 자동차의 설계에서 심각하다. 자동차에서는, 예를 들어, 일반적인 전원이 12볼트 배터리이며 전류량이 제한적이다. 그 결과, 이러한 전원의 사용은 전원의 소모량에 대하여 세심하게 고려하여야 하며, 전기 회로 및 장치들이 전체적인 소비 전원을 최소화하도록 하는 것이 매우 바람직하다. 가능하다면, 근래의 장치들은 전력의 소모량이 증가되지 않고도 동시에 다중 기능을 수행하도록 설계된다. 이것은, 다량의 전력을 소모하는 전기 장치에 있어서 특히 중요하다. 그러나, Autopal의 장치와 같은 냉매 가열 장치는, 차량의 전기 시스템에서 임의의 다른 역할을 수행하지 않으면서도 상당한 전력을 필요로 하기 때문에 여러 가지 응용에서 바람직하지 않을 수 있다. 따라서, 필요한 경우에만 자동차의 엔진을 직접 또는 간접적으로 가열하면서, 필요에 따라 동시에 또는 독립적으로 차량의 전기 시스템에서 다른 전기적 기능을 수행할 수 있는 효율적인 장치가 필요하게 되었다. 바람직하게, 이러한 장치의 저항 요소는 비교적 낮은 TCR(수 백 ppm/℃)을 가져서 온도가 변화하여도 저항값이 항상 일정하게 유지되도록 한다. 이러한 방안은, 2가지의 기능을 하나의 장치에 조합함으로써 전체적인 비용을 저감시키며, 이들 기능이 동시에 수행되면 전체적인 전력 소모가 저감된다.
이것은 특히, 유체의 가열, 및 전기 회로에 의해 수행되는 비연관성 기능 모두에 대하여 다양한 수준의 기능을 선택적으로 제공하도록 사용될 수 있는 장치의 개발에 바람직하다. 예를 들면, 엔진 냉각제의 공랭을 향상시키기 위해 자동차에는 전기식 송풍기가 흔히 포함되며 2단 이상의 속도로 작동되도록 배치되는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 근래의 자동차 전조등 시스템에는, 최고 밝기, 및 "주간 주행등" 기능을 수행하기 위한 낮은 수준 모두에서 작동될 필요가 있다. Autopal의 장치에서와 같이, 엔진에 제공되는 열량을 보다 정밀하게 제어하기 위해 하나 이상의 레벨로 작동하는 엔진 가열 시스템을 가지는 것이 유용하다. 따라서, 동일한 어셈블리를 사용하여 효과적인 방식으로 이들 모든 기능을 제공하는 장치 및 제어 시스템이 필요하게 되었다.
본 발명의 기술은, 편평한 기재에 수동 회로를 설치하는 기본 개념과 스테인리스강 튜브의 개념을 통합하고 튜브 형태의 기재로서 알루미늄을 사용함으로써 개선되는 것이다. 본 발명의 장점은, 회로를 상당히 경량화시키는 것, 발생된 열을 순환하는 전달 유체에 대하여 전달하는 것, 알루미늄을 사용하여 스테인리스강에 비해 열전달률을 증가시키는 것, 및 하나의 기재에 장치의 네트워크를 형성하는 것이다. 포함되는 유체는 액체(엔진 냉각제, 유리 세정액 등) 또는 기체(공기 등)일 수 있다. 회로는, 유체의 온도를 증가시키기 위한 히터로서 사용되거나 유체의 열 매스의 장점을 취하는 피동 장치로서 사용되며, 가용 유체를 이용함으로써 장치의 달성 가능한 파워 밀도가 상당히 증대된다. 효과 면에서는, 경량의 제품으로 소정의 파워에 대하여 보다 작은 장치로 이루어진다. 이러한 개념이 고주파 스위칭 및 필터링을 위한 인덕터로서 사용되는 경우, 발생된 열은 유체로 전달되며, 이것은 이러한 유형의 응용에 있어서 많은 문제를 해결해준다.
이러한 장치의 개별적인 사용에 더하여, 다른 중요한 장점은, 알루미늄 튜브 상의 후막에 대하여 이중으로 사용되는 모듈이다. 이러한 것의 일 예는, 레지스터 회로가 워밍업 중이나 매우 저온인 환경에서 사용되는 엔진 온도 부스터(booster)로서 사용되는 자동차 분야이다. 일단, 엔진이 적정 온도에 도달하면, 회로는 송풍기의 전압을 떨어뜨려서 속도를 낮추기 위한 수단으로서 냉각 시스템 송풍기로 스위칭된다. 자동차의 다른 이중 용도는, 주간 주행등 기능을 위해 히터를 전압 강하 레지스터로 스위칭하는 것이다. 본 발명은 마찬가지로, 연료 및 유리창 세정액과 같은 자동차에 일반적으로 존재하는 다른 유체를 가열하도록 사용될 수 있다.
넓게 정의하여, 제1 측면에 따른 본 발명은, 전기적으로 작동되는 자동차의 액세서리; 개방루프 또는 폐쇄루프형 유체 이송 시스템과의 연결을 위해 수밀(watertight) 벽과 개방 단부를 가지는 튜브형 금속 기재, 및 상기 튜브형 금속 기재 상에 배치되는 소정 크기의 레지스터를 포함하는 튜브형 레지스터 어셈블리; 및 상기 레지스터를 통합하여 상기 자동차의 액세서리의 작동을 제어하는 제어 회로를 포함하는, 자동차의 전기 회로 어셈블리이다.
상기 측면의 특징에서, 자동차의 액세서리는 자동차용 전조등 시스템을 포함하고; 상기 액세서리는 자동차용 송풍기 어셈블리를 포함하고; 상기 튜브형 금속 기재는 알루미늄계이고; 상기 레지스터는 상기 튜브형 금속 기재 상에 적층된 후막 레지스터이고; 상기 레지스터는 상기 제어 회로와 전기적으로 접속되는 복수의 후막 접촉부를 포함하고; 상기 회로 어셈블리는 상기 튜브형 금속 기재를 통해 유동되는 유체를 더 포함하며; 상기 소정 크기의 레지스터는 소정의 저항값을 가지는 레지스터이다.
다른 측면에서, 본 발명은, 개방루프 또는 폐쇄루프형 유체 이송 시스템과의 연결을 위해 수밀 벽과 개방 단부를 가지는 튜브형 알루미늄계 기재, 및 상기 튜브형 알루미늄계 기재의 벽의 외측면에 배치되는 후막 저항 요소를 포함하는, 레지스터 어셈블리가다.
상기 측면의 특징에서, 상기 레지스터 어셈블리는 상기 저항 요소를 작동시키는 제어 회로를 포함하고; 상기 저항 요소는 상기 제어 회로와 연결되는 후막 접촉부를 포함하고; 상기 튜브형 알루미늄계 기재는 자동차의 가열/냉각 시스템의 일부이고; 상기 튜브형 알루미늄계 기재는 고온수 공급 시스템의 일부이고; 상기 튜브형 알루미늄계 기재는 알루미늄으로 형성되고; 상기 튜브형 알루미늄계 기재는 알루미늄 합금으로 형성되고; 상기 저항 요소는 순은(pure silver)을 포함하고; 상기 저항 요소는 은-팔라듐 합금을 포함하고; 상기 저항 요소는 산화루테늄(ruthenium oxide)을 포함하고; 상기 저항 요소는 질화탄탈(tantalum nitride)을 포함하며; 상기 저항 요소는 니켈-크롬을 포함한다.
다른 측면에서, 본 발명은, 튜브형 알루미늄의 섹션을 제공하는 단계; 상기 튜브형 알루미늄의 섹션에 산화피막층을 인가함으로써 보호막을 형성하는(passivating) 단계; 및 상기 산화피막층이 형성된 튜브형 알루미늄의 섹션에 마이크로일렉트로닉 후막재(thick film material)를 소정 패턴으로 인가하는 단계를 포함하는, 튜브형 레지스터 어셈블리의 제조 방법이다.
상기 측면의 특징에서, 상기 방법은 상기 후막재를 인가하는 단계 후에 상기 후막재를 소결시키기 위해 상기 튜브형 알루미늄의 섹션을 가열하는 단계를 더 포함하고; 상기 후막재를 인가하는 단계는 상기 산화피막층이 형성된 튜브형 알루미늄의 섹션에 상기 후막재를 인쇄하는 단계를 포함하고; 상기 산화피막층이 형성된 튜브형 알루미늄의 섹션에 상기 후막재를 인쇄하는 단계는 상기 산화피막층이 형성된 튜브형 알루미늄의 섹션에 상기 후막재를 스크린 인쇄하는 단계를 포함하고; 상기 방법은 상기 후막재가 환경에 의해 열화되는 것으로부터 보호하기 위해 상기 후막재 위에 보호층을 인가하는 단계를 더 포함하고; 상기 보호층을 인가하는 단계는 상기 후막재 위에 플라스틱 오버몰드(overmold)를 인가하는 단계를 포함하고; 상기 보호층을 인가하는 단계는 상기 후막재 위에 글레이징(glazing)을 하고 그 위에 글래스(glass)를 인가하는 단계를 포함한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 개방루프 또는 폐쇄루프형 유체 이송 시스템과의 연결을 위해 수밀 벽과 개방 단부를 가지는 튜브형 기재, 및 상기 튜브형 기재를 가열하기 위해 상기 튜브형 기재 상에 배치되는 2개 이상의 소정 크기의 저항성 가열 부재를 포함하는 튜브형 레지스터 어셈블리; 및 상기 2개 이상의 저항성 가열 부재에 선택적으로 전원을 인가하는 제어 회로로서, 상기 2개 이상의 저항성 가열 부재 중 하나에만 전원을 공급하도록 제1 상태로 작동하고, 상기 2개 이상의 저항성 가열 부재 모두에 전원을 공급하도록 제2 상태로 작동하여, 상기 튜브형 기재에 인가되는 열량을 조절하는 제어 회로를 포함하는, 자동차의 유체 가열 시스템이다.
상기 측면의 특징에서, 상기 자동차의 유체 가열 시스템은 상기 제어 회로에 전원을 공급하는 자동차용 배터리를 더 포함하고; 상기 자동차의 유체 가열 시스템은 라디에이터 호스를 더 포함하며, 상기 튜브형 기재는 상기 라디에이터 호스와 인라인으로 연결되고; 상기 자동차의 유체 가열 시스템은 연료 공급 라인을 더 포함하며, 상기 튜브형 기재는 상기 연료 공급 라인과 인라인으로 연결되고; 상기 자동차의 유체 가열 시스템은 유리창 세정액 공급 라인을 더 포함하며, 상기 튜브형 기재는 상기 유리창 세정액 공급 라인과 인라인으로 연결되고; 상기 제어 회로는 전자제어 모듈이고; 상기 2개 이상의 저항성 가열 부재는 제1 크기의 제1 저항성 가열 부재 및 제2 크기의 제2 저항성 가열 부재의 하나 이상을 포함하며, 상기 제1 및 제2 크기는 실질적으로 서로 상이하여, 상기 제1 저항성 가열 부재에만 전원이 인가되는 경우에는 상기 튜브형 기재에 제1 열량이 인가되고, 상기 제2 저항성 가열 부재에만 전원이 인가되는 경우에는 제1 열량과 실질적으로 상이한 제2 열량이 인가되고; 상기 제1 및 제2 크기의 제1 및 제2 저항성 가열 부재는 각각이 제1 및 제2 소정의 저항값을 가지는 제1 및 제2 레지스터이다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 유체 이송 시스템; 상기 유체 이송 시스템에 연결되며 상기 유체 이송 시스템에서 이송되는 유체를 가열하도록 배치되는 가열 부재; 전기적 액세서리; 및 상기 전기적 액세서리에 전원이 공급되는 경우에는 상기 가열 부재에 공급되는 전원의 양이 감소되고, 상기 전기적 액세서리에 전원이 공급되지 않는 경우에는 상기 가열 부재에 공급되는 전원의 양이 증가되도록, 상기 가열 부재에 전원을 공급하고 상기 전기적 액세서리에 선택적으로 전원을 공급하는 제어 회로를 포함하는, 다용도 자동차 유체 가열 시스템이다.
상기 측면의 특징에서, 상기 가열 부재는 저항성 가열 부재이고; 상기 저항성 가열 부재는 후막 저항성 가열 부재이고; 상기 액세서리는 자동차 전조등 시스템을 포함하고; 상기 액세서리는 송풍기를 포함하고; 상기 유체 이송 시스템은 개방루프형 유체 이송 시스템이거나; 상기 유체 이송 시스템은 폐쇄루프형 유체 이송 시스템이다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 유체 이송 시스템; 상기 유체 이송 시스템에 연결되며 상기 유체 이송 시스템에서 이송되는 유체를 가열하도록 배치되는 가열 부재; 전기적 액세서리; 및 상기 가열 부재에 전원이 공급되는 경우에는 상기 전기적 액세서리에 공급되는 전원의 양이 감소되고, 상기 가열 부재에 전원이 공급되지 않는 경우에는 상기 전기적 액세서리에 공급되는 전원의 양이 증가되도록, 상기 전기적 액세서리에 전원을 공급하는 제어 회로를 포함하는, 다용도 자동차 유체 가열 시스템이다.
상기 측면의 특징에서, 상기 가열 부재는 저항성 가열 부재이고; 상기 저항성 가열 부재는 후막 저항성 가열 부재이고; 상기 액세서리는 자동차 전조등 시스템을 포함하고; 상기 액세서리는 송풍기를 포함하고; 상기 유체 이송 시스템은 개방루프형 유체 이송 시스템이거나; 상기 유체 이송 시스템은 폐쇄루프형 유체 이송 시스템이다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 유체 이송 시스템; 수밀 벽과 개방 단부를 가지며 적어도 하나의 단부는 상기 유체 이송 시스템과 유체 연결되는 튜브형 기재, 및 상기 튜브형 기재를 가열하기 위해 상기 튜브형 기재 상에 배치된, 후막재로 형성된 저항성 가열 부재를 포함하는 튜브형 레지스터 어셈블리; 상기 저항성 가열 부재에 전원을 공급하는 제어 회로; 및 상기 제어 회로에 전원을 공급하는 자동차용 배터리를 포함하는, 자동차 어셈블리이다.
상기 측면의 특징에서, 상기 유체 이송 시스템은 엔진 냉각 시스템, 연료 공급 시스템, 및 유리창 세정액 공급 시스템으로 이루어지는 군으로부터 선택되고; 상기 튜브형 기재는 금속재료로 형성되고; 상기 튜브형 기재는 알루미늄계 재료로 형성되고; 상기 튜브형 기재는 합금강으로 형성되고; 상기 유체 이송 시스템은 개방루프형 유체 이송 시스템이거나; 상기 유체 이송 시스템은 폐쇄루프형 유체 이송 시스템이다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 배터리, 전조등 시스템, 송풍기 어셈블리, 및 유체 이송 시스템을 가지는, 자동차의 제어 회로로서, 자신에 의해 발생되는 열을 상기 유체 이송 시스템을 통해 유동되는 유체에 전달하도록 배치되는 제1 레지스터 어셈블리; 자신에 의해 발생되는 열을 상기 유체 이송 시스템을 통해 유동되는 유체에 전달하도록 배치되는 제2 레지스터 어셈블리; 상기 배터리로부터 상기 제1 레지스터 어셈블리에 전원을 공급하고 상기 제1 레지스터 어셈블리를 상기 전조등 시스템과 선택적으로 결합시키기 위한 제1 스위칭 네트워크; 및 상기 배터리로부터 상기 제2 레지스터 어셈블리에 전원을 공급하고 상기 제2 레지스터 어셈블리를 상기 송풍기 어셈블리와 선택적으로 결합시키기 위한 제2 스위칭 네트워크를 포함한다.
상기 측면의 특징에서, 상기 제1 레지스터 어셈블리가 상기 전조등 시스템과 결합되어 있지 않은 경우에 상기 제1 레지스터 어셈블리에서 발생되는 열량은 상기 제2 레지스터 어셈블리가 상기 송풍기 어셈블리와 결합되어 있지 않은 경우에 상기 제2 레지스터 어셈블리에서 발생되는 열량과는 실질적으로 상이하고; 상기 제1 레지스터 어셈블리가 상기 전조등 시스템과 결합되어 있지 않은 경우에 상기 제1 레지스터 어셈블리에서 발생되는 열량은 상기 제2 레지스터 어셈블리가 상기 송풍기 어셈블리와 결합되어 있지 않은 경우에 상기 제2 레지스터 어셈블리에서 발생되는 열량의 약 절반이고; 상기 제1 및 제2 레지스터 어셈블리는 각각 기재 상에 배치되는 저항성 가열 부재를 포함하며, 상기 기재는 상기 유체 이송 시스템을 통해 유동하는 유체가 상기 기재를 가로질러 유동하여 상기 저항성 가열 부재로부터 상기 유체로의 열전달이 용이하도록 상기 유체 이송 시스템에 대하여 배치되고; 각각의 상기 저항성 가열 부재는 튜브형 기재 상에 배치된다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 엔진 및 송풍기 어셈블리를 가지는 자동차의 작동 방법으로서, 상기 자동차의 엔진을 기동시키는 수단을 제공하는 단계; 기동된 상기 엔진에 응답하여 엔진 온도 제어 시스템을 작동시키는 단계; 및 상기 엔진 온도 제어 시스템이 작동 상태로 유지되는 동안에, 상기 엔진의 온도를 감시하고, 상기 엔진의 온도가 제1 레벨 미만이면 상기 엔진으로 유동되는 냉각 유체를 가열시키기 위한 전기적 장치를 작동시켜서 상기 엔진에 열을 전달하고, 상기 엔진의 온도가 상기 제1 레벨보다 높은 제2 레벨을 초과하면 상기 전기적 장치를 상기 송풍기 어셈블리와 전기적으로 접속시켜서 상기 송풍기 어셈블리가 저속으로 작동되도록 하는 단계를 포함한다.
상기 측면의 특징에서, 상기 전기적 장치를 작동시키는 단계는 저항 요소를 작동시키는 단계를 포함하고; 상기 저항 요소를 작동시키는 단계는 상기 냉각 유체가 유동되는 튜브형 어셈블리 상에 배치된 저항 요소를 작동시키는 단계를 포함하고; 상기 저항 요소를 작동시키는 단계는 후막 저항 요소를 작동시키는 단계를 포함하고; 상기 엔진의 온도를 감시하는 단계 외에, 상기 엔진의 온도가 제1 레벨 미만이면 상기 저항 요소를 작동시키고 상기 엔진의 온도가 제2 레벨을 초과하면 상기 전기적 장치를 상기 송풍기 어셈블리와 전기적으로 접속시키고, 상기 엔진 온도 제어 시스템이 작동 상태로 유지되는 동안, 상기 엔진의 온도가 상기 제2 온도 레벨보다 높은 제3 온도 레벨을 초과하면 상기 전기적 장치를 상기 송풍기 어셈블리로부터 전기적으로 단절시켜서 상기 송풍기 어셈블리가 고속으로 작동되도록 하는 단계를 포함한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 튜브 어셈블리의 사시도이다.
도 2는 도 1의 튜브 어셈블리의 측면도이다.
도 3은 도 1의 튜브 어셈블리의 상이한 측면도이다.
도 4는 도 2 및 도 3의 레지스터 매트릭스의 물리적 배치를 나타내는 평면도 이다.
도 5는 전형적인 자동차의 일부 기본적인 구성요소를 나타내는 개략도이다.
도 6은 도 1의 튜브 어셈블리를 채용한 간단한 예시적 회로의 개략적인 다이어그램이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 튜브 어셈블리의 측면도이다.
도 8은 도 7의 튜브 어셈블리의 상이한 측면도이다.
도 9는 도 7 및 도 8의 레지스터 매트릭스의 물리적 배치를 나타내는 평면도이다.
도 10은 도 7의 튜브 어셈블리를 채용한 예시적 회로의 개략적인 다이어그램으로, 전조등 시스템의 램프 및 송풍기가 모두 오프(off)된 것을 나타낸다.
도 11은 도 7의 튜브 어셈블리를 채용한 예시적 회로의 개략적인 다이어그램으로, 전조등 시스템의 램프 및 송풍기가 오프되었지만 최대의 열이 발생되고 튜브 어셈블리의 냉매로 전달된다.
도 12는 도 7의 튜브 어셈블리를 채용한 예시적 회로의 개략적인 다이어그램으로, 전조등 시스템의 램프가 주간 주행등으로 작동되고 송풍기는 저속으로 작동된다.
도 13은 도 7의 튜브 어셈블리를 채용한 예시적 회로의 개략적인 다이어그램으로, 전조등 시스템의 램프가 정상적인 전조등으로 작동되고 송풍기는 고속으로 작동된다.
본 발명의 추가적인 적용 가능 영역은 이하에 제공되는 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 상세한 설명 및 특정의 예시는 단지 예시적인 목적이며 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니라는 것을 이해하여야 한다.
도면의 참조에 있어서, 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타내며, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 튜브 어셈블리(10)의 사시도이고, 도 2 및 도 3은 도 1의 튜브 어셈블리의 측면도이다. 튜브 어셈블리(10)는 개방 단부, 레지스터 매트릭스(14), 복수의 접촉부 또는 접촉 영역(16), 및 튜브 어셈블리(10)를 다른 튜브형 구조 등과 용이하게 연결하기 위한 종래 유형의 한 쌍의 플랜지(18)를 포함한다. 튜브형 기재(12)는 물, 공기, 또는 다른 유체가 내부를 통과하도록 배치되는 수밀성 금속 튜브로 형성된다. 튜브형 기재(12)는 바람직하게 알루미늄과 같이 경량이며 저가인 금속으로 형성되지만, 일부의 실시예에서는 강철을 포함하는 다른 금속으로 대체될 수 있다. 차량의 전체적인 중량이 설계에서 중요하게 고려되는 자동차 분야에서는 보다 경량인 알루미늄이 특히 중요하다. 튜브형 기재(12)는 필름의 도포를 위한 표면의 준비를 위해 보호막이 형성될 수 있다. 알루미늄으로 형성된 튜브형 기재(12)는 튜브의 내측 및 외측을 포함한 전체 표면을 덮은 산화피막층으로 보호될 수 있다. 한편, 강철로 형성된 튜브형 기재(12)에 있어서는, 레지스터 매트릭스(14) 및 접촉부(16)의 영역에만 유전층이 바람직하게 인쇄될 수 있다.
도 4는 도 2 및 도 3의 레지스터 매트릭스(14)의 물리적 배치를 나타내는 평면도이다. 레지스터 매트릭스(14)는 종래의 저항성 소재로 형성될 수 있으며, 전술한 바와 같은 스크린 인쇄와 같은 후막 도포 기술을 이용하여 튜브형 기재(12)에 궤적으로 도포되는 것이 바람직하다. 특정의 소재 또는 선택된 소재는 저항값 또는 결과적인 레지스터에 요구되는 값, 파워 밀도의 고려 등에 따를 수 있다. 낮은 저항값을 가지는 레지스터를 필요로 하는 응용에 있어서, 바람직한 소재는 순은 또는 은/팔라듐 합금을 포함할 수 있으며, 높은 저항값에 대하여 바람직한 소재는 RuO3, TaN, NiCr 등을 포함할 수 있으며, 이를 통해 형성된 저항값을 조절하기 위해 소량의 첨가제를 포함할 수 있다. 그러나, 가열 형상, 파워 밀도, 귀금속(noble) 원소 대 비귀금속 원소, 세라믹 바이어스 또는 글래스 바이어스 등을 포함하는 여러 다양한 다른 요소가 마찬가지로 고려될 수 있다. 많은 여러 회사들이 후막재를 제조하며, 해당 분야에 대하여 각각의 조합이 최적화된다. 따라서, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 임의의 적절한 마이크로일렉트로닉 후막재가 사용될 수 있다.
후막재가 일단 도포되면, 후막재를 소결시키기 위해 전체 구조가 가열된다. 사용된 특정의 소재에 따라 일반적인 가열 온도 및 공정이 이용되고 선택된다.
잘 알려진 바와 같이, 각각의 상부에 다중 소재층을 형성하기 위해 스크린 인쇄 후막 도포 기술이 사용될 수 있지만, 튜브형 기재(12)가 알루미늄으로 형성되고 하나의 레지스터 매트릭스(14)만이 필요한 경우에는 필요하지 않을 수 있다. 완성된 매트릭스(14)는 환경에 노출되어 소재가 열화되는 것을 방지하기 위해 보호 글레이즈(glaze) 또는 다른 코팅(미도시)으로 덮일 수 있다. 자동차 등의 엔진룸과 같은 가혹한 환경에서는 플라스틱 오버몰딩(overmolding)이 바람직할 수 있다. 그러나, 덜 가혹한 환경에서는, 글레이즈 위에 유리 코팅이 보다 적절하다. 코팅의 선택은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 범주에 속한다.
또한, 본 발명의 임의의 측면에 따르면, 본 발명의 적절한 레지스터 매트릭스(14)는 마찬가지로 박막(적층 및 에칭) 및 다른 기술을 이용하고, 선택된 적용 공정에 따라 선택되는 소재를 이용하여 형성될 수 있다. 그러나, 박막 도포 공정은 후막 도포 공정보다 비용이 높을 것으로 예상된다. 또한, 종래의 박막재(thin film material)를 이용하여 형성되는 궤적은 동일한 궤적량을 나타내기 위해 후막재를 이용하여 형성되는 것보다 상당히 넓어야 하며, 많은 적용에 있어서, 포함된 궤적은 다소 실용적이지 않은 치수를 가지게 된다.
레지스터 매트릭스(14)는, 접촉부(16)에 전류가 인가되는 경우에 전기적 레지스터로서 작동한다. 알루미늄 상에 박막이 도포된 구조는 일반적으로 200ppm/℃ 미만의 TCR을 제공하기 때문에 온도에 의한 저항 변화를 최소화시킨다. 대신에, 저항의 크기는 주로, 사용된 소재 및 형성된 경로의 치수에 좌우된다. 이들 파라미터를 정밀하게 조절함으로써, 원하는 저항값이 형성될 수 있다.
접촉부(16)는 마찬가지로 레지스터 매트릭스(14)와 동일한 방법으로 튜브형 기재(12)에 도포된 후막재로부터 형성될 수 있다. 접촉부(16)는 일반적으로 레지스터 매트릭스(14)와 적절한 전기 회로 사이에 물리적 접촉( 및 그에 따른 전기적 연결)을 이루기 위한 적절한 영역을 제공하는 역할을 한다. 이로 인해, 접촉 부(16)는 일반적으로 넓은 표면적을 가지며, 접촉부(16)는 대개 레지스터 매트릭스(14)의 개별 길이보다 넓다. 또한, 접촉부(16)와, 대응되는 외부 회로 사이의 전기적 접속의 신뢰성을 향상시키고, 하나 이상의 접촉부(16)의 전류 수송 능력을 증가시키기 위해, 접촉부(16)의 두께를 증대시키거나 레지스터 매트릭스(14)의 다른 부분에 대하여 상이한 후막재를 사용하는 것이 유용할 수 있다. 이들 측면 및 설계의 선택은 당업자들에게 명백한 것이다. 접촉부(16)와, 대응되는 회로 사이의 전기적인 접속은, 납땜 결합, 기계적인 압접, Pilavdzic 등에게 허여된 미국특허 제6,530,776호 기재의 방법 및 장치(그 전체가 참조되어 본 명세서의 일부로 됨) 등을 통해 이루어질 수 있으며, 그 설계 및 실행은 당업자들에게 자명한 사실이다.
도 1 내지 도 3의 튜브 어셈블리(10)는 광범위하게 적용되는 것이다. 전술한 바와 같이, 어셈블리(10)는 튜브형 기재(12)를 통해 유동되는 유체의 온도를 상승시키는 저항성 가열 부재로서 제어 회로에서의 특정 크기의 레지스터를 그로부터 열을 제거함으로써 냉각시키는데 사용될 수 있다. 이하에서는 이들 여러 기능 및 이들 기능이 함께 또는 개별적으로 실행되는 것을 설명하기로 한다.
본 발명의 튜브 어셈블리(10)를 위한 유용한 하나의 응용은, 특히 엔진(40)이나 모터가 수랭식인 자동차(30) 또는 다른 모터 차량에서의 전기 회로 어셈블리이다. 도 5는 일반적인 자동차(30)의 개략도로서, 일부의 기본적인 구성요소를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 이러한 자동차(30)는 일반적으로 엔진(40), 호스(38)를 통해 엔진(40)과 연결되는 라디에이터(36), 라디에이터(36)에 공기를 가하는 송풍기(34), 및 다수의 전기 부품을 포함하고, 상기 다수의 전기 부품은 전조등 시스 템의 램프(32), 및 송풍기(34), 램프(32), 다른 전기 부품에 충분한 전력을 공급하기 위한 배터리(전원)(52)를 포함한다.
도 6은 도 1의 튜브 어셈블리(10)를 채용하는 간단한 예시적 회로(50)의 개략적인 다이어그램이다. 튜브 어셈블리(10) 및 그 레지스터 매트릭스(14)에 더하여, 회로(50)는 전술한 자동차용 배터리와 같은 전원(52), 및 스위치(54)를 포함한다. 튜브 어셈블리(10)는, 도 5에 도시된 라디에이터 호스(38) 중 하나와 같은, 물 또는 다른 냉각 유체가 유동될 수 있는 파이프, 호스, 또는 튜브 시스템에 인라인으로 배치될 수 있다. 스위치(54)는 종래 구성의 릴레이(미도시)를 통해 개폐될 수 있다. 스위치(54)가 폐쇄되면, 전원(52)에 의해 발생되는 전압이 레지스터 매트릭스(14)에 인가되어 전류가 회로(30)를 흐르도록 한다. 전류가 레지스터 매트릭스(14)를 통과함에 따라, 이에 비례하는 열량이 발생되어 튜브 어셈블리(10)를 유동하는 유체에 전달된다. 따라서, 레지스터 매트릭스(14)가 전기 회로(50)에서 특정 값의 레지스터로서 사용되는 경우, 그에 의해 발생된 열은 유동되는 유체를 통해 방출될 수 있다.
레지스터 매트릭스(14)는, 특정의 전기 장치를 제어하기 위해 전기 회로에서 소정의 값을 가지는 레지스터로서 역할을 하는 것 외에, 튜브형 기재(12)를 유동하는 유체를 저항성으로 가열하도록 사용될 수도 있다. 예를 들어, 자동차(30)는 엔진용 냉각 유체, 자동차의 앞유리에 분사될 유리창 세정액, 가솔린 등의 형태의 연료, 좌석 히팅 시스템용 유체 등을 포함하는 다양한 유체를 사용한다. 각각의 시스템의 신뢰적인 작동을 보장하기 위해, 이러한 유체는 각각 가온 또는 가열될 필 요가 있다. 각각의 경우, 본 발명의 튜브 어셈블리(10)는 유체가 유동되는 파이프, 호스, 또는 튜브 시스템에 인라인으로 배치될 수 있고, 튜브형 기재(12)를 저항성으로 가열하기 위해 레지스터 매트릭스(14)가 작동될 수 있다. 그리고, 열은 유체로 전달되며, 적어도 일부의 경우에는 상기 유체를 통해 각각의 시스템의 다른 하류 구성요소로 다시 전달된다.
예를 들어, 이러한 공정은 자동차의 엔진을 가열하고 실내의 난방을 위해 이용될 수 있다. 엔진의 가열은, 예를 들어, 엔진(40)이 보다 신속하게 가열되기 위해 콜드 스타트되는 경우에 유용하며, 이로 인해 부드러운 작동이 가능해지고, 엔진의 마모가 감소되며, 연료 효율이 최대화된다. 전술한 릴레이는, 엔진(40)이 기동되었을 때 스위치(54)를 폐쇄하도록 제어될 수 있으며, 일정 시간 후에 엔진(40)이 충분한 레벨로 워밍업되면 재개방된다. 그러나, 이러한 열전달 공정의 효과는, 튜브 어셈블리(10)가 자동차의 냉각 시스템 내에 배치되었는가에 좌우된다. 릴레이가 타이머를 통해 제어되거나, 하나 이상의 온도 센서(미도시)가 엔진(40)이 소정의 레벨로 워밍업 되었는가를 판단하기 위해 사용될 수 있다. 온도 센서가 사용되는 경우, 이들 온도 센서는 전술한 공정에서 엔진(40)이 안전하게 사용되기에 충분히 저온인지를 판단하도록 사용될 수도 있다. 상기 공정은 매우 저온의 기후에서도 적용 가능하다는 것이 확인되었으며, 이 경우, 단순히 냉매가 응고 또는 동결되는 것을 방지하기 위해 보조 가열이 필요할 수 있으며, 이것은 엔진(40)을 보다 신속하게 워밍업 시킴으로써 실내 온도를 보다 신속하게 상승시키도록 작용하게 된다. 주위 온도를 가급적 오랫동안 충분히 저온으로 유지하기 위해 전술한 공정을 작동시키도록 동일한 온도 센서가 사용될 수 있다.
이와 동일한 기술을 이용하여, 매우 다양하고 보다 복잡하며 유연성이 있는 제어 시스템이 마찬가지로 가능하다. 예를 들면, 도 7 및 도 8은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 튜브 어셈블리(110)의 측면도이고, 도 9는 도 7 및 도 8의 레지스터 매트릭스(114)의 물리적 배치를 나타내는 평면도이다. 바람직한 제1 실시예의 튜브 어셈블리(10)와 마찬가지로, 제2 튜브 어셈블리(110)는 튜브형 기재(12), 레지스터 매트릭스(114), 및 복수의 접촉부(16)를 포함한다. 튜브형 기재(12), 레지스터 매트릭스(114), 및 접촉부(16)는 제1 튜브 어셈블리(10)의 경우와 유사한 구성일 수 있다. 그러나, 제2 튜브 어셈블리(110)는 공통 접지점의 역할을 할 수 있는 하나 이상의 공통 접촉부(24)를 더 포함하고, 제2 실시예의 레지스터 매트릭스(114)의 배치는 제1 실시예와 상이하다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 공통 접지점(24)은 도 10 내지 도 13에 도시된 바와 같이 레지스터 매트릭스(114)를 적어도 2개의 구역(20, 22)으로 물리적으로 분할한다. 각각의 구역(20, 22)은 이하에 설명하는 바와 같이 서로 독립적으로 사용된다.
바람직한 제1 실시예의 튜브 어셈블리(10)와 마찬가지로, 제2 튜브 어셈블리(110)는 자동차(30) 또는 다른 모터 차량에 특히 유용하게 적용될 수 있다. 도 5를 다시 참조하면, 제2 튜브 어셈블리(110)는, 예를 들어 전조등 시스템의 램프(32) 및 송풍기(34)에 적정 수준의 전압으로 전력을 제공하도록 사용될 수 있다. 도 10 내지 도 13은 도 7의 튜브 어셈블리(110)를 채용하는 예시적인 회로(150)의 개략적인 다이어그램이다. 회로(150)는 바람직한 제2 실시예의 튜브 어셈블 리(110), 하나 이상의 컨트롤러(60), 복수의 스위치(54, 55, 56, 57, 58, 59), 배터리 또는 다른 전원(52), 전조등 시스템의 램프(32), 및 송풍기(34)를 포함한다. 도 10 내지 도 13에는 2개의 컨트롤러(60)가 예시되었지만, 물론, 이들 2개의 별도 컨트롤러(60)는, 자동차용 전자식 엔진 제어(EEC) 모듈, 엔진 제어 모듈(ECM) 등과 같이 다양하게 공지된 하나의 장치로 대체될 수 있다.
도 10은 도 7의 튜브 어셈블리(110)를 채용하는 회로(150)의 개략적인 다이어그램으로, 전조등 시스템의 램프(32) 및 송풍기(34)가 모두 오프되어 있다. 컨트롤러 또는 EEC 모듈(60)의 제어에 의해, 제1, 제3, 제4, 제6 스위치(54, 56, 57, 59)는 모두 개방되고, 따라서 전체 회로(150)가 비활성화된다. 그 결과, 튜브 어셈블리(110)의 레지스터 매트릭스(114)의 양쪽 구역(20, 22)에 전류가 인가되지 않고, 따라서 열이 발생되지 않는다. 이것은 자동차(30)가 작동되지 않을 때(즉, 점화되지 않을 때) 회로(150)의 일반적인 상태이다.
도 10은 도 7의 튜브 어셈블리(110)를 채용하는 회로(150)의 개략적인 다이어그램으로, 전조등 시스템의 램프(32) 및 송풍기(34)가 오프되어 있지만, 최대 열이 발생되어 튜브 어셈블리(110) 내의 냉매에 전달된다. 컨트롤러 또는 EEC 모듈(60)의 제어에 의해, 제3 및 제6 스위치(56, 59)는 모두 폐쇄되어, 튜브 어셈블리(110)의 레지스터 매트릭스(114)의 2개의 구역(20, 22) 각각에 최대 전압이 직접 인가된다. 튜브 어셈블리(110)의 제1 부분에는 레지스터 매트릭스(114)의 제1 구역(20)의 저항값에 반비례하는 비율로, 제2 부분에는 레지스터 매트릭스(114)의 제2 구역(22)의 저항값에 반비례하는 비율로, 열 형태의 파워가 발생된다.
예를 들어, 전원이 DC 14V이고, 레지스터 매트릭스(114)의 제1 구역(20)의 저항값이 660mΩ이며, 레지스터 매트릭스(114)의 제2 구역(22)의 저항값이 330mΩ이면, 튜브 어셈블리(110)의 제1 부분에는 300W의 열이 발생되고, 튜브 어셈블리(110)의 제2 부분에는 600W의 열이 발생된다. 이렇게 발생된 열의 합계 900W의 열은 튜브형 기재(12)를 통해 유동되는 냉매로 전달되고 엔진(40)에 전달되어 방출된다. 전술한 바와 같이, 이러한 공정은, 예를 들어 "콜드 스타트" 시에 엔진(40)을 의도적으로 가열하도록 사용될 수 있다. 물론, 별도로 예시하지는 않았지만, 튜브 어셈블리(110)의 2개의 구역(20, 22) 중 하나만 작동시키기 위해 제3 및 제6 스위치(56, 59)를 제어함으로써 보다 제한된 양으로 엔진을 가열할 수 있다는 것은 명백하다. 상기와 같이, 레지스터 매트릭스(114)의 2개의 구역(20, 22)이 2개의 현저히 상이한 저항값을 가지면, 얼마나 많은 열이 스위치(56, 59)를 제어함으로써 요구되는가에 따라 3개의 상이한 가열 레벨(300W, 600W, 900W)이 형성될 수 있다. 컨트롤러 또는 EEC 모듈(60)의 작동을 개시시키고 엔진(40)에 인가되어야 할 열의 양을 조절하기 위해 하나 이상의 온도 센서(미도시)가 추가로 사용될 수 있다.
도 12는 도 7의 튜브 어셈블리(110)를 채용하는 회로(150)의 개략적인 다이어그램으로, 전조등 시스템의 램프(32)가 주간 주행등으로서 작동되고 송풍기(34)는 저속으로 작동된다. 컨트롤러 또는 EEC 모듈(60)의 제어에 의해, 제1 및 제4 스위치(54, 56)는 폐쇄되고, 제3 및 제6 스위치(56, 59)는 개방되며, 제2 및 제5 스위치(55, 58)는 램프(32) 및 송풍기(34)가 각각 레지스터 매트릭스(114)의 제1 및 제2 구역(20, 22)에 연결되도록 조절된다. 이 상태에서, 전원(52)에 의해 공급 된 전압은 램프(32) 및 레지스터 매트릭스(114)의 제1 구역(20)에 직렬로 인가되고, 또한 송풍기(34) 및 레지스터 매트릭스(114)의 제2 구역(22)에 직렬로 인가된다. 램프(32)와 송풍기(34)의 결과적인 전압은 전체 전압보다 낮으며, 따라서, 램프(32) 및 송풍기(34)는 각각 감소된 전압으로 작동된다. 램프(32)의 경우, 이것은 주간 주행등으로서 사용될 수 있는, 정상보다 어두운 전조등 작동의 효과를 내도록 하며, 송풍기(34)의 경우, 이것은 2개의 송풍기 속도 중에서 저속으로 작동하는 효과를 내도록 한다. 또한, 레지스터 매트릭스(114)의 각각의 구역(20, 22)을 통해 비교적 소량의 열이 냉매에 전달된다.
도 13은 도 7의 튜브 어셈블리를 채용하는 회로(150)의 개략적인 다이어그램으로, 전조등 시스템의 램프(32)가 표준의 전조등으로서 작동되고, 송풍기(34)는 고속으로 작동된다. EEC 모듈(60)의 제어에 의해, 제1 및 제4 스위치(54, 57)가 폐쇄되고, 제3 및 제6 스위치(56, 59)가 개방되며, 제2 및 제5 스위치(55, 58)는 램프(32) 및 송풍기(34)가 직접 접지와 연결되도록 조절된다. 이 상태에서는, 전원(52)에 의해 공급되는 최대 전압이 램프(32) 및 송풍기(34) 모두에 직접 인가되며, 튜브 어셈블리(110)는 회로(150)로부터 분리된다. 램프(32)의 경우, 이것은 정상적인 전조등 작동의 효과를 내도록 하며, 송풍기(34)의 경우, 이것은 2개의 송풍기 속도 중에서 고속으로 작동하는 효과를 내도록 한다. 또한, 튜브 어셈블리(110)가 회로(150)로부터 분리되었기 때문에, 튜브 어셈블리(110)의 레지스터 매트릭스(114)의 양쪽 구역(20, 22)에는 전류가 인가되지 않으며, 따라서 열이 발생되지 않는다.
램프(32) 및 송풍기(34)는 EEC 모듈(60)의 적절한 조절 또는 제어를 통해 서로 독립적으로 제어될 수 있다는 것이 당업자들에게는 명백하다. 즉, 전조등 시스템의 램프(32)는, 송풍기(34)가 고속 또는 저속으로 작동을 하거나 작동을 하지 않는 것에 상관없이, 주간 주행등, 정상 조명등, 또는 이들 어느 쪽도 아닌 것으로 작동될 수 있다. 마찬가지로, 송풍기(34)는, 램프(32)의 상태와 관계없이, 고속이나 저속 작동, 또는 비작동될 수 있다. 램프(32)의 작동 레벨은 수동으로 조절되거나 하나 이상의 센서에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 램프(32)는 자동차가 가동 중일 때(점화될 때)에는 아무 때나 자동으로 작동될 수 있고, 램프(32)가 주간 주행등으로 작동하는지 정상 전조등으로 작동하는지를 판단하기 위해 하나 이상의 광 센서(미도시)가 사용될 수 있다. 송풍기(34)의 작동은 하나 이상의 온도 센서(미도시)에 의해 제어되며, 제1 임계 온도에 도달되면 저속으로 작동하고, 제1 임계 온도보다 높은 제2 임계 온도에 도달되면 고속으로 작동된다. 임계 온도는, 냉각되도록 설계된 특정의 송풍기 또는 엔진 및 다른 구성요소의 요구에 따라 선택될 수 있다.
물론, 당업자들은, 전술한 회로(50, 150)가 임의의 종래 방식으로 형성되며 편평한 기재 등을 포함하는 임의의 적절한 기재 상에 존재할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 이러한 실시예들은 전술한 튜브형 실시예에 의해 제공되는 냉각 기능을 제공할 수는 없지만, 이러한 회로는 특히 발생되는 열이 조절될 수 있다면 전술한 기능을 수행하기에 충분히 유용할 수 있다.
또한, 전술한 튜브 어셈블리와 유사한 튜브 어셈블리가 다른 응용에 널리 사 용될 수 있다. 예를 들어, 전술한 바와 같이, 튜브 어셈블리를 유동하는 유체는 공기 또는 다른 기체일 수 있다. 또한, 튜브 어셈블리가 사용되는 유체 이송 시스템은, 특히 유체가 공기인 경우, 폐쇄루프, 또는 경우에 따라 개방루프 시스템일 수 있다. 유체는, 차량에 장착되어 흡기구를 통해 시스템에 공기를 강제 공급하도록 운동장치를 이용한, 펌프, 송풍기, 또는 다른 수단에 의해 시스템을 강제로 통과할 수 있다. 또한, 본 발명의 튜브 어셈블리 및 다른 측면은 자동차 및 트럭뿐만 아니라 요트, 여가 차량, 보트 등을 포함하는 다른 많은 차량에서도 적용될 수 있다.
전술한 설명에 따르면, 본 발명은 폭 넓은 이용 및 응용이 가능하다는 것을 당업자들은 이해하여야 한다. 본 명세서에 특정하게 기재된 실시예 외에, 다양한 변형, 변경, 및 동등물 또한 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 고려될 수 있다. 따라서, 본 발명이 바람직한 실시예와 관련하여 상세하게 설명되었으나, 이것은 예시적인 것으로, 본 발명을 한정하기 위한 것이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 본 발명은 특허청구범위 및 그 동등물에 의해서만 한정된다. 본 명세서에 사용된 특정 용어는 설명을 위해 일반적으로 사용된 것이며 한정의 목적으로 사용된 것은 아니다.

Claims (66)

  1. 자동차의 전기 회로 어셈블리에 있어서,
    전기적으로 작동되는 자동차의 액세서리;
    개방루프 또는 폐쇄루프형 유체 이송 시스템과의 연결을 위해 수밀(watertight) 벽과 개방 단부를 가지는 튜브형 금속 기재, 및 상기 튜브형 금속 기재 상에 배치되는 소정 크기의 레지스터를 포함하는 튜브형 레지스터 어셈블리; 및
    상기 레지스터를 통합하여 상기 자동차의 액세서리의 작동을 제어하는 제어 회로
    를 포함하는 회로 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자동차의 액세서리는 자동차용 전조등 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 액세서리는 자동차용 송풍기 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 튜브형 금속 기재는 알루미늄계인 것을 특징으로 하는 회로 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 레지스터는 상기 튜브형 금속 기재 상에 적층된 후막(thick film) 레지스터인 것을 특징으로 하는 회로 어셈블리.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 레지스터는 상기 제어 회로와 전기적으로 접속되는 복수의 후막 접촉부를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 회로 어셈블리는 상기 튜브형 금속 기재를 통해 유동되는 유체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 어셈블리.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 소정 크기의 레지스터는 소정의 저항값을 가지는 레지스터인 것을 특징으로 하는 회로 어셈블리.
  9. 개방루프 또는 폐쇄루프형 유체 이송 시스템과의 연결을 위해 수밀 벽과 개 방 단부를 가지는 튜브형 알루미늄계 기재, 및
    상기 튜브형 알루미늄계 기재의 벽의 외측면에 배치되는 후막 저항 요소를 포함하는
    레지스터 어셈블리.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 레지스터 어셈블리는 상기 저항 요소를 작동시키는 제어 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레지스터 어셈블리.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 저항 요소는 상기 제어 회로와 연결되는 후막 접촉부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레지스터 어셈블리.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 튜브형 알루미늄계 기재는 자동차의 가열/냉각 시스템의 일부인 것을 특징으로 하는 레지스터 어셈블리.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 튜브형 알루미늄계 기재는 고온수(hot water) 공급 시스템의 일부인 것을 특징으로 하는 레지스터 어셈블리.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 튜브형 알루미늄계 기재는 알루미늄으로 형성되는 것을 특징으로 하는 레지스터 어셈블리.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 튜브형 알루미늄계 기재는 알루미늄 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 레지스터 어셈블리.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 저항 요소는 순은(pure silver)을 포함하는 것을 특징으로 하는 레지스터 어셈블리.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 저항 요소는 은-팔라듐 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 레지스터 어셈블리.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 저항 요소는 산화루테늄(ruthenium oxide)을 포함하는 것을 특징으로 하는 레지스터 어셈블리.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 저항 요소는 질화탄탈(tantalum nitride)을 포함하는 것을 특징으로 하는 레지스터 어셈블리.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 저항 요소는 니켈-크롬을 포함하는 것을 특징으로 하는 레지스터 어셈블리.
  21. 튜브형 레지스터 어셈블리의 제조 방법에 있어서,
    튜브형 알루미늄의 섹션을 제공하는 단계;
    상기 튜브형 알루미늄의 섹션에 산화피막층(anodization layer)을 인가함으로써 보호막을 형성하는(passivating) 단계; 및
    상기 산화피막층이 형성된 튜브형 알루미늄의 섹션에 마이크로일렉트로닉 후막재(thick film material)를 소정 패턴으로 인가하는 단계를 포함하는
    제조 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 방법은, 상기 후막재를 인가하는 단계 후에 상기 후막재를 소결시키기 위해 상기 튜브형 알루미늄의 섹션을 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 후막재를 인가하는 단계는, 상기 산화피막층이 형성된 튜브형 알루미늄의 섹션에 상기 후막재를 인쇄하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 산화피막층이 형성된 튜브형 알루미늄의 섹션에 상기 후막재를 인쇄하는 단계는, 상기 산화피막층이 형성된 튜브형 알루미늄의 섹션에 상기 후막재를 스크린 인쇄하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 방법은, 상기 후막재가 환경에 의해 열화되는 것으로부터 보호하기 위해 상기 후막재 위에 보호층을 인가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 보호층을 인가하는 단계는, 상기 후막재 위에 플라스틱 오버몰드(overmold)를 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 보호층을 인가하는 단계는, 상기 후막재 위에 글레이징(glazing)을 하고 그 위에 글래스(glass)를 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  28. 개방루프 또는 폐쇄루프형 유체 이송 시스템과의 연결을 위해 수밀 벽과 개방 단부를 가지는 튜브형 기재, 및 상기 튜브형 기재를 가열하기 위해 상기 튜브형 기재 상에 배치되는 2개 이상의 소정 크기의 저항성 가열 부재를 포함하는 튜브형 레지스터 어셈블리; 및
    상기 2개 이상의 저항성 가열 부재에 선택적으로 전원을 인가하는 제어 회로로서, 상기 2개 이상의 저항성 가열 부재 중 하나에만 전원을 공급하도록 제1 상태로 작동하고, 상기 2개 이상의 저항성 가열 부재 모두에 전원을 공급하도록 제2 상태로 작동하여, 상기 튜브형 기재에 인가되는 열량을 조절하는 제어 회로
    를 포함하는 자동차의 유체 가열 시스템.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 자동차의 유체 가열 시스템은 상기 제어 회로에 전원을 공급하는 자동차용 배터리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 유체 가열 시스템.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 자동차의 유체 가열 시스템은 라디에이터 호스를 더 포함하며, 상기 튜브형 기재는 상기 라디에이터 호스와 인라인으로 연결되는 것을 특징으로 하는 자동차의 유체 가열 시스템.
  31. 제29항에 있어서,
    상기 자동차의 유체 가열 시스템은 연료 공급 라인을 더 포함하며, 상기 튜브형 기재는 상기 연료 공급 라인과 인라인으로 연결되는 것을 특징으로 하는 자동차의 유체 가열 시스템.
  32. 제29항에 있어서,
    상기 자동차의 유체 가열 시스템은 유리창 세정액 공급 라인을 더 포함하며, 상기 튜브형 기재는 상기 유리창 세정액 공급 라인과 인라인으로 연결되는 것을 특징으로 하는 자동차의 유체 가열 시스템.
  33. 제28항에 있어서,
    상기 제어 회로는 전자제어 모듈인 것을 특징으로 하는 자동차의 유체 가열 시스템.
  34. 제28항에 있어서,
    상기 2개 이상의 저항성 가열 부재는 제1 크기의 제1 저항성 가열 부재 및 제2 크기의 제2 저항성 가열 부재의 하나 이상을 포함하며, 상기 제1 및 제2 크기는 실질적으로 서로 상이하여, 상기 제1 저항성 가열 부재에만 전원이 인가되는 경우에는 상기 튜브형 기재에 제1 열량이 인가되고, 상기 제2 저항성 가열 부재에만 전원이 인가되는 경우에는 제1 열량과 실질적으로 상이한 제2 열량이 인가되는 것을 특징으로 하는 자동차의 유체 가열 시스템.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 크기의 제1 및 제2 저항성 가열 부재는 각각이 제1 및 제2 소정의 저항값을 가지는 제1 및 제2 레지스터인 것을 특징으로 하는 자동차의 유체 가열 시스템.
  36. 유체 이송 시스템;
    상기 유체 이송 시스템에 연결되며 상기 유체 이송 시스템에서 이송되는 유체를 가열하도록 배치되는 가열 부재;
    전기적 액세서리; 및
    상기 전기적 액세서리에 전원이 공급되는 경우에는 상기 가열 부재에 공급되는 전원의 양이 감소되고, 상기 전기적 액세서리에 전원이 공급되지 않는 경우에는 상기 가열 부재에 공급되는 전원의 양이 증가되도록, 상기 가열 부재에 전원을 공급하고 상기 전기적 액세서리에 선택적으로 전원을 공급하는 제어 회로
    를 포함하는 다용도 자동차 유체 가열 시스템.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 가열 부재는 저항성 가열 부재인 것을 특징으로 하는 다용도 자동차 유체 가열 시스템.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 저항성 가열 부재는 후막 저항성 가열 부재인 것을 특징으로 하는 다용도 자동차 유체 가열 시스템.
  39. 제37항에 있어서,
    상기 액세서리는 자동차 전조등 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 다용도 자동차 유체 가열 시스템.
  40. 제37항에 있어서,
    상기 액세서리는 송풍기를 포함하는 것을 특징으로 하는 다용도 자동차 유체 가열 시스템.
  41. 제36항에 있어서,
    상기 유체 이송 시스템은 개방루프형 유체 이송 시스템인 것을 특징으로 하 는 다용도 자동차 유체 가열 시스템.
  42. 제36항에 있어서,
    상기 유체 이송 시스템은 폐쇄루프형 유체 이송 시스템인 것을 특징으로 하는 다용도 자동차 유체 가열 시스템.
  43. 유체 이송 시스템;
    상기 유체 이송 시스템에 연결되며 상기 유체 이송 시스템에서 이송되는 유체를 가열하도록 배치되는 가열 부재;
    전기적 액세서리; 및
    상기 가열 부재에 전원이 공급되는 경우에는 상기 전기적 액세서리에 공급되는 전원의 양이 감소되고, 상기 가열 부재에 전원이 공급되지 않는 경우에는 상기 전기적 액세서리에 공급되는 전원의 양이 증가되도록, 상기 전기적 액세서리에 전원을 공급하고 상기 가열 부재에 선택적으로 전원을 공급하는 제어 회로
    를 포함하는 다용도 자동차 유체 가열 시스템.
  44. 제43항에 있어서,
    상기 가열 부재는 저항성 가열 부재인 것을 특징으로 하는 다용도 자동차 유체 가열 시스템.
  45. 제44항에 있어서,
    상기 저항성 가열 부재는 후막 저항성 가열 부재인 것을 특징으로 하는 다용도 자동차 유체 가열 시스템.
  46. 제44항에 있어서,
    상기 액세서리는 자동차 전조등 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 다용도 자동차 유체 가열 시스템.
  47. 제44항에 있어서,
    상기 액세서리는 송풍기를 포함하는 것을 특징으로 하는 다용도 자동차 유체 가열 시스템.
  48. 제43항에 있어서,
    상기 유체 이송 시스템은 개방루프형 유체 이송 시스템인 것을 특징으로 하는 다용도 자동차 유체 가열 시스템.
  49. 제43항에 있어서,
    상기 유체 이송 시스템은 폐쇄루프형 유체 이송 시스템인 것을 특징으로 하는 다용도 자동차 유체 가열 시스템.
  50. 유체 이송 시스템;
    수밀 벽과 개방 단부를 가지며 적어도 하나의 단부는 상기 유체 이송 시스템과 유체 연결되는 튜브형 기재, 및 상기 튜브형 기재를 가열하기 위해 상기 튜브형 기재 상에 배치된, 후막재로 형성된 저항성 가열 부재를 포함하는 튜브형 레지스터 어셈블리;
    상기 저항성 가열 부재에 전원을 공급하는 제어 회로; 및
    상기 제어 회로에 전원을 공급하는 자동차용 배터리
    를 포함하는 자동차 어셈블리.
  51. 제50항에 있어서,
    상기 유체 이송 시스템은 엔진 냉각 시스템, 연료 공급 시스템, 및 유리창 세정액 공급 시스템으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 자동차 어셈블리.
  52. 제51항에 있어서,
    상기 튜브형 기재는 금속재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 어셈블리.
  53. 제52항에 있어서,
    상기 튜브형 기재는 알루미늄계 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 어셈블리.
  54. 제52항에 있어서,
    상기 튜브형 기재는 합금강으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 어셈블리.
  55. 제50항에 있어서,
    상기 유체 이송 시스템은 개방루프형 유체 이송 시스템인 것을 특징으로 하는 자동차 어셈블리.
  56. 제50항에 있어서,
    상기 유체 이송 시스템은 폐쇄루프형 유체 이송 시스템인 것을 특징으로 하는 자동차 어셈블리.
  57. 배터리, 전조등 시스템, 송풍기 어셈블리, 및 유체 이송 시스템을 가지는 자동차의 제어 회로에 있어서,
    자신에 의해 발생되는 열을 상기 유체 이송 시스템을 통해 유동되는 유체에 전달하도록 배치되는 제1 레지스터 어셈블리;
    자신에 의해 발생되는 열을 상기 유체 이송 시스템을 통해 유동되는 유체에 전달하도록 배치되는 제2 레지스터 어셈블리;
    상기 배터리로부터 상기 제1 레지스터 어셈블리에 전원을 공급하고 상기 제1 레지스터 어셈블리를 상기 전조등 시스템과 선택적으로 결합시키기 위한 제1 스위칭 네트워크; 및
    상기 배터리로부터 상기 제2 레지스터 어셈블리에 전원을 공급하고 상기 제2 레지스터 어셈블리를 상기 송풍기 어셈블리와 선택적으로 결합시키기 위한 제2 스위칭 네트워크
    를 포함하는 제어 회로.
  58. 제57항에 있어서,
    상기 제1 레지스터 어셈블리가 상기 전조등 시스템과 결합되어 있지 않은 경우에 상기 제1 레지스터 어셈블리에서 발생되는 열량은, 상기 제2 레지스터 어셈블리가 상기 송풍기 어셈블리와 결합되어 있지 않은 경우에 상기 제2 레지스터 어셈블리에서 발생되는 열량과 실질적으로 상이한 것을 특징으로 하는 제어 회로.
  59. 제58항에 있어서,
    상기 제1 레지스터 어셈블리가 상기 전조등 시스템과 결합되어 있지 않은 경우에 상기 제1 레지스터 어셈블리에서 발생되는 열량은, 상기 제2 레지스터 어셈블리가 상기 송풍기 어셈블리와 결합되어 있지 않은 경우에 상기 제2 레지스터 어셈블리에서 발생되는 열량의 약 절반인 것을 특징으로 하는 제어 회로.
  60. 제57항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 레지스터 어셈블리는 각각 기재 상에 배치되는 저항성 가열 부재를 포함하며, 상기 기재는 상기 유체 이송 시스템을 통해 유동하는 유체가 상기 기재를 가로질러 유동하여 상기 저항성 가열 부재로부터 상기 유체로의 열전달이 용이하도록 상기 유체 이송 시스템에 대하여 배치되는 것을 특징으로 하는 제어 회로.
  61. 제60항에 있어서,
    각각의 상기 저항성 가열 부재는 튜브형 기재 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 제어 회로.
  62. 엔진 및 송풍기 어셈블리를 가지는 자동차의 작동 방법에 있어서,
    상기 자동차의 엔진을 기동시키는 수단을 제공하는 단계;
    기동된 상기 엔진에 응답하여 엔진 온도 제어 시스템을 작동시키는 단계; 및
    상기 엔진 온도 제어 시스템이 작동 상태로 유지되는 동안에, 상기 엔진의 온도를 감시하고, 상기 엔진의 온도가 제1 레벨 미만이면 상기 엔진으로 유동되는 냉각 유체를 가열시키기 위한 전기적 장치를 작동시켜서 상기 엔진에 열을 전달하고, 상기 엔진의 온도가 상기 제1 레벨보다 높은 제2 레벨을 초과하면 상기 전기적 장치를 상기 송풍기 어셈블리와 전기적으로 접속시켜서 상기 송풍기 어셈블리가 저속으로 작동되도록 하는 단계
    를 포함하는 작동 방법.
  63. 제62항에 있어서,
    상기 전기적 장치를 작동시키는 단계는 저항 요소를 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 작동 방법.
  64. 제63항에 있어서,
    상기 저항 요소를 작동시키는 단계는 상기 냉각 유체가 유동되는 튜브형 어셈블리 상에 배치된 저항 요소를 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 작동 방법.
  65. 제63항에 있어서,
    상기 저항 요소를 작동시키는 단계는 후막 저항 요소를 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 작동 방법.
  66. 제63항에 있어서,
    상기 엔진의 온도를 감시하는 단계 외에, 상기 엔진의 온도가 제1 레벨 미만이면 상기 저항 요소를 작동시키고 상기 엔진의 온도가 제2 레벨을 초과하면 상기 전기적 장치를 상기 송풍기 어셈블리와 전기적으로 접속시키고, 상기 엔진 온도 제어 시스템이 작동 상태로 유지되는 동안, 상기 엔진의 온도가 상기 제2 온도 레벨 보다 높은 제3 온도 레벨을 초과하면 상기 전기적 장치를 상기 송풍기 어셈블리로부터 전기적으로 단절시켜서 상기 송풍기 어셈블리가 고속으로 작동되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 작동 방법.
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